单片机--数模转换.doc

第九章 数模 与 模数转换测量对象和被控对象，是连续变化的模拟量，具有模拟量输入和模拟量输出的MCS51应用系统结构如图：单片机AD转换器传感器及变换电路实际物理量（非电量） 开关量 D/A转换器模拟信号 模拟量 物理量：位移，加速度，速度；压力，温度，湿度； 光强，颜色； 磁场强度，磁通量；A/D与D/A电路已经集成化，掌握其参数，合理的选用9.1 D/A转换器的工作原理及指标一、 工作原理D/A转换器：输入数字量： Dn-1 Dn-2 D1 D0 输出模拟量： Vo Vo = D Vr Vr为参考电压 D = Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n- 1 + D1 2 + D0 实现方法很多，介绍两种1 权电阻D/A转换法 位切换开关 权电阻 Vr：基准电压构成：模拟电子开关，运算放大器模拟电子开关：Di=1 接通 Di=0 断开运算放大器：反向放大求和输出电压：Vo =(+) RF Vr 2R2R T型电阻网络D/A转换器框图：T型解码网络 求和放大器 参考电压 模拟电子开关D0 D1 Dn-1T型电阻网络D/A转换器框图二进制输入 T型电阻网络D/A转换原理图由R-2R网络、模拟开关、运算放大器构成从每个节点看，等效电阻为：R 从D3、D2、D1、D0看，等效电阻为 3R；从每一模拟开关流入的电流为：I= ;电流经电阻网络分流后，进入运算放大器的电流为： D3：I D2：I D1：I D0：IVo = （D3 2-1 + D2 2-2 + D1 2-3 + D0 2-4） = （D3 2-3 + D2 2-2 + D1 2-1 + D0 20）D/A转换器件提供的是电流，需要加运算放大器进行放大和转换。输出的电压与运算放大器的反馈电阻Rf及参考电压Vf有关。 R-2R电阻网络实现容易，实用上大量采用如：DAC0832 DAC0808 AD7520二、D/A转换器的性能指标1 分辨率最小输出电压（对应输入数字量只有最低位为1）与最大输出电压（对应输入数字量全部为1）之比，与该数模转换器的位数有关：10位，最小输出电压：Vmin = 00 0000 0001Vr 最大输出电压：Vmax = 11 1111 1111Vr分辨率： 0.001 即 位数越高，输出电压最小值越小，分辨率越高，灵敏度越高；以D/A转换器的位数来表示其灵敏度，位数越高，灵敏度越高；如：DAC0832 8位分辨率为： 0.0042 建立时间D/A中的输入代码有满刻度值的变化时，其输出模拟信号达到满度值LSB/2所需时间；3 精度通常以最大转换误差的形式给出，包括非线性误差，比例误差，漂移误差等。精度与分辨率不同：4 线性度实际输出值对D/A转换器理想输入/输出曲线的接近程度，通常以非线性误差的大小表示线性度；以最低位的分数来表示，LSB , LSB还有：输出电压范围，输入电平类型，温度系数，工作温度，功耗三、 D/A转换器的分类1 按速度（建立时间）分类1MHz以上为高速THS8133 5ns2 按输出信号类型分类电流型：后面加运放IV转换电压型：直接得到电压3 按接口类型分类：并行：DAC0832， AD7520，串行：MAX531, TLV5638(双12位)4 参考源类型内部和外部5 供电电源类型：单电源和双电源四、 D/A转换器的选择考虑各种参数所用的场合情况9.2 模数转换器DAC0832与MCS-51接口一、 DAC0832结构及特性DAC0800系列：DAC0830DAC0831DAC0832可以完全代换1主要特性参数：分辨率：8位电流稳定时间：1s可以单稳态、双稳态或直接数字输入单一电源供电（+5V +15V）输入电平：TTL 功耗：20mW 2结构框图 DAC0832数模转换器框图两个数据锁存器、一个T型网络D/A转换器、控制电路8位输入寄存器由8D锁存器组成，用来作为输入数据的缓冲寄存器，可以直接与微机相连，LE1为其控制输入，LE1=1：D触发器接受信号，LE1=0: D触发器锁存信号8位DAC寄存器也由8D锁存器组成，8位输入数据只有通过DAC寄存器才能送到D/A转换器去转换；控制端LE2;LE2=1: 输出跟随输入LE2=0：锁存8位D/A转换器采用T型网络，电流输出，3引脚说明：（共20脚）DI0 DI7: 数字量数据输入；ILE: 数据锁存允许；CS: 输入寄存器选择，低电平有效；WR1: 输入寄存器选通信号，低电平有效； ILE=1, CS=0: WR1=0, 则：LE1=1, 输入寄存器的输出随输入变化； WR1=1, 则：LE1=0, 数据锁存在输入寄存器中；XFER: 数据转移控制信号，低电平有效；WR2: DAC寄存器选通信号； XFER、WR2同时为低时，LE2=1, 8位DAC寄存器的输出随输入而变化，WR2的上升沿锁存；Vref: 基准电压输入；Rfb: 运算放大器反馈信号输入，芯片内已有反馈电阻；Iout1 Iout2: 电流输出，Iout1+Iout2=常数；Iout1随DAC寄存器的内容线性变化； Vcc: 工作电源， DGND: 数字地，工作电源地、数据地、控制信号地； AGND: 模拟地，基准电压地、模拟信号地；在D/A和A/D系统中，模拟地和数字地应分开，以保证转换精度，提高系统的抗干扰能力。二、DAC0832与8051的接口设计1 单缓冲方式输入寄存器、DAC寄存器直接送D/A转换器 单路模拟量输出电路ILE=+5V, 片选信号CS与XFER一起接P2.7, WR1和WR2接在一起与8051的WR信号相连，既完成了数据的锁存，又完成了D/A转换，0832的地址为：7FFFH完成一次D/A转换的指令为：MOVDPTR,#7FFFH; 选中DAC0832MOV A ,#DATA; 要转换的数据MOVX DPTR , A; 输入数据利用0832产生各种波形：锯齿波： ST:MOVDPTR ,#7FFFH; 选中DAC0832MOVA, #00H; 取初值 LP:MOVX DPTR , A; 转换INC A ；A A+1SJMP LP;输出波形为： V t 三角波： ST:MOVDPTR ,#7FFFH; 选中DAC0832MOVA, #00H; 取初值 UP:MOVX DPTR , A; 转换INC A ；A A+1JNZUP; 上升结束？DOWN:DECA; 下降MOVX DPTR , A; 转换JNZDOWN; 下降结束？SJMP；完成一个周期，重复波形图：V t 矩形波：ST : MOVDPTR ,#7FFFH; 选中DAC0832LP: MOVA, #DATA1 ; 高电平 MOVX DPTR , A; 转换ACALLDELAY_H; 延时1MOVA , #DATA2 ; 低电平MOVX DPTR , A;ACALLDELAY_L; 延时2SJMPLP; 循环 V如何产生正弦波？2 双缓冲方式 需要多路数模同时输出时，可用双缓冲方式： 双路输出0832与8051接口P2.5: 第一片0832输入寄存器地址，DFFFH P2.6: 第二片0832输入寄存器地址，BFFFH P2.7: 两片0832DAC寄存器地址，7FFFH 双缓冲原理：MOVDPTR ,#DFFFH; 选中第一片DA