常见DAC转换器及应用.ppt

1、第九章数模扩展，学习指南：单片机应用系统一般用于控制和监控被控对象，与被测对象交换信息是不可避免的。有两种主要的信息格式：模拟量和数字量。由于单片机只能处理数字量，在处理之前必须通过模数转换将模拟量转换成数字量，应用系统往往需要模拟量来控制，因此必须采用数模扩展技术将数字量转换成模拟量。如何扩展数模以实现这一功能是本章讨论的主要问题。单片机实际应用系统一般采用单片机来控制和监控被控对象，与被测对象交换信息是不可避免的。有两种主要的信息格式：模拟量和数字量。由于单片机只能处理数字量，而许多被控对象只能接受模拟量，因此有必要设计一种将数字量转换成模拟量的电路，称为数模转换电路。9.1数模转换器的原

2、理、分类和特点。虽然电压输出数模转换器直接从电阻阵列输出电压，但它通常使用内置输出放大器以低阻抗输出。具有直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载。由于输出放大器中没有延迟，它们通常用作高速数模转换器，如TLC5620。9.1.1电压输出型、9.2.1电流输出型、电流输出型数模转换器很少直接使用电流输出，大部分都与电流-电压转换电路相连以获得电压输出。后者有两种方法：一是只在输出引脚上连接负载电阻，进行电流-电压转换；第二个是外部运算放大器。使用负载电阻进行电流-电压转换的方法，虽然电压可能出现在电流输出引脚上，但必须在指定的输出电压范围内使用，并且由于输出阻抗高，通常由外部运算放大器使用。此外，当

3、输出电压不为零时，大多数互补金属氧化物半导体数模转换器无法正常工作，因此必须连接一个外部运算放大器。当外部运算放大器进行电流-电压转换时，电路结构与内置放大器的电压输出类型基本相同。此时，放大器的延迟被添加到数模转换器的当前建立时间，这使得响应变慢。此外，由于输出引脚的内部电容，该电路中的运算放大器容易振动，有时需要相位补偿，如THS5661A。9.1.3乘法数模转换器使用恒定的参考电压，并向参考电压输入端添加交流信号。后者被称为乘法数模转换器，因为它可以得到数字输入和参考电压输入的乘法结果并输出。通常，乘法数模转换器不仅可以执行乘法，还可以用作数字衰减输入信号的衰减器和调制输入信号的调制器，

4、如AD7533。9.2并行数模扩展是本章最重要的内容，涉及单片机应用系统三总线结构的扩展，其实质是将数模扩展为输出外设。特别是，在本章中，对DAC0832的扩展经常被用作重点检查内容。如果你理解和掌握了它，你也将理解和掌握承兑交单的本质。与并行数模扩展不同，单片机并行数模扩展应注意的问题主要包括：地址的确定和输出电路的设计。它的连接，特别是状态总线的连接，比模/数更容易。单片机并行模/数扩展地址的确定，将在具体的芯片扩展中给出，主要方法同I/O端口扩展一章所述。由于数模转换的速率是已知的，可以根据数模转换的芯片手册找到，只有在单片机将数据锁入数模转换器，完成数模转换后，数模转换器才会输出正确的

5、转换结果。这种方法易于连接和编程。数模扩展主要分为单缓冲模式和双缓冲模式。9.2.1单缓冲模式，当应用系统只有一个数模转换或多通道转换，但不要求同步输出时，采用单缓冲模式接口当地址线选通数模转换器时，数字量可以直接从数据总线传输到数模转换器进行转换。如图9-1所示，ILE连接到5V，寄存器选择信号(/CS)和数据传输信号(/XFER)连接到地址选择线(图中的2.7)，两级寄存器的写信号由8031的/WR端控制。当地址线选通DAC0830时，只要输出/WR控制信号，DAC0830就可以一步完成数字输入锁存和数模转换输出。图9-1单缓冲模式下dac0830和双缓冲模式下9.2.2的接口电路。对于多

6、路数模转换接口，当同时需要数模转换输出时，应采用该模式。单片机首先通过数据总线将需要转换的数字量锁存到数模转换器的寄存器中，然后向数模转换器发送控制信号，实现同步转换输出。如图9-2所示，它是一个具有两个同步输出的数模转换接口电路。8031的P2.5和P2.6分别选择两个数模转换器的输入寄存器来控制输入锁存器；P2.7连接到两个数模转换器的/XFER端控制同步转换输出；/WR端子连接到所有/WR1和/WR2端子，当执行MOVX输出指令时，8031自动输出/WR控制信号。图9-2双向同步输出数模转换接口电路，数模芯片的功能是将输入的数字量转换成与其成比例的模拟量，输出的模拟量随输入的数字量而变化

7、。DAC0830系列是一款8位数据输入数模芯片，采用CMOS技术集成两个寄存器，具有20个引脚。引脚排列如图9-2所示，其输出模拟量可以有256个不同的电平。9 . 2 . 3 8位并行DAC0830/0831/0832的扩展，图9-4中的引脚定义，DAC0832模数转换器L iout1iout2的引脚功能：2个模拟电流输出。ILE:允许数据锁存信号，并且高电平在ILE边沿有效，以便将通道a、b和c上的数据锁存到内部地址锁存器。L D0D7:八位数据线。寄存器选择信号，低电平有效。L /WR1:输入寄存器写选通信号，在低电平有效。L /XFER:数据传输信号，低电平有效。1.芯片引脚的功能和定

8、义；2.应用电路，典型模拟电压输出电路如图9-5所示。图9-5模拟电压输出电路。DAC0830的控制时序图如图9-6所示。图9-6 DAC 0830控制时序图；3.dac0830系列的零点和满量程调整；具有零点和满量程调节功能的数模转换器dac0830的电路如图9-7所示。为了实现精确的数模转换，输出放大器的输入补偿电压必须设置为零，放大器补偿偏差会降低数模转换器的线性度。调零的基本目的是使数模转换器输出端的电压尽可能接近零。当数字信号均为“0”时，运算放大器的输出模拟信号电压应为0伏。当它不为零时，通过调整零电位计Vcc，输出电压为零或几乎为零。当输入数字信号均为“1”时，运算放大器输出的模

9、拟电压信号应为满量程输出。例如，当VREF5V为5V时，输出模拟电压应为VOUT4.98V。如果不是，调整满量程电位计的满量程调整，使VOUT4.98V，满量程调整完成。图9-7具有零点和满量程调节功能的数模转换器DAC0830电路，9 . 2 . 4 DAC0830扩展实例，DAC 0830扩展步骤：l总线扩展；确定承兑交单地址；数模控制子程序的编译。示例9.1使用8051和DAC0832形成信号发生器。系统可输出0V5V三角波信号。尝试设计硬件电路并编写相应的程序。分析：只有一个输出，因此可以使用单缓冲接口，ILE连接到5V，芯片选择信号CS和数据传输信号/XFER连接到地址选择线P2.7

10、，输入锁存器和数模转换器寄存器的地址可以选择为7FFFH。写信号/WR1和/WR2与8031的写信号/WR相连。当中央处理器在803l上执行写操作时，它可以锁存数字输入以进行数模转换和输出。扩展电路图如图9-8所示。图9-8是扩展电路图。从电路图可以看出，l DAC0832的地址为7FFFh，只要数据写入d/a，转换就可以开始。，ORG 0030H MOV DPTR，# 7FFFh地址da 0832:mob R2，# 0ffhmova，# 00hda1: movxdptr，a Inc adjnzr2，da1movr2，# 0feh da23360decmovxdptr，adjnzr2，da2a

11、jmp da1，例9.2正弦波信号广泛应用于通信信号中，DAC0832与MCS-5l之间的接口作为正弦波分析：图中采用波形叠加法，0，180处只有DC分量为80H090，Sin0和Sin90被分成0127部分，即当Sin0=00H，Sin90=7FH时。现在090被分成9段，每段有10个，相应的正弦值和十六进制数通过查表得到。将数字量顺序存储在程序存储区中。然后逐点相加得到正半波，逐点相减得到负半波。Sin0Sin90和相应的数字量如表9-1所示。表9-1正弦值对应数字量，程序可改编为：ORG 2000H MOV DPTR，# 9000H设置只读存储器头地址MOV P2，# 7FH设置数模接口

12、地址movp0、# 0ffhmovr2和# 0ah在第一节中发送DA1: CLR A MOVC A、A DPTR 10次；获取数据ADD A，# 80H交流/DC叠加MOVX R0，A；发送至DPTR达科8032公司；指向下一个数据DJZ R2，DA1循环发送DEC DPTR DEC DPTR；指向MOV R2 80号，# 09H在第二节中发送DA2: CLR A、MOVC A、DPTR A 9次；获取数据，并将其发送到1/4周期添加一个# 80h movxr0，一个dec dptr Inc dptr指向0 MOV R2，# 09H第三级输出9次：da3:clr amovc a，a dptr

13、mov R3，a amov a，# 80h clr c subb a，R3 movxr0，a；发出负半波DJNZ R2，DA3 DEC DPTR DEC DPTR；指向80，MOV R2，# 80H第四级输出8倍da4:clr amovca，一个dptr mov R3，一个amov a，# 80h clr csubb a，R3 movxr0，一个Inc dptr djnz R2，da4org3000hdb00h，16h，2bh，40h，52h，扩展61H DB 6EH，77H，7DH，7FH，9.2.4 12位并行DAC1208转换器。DAC1208系列数模转换器有三种芯片类型：DAC1208

14、、DAC1209和DAC1210，它们与微处理器完全兼容，目前应用广泛。1 DAC1208的内部结构和引脚功能DAc 1208系列的内部结构与DAC0830系列非常相似，DAc 0830系列是一种双缓冲结构，只有8位元件被12位元件取代。但是对于输入寄存器，使用8位寄存器和4位寄存器来连接8位中央处理器，而不是12位寄存器。DAC1208的主要应用特点是：l输出电流稳定时间：1 us参考电压：vref=-10v 10v。l单工作电源：5v、15vl低功耗：20mW。DAC1208引脚的功能如下：l /CS:芯片选择信号，低电平有效。WR:写信号，低电平有效。l字节1/字节2:字节序列控制信号。

15、当信号为高电平时，两个锁存器(8位和4位)打开，所有12位都被驱动到减速器中。当信号为低电平时，4位输入锁存器开启。L /WR2:辅助写入，低电平有效。该信号与/XFER结合。当/XFER和/WR2均为低电平时，锁存器中的数据被驱动至数模转换器寄存器。当/WR2为高电平时，数模转换器寄存器中的数据被锁存。l、/xfer:发射控制信号，在低电平有效。该信号与/WR2信号组合，将输入锁存器中的12位数据发送至数模转换器寄存器。Ldi0di1: 12位数据输入。L iout1:数模转换电流输出1。当数模转换器寄存器全部为1时，输出电流最大，当全部为0时，输出为0。L iout2:数模转换电流输出2。

16、IOUT1 IOUT2=常数。RFB:反馈电阻输入。VFB:参考电压输入。VCC:电源电压。DGND和AGND:数字地和模拟地。9.2.6数模转换器1208与8031单片机接口设计实例。硬件接口设计中最重要的是DAC1208的输入控制线，与DAC0830基本相同。/CS和/WR1用于控制输入寄存器，/XFER和/WR2用于控制数模转换器寄存器。然而，为了区分8位输入寄存器和4位输入寄存器，增加了一条控制线BYTE/BYTE2。当该信号为1时，选择8位寄存器，当该信号为0时，选择4位寄存器。通过这条控制线，两个输入寄存器可以连接到同一个解码器输出端(连接到/CS端)。实际上，当字节1/字节2=1

17、时，两个输入寄存器均被选择，而当字节1/字节2=0时，仅选择4位输入寄存器。这样，一条地址线A0可以控制字节1/字节2，两条解码器输出线可以控制/CS和/XFER。一个DAC1208芯片只占用三个内存单元。例9.3利用8031单片机和DAC1208转换器将12位数据发送到DAC1208进行转换，尝试设计硬件电路并编写相应程序。分析：DAC1208的高8位输入寄存器地址为4001小时，低4位寄存器地址为4000小时，DAC寄存器地址为6000小时。考虑到8031单片机P0.0地址/数据线的分时复用，在用P0.0与DAC1208的BYTE1/BYTE2连接时需要锁存，DAC1208系列没有基准电源，所以外部的AD581作为10V基准电压源。模拟电压输出是双极性的。DPTR，甲；当/WR有效时，数字量从P0端口发送到P2.7指向的地址。DAC1208系列数模转换器工作在双缓冲模式。发送数据时，必须先发送12位数据中较高的8位数据DI11DI4，然后发送较低的4位数据DI3DI0，但不能以相反的顺序发送。这是因为当输入8位寄存器时，4位输入寄存器也是打开的。如果先发送低4位，然后发送高8位，结果将是不正