第四章2DA转换器原理与应用

第四章2D/A转换器原理与应用图10-1单片机测控系统A/D转换器和D/A转换器是测控系统单片机的常用接口。4.3D/A转换器和接口技术4.3.1D/A转换器原理3位T电阻式D/A转换器电路结构设：数字量输入为B2B1B0根据电路的电流定律，图虚地处各电流关系如下：（10-1）公式推导

从图10-2可以看出，当B0=0时，开关往左打，接地；当B0=1时，开关往右打，也接地（虚地）。所以流出节点c的电流I0和I0’是相等的。故：（10-2）公式推导续一为了分析I'1与I1之间的关系，需要将图10-2中的电阻网络电路作一等效变换。图10-3等效电路a公式推导

续二将图10-3中节点b右边的电阻串联相加，得到等效电路b，如图10-4所示。公式推导

续三根据式（10-2）和（10-3）得：（10-4）（10-6）同理，当B1=0时，开关往左打，接地；当B1=1时，开关往右打，也接地（虚地）。所以流出节点b的电流I1和I1’是相等的。故：（10-3）以此类推，可得：将式（10-4）、（10-6）代入式（10-1），得：（10-7）(10-8)根据欧姆定律，得公式推导续四故：(10-9)同理，当D/A转换器的位数等于8时，∑I与数字量B关系为：(10-10)公式推导续五４、电流输出转换成电压输出根据运算放大器的输入特性，以及欧姆定律，得：(10-14)１）分辨率：输出模拟量的最小变化量设：D/A转换器为8位，参考电压=5v,根据式（10-14）当R=Rfb时，Voutmin=5/256v２）满刻度误差：输入为全1时，输出电压与理想电压之间的误差。根据以上条件，当输入为全1时，Vout=-5×255/256v，理想电压=-5v。３）输出范围：最小输出电流～最大输出电流4.3.2、D/A转换器的主要参数４）D/A转换时间D/A转换器的主要参数续指从输入数字量起，至模拟量输出所需时间。D/A转换器输出的电流建立时间很短，一般为50~500ns。若其输出接运算放大器转换成电压输出，电压建立的时间一般为1µs。4.3.3DAC0832的结构原理

和接口技术一、DAC0832的性能指标输出电流稳定时间：1µs工作方式：双缓冲器、单缓冲器和直通方式。逻辑输入：TTL电平功耗：20mW电源：+5v~-15v二、DAC0832的结构数据锁存器：第一级缓冲器，接收来自单片机的数据。数据寄存器：第二级缓冲器，给D/A转换电路提供数字信息.D/A转换器：将数字信息转换成电流量模拟信号。DAC0832中D/A转换电路IOUT1和IOUT2之和是一个常数，DAC0832在应用中可以输出一个单端信号IOUT1，也可以输出一个双端信号IOUT1和IOUT2。三、DAC0832的外部引脚D7~D0：8位数据输入线，常与单片机的数据总线相连，用于输入单片机送来的数字量。ILE：输入数据允许锁存控制信号，高电平有效。：数据锁存器选片信号，低电平有效。：数据锁存器写控制信号，低电平有效。：传送控制信号，低电平有效，用于将数据锁存器输出的信息传送至数据寄存器。：数据寄存器写入控制信号，低电平有效。VREF：参考电压输入端，一般在-10v~+10v，由稳压电源提供。Rfb：运算放大器反馈信号输入端，通常接运算放大器输出端。AGND：模拟电路接地端。DGND：数字电路接地端。Iout1：电流量模拟信号1。Iout2：电流量模拟信号2。三、

DAC0832的工作方式1、双缓冲器方式双缓冲器方式是将数据锁存器作为第一级缓冲器接收数据，将数据寄存器作为第二级缓冲器存放D/A转换的数据。2、单缓冲器方式单缓冲器方式是为了提高数据的传递速度，节省控制信号。其含义是输入的数据不再在数据锁存器中停留，直接传送至数据寄存器。3、直通方式数据从D7~D0数据端直接进入数据寄存器。例10-1：若有一单片机与D/A的应用系统，如图10-9所示，分析该系统的接口电路，并进行程序设计。4.3.4DAC0832的应用和编程（一）接口电路分析DAC0832工作在单缓冲器方式DAC0832的接口地址为7FFFHDAC0832的参考电压为5V，为了保证转换精度，VREF一般单独接一个稳压电源。例10-1中公式推导根据电路中的电流定律，流出每一个节点的电流等于流入的电流。即：Iout+I1+I2=0，Iout=-I1-I2而根据运算放大器虚地的概念，得：

Iout=-Vout/15k，I1=V1/7.5k，I2=Vcc/15kVout/15kΩ=-V1/7.5kΩ-VREF/15kΩ根据公式（10-14），得：例10-1中公式推导续整理上式得：当VREF为5v时，得：（10-17）（10-18）当数字量B从0变化到255时，电压模拟量Vout就从-5v变化到4.96v（约等于5v）。（二）程序设计试编一程序段，使Vout输出一方波，如图10-10。设系统时钟频率为12Mhz。根据式（10-18），当Vout=2v时，B≈179。当Vout=-2v时，B≈77。方波半周期为1ms，采用软件延时来控制。程序编制START: MOV DPTR, #7FFFH;设置D/A转换接口地址指针。LOOP: MOV A, #179; 设置对应2v的数字量179. MOVX@DPTR,A; 输出数字例179,使Vout输出2v. LCALL DL1MS; 延时1ms. MOV A，

#77; 设置对应-2v的数字量77. MOVX@DPTR,A; 输出数字例77,使Vout输出-2v. LCALL DL1MS; 延时1ms. SJMP LOOP; 程序循环.DL1MS: MOV R6, #2; 延时1ms子程序.DL1: MOV R7, #250 DJNZ R7, $ DJNZ R6, DL1 RET例10-2若有一单片机与D/A转换器的应用系统，如图10-9所示，试设计一程序段，使Vout输出一个锯齿波，如图10-11所示。设系统时钟频率为12Mhz。图10-11（一）分析题意根据例10-1得到的（10-18）式可知，要使Vout输出从-5v线性变化至5v，只要使数字量B从0、1、2逐一变化至255即可。当Vout从5v回到-5v，对应的数字量B从255回到0。因此，在程序中只要使数字量从0逐一变化至255，再回到0，就可使Vout产生如图10-11所示的锯齿波。（二）程序编制 MOV DPTR, #7FFFH;设置DAC0832接口地址指针 CLR A; 将数字量初始化清零LOOP: MOVX @DPTR,A; 将数字量送入DAC0832转换① INC A; 数字量加1② SJMP LOOP; 循环送数字量③若系统时钟频率为12MHZ，则1个机器周期为1μs。由于程序中进行循环的指令循环一次所需时间为(2+1+2)μs，故锯齿波的周期为（5×256）=1280μs=1.28ms（三）计算锯齿波的周期从微观上来看，Vout从-5v变化至5v并非是线性的，而是呈阶梯性质，如图10-12。每一个阶梯所持续的时间正是指令①、②、③执行所需时间之和。周期为5ms锯齿波的程序设计首先将周期长度5ms除以256，得到锯齿波中每一阶梯所需时间约20µs，然后修改以上锯齿波程序，插入一些指令，使得循环体中指令的执行持续20µs。 MOV DPTR, #7FFFH;设置DAC0832接口地址指针

CLR A; 将数字量初始化清零LOOP: MOVX @DPTR,A; 将数字量送入DAC0832,2µs. INC A; 数字量加1,1µs. MOV R6, #7; 设置循环次数,1µs DJNZ R6, $; 循环7次,2µs乘7等于14µs SJMP LOOP; 继续循环,2µs例10-3若有一单片机与D/A转换器的应用系统，如图10-9所示，试设计一程序段，使Vout输出一个三角波，周期为10ms，波峰为5v，波谷为0v。如图10-13所示。设系统时钟频率为12Mhz。图10-13三角波（一）分析题意根据三角波的特性，当其周期为10ms时，则上升段和下降的时间各为5ms。根据式（10-18）可知，当B=128时，Vout=0v。故B从128逐步加1增加至255，波形为上升段；B从255逐步减1至128，则波形为下降段。上升段和下降段各需要128个阶梯，每一个阶梯持续的时间为：5ms/128≈40s=40T。（二）程序编制START: MOV DPTR, #7FFFH;设置DAC0832接口地址指针 MOV A, #128; 将数字量初始化为128UP: MOVX@DPTR,A; 将数字量送入DAC0832,2µs. INC A; 数字量加1,1µs. MOV R7, #17; 设置循环次数,1µs DJNZ R7, $; 循环17次,2µs乘17等于34µs. CJNE A, #0,UP; 若数字量未至255,则继续上升.2µsDOWN: DEC A; 若数字量已至255,则减1.1µs MOVX@DPTR,A; 将数字量送入DAC0832,2µs. MOV R7, #17; 设置循环次数,1µs DJNZ R7, $; 循环17次,2µs乘17等于34µs. CJNE A,#128,DOWN; 若数字量未至128,则继续下降.2µs SJMP UP; 若数字量已至128,则返回上升段.实验十五、D/A转换器应用举例一、实验目的学习在单片机系统中扩展DAC0832接口和编程的基本方法。二、实验工具一台DVCC-51NET单片机实验台。采用软件工具KeilμVision2。三、实验内容若有一单片机与D/A转换器的应用系统，试设计一程序段，使Vout输出一个锯齿波，周期为5ms、波峰为5v、波谷为-5v。设系统时钟频率为11.0592Mhz。四、实验线路DAC0832的选片信号端接系统的Y0，则DAC0832的接口地址为8000H。五、程序设计 ORG 0000H LJMP START ORG 0040HSTART: MOV