数模与模数转换电路

1、第八章第八章 数数/ /模与模模与模/ /数转换电路数转换电路 主要内容主要内容1. D/A D/A转换接口电路的设计与应用转换接口电路的设计与应用2 .串行串行D/AD/A转换器转换器及应用简介及应用简介3. A/DA/D转换器及其转换器及其应用简介应用简介4. 串行串行A/DA/D转换器简介转换器简介重点：重点：单片机应用系统中数单片机应用系统中数/ /模和模模和模/ /数转换接口电路设计的方法数转换接口电路设计的方法 第八章 8 - 1 第一节第一节 D/AD/A转换器及其接口电路转换器及其接口电路 数数/ /模模(D/A)(D/A)和模和模/ /数数(A/D)(A/D)转换是一种专门的

2、接口技术。当转换是一种专门的接口技术。当计算机与外部世界直接交流有关物理量方面的信息时，通常需计算机与外部世界直接交流有关物理量方面的信息时，通常需要将模拟量信号转换成数字信号交计算机进行处理，而计算机要将模拟量信号转换成数字信号交计算机进行处理，而计算机输出的数字信号又需转换成模拟量信号进行控制。输出的数字信号又需转换成模拟量信号进行控制。第八章 8 - 2一、一、D/A转换器的主要技术参数转换器的主要技术参数 1. 分辨率（分辨率（Resolution）辨率是指辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出转换器能分辨的最小输出模拟量的增量，取决于输入数字量的二进制位数。模拟量的增量，取决于输入数字

3、量的二进制位数。 例如：例如：对一个分辨率为对一个分辨率为n n位的转换器，能够分辨满量程的位的转换器，能够分辨满量程的2 2-n-n。例如，。例如，分辨率为分辨率为8 8位的位的D DA A转换器能给出满量程电压的转换器能给出满量程电压的1/2561/256（即（即1 12 28 8）的分）的分辨能力。辨能力。 如如满量程电压为满量程电压为5V5V的分辨率为的分辨率为 0.01953V0.01953V 第一节第一节 D/AD/A转换及其接口电路转换及其接口电路2. 转换时间转换时间 转换时间是指数字量在转换时间是指数字量在DAC输入端发生满刻度变化后，到完成转换输入端发生满刻度变化后，到完成

4、转换并输出达到稳定值所需的时间。并输出达到稳定值所需的时间。3. 转换精度（转换精度（Conversion Accuracy）4. 线性度（线性度（Linearity）第八章 8 - 31.接口电路的主要任务接口电路的主要任务 (1)(1)输入数据缓冲的问题输入数据缓冲的问题 (2)(2)芯片的分辨率位数大于数据总线宽度的处理芯片的分辨率位数大于数据总线宽度的处理 (3)(3)控制信号的提供控制信号的提供 (4)(4)输出模拟量的类型与极性输出模拟量的类型与极性2.接口电路的结构形式接口电路的结构形式 一般有以下几种常用的结构。一般有以下几种常用的结构。 （1 1）利用单片机的并行）利用单片机

5、的并行I/OI/O口或串行口与口或串行口与D/AD/A芯片直接接口；芯片直接接口； （2 2）用中小规模的逻辑芯片构成接口电路使）用中小规模的逻辑芯片构成接口电路使D/AD/A芯片与单片机连接；芯片与单片机连接； （3 3）用通用可编程并行）用通用可编程并行I/OI/O口实现口实现D/AD/A芯片与单片机之间的连接。芯片与单片机之间的连接。第八章 8 - 41.1.并行并行D/AD/A转换器转换器DAC0832与单片机的接口及应用与单片机的接口及应用 (1) DAC0832(1) DAC0832的结构与引脚功能的结构与引脚功能 三三、并行并行D/AD/A转换接口电路的设计与应用转换接口电路的设

6、计与应用 DAC0832的内部结构的内部结构第八章 8 - 5管脚有：管脚有：（1）数字量输入）数字量输入DI7DI0（8条）；条）；（2）控制线（）控制线（5条）条） ILE、/CS、/WR1、/XFER、/WR2；（3）输出线（）输出线（3条）条）Iout1、Iout2、Rfb ； （4）电源线（）电源线（4条）条） ：DAC0832为为20引脚双列直插式封装芯片引脚双列直插式封装芯片第八章 8 - 6（2 2）DAC0832DAC0832的工作方式的工作方式 DAC0832DAC0832有两个可以分别控制的有两个可以分别控制的数据寄存器数据寄存器，可使寄存器工作，可使寄存器工作在二级缓冲

7、型、单缓冲型和直通型三种工作方式之一。在二级缓冲型、单缓冲型和直通型三种工作方式之一。 MOV DPTR，#7FFFH；MOVX DPTR，A；MOV DPTR，#0BFFFH； MOVX DPTR，A；P0WRP2.6P2.78031Vcc1)二级缓冲型工作方式二级缓冲型工作方式第八章 8 - 73)DAC08323)DAC0832工作于直通方式工作于直通方式 2).单级缓冲工作方式单级缓冲工作方式地址：地址： FEHMOV R0，#0FEHMOVX R0，A第八章 8 - 8（3）应用举例）应用举例例例1 1：编程产生：编程产生锯齿波锯齿波信号经信号经D/AD/A转换输出。转换输出。 OR

8、G 0030H MOV DPTR，#00FEH ； MOV A，#00HLOOP：MOVX DPTR，A ； INC A NOP SJMP LOOP产生三角波？产生三角波？ 第八章 8 - 92.分辨率位数大于分辨率位数大于CPU数据线宽度的并行数据线宽度的并行D/AD/A芯片与单片机接口芯片与单片机接口 当并行当并行D/AD/A芯片芯片分辨率位数大于单片机分辨率位数大于单片机数据线宽度时，必须数据线宽度时，必须采用二级缓冲结构。采用二级缓冲结构。 1) D/A转换芯片内不带数据输入寄存器的接口转换芯片内不带数据输入寄存器的接口 例如：例如：AD7520是是10位的位的D/A转换芯片，（图转换

9、芯片，（图88）电流型输出，并）电流型输出，并且片内不带有数据输入锁存器，不能直接与且片内不带有数据输入锁存器，不能直接与CPU的数据总线相接。的数据总线相接。第八章 8 - 102) D/A转换芯片内带数据输入寄存器的接口转换芯片内带数据输入寄存器的接口 如：如：DAC1208是是10位的位的D/A转换芯片，电流型输出，与转换芯片，电流型输出，与0832一样一样也是双缓冲结构。但其也是双缓冲结构。但其12位输入寄存器由两部分组成，及高位输入寄存器由两部分组成，及高8位输入寄位输入寄存器和低存器和低4位输入寄存器，以便与位输入寄存器，以便与8位位CPU的数据总线相接。的数据总线相接。DI.0D

10、I.3DI.4DI.7DI.8DI.11MCS-51RfbWRP0.0P0.3P0.4P0.7ALE锁存译码A0IOUT2CSXFERWR1WR2BYTE1/BYTE240H60HIOUT1-+DAC1208为高电平时开启为高电平时开启8位位和和4位两个输入寄存位两个输入寄存器，为低电平时只开器，为低电平时只开启低启低4位。位。必须先送高必须先送高8位数据位数据DI11DI4,后送低后送低4位位数据数据DI3DI0。高高8位输入寄存器地址：位输入寄存器地址：41H 低低4位输入寄存器地址：位输入寄存器地址：40H DAC寄存器地址：寄存器地址： 60H 第八章 8 - 11五、串行五、串行D/

11、AD/A转换器与单片机的接口转换器与单片机的接口 由于单片机具有很强的由于单片机具有很强的I/OI/O口位控功能以及丰富口位控功能以及丰富I/OI/O位操作指令，使串行位操作指令，使串行D/AD/A转换芯片与单片机的接口电路十分简单、方便。转换芯片与单片机的接口电路十分简单、方便。 1.101.10位串行位串行D/A TLC5615D/A TLC5615简介简介 TLC5615TLC5615是是1010位的具有串行接口的数位的具有串行接口的数/模转换器，其输出为电压型。模转换器，其输出为电压型。TLC5615的性能价格比高，器件使用简单，数字控制只需通过的性能价格比高，器件使用简单，数字控制只

12、需通过3线线串行总线进行，它是串行总线进行，它是CMOS兼容的且易于和工业标准微处理器和单兼容的且易于和工业标准微处理器和单片机接口。适于电池供电的电测仪表、移动电话、数字增益调整以及片机接口。适于电池供电的电测仪表、移动电话、数字增益调整以及工业控制等场合。工业控制等场合。 1 2 3 4 5 6 7 8 DIN SCLK CS DOUT VDD OUT REFIN AGND (a)TLC5615 管脚图 P1.7P1.6P1.5SCLKCSDINAT89C51TLC56152. TLC56152. TLC5615与单片机的接口与单片机的接口第八章 8 - 12 第二节第二节 A/D A/D

13、转换器及其接口电路转换器及其接口电路 A/D A/D转换器的功能是将模拟量转换为与其大小成正比的数字量信号。在转换器的功能是将模拟量转换为与其大小成正比的数字量信号。在设计接口电路时与设计接口电路时与D/A D/A 接口类似，也应选择合适的转换芯片，采用合理的接口类似，也应选择合适的转换芯片，采用合理的电路结构，以满足应用系统的技术性能和使用要求。电路结构，以满足应用系统的技术性能和使用要求。一、一、A/DA/D转换器的主要技术参数转换器的主要技术参数1.1.分辨率分辨率 分辨率是分辨率是A/D转换器对微小输入量变化敏感程度的描述。对一个分辨转换器对微小输入量变化敏感程度的描述。对一个分辨率为

14、率为n n位的转换器，能够分辨满量程的位的转换器，能够分辨满量程的 2-n。 2. 2.转换时间转换时间 指指 AD 转换器完成一次转换所需的时间，即从转换启动信号开始到转换器完成一次转换所需的时间，即从转换启动信号开始到转换结束并得到稳定的数字输出量所需的时间。转换结束并得到稳定的数字输出量所需的时间。 一般称转换时间一般称转换时间300s为低速。并且还有一些转换速度在为低速。并且还有一些转换速度在nsns级的超高速的级的超高速的A/DA/D转转换芯片。换芯片。 3.3.量程量程 指指A/D芯片所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。芯片所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双

15、极性两种类型。 第八章 8 - 13二、二、A/DA/D转换器与单片机的接口方法转换器与单片机的接口方法1.1.A/D转换器与单片机接口时应考虑的问题转换器与单片机接口时应考虑的问题 (1)(1)A/D的数据线与的数据线与CPUCPU的数据总线之间的缓冲问题的数据总线之间的缓冲问题 对对ADC芯片输出端具有可控的三态输出门，输出端可以直接和微处芯片输出端具有可控的三态输出门，输出端可以直接和微处理器的数据总线相连。在转换结束后，理器的数据总线相连。在转换结束后，CPU通过执行一条输入指令产生读通过执行一条输入指令产生读信号，将数据从信号，将数据从AD 转换器中取出。转换器中取出。 对一些对一些

16、 ADC 芯片本身没有三态输出电路芯片本身没有三态输出电路，这时，这时 AD 转换芯片的转换芯片的数据输出线不能直接和微处理器的数据总线相连，数据输出线不能直接和微处理器的数据总线相连，必须通过三态缓冲电路必须通过三态缓冲电路与数据总线接口。与数据总线接口。 当并行当并行A/D芯片的分辨率位数大于数据总线芯片的分辨率位数大于数据总线宽度时，宽度时，CPU要分两次读取要分两次读取A/D转换数据。转换数据。第八章 8 - 14(2) A/D转换启动控制信号的提供转换启动控制信号的提供 AD 转换器要求的启动信号一般有两种形式：即电平启动信号和转换器要求的启动信号一般有两种形式：即电平启动信号和脉冲

17、启动信号。脉冲启动信号。 对要求用电平作为启动信号的对要求用电平作为启动信号的A/D芯片，整个转换过程中都必须保芯片，整个转换过程中都必须保证启动信号有效证启动信号有效 。 对于用脉冲方式启动对于用脉冲方式启动A/D芯片，通常用芯片，通常用CPU执行输出指令时发出的执行输出指令时发出的片选信号和写信号组合产生启动脉冲。片选信号和写信号组合产生启动脉冲。 (3)转换结束信号的处理转换结束信号的处理 AD转换结束时，转换结束时，A/D芯片会输出转换结束信号（芯片会输出转换结束信号（EOC信号），通知信号），通知CPU读取转换数据。如何检测到读取转换数据。如何检测到EOC信号并读取转换结果，信号并读

18、取转换结果，CPU一般可以一般可以采用程序查询方式、中断方式和是固定的延迟等待方式。采用程序查询方式、中断方式和是固定的延迟等待方式。2. A/D转换器与单片机接口时的信号连接转换器与单片机接口时的信号连接 通道选择信号、转换启动控制信号、转换结束信号、数字量输出通道选择信号、转换启动控制信号、转换结束信号、数字量输出控制信号以及数据线与单片机的连接。控制信号以及数据线与单片机的连接。第八章 8 - 15三、并行三、并行A/DA/D转换器接口电路的设计与应转换器接口电路的设计与应用用地址锁存与译码8 路模拟开关控制与时序树状开关电阻网络VccGNDREF（+）REF（-）OEADDAADDBA

19、DDCALEIN7IN0比较器SARSTARTCLKEOCD7D0三态输出锁存缓冲器8位并行位并行A/D转换器与单片机的接口及应用转换器与单片机的接口及应用 （1）ADC0809的逻辑结构及引脚功能的逻辑结构及引脚功能第八章 8 - 16 ADC0809是一种逐次逼近型的是一种逐次逼近型的8位位AD 转换器件，片内有转换器件，片内有8路模拟开路模拟开关，可输入关，可输入8个模拟量，单极性，量程为个模拟量，单极性，量程为05V。外接。外接CLK为为640kH时，典型的转换速度为时，典型的转换速度为100s。1）IN7 IN0：8 通道模拟量输入信号。通道模拟量输入信号。2）D7D0：8位数据输出

20、端，三态输出。位数据输出端，三态输出。3）ADDC、ADDB、ADDA：通道号选：通道号选择信号，其中择信号，其中 ADDA 是是 LSB 位。用于选位。用于选择择8路输入之一进行路输入之一进行A/D转换。转换。第八章 8 - 174 4）ALEALE：地址锁存允许，：地址锁存允许，上升沿上升沿将通道选将通道选择信号存入地择信号存入地址锁存器。址锁存器。5 5）STARTSTART：启动：启动A AD D转换信号，转换信号，正脉冲正脉冲有效，当给出一有效，当给出一个个STARTSTART信号后，转换开始。脉冲宽度要求在信号后，转换开始。脉冲宽度要求在200ns200ns以上。以上。6 6）EO

21、CEOC：转换结束信号，：转换结束信号，STARTSTART的上升沿使的上升沿使EOCEOC变为低电变为低电平，平，A/DA/D转换完成，转换完成，EOCEOC变为高电平变为高电平。7 7）OEOE：输出使能信号，：输出使能信号，高电平高电平有效，当此信号有效时，有效，当此信号有效时，打开输出三态门，将转换后的结果送至数据总线。打开输出三态门，将转换后的结果送至数据总线。8 8）CLKCLK：外接时钟信号，要求频率范围：外接时钟信号，要求频率范围10kHz10kHz1.2MHz1.2MHz。9 9）VccVcc、GNDGND：工作电源，：工作电源，5V5V。1010）REFREF（）、（）、R

22、EFREF（）：参考电压输入。（）：参考电压输入。 第八章 8 - 18（2 2）ADC0809ADC0809与单片机的接口电路与单片机的接口电路RDP2.7WRP0P7ALEINT1MCS-51地址锁存器11OESTARTALEA2A1ADDAADDBADDCD0D7EOCCLOCK1分频IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADC0809A0单片机 例例3： 设某个数据采集系统中设某个数据采集系统中A/D转换器与单片机的连接如图转换器与单片机的连接如图8-16，采用中断方式分别对采用中断方式分别对8路模拟量输入信号检测，并将采集的数据存入片内路模拟量输入信号检测，并将采集的数据存

23、入片内数据存储器数据存储器30H37H单元。单元。第八章 8 - 19程序查询读取方式编程：程序查询读取方式编程： ORG 0030HMAIN: MOV R0,#30H MOV R7,#08H MOV DPTR，#7FF0H ；LOOP：MOVX DPTR， A ；启动；启动A/D转换转换 NOP JNB P1.0 , $ ;EOC接接P1.0, 为低电平等待为低电平等待 MOVX A ，DPTR ;读取转换结果读取转换结果 MOV R0,A ；存结果；存结果 INC R0 ; 修改数据区指针修改数据区指针 INC DPTR ；指向下一通道；指向下一通道 DJNZ R7,LOOP ；8个通道未

24、采样完继续个通道未采样完继续 第八章 8 - 202. 122. 12位并行位并行A/DA/D芯片芯片AD574AD574与单片机的接口及应用与单片机的接口及应用 8 8位以上的位以上的A/DA/D芯片与芯片与8 8位单片机的数据总线相连应注意的问题：位单片机的数据总线相连应注意的问题： 1. 81. 8位以上的转换结果分为低位以上的转换结果分为低8 8位部分和高于位部分和高于8 8位部分两次读取，位部分两次读取，要有数据分时读取逻辑。要有数据分时读取逻辑。 2. 2. 数字量输出数字量输出带有三态缓冲器的带有三态缓冲器的A/DA/D芯片芯片，如，如AD574AD574，可以和，可以和8 8位

25、位单片机直接相连单片机直接相连；对于；对于不带有三态缓冲器的不带有三态缓冲器的A/DA/D芯片芯片，如如ADC1210ADC1210，在和在和8 8位单片机连接时，位单片机连接时，需要增加三态缓冲器需要增加三态缓冲器以控制数据分时读取。以控制数据分时读取。第八章 8 - 21单片机与单片机与AD574A的接口电路的接口电路R/C：读启动转换控制信号；：读启动转换控制信号； 12/8：数据模式选择信号：数据模式选择信号 STS：转换状态输出信号：转换状态输出信号 ； A0：启动控制时：启动控制时(R/C)=0 ：A0=0,12位转换；位转换；A0=1，8位转换位转换 读数据时读数据时 (R/C)

26、=1 ：A0=0,读高字节；读高字节；A0=1读低字节读低字节与与16位位CPU接接口时选口时选“12”端口地址：端口地址：启动转换控制：启动转换控制：01111100B读高读高8位：位：01111110B读低读低4位：位：01111111B第八章 8 - 22查询方式采集数据编程如下：查询方式采集数据编程如下： ORG 0030H START：MOV R0，#30H ；置片内RAM首地址 MOV R1，#7CH ；取端口地址 MOVX R1，A ；启动A/D SETB P1.0 ；置1，P1.0为输入方式WAIT： JB P1.0， WAIT ；等待转换完成 MOV R1，# 7EH；使R/C=1，A0=0 MOVX A，R1；读入高8位数据 MOV R0，A；存入内存 INC R0 INC R1 ；使R/C=1，A0=1 MOVX A，R1；读入低4位数据 MOV R0，A ；存入内存 第八章 8 - 23五、串行五、串行A/DA/D转换器与单片机的接口及应用转换器与单片机的接口及应用1.121.12位串行位串行A/D A/D 转换器转换器TLC2543TLC2543简介简介 TLC2543TLC2543的基本性能的基本性能 TLC