DA转换器

2、线性度 • 线性度（也称非线性误差）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。 3、绝对精度 • 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。 • 绝对精度是由DAC的增益误差（当输入数码为全1时，实际 输出值与理想输出值之差）、零点误差（数码输入为全0时， DAC的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起的。 • 绝对精度（即最大误差）应小于1个LSB。
• • • • • • • •
DAC0832主要特性： 分辨率8位； 电流建立时间1μS； 数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式； 输出电流线性度可在满量程下调节； 逻辑电平输入与TTL电平兼容； 单一电源供电（＋5V～＋15V）； 低功耗，20mW。
DAC0832内部结构
DI7～DI0 VREF
三角波程序： START：MOV DPTR，#8000H MOV R2，#80H MOV A，R2 UP： MOVX @DPTR，A INC R2 CJNE R2，#0FFH，UP DOWN：MOV A，R2 MOVX @DPTR，A DJNZ R2，DOWN AJMP START
• 编写程序，将80C51输出的数字量D通过DAC0832转换 成模拟量，并从运放器输出对应电压V。
• 双极性模拟输出电压：
+5V
DI0
R
R
VREF
DAC0832
偏移码
DI7
Rfb IOUT1 IOUT2
AGND
A1 +
R
VD
A2 +
VOUT
DGND
双极性输出时的分辨率比单极性输出时降低1/2，这是由 于对双极性输出而言，最高位作为符号位，只有7位数 值位。
• 运算放大器A2的作用是把运算放大器A1的单极性输出 变为双极性输出。 • VOUT与参考电压Vref的关系为：
正向锯齿波程序： MOV DPTR，#8000H DA1： MOV R2，#80H DA2： MOV A，R2 MOVX @DPTR，A INC R2 CJNE R2，#0FFH，DA2 AJMP DA1 反向锯齿波程序： MOV DPTR，#8000H DA1： MOV R2，#80H DA2： MOV A，R2 MOVX @DPTR，A DJNZ R2，DA2 AJMP DA1
1、直通方式 • DAC0832内部有两个数据缓冲器，分别受LE1和LE2 控制。如果使LE1=LE2=1，即ILE=1，CS=0， XFER =0，WR1=0，WR2=0，输入寄存器和DAC寄存器的 内容随输入数据变化而变化。数据可通过两个寄存器 直接送到8位D/A转换电路进行D/A转换。这种工作方 式称为直通方式。 • 直通方式是不受控制的，一般不用在单片机系统中。
I
H
I7 R 2R 1 I6
G
I6 R 2R 1 I5
F
I5 R 2R 1 I4
E
I4 R 2R 1 I3
D
I3 R 2R 1 I2
C
I2 R 2R 1 I1
B
I1 R 2R 1 I0
A
I0
VREF
I7
2R 1 Rfb IO1 IO2
2R
0
0
0
0
0
0
wk.baidu.com
0
0
+
VO
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
• 从A点看： I0=VA/(2R); I1=2I0 • B点左边的网络电路可简化一个2R的等效电阻，与A点 同样原理可得 ： I1=VB/(2R); I2=2I1 • 最后将整个网络电路等效为一个阻值为R的电阻，则 由H点：I =VREF/R I7=I/21、 I6=I/22、 I5=I/23、 I4=I/24、 I3=I/25、 I2=I/26 、 I1=I/27、 I0=I/28 • 当输入数据为11111111时，总电流： Io1=I/28*(27+26+25+24+23+22+21+20)
4、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（＜1μ S)、高速（10～1μS）、中速（100～10μS）、低速（≥ 100μS）几档。
P2.5
8 0 C 5 1
P2.7 P0
XFER DI0 DI7
DAC0832(1)
CS
WR
+5V VCC ILE ILE VCC
WR1 WR2
XFER DI0 DI7 WR1 WR2
DAC0832(2)
P2.6
CS
• 由于两个锁存器分别占据两个地址，因此在程序中需要使用两条 传送指令，才能完成一个数字量的模拟转换。 • 完成两路D/A同步输出的程序如下： MOV DPTR，#0DFFFH ；指向0832(1)输入锁存器 MOV A，#data1 MOVX @DPTR，A ；data1送入0832(1)输入锁存器 MOV DPTR，#0BFFFH ；指向DAC0832(2)输入锁存器 MOV A，#data2 MOVX @DPTR，A ；data2送入0832（2）输入锁存器 MOV DPTR，#7FFFH ；同时启动0832 (1)、0832(2) MOVX @DPTR，A ；完成D/A转换输出
3.DA转换的工作原理
• D/A转换就是要将数字量D转换成与之成正比的模拟量 V，即：V= R×D ，其中R为比例系数。 • 例如：三位二进制数按位权展开：D=d2×22+d1×21+ d0×20 。 • 数模转换（D/A）电路形式是多种多样的，多数采用T 型电阻解码网络。 • 在T型解码网络中，有一个标准电源VREF 。二进制数 的每一位di（i=0,1,2）对应一个电阻2R，并由该二进 制值di控制一个双向电子开关Ki 。
VOUT
data 128 Vref 128
data代表数字码。
• D/A转换应用举例 • D/A转换器是计算机控制系统中常用的接口器件，它 可以直接控制被控对象，例如控制伺服电动机或其它 执行机构。它也可以很方便地产生各种输出波形，如 矩形波、三角波、阶梯波、锯齿波、梯形波、正弦波 及余弦波等。 • 用DAC0832作波形发生器。采用单缓冲方式，根据图5. 7，写出产生正向锯齿波、反向锯齿波、三角波的程序。 其中DAC0832的端口地址是8000H，设数字00H对应D /A输出-5V，80H对应D/A输出0V，FFH对应D/A输出+ 5V，则应用程序如下所示。
WR1 WR2 DGND
+
VO
• 在单缓冲方式下执行下列程序就能完成一次D/A转换。 MOV DPTR，#7FFFH MOV A，#DATA MOVX @DPTR，A
3、双缓冲方式 • 所谓双缓冲方式,就是把DAC0832的两个锁存器都接成 受控锁存方式。 • 双缓冲方式一般在多片D/A要求同时转换时使用。
• 用DAC0832输出锯齿波，频率为1000Hz，波长为1ms， cpu主频focs=8MHz。
2.DAC0832芯片及其与单片机接口
• DAC0832是使用非常普遍的8位D/A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接口。 • DAC0832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DAC0830、DAC0831，它们可 以相互代换。
项目5 单片机对模拟量的处理
DA转换器
• D/A转换器的输入为数字量,经转换后输出为模拟量， 以便操纵控制对象。
模拟
单片机
数字
D/A转换
控制对象
1．D/A转换器的动态指标
1、分辨率 • 分辨率是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。 • 对于5V的满量程： 采用8位的DAC时，分辨率为5V/256＝19.5mV； 采用12位的DAC时，分辨率则为5V/4096＝1.22mV。 显然，位数越多分辨率就越高。
2、单缓冲方式 • 所谓单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中 有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式， 当然也可使两个寄存器同时选通及锁存。
P2.7
CS XFER DI0 DI7
DAC0832
80C51
P0 WR VSS
VCC ILE Rfb IOUT1 IOUT2
+5V 1kΩ 1MΩ
• 输出电压： Vo = -Io1*Rfb =-((VREF/R)/28) *(27+26+25+24+23+22+21+20)*Rfb • 推广到一般情况，对于n位二进制数D， 其输出电压为： V=(VREF *Rfb) /(R*2n )*D
4.DAC0832引脚功能
DAC0832引脚图
• D0～D7：8位数据输入线 • ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； • CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有 效； • 为输入寄存器的写选通信号。 • XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 • WR2：为DAC寄存器写选通输入线。 • Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。 • Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。
• • • • •
Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻。 Vcc:电源输入线 (+5v~+15v) Vref:基准电压输入线 (-10v~+10v) AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地。 DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好。
5．MCS-51单片机与DAC0832接口
输入 锁存器 DAC 寄存器 D/A 转换器
IOUT2 IOUT1
ILE & CS & WR1
LE1 &
LE2 Rfb
AGND
VCC WR2 XFER
• 8位输入寄存器用于存放CPU送来的数字量，使输入数 字量得到缓冲和锁存，由LE1加以控制。 • 8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由LE2控制。 • 8位D/A转换电路由8位T型电阻网络和电子开关组成， 电子开关受8位DAC寄存器的输出控制，T型电阻网络 能输出与数字量成正比的模拟电流。