单片机数模转换1

第九章 数∕模 与 模∕数转换
测量对象和被控对象，是连续变化的模拟量，
具有模拟量输入和模拟量输出的MCS —51应用系统结构如图：
开关量
模拟量
物理量：位移，加速度，速度；
压力，温度，湿度；
光强，颜色；
磁场强度，磁通量；
A/D 与D/A 电路已经集成化， 掌握其参数，合理的选用
§9.1 D/A 转换器的工作原理及指标 一、 工作原理
D/A 转换器：输入数字量： D n-1 D n-2 … D 1 D 0
实际物理量（非电量） 传感器 及变换电路 单 片
机 模拟信号 AD 转 换 器
D/A
转换器
输出模拟量： Vo
Vo = D • Vr Vr 为参考电压
D = D n-1• 2n-1
+ D n-2 • 2
n- 1
… + D 1 • 2 + D 0
实现方法很多，介绍两种 1． 权电阻D/A 转换法
位切换开关 权电阻 Vr ：基准电压
构成：模拟电子开关，运算放大器 模拟电子开关：Di=1 接通
Di=0 断开
运算放大器：反向放大求和 输出电压：Vo =(
R D 80+R D 41+R D 22+R
D 3
) • R F • Vr 2．R —2R T 型电阻网络D/A 转换器 框图：
T 型解码网络
求和放大器
参考电压 模拟电子开关
D0 D1 Dn-1
T 型电阻网络D/A 转换器框图
T 型电阻网络D/A 转换原理图
由R-2R 网络、模拟开关、运算放大器构成 从每个节点看，等效电阻为：R 从D3、D2、D1、D0看，等效电阻为 3R ； 从每一模拟开关流入的电流为：I=
R
Vr
3 ; 电流经电阻网络分流后，进入运算放大器的电流为： D3：2
1I D2：4
1I
二进制输入
D1：81I D0：16
1I
Vo = R
Vr Rf 3∙（D 3 • 2-1 + D 2 • 2-2 + D 1 • 2-3 + D 0 • 2-4
）
=
16
3∙∙R Vr Rf （D 3 • 2-3 + D 2 • 2-2 + D 1 • 2-1 + D 0 • 20
）
D/A 转换器件提供的是电流，需要加运算放大器进行放大和转换。

输出的电压与运算放大器的反馈电阻Rf 及参考电压Vf 有关。

R-2R 电阻网络实现容易，实用上大量采用 如：DAC0832 DAC0808 AD7520 二、D/A 转换器的性能指标
1． 分辨率
最小输出电压（对应输入数字量只有最低位为1）与最大输出电压（对应输入数字量全部为1）之比，与该数模转换器的位数有关：
10位，最小输出电压：Vmin = 00 0000 0001Vr 最大输出电压：Vmax = 11 1111 1111Vr 分辨率：
10231≈ 0.001 即 102
1 位数越高，输出电压最小值越小，分辨率越高，灵敏度越高； 以D/A 转换器的位数来表示其灵敏度，位数越高，灵敏度越高； 如：DAC083
2 8位
分辨率为：
82
1
≈ 0.004
2．建立时间
D/A中的输入代码有满刻度值的变化时，其输出模拟信号达到满度值±LSB/2所需时间；
3．精度
通常以最大转换误差的形式给出，包括非线性误差，比例误差，漂移误差等。

精度与分辨率不同：
4．线性度
实际输出值对D/A转换器理想输入/输出曲线的接近程度，通常以非线性误差的大小表示线性度；
1LSB
以最低位的分数来表示，LSB ,
2
还有：输出电压范围，输入电平类型，温度系数，工作温度，功耗三、D/A转换器的分类
1．按速度（建立时间）分类
1MHz以上为高速
THS8133 5ns
2．按输出信号类型分类
电流型：后面加运放I—V转换
电压型：直接得到电压
3．按接口类型分类：
并行：DAC0832，AD7520，
串行：MAX531, TLV5638(双12位)
4．参考源类型
内部和外部
5．供电电源类型：
单电源和双电源
四、D/A转换器的选择
考虑各种参数
所用的场合情况
§9.2 模数转换器DAC0832与MCS-51接口
一、DAC0832结构及特性
DAC0800系列：DAC0830\DAC0831\DAC0832可以完全代换1．主要特性参数：
●分辨率：8位
●电流稳定时间：1µs
●可以单稳态、双稳态或直接数字输入
●单一电源供电（+5V ─+15V）
●输入电平：TTL
●功耗：20mW
2．结构框图
DAC0832数模转换器框图
两个数据锁存器、一个T型网络D/A转换器、控制电路
8位输入寄存器
由8D锁存器组成，用来作为输入数据的缓冲寄存器，可以直接与微机相连，LE1为其控制输入，
LE1=1：D触发器接受信号，
LE1=0: D触发器锁存信号
8位DAC寄存器
也由8D锁存器组成，8位输入数据只有通过DAC寄存器才能送到D/A转换器去转换；控制端LE2;
LE2=1: 输出跟随输入
LE2=0：锁存
8位D/A转换器
采用T型网络，电流输出，
3．引脚说明：（共20脚）
DI0 ─ DI7: 数字量数据输入；
ILE:数据锁存允许；
CS:输入寄存器选择，低电平有效；
WR1: 输入寄存器选通信号，低电平有效；
ILE=1, CS=0:
WR1=0, 则：LE1=1, 输入寄存器的输出随输入变化；
WR1=1, 则：LE1=0, 数据锁存在输入寄存器中；
XFER:数据转移控制信号，低电平有效；
WR2: DAC寄存器选通信号；
XFER、WR2同时为低时，LE2=1, 8位DAC寄存器的输
出随输入而变化，WR2的上升沿锁存；
Vref: 基准电压输入；
Rfb:运算放大器反馈信号输入，芯片内已有反馈电阻；
Iout1 Iout2: 电流输出，Iout1+Iout2=常数；
Iout1随DAC寄存器的内容线性变化；
Vcc: 工作电源，
DGND:数字地，工作电源地、数据地、控制信号地；
AGND:模拟地，基准电压地、模拟信号地；
在D/A和A/D系统中，模拟地和数字地应分开，以保证转换精度，提高系统的抗干扰能力。

二、DAC0832与8051的接口设计
1．单缓冲方式
输入寄存器、DAC寄存器直接送D/A转换器
单路模拟量输出电路
ILE=+5V, 片选信号CS与XFER一起接P2.7,
WR1和WR2接在一起与8051的WR信号相连，既完成了数据的锁存，又完成了D/A转换，
0832的地址为：7FFFH
完成一次D/A转换的指令为：
MOV DPTR, #7FFFH ; 选中DAC0832
MOV A , #DATA ; 要转换的数据
MOVX @DPTR , A ; 输入数据
利用0832产生各种波形：
锯齿波：
ST: MOV DPTR ,#7FFFH ; 选中DAC0832 MOV A , #00H ; 取初值
LP: MOVX @DPTR , A ; 转换
INC A ；A A+1
SJMP LP ;
输出波形为：
V
t 三角波：
ST: MOV DPTR ,#7FFFH ; 选中DAC0832
MOV A , #00H ; 取初值
UP: MOVX @DPTR , A ; 转换
INC A ；A A+1
JNZ UP ; 上升结束？
DOWN: DEC A ; 下降
MOVX @DPTR , A ; 转换
JNZ DOWN ; 下降结束？
SJMP ；完成一个周期，重复
波形图：
V
t
矩形波：
ST : MOV DPTR ,#7FFFH ; 选中DAC0832 LP: MOV A , #DATA1 ; 高电平
MOVX @DPTR , A ; 转换
ACALL DELAY_H ; 延时1
MOV A , #DATA2 ; 低电平
MOVX @DPTR , A ;
ACALL DELAY_L ; 延时2
SJMP LP ; 循环
V
如何产生正弦波？
2．双缓冲方式
需要多路数模同时输出时，可用双缓冲方式：
双路输出0832与8051接口
P2.5: 第一片0832输入寄存器地址，DFFFH
P2.6: 第二片0832输入寄存器地址，BFFFH
P2.7: 两片0832DAC寄存器地址，7FFFH
双缓冲原理：
MOV DPTR ,#DFFFH ; 选中第一片DAC0832
MOV A , #DATA1 ;
MOVX @DPTR , A ; 锁存DATA1
MOV DPTR ,#BFFFH ; 选中第二片DAC0832
MOV A , #DATA1H ;
MOVX @DPTR , A ; 锁存DATA2
MOV D PTR ,#7FFFH ; 选中两片DAC寄存器
MOVX @DPTR , A ; 两路同时输出。