单片机应用课件六

第十一章ADC与DAC的应用广东机电职业技术学院-------单片机应用智能电子教研室张永亮一.AD转换A/D转换器用以实现模拟量向数字量的转换。按转换原理可分为4种:并行式、计数式、逐次逼近式、双积分式A/D转换器。逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快,精度较高的转换器,其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。1.A/D转换器接口(1)并行式模拟数字转换

转换速度快。所需要的电路较复杂，以n个位的并行式模拟-数字转换为例，则需要2n个精密电阻器、2n-1个比较器，以及一个n位的优先编码器。(2)逐步逼近式模拟-数字转换n位的逐步逼近式模拟-数字转换，其转换时间为n个时钟脉波，其转换速度仅次于并行式模拟-数字转换。电路较并行式模拟-数字转换的电路简单。(3)连续计数式模拟-数字转换转换速度依输入模拟电压而不同，模拟电压越高所需转换时间越长。电路较并行式模拟-数字转换的电路简单。(4)双斜率式模拟-数字转换

转换速度最慢。精密度高，稳定性佳。噪声免疫力良好。2.A/D转换器基本知识A/D转换器的主要技术指标分辨率 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。常用二进制的位数表示。

例如:12位ADC的分辨率就是1/212*Uref，一个10V满刻度的12位ADC能分辨,输入电压变化最小是:10V×1/212=2.4mV量化误差

ADC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。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。2.A/D转换器基本知识A/D转换器的主要技术指标偏移误差

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。满刻度误差 满刻度误差又称为增益误差。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。线性度 线性度有时又称为非线性度，指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。2.A/D转换器基本知识A/D转换器的主要技术指标绝对精度 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，称为绝对精度。对于ADC而言，可以在每一个阶梯的水平中点进行测量，它包括了所有的误差。转换速率 指ADC能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。3.ADC0804芯片介绍

CMOS的逐步逼近式AD转换器。具有8位分辨力，转换时间为100微秒，而最大误差为1个LSB值(最小电压刻度)。采用差动式模拟电压输入，三态式数字输出。模拟输入电压范围为0到5V(千万不要输入过高电压，一下子就烧毁)。

引脚图

ADC0804时钟脉冲电路3.ADC0804芯片介绍ADC0804的连续转换电路3.ADC0804芯片介绍ADC0804的交互式控制电路3.ADC0804芯片介绍

ADC0804的启动转换时序图3.ADC0804芯片介绍

ADC0804的转换时序图3.ADC0804芯片介绍

交互信号3.ADC0804芯片介绍ADC0804与8051连接3.ADC0804芯片介绍

电压测量实验4.ADC0804芯片使用-电压测量电压测量电路

4.ADC0804芯片使用-电压测量流程图

4.ADC0804芯片使用-电压测量温度测量实验

4.ADC0804芯片使用-温度测量AD590的外观、底部引脚图与符号

4.ADC0804芯片使用-温度测量AD590的特性

输出电流与开氏温度成正比，开氏温度0度时输出0A，开氏温度每上升1度电流增加1微安，而开氏温度与摄氏温度的关系为开氏温度等于摄氏温度加上273。换言之，摄氏温度每上升1度AD590电流增加1微安。

有效温度感测范围为-55℃到150℃。可采用的电源范围为4V到30V。4.ADC0804芯片使用-温度测量AD590接口

输出电压减去2.732V电路图4.ADC0804芯片使用-温度测量AD590与ADC0804的接口电路

4.ADC0804芯片使用-温度测量加权电阻网络

1.D/A转换器基本知识二.DA转换bit3bit2bit1bit0VObit3bit2bit1bit0VO000001000-50001-0.6251001-5.6250010-1.251010-6.250011-1.8751011-6.8750100-2.51100-7.50101-3.1251101-8.1250110-3.751110-8.750111-4.3751111-9.375电路结构简单，但不容易制作，因为其中所使用的电阻值，种类太多，差异过大。在IC的内部电路里，很难做出这样的电路。由于最大与最小的电阻差异太大，非常容易造成误差，以8位的转换电路为例，其中最大电阻为最小电阻的256倍，若电阻的误差为1%，则最大电阻的误差值就比最小电阻或次小电阻还大了！所以，很难达到较高的精确度。1.D/A转换器基本知识Ｔ型电阻网络D/A转换器的基本原理1.D/A转换器基本知识D/A转换器的主要技术指标分辨率 指输入数字量的最低有效位（LSB）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FS/2n。FS表示满量程输入值，n为二进制位数。

例：对于5V的满量程，采用８位的DAC时，分辨率为5V/256＝19.5mV；当采用12位的DAC时，分辨率则为5V/4096＝1.22mV。（位数越多分辨率就越高）线性度（非线性误差） 线性度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表示。如±１％是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±１％以内。

1.D/A转换器基本知识D/A转换器的主要技术指标绝对精度和相对精度 绝对精度（简称精度）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之间的最大误差。 相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度百分比表示。建立时间 建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时，输出模拟信号达到满刻度值的±1/2LSB所需的时间。是描述D/A转换速率的一个动态指标。 电流输出型DAC的建立时间短。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。根据建立时间的长短，可以将DAC分成超高速（＜1μS)、高速（10～1μS）、中速（100～10μS）、低速（≥100μS）等几类。具有两级输入数据寄存器的8位单片D/A转换器，它能直接与单片机89C52相连接，采用二次缓冲方式，可以在输出的同时，采集下一个数据，从而提高转换速度，能够在多个转换器同时工作时，实现多通道D/A的同步转换输出。2.DAC0832结构原理(1)DAC0832的特性分辨率为8位。只需在满量程下调整其线性度。可与所有的单片机或微处理器直接接口。电流稳定时间为1μs。可双缓冲、单缓冲或直通数据输入。功耗低，约为200mW。逻辑电平输入与TTL兼容。单电源供电（+5V～+15V）。

DAC0832的逻辑结构如下图所示，由8位锁存器、8位DAC寄存器和8位D/A转换器构成。2.DAC0832结构原理（2）DAC0832的引脚及逻辑结构D0～D7：数字量数据输入线。ILE：数据锁存允许信号，高电平有效。CS：输入寄存器选择信号，低电平有效。WR1：输入寄存器的“写”选通信号，低电平有效。WR2：DAC寄存器的“写”选通信号，低电平有效。XFER：数据传送信号，低电平有效。VREF：基准电压输入线。RFB：反馈信号输入线，片内已有反馈电阻。IOUT1和IOUT2：电流输出线。IOUT1与IOUT2的和为常数，DAC寄存器的内容线性变化。一般在单极性输出时，IOUT2接地。VCC：工作电源。DGND：数字地。AGND：模拟信号地。2.DAC0832结构原理(3)DAC0832各引脚的功能3.DAC0832与单片机的接口 将ILE接+5V，寄存器选择信号及数据传送信号都与地址选择线相连（图中为P2.7），两级寄存器的写信号都由89C52的WR端控制。当地址线选通DAC0832后，只要输出控制信号，DAC0832就能一步完成数字量的输入锁存和D/A转换输出。 阶梯波是在一定的时间内每隔一段时间输出的幅值递增一个恒定值。如图所示，每隔1ms输出增长一个定值，经10ms后循环。用DAC0832的单缓冲方式就可以实现这样的波形。4.DAC0832应用—阶梯波的产生AD转换-温度测量工学结合任务八：广东机电职业技术学院-------单片机应用目的和意义1．掌握AD转换器的基本工作原理。2.掌握单片机与AD0804的接口方式，电路连接设置。2．掌握C51编写AD转换程序。4．掌握PROTEUS仿真，烧写器的使用，硬件电路设计、焊接、装配，培养学生利用单片机技术解决生活中的实际问题的能力。一、任务描述1、设计一个单片机温度测量仪器，采用AD0804进行AD转换。2、具体要求：实时测量,并采用LCD显示。3、利用KeilC软件编写主函数、AD转换，显示，定时器中断等C程序代码。二、任务分析

1、任务所需硬件知识

单片机最小系统（晶振，复位电路），数码管显示，串行接口电路2、任务所需软件知识

单片机C语言数据类型，结构，串口通信、显示等程序设计3、任务所需环境 安装操作系统的微机1台、单片机集成开发环境keilC2.0、软 硬件开发平台proteus6.9、单片机下载软件STC_ISP_V3.3、 单片机实验板、下载线。项目实施过程—理实一体化模式提出项目和任务学生思考老师指点规划学习内容程序设计安装与调试单片机基础知识系统设计规划二、任务分析要求会使用KeilC开发环境要求文件夹命名规范要求工程项目命名规范要求文件名命名规范要求程序是否功能齐全要求仿真软件达到设计要求要求硬件电路满足设计要求要求产品设计文档充分二、任务分析程序设计要求1、进行功能分析，工作框架搭建，工作分工。2、使用软硬件开发平台proteus7.4进行电路仿真。设计要点：新建电路图设计文件，查找元器件，放置元器件，布局布线，修改元器件属性，进行仿真单片机程序。3、使用单片机集成开发环境keilC2.0。要点：C程序构成，关键词，运算符与表达式，数据结构，结构化语句。4、使用单片机下载软件STC_ISP_V3.3，通过串口或USB将单片机程序下载到单片机芯片中进行调试。5、完善单片机产品硬件电路，进行合适的电容、电阻、芯片、传感器、显示器件等进行焊接，通电运行后观察硬件电路是否满足要求。6、完成实验文档编写，包括：题目、作者、摘要、关键词，绪论，硬件电路，软件流程、代码，数据分析。任务实施步骤四、任务设计1）驱动硬件分析１.此电路核心件是MCS-51单片机（AT89C51）。

2.包括时钟电路、复位电路。

3.AD转换及数码管或液晶驱动电路。四、任务设计1、单片机温度测量硬件电路参考原理图2）仿真电路图检查的标准要求五、检查反馈序号质量报告内容分数存在问题得分1检查文件夹命名是否规范52检查工程项目命名是否规范53检查文件名命名是否规范54检查程序是否功能齐全355检查仿真电路元件型号是否正确、齐全56检查仿真软件仿真结果是否达标157检查硬件电路是否满足设计要求108检查产品设计文档是否完整、简洁209元件损坏-20,设备损坏-30，人受伤-100。10总分1、交流展示指导学生对产品进行展示，互相交流。2、检测反馈指导学生对他人产品检测，提出反馈意见。3、学生评价学生对他人产品进行评价，提出产品的优点和缺点，以及分数。4、教师评价根据教师点评进行分组讨论，并对自己的项目进行修改、完善。五、检查反馈多波形信号发生器工学结合任务九：广东机电职业技术学院-------单片机应用目的和意义1．掌握DA转换器的基本工作原理。2.掌握单片机与DAC0832的接口方式，电路连接设置。2．掌握C51编写DA转换程序。4．掌握PROTEUS仿真，烧写器的使用，硬件电路设计、焊接、装配，培养学生利用单片机技术解决生活中的实际问题的能力。一、任务描述1、设计一个多波形信号发生器，采用DAC0832进行输出。2、具体要求：可产生正弦波,方波,三角波。3、利用KeilC软件编写主函数、DA转换，定时器中断等C程序代码。二、任务分析

1、任务所需硬件知识

单片机最小系统（晶振，复位电路），数码管显示，串行接口电路2、任务所需软件知识

单片机C语言数据类型，结构，串口通信、显示等程序设计3、任务所需环境 安装操作系统的微机1台、单片机集成开发环境keilC2.0、软 硬件开发平台proteus6.9、单片机下载软件STC_ISP_V3.3、 单片机实验板、下载线。项目实施过程—理实一体化模式提出项目和任务学生思考老师指点规划学习内容程序设计安装与调试单片机基础知识系统设计规划二、任务分析要求会使用KeilC开发环境要求文件夹命名规范要求工程项目命名规范要求文件名命名规范要求程序是否功能齐全要求仿真软件达到设计要求要求硬件电路满足设计要求要求产品设计文档充分二、任务分析程序设计要求1、进行功能分析，工作框架搭建，工作分工。2、使用软硬件开发平台proteus7.4进行电路仿真。设计要点：新建电路图设计文件，查找元器件，放置元器件，布局布线，修改元器件属性，进行仿真单片机程序。3、使用单片机集成开发环境