单片机数模转换部分

1、128.1 D/A转换器及其与单片机接口转换器及其与单片机接口 8.1.1 D/A8.1.1 D/A转换器的原理及主要技术指标转换器的原理及主要技术指标一、一、D/AD/A转换器的基本原理转换器的基本原理型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器 ：3输出电压的大小与数字量具有对应的关系输出电压的大小与数字量具有对应的关系。 4二、二、D/AD/A转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标2n1 1、分辨率、分辨率分辨率分辨率是指输入数字量的最低有效位（是指输入数字量的最低有效位（LSBLSB）发生变化时，）发生变化时，所对应的输出模拟量（常为电压）的变化量。它反映了输所对应的输出模拟量（常为

2、电压）的变化量。它反映了输出模拟量的最小变化值。出模拟量的最小变化值。分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS FS / / 。FSFS表示满量程输入值，表示满量程输入值，n n为二进制位数。对于为二进制位数。对于5V5V的满量程，采用位的的满量程，采用位的DACDAC时，分辨率为时，分辨率为5V/2565V/25619.5mV19.5mV；当采用当采用1212位的位的DACDAC时，分辨率则为时，分辨率则为5V/40965V/40961.22mV1.22mV。显然，。显然，位数越多分辨率就越高。位数越多分辨率就越高。2 2、线性度、

3、线性度线性度（也称非线性误差）线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数或最低位的分数表示。如或最低位的分数表示。如是指实际输出值与理论是指实际输出值与理论值之差在满刻度的值之差在满刻度的以内。以内。53、绝对精度和相对精度、绝对精度和相对精度v绝对精度（简称精度）绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。绝对精度是由之间的最大误差。绝对精度是由

4、DAC的增益误差的增益误差（当输入数码为全（当输入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数码输入为全时，差）、零点误差（数码输入为全时，DAC的非零的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起的。绝对精度输出值）、非线性误差和噪声等引起的。绝对精度（即最大误差）应小于（即最大误差）应小于1个个LSB。v相对精度相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的百分比表示。对于满刻度的百分比表示。64、建立时间、建立时间v建立时间建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时，是指输入的数字量发生满刻度变化时，输出模拟信号

5、达到满刻度值的输出模拟信号达到满刻度值的1/2LSB所需的时所需的时间。是描述间。是描述D/A转换速率的一个动态指标。转换速率的一个动态指标。电流输出型电流输出型DAC的建立时间短的建立时间短。电压输出型电压输出型DAC的建立时间主要决定于运算放大器的响应时间的建立时间主要决定于运算放大器的响应时间。根。根据建立时间的长短，可以将据建立时间的长短，可以将DAC分成超高速（分成超高速（1S)、高速（、高速（101S）、中速（）、中速（10010S）、）、低速（低速（100S）几档。）几档。 应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概念不同。概念不同。DAC

6、的位数多时，分辨率会提高，对的位数多时，分辨率会提高，对应于影响精度的量化误差会减小。但其它误差应于影响精度的量化误差会减小。但其它误差（如温度漂移、线性不良等）的影响仍会使（如温度漂移、线性不良等）的影响仍会使DAC的精度变差。的精度变差。78.1.2 DAC08328.1.2 DAC0832芯片及其与单片机接口芯片及其与单片机接口 DAC0832 DAC0832是使用非常普遍的位是使用非常普遍的位D/AD/A转换器，由于其片转换器，由于其片内有输入数据寄存器，故可以直接与单片机相连。内有输入数据寄存器，故可以直接与单片机相连。DAC0832DAC0832以电流形式输出，当需要转换为电压输出

7、时，可以电流形式输出，当需要转换为电压输出时，可外接运算放大器。属于该系列的芯片还有外接运算放大器。属于该系列的芯片还有DAC0830DAC0830、DAC0831DAC0831，它们可以相互代换。，它们可以相互代换。DAC0832DAC0832主要特性主要特性：v分辨率位；分辨率位；v电流建立时间电流建立时间SS；v数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；v输出电流线性度可在满量程下调节；输出电流线性度可在满量程下调节；v逻辑电平输入与逻辑电平输入与TTLTTL电平兼容；电平兼容；v单一电源供电（单一电源供电（5V5V15V15V）；）；v低功耗，低功

8、耗，20m20m。 8一、一、DAC0832内部结构及引脚内部结构及引脚910二、二、DAC0832与与80C51单片机的接口单片机的接口、单缓冲工作方式、单缓冲工作方式 此方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出此方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出但并不要求同步的系统但并不要求同步的系统。 112、双缓冲工作方式、双缓冲工作方式 多路多路D/A转换输出，如果要求同步进行，就应转换输出，如果要求同步进行，就应该采用双缓冲器同步方式该采用双缓冲器同步方式 。12完成两路完成两路D/A同步输出的程序如下：同步输出的程序如下：MOVDPTR，#0DFFFH ；指向；指向0832

9、（）输入锁存器（）输入锁存器MOV A，#data1 MOVX DPTR，A ；data1送入送入0832（）输入锁存器（）输入锁存器MOV DPTR，#0BFFFH ；指向；指向DAC0832（）输入锁存器（）输入锁存器MOV A，#data2MOVX DPTR，A ；data2送入送入0832（2）输入锁存器）输入锁存器MOV DPTR，#7FFFH ；同时启动；同时启动0832 (1)、0832(2) ；完成；完成D/A转换输出转换输出133、直通工作方式、直通工作方式v当当DAC0832芯片的片选信号、写信号、及传送控芯片的片选信号、写信号、及传送控制信号的引脚全部接地，允许输入锁存信

10、号制信号的引脚全部接地，允许输入锁存信号ILE引脚引脚接接5V时，时，DAC0832芯片就处于直通工作方式，数芯片就处于直通工作方式，数字量一旦输入，就直接进入字量一旦输入，就直接进入DAC寄存器，进行寄存器，进行D/A转换。转换。148.2 /转换器及其与单片机接口转换器及其与单片机接口8.2.1 8.2.1 转换器的原理及主要技术指标转换器的原理及主要技术指标 模数转换电路种类很多，如计数比较、逐次逼近、双积模数转换电路种类很多，如计数比较、逐次逼近、双积分型等，逐次逼近分型等，逐次逼近A/D在精度、速度和价格上都适中，是最在精度、速度和价格上都适中，是最常用的常用的A/D转换器。转换器。

11、一、逐次逼近式一、逐次逼近式ADC的转换原理的转换原理clk15 以以D/A转换器为基础，加上比较器、转换器为基础，加上比较器、N位逐次逼近位逐次逼近寄存器，置数控制逻辑电路以及时钟等组成。在启动寄存器，置数控制逻辑电路以及时钟等组成。在启动信号控制下，置数控制逻辑电路置信号控制下，置数控制逻辑电路置N位寄存器最高位位寄存器最高位为为1，其余位清零，其余位清零，N位寄存器的内容经位寄存器的内容经D/A转换后得转换后得到整个量程一半的模拟电压到整个量程一半的模拟电压VN，与输入电压，与输入电压VX比较。比较。若若VX大于等于大于等于VN，则保留最高位；若，则保留最高位；若VXVN则对该则对该位清

12、零，然后，控制逻辑使寄存器下一位置位清零，然后，控制逻辑使寄存器下一位置1，与上，与上次的结果一起经次的结果一起经D/A转换后与转换后与VX比较，重复上述过程，比较，重复上述过程，直到判别出直到判别出D0位是位是0还是还是1为止。为止。EOC发出信号表示发出信号表示转换结束。锁存器有效转换结束。锁存器有效OE打开，输出数据。打开，输出数据。 16三、三、A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1、分辨率、分辨率vADC的分辨率的分辨率是指使输出数字量变化一个相是指使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二进邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二进制的位数表示。例如制的位

13、数表示。例如12位位ADC的分辨率就是的分辨率就是12位，或者说分辨率为满刻度位，或者说分辨率为满刻度FS的的1/212 。一。一个个10V满刻度的满刻度的12位位ADC能分辨输入电压变能分辨输入电压变化最小值是化最小值是10V1/ 212 =2.4mV。172、量化误差、量化误差vADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。称为量化。量化误差是量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差误差。实际上，要准确表示模拟量，。实际上，要准确表示模拟量，ADC的位数需很大甚至无穷大

14、。的位数需很大甚至无穷大。一个分辨率有限的一个分辨率有限的ADC的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的ADC转换特性曲线（直线）之间的最大偏差即是量化误差。是量化转换特性曲线（直线）之间的最大偏差即是量化误差。是量化结果和被量化模拟量的差值结果和被量化模拟量的差值,显然量化级数越多显然量化级数越多,量化的相对误差越量化的相对误差越小小.量化级数指的是将最大值均等的级数量化级数指的是将最大值均等的级数,每一个均值的大小称为一每一个均值的大小称为一个量化单位个量化单位,实际模拟值落入两个量化层次之间时实际模拟值落入两个量化层次之间时,便会产生量化误便会产生量化

15、误差。量化将指定最为接近的层次。差。量化将指定最为接近的层次。 183、偏移误差、偏移误差v偏移误差偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。假定值，所以有时又称为零值误差。假定ADC没有非线没有非线性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压值就是偏移误差。值就是偏移误差。、满刻度误差、满刻度误差v满刻度误差满刻度误差又称为增益误差。又称为增益误差。ADC的满刻度的满刻度误差是指满刻度输出数码所对

16、应的实际输入电误差是指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。压与理想输入电压之差。195、线性度线性度v线性度线性度有时又称为非线性度，它是指转换器实际的有时又称为非线性度，它是指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。转换特性与理想直线的最大偏差。6、绝对精度、绝对精度v在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输入与理论模拟输入之差的最大值，称为入与理论模拟输入之差的最大值，称为绝对精度绝对精度。7、转换速率、转换速率vADC的的转换速率转换速率是能够重复进行数据转换的速度，是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数（单位即

17、每秒转换的次数（单位Hz）。而完成一次）。而完成一次A/D转换转换所需的时间，则是转换速率的倒数。所需的时间，则是转换速率的倒数。20主要性能为：主要性能为：v逐次逼近型位转换器；逐次逼近型位转换器；v精度：精度：ADC0809为为1LSB（ADC0808为为1/2LSB）；）；v单单+5V供电，模拟输入电压范围为供电，模拟输入电压范围为05V；v具有锁存控制的路输入模拟开关；具有锁存控制的路输入模拟开关；v可锁存三态输出，输出与可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容；电平兼容；v功耗为功耗为15mW；v不必进行零点和满度调整；不必进行零点和满度调整；v转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频转

18、换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频率范围：率范围：101280KHz。典型时钟频率值为。典型时钟频率值为640KHz，转换时间约为，转换时间约为100S。8.2.2 ADC08098.2.2 ADC0809芯片及其与单片机的接口芯片及其与单片机的接口21一、一、ADC0809的内部结构及引脚功能的内部结构及引脚功能221 1、IN0IN0IN7IN7，路模拟量输入端。，路模拟量输入端。2 2、D7D7D0D0，位数字量输出端。，位数字量输出端。3 3、ALEALE， 地址锁存允许信号输入端。通常向此引脚输入一个正地址锁存允许信号输入端。通常向此引脚输入一个正脉冲时，可将三位地址选择信号脉冲

19、时，可将三位地址选择信号A A、B B、C C锁存于地址寄存器内并锁存于地址寄存器内并进行译码，选通相应的模拟输入通道。进行译码，选通相应的模拟输入通道。4 4、STARTSTART，启动，启动A/DA/D转换控制信号输入端。一般向此引脚输入一转换控制信号输入端。一般向此引脚输入一个正脉冲，上升沿复位内部逐次逼近寄存器，下降沿后开始个正脉冲，上升沿复位内部逐次逼近寄存器，下降沿后开始A/DA/D转换。转换。5 5、CLKCLK，时钟信号输入端。，时钟信号输入端。6 6、EOCEOC，转换结束信号输出端。，转换结束信号输出端。A/DA/D转换期间转换期间EOCEOC为低电平，为低电平，A/DA/

20、D转换结束后转换结束后EOCEOC为高电平。可以用作为高电平。可以用作A/DA/D转换器的状态信号查询，转换器的状态信号查询，也可以直接用作中断请求信号。也可以直接用作中断请求信号。7 7、OEOE，输出允许控制端，控制输出锁存器的三态门。当，输出允许控制端，控制输出锁存器的三态门。当OEOE为高为高电平时，转换结果数据出现在电平时，转换结果数据出现在D7D7D0D0引脚。当引脚。当OEOE为低电平时，为低电平时，D7D7D0D0引脚对外呈高阻状态。引脚对外呈高阻状态。8 8、C C、B B、A A，路模拟开关的地址选通信号输入端，路模拟开关的地址选通信号输入端，3 3个输入端个输入端的信号为

21、的信号为000000111111时，接通时，接通IN0IN0IN7IN7对应通道。对应通道。9 9、VRVR（）、（）、VRVR（）：（）：分别为基准电源的正、负输入端。分别为基准电源的正、负输入端。1010、VCCVCC，5 515V15V。23二、二、ADC0809的时序的时序24三、三、ADC0809与单片机的接口与单片机的接口1、查询方式、查询方式 例：对路模拟信号轮流采样一次，并依次把转换结果存例：对路模拟信号轮流采样一次，并依次把转换结果存储到片内储到片内RAM以以DATA为起始地址的连续单元中。为起始地址的连续单元中。25MAIN：MOV R1，#DATA ；置数据区首地址；置数据区首地址 MOV DPTR，#FFF8H；指向通道；指向通道 MOV R7，#08H；置通道数；置通道数LOOP：MOVX DPTR，A；启动；启动A/D转换