1、第九章第九章数数模模 与与 模模数转换数转换测量对象和被控对象，是连续变化的模拟量，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具有模拟量输入和模拟量输出的 MCS51 应用系统结构如图：应用系统结构如图：开关量开关量模拟量模拟量物理量：位移，加速度，速度；物理量：位移，加速度，速度；压力，温度，湿度；压力，温度，湿度；光强，颜色；光强，颜色；磁场强度，磁通量；磁场强度，磁通量；A/D 与与 D/A 电路已经集成化，电路已经集成化，掌握其参数，合理的选用掌握其参数，合理的选用9 9.1D/A 转换器的工作原理及指标转换器的工作原理及指标一、一、 工作原理工作原理D/A
2、转换器：输入数字量：转换器：输入数字量： Dn-1Dn-2 D1D0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：输出模拟量： VoVo = D VrVrVrVr 为参考电压为参考电压D D = = Dn-1 2 2n-1n-1+ + Dn-2 2 2n-n- 1 1 + + D1 2 2 + + D0实现方法很多，介绍两种实现方法很多，介绍两种1权电阻权电阻 D/A 转换法转换法位切换开关位切换开关权电阻权电阻Vr：基准电压：基准电压构成：模拟电子开关，运算放大器构成：模拟电子开关，运算放大器模拟电子开关：模拟电子开关：Di=1 接通接通Di=0 断开断
3、开运算放大器：反向放大求和运算放大器：反向放大求和输出电压：输出电压：Vo =(RD80+RD41+RD22+RD3) RF Vr2R2R T 型电阻网络型电阻网络 D/A 转换器转换器框图：框图：T 型解码网络型解码网络求和放大器求和放大器参考电压参考电压模拟电子开关模拟电子开关D0 D1Dn-1T 型电阻网络型电阻网络 D/A 转换器框图转换器框图T 型电阻网络型电阻网络 D/A 转换原理图转换原理图由由 R-2R 网络网络、模拟开关、运算放大器构成模拟开关、运算放大器构成从每个节点看，等效电阻为：从每个节点看，等效电阻为：R从从 D3、D2、D1、D0 看，等效电阻为看，等效电阻为 3R
4、；从每一模拟开关流入的电流为：从每一模拟开关流入的电流为：I=RVr3;电流经电阻网络分流后，进入运算放大器的电流为：电流经电阻网络分流后，进入运算放大器的电流为：D3：21ID2：41I二进制输入D1：81ID0：161IVo =RVrRf3（D3 2 2-1-1+ + D D2 2 2 2-2-2+ + D D1 1 2 2-3-3+ + D D0 0 2 2-4-4）=163RVrRf（D3 2 2-3-3+ + D D2 2 2 2-2-2+ + D D1 1 2 2-1-1+ + D D0 0 2 20 0）D/AD/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器件提供的
5、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转换。输出的电压与运算放大器的反馈电阻 RfRf 及参考电及参考电压压VfVf 有关。有关。R-2RR-2R 电阻网络实现容易，实用上大量采用电阻网络实现容易，实用上大量采用如：如：DAC0832DAC0832DAC0808DAC0808AD7520AD7520二、二、D/AD/A 转换器的性能指标转换器的性能指标1分辨率分辨率最小输出电压（对应输入数字量只有最低位为最小输出电压（对应输入数字量只有最低位为 1）与最大输出电）与最大输出电压（对应输入数字量全部为压（对应输入数字量全部为 1）之比，与该数模转换器的位数有）之
6、比，与该数模转换器的位数有关：关：10 位，最小输出电压：位，最小输出电压：Vmin = 00 0000 0001Vr最大输出电压：最大输出电压：Vmax = 11 1111 1111Vr分辨率：分辨率：10231 0.001 即即1021位数越高，输出电压最小值越小，分辨率越高，灵敏度越高；位数越高，输出电压最小值越小，分辨率越高，灵敏度越高；以以 D/A 转换器的位数来表示其灵敏度转换器的位数来表示其灵敏度， 位数越高位数越高， 灵敏度越高灵敏度越高；如：如：DAC08328 位位分辨率为：分辨率为：821 0.0042建立时间建立时间D/A 中的输入代码有满刻度值的变化时，其输出模拟信号
7、达到满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度值LSB/2LSB/2 所需时间；所需时间；3精度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，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。漂移误差等。精度与分辨率不同：精度与分辨率不同：4线性度线性度实际输出值对实际输出值对 D/A 转换器理想输入转换器理想输入/输出曲线的接近程度输出曲线的接近程度， 通常以通常以非线性误差的大小表示线性度；非线性误差的大小表示线性度；以最低位的分数来表示，以最低位的分数来表示，LSB ,21LSB还有：输出电压范围，输入电平类型，温度系数，工作温度，功耗还
8、有：输出电压范围，输入电平类型，温度系数，工作温度，功耗三、三、 D/A 转换器的分类转换器的分类1按速度（建立时间）分类按速度（建立时间）分类1MHz 以上为高速以上为高速THS81335ns2按输出信号类型分类按输出信号类型分类电流型：后面加运放电流型：后面加运放 IV 转换转换电压型：直接得到电压电压型：直接得到电压3按接口类型分类：按接口类型分类：并行：并行：DAC0832， AD7520，串行：串行：MAX531,TLV5638(双双 12 位位)4参考源类型参考源类型内部和外部内部和外部5供电电源类型：供电电源类型：单电源和双电源单电源和双电源四、四、 D/A 转换器的选择转换器的
9、选择考虑各种参数考虑各种参数所用的场合情况所用的场合情况9 9.2模数转换器模数转换器 DAC0832 与与 MCS-51 接口接口一、一、 DAC0832 结构及特性结构及特性DAC0800 系列：系列：DAC0830DAC0831DAC0832 可以完全代换可以完全代换1主要特性参数：主要特性参数：分辨率：分辨率：8 位位电流稳定时间：电流稳定时间：1 s可以单稳态、双稳态或直接数字输入可以单稳态、双稳态或直接数字输入单一电源供电（单一电源供电（+5V +15V）输入电平：输入电平：TTL 功耗：功耗：20mW2结构框图结构框图DAC0832 数模转换器框图两个数据锁存器、一个两个数据锁存
10、器、一个 T 型网络型网络 D/A 转换器、控制电路转换器、控制电路8 位输入寄存器位输入寄存器由由 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，与微机相连，LE1 为其控制输入，为其控制输入，LE1=1：D 触发器接受信号，触发器接受信号，LE1=0:D 触发器锁存信号触发器锁存信号8 位位 DAC 寄存器寄存器也由也由 8D 锁存器组成锁存器组成，8 位输入数据只有通过位输入数据只有通过 DAC 寄存器才能送寄存器才能送到到 D/A 转换器去转换；控制端转换器去转换；控制端 LE2;LE2=1: 输出跟随输入输出跟随
11、输入LE2=0：锁存：锁存8 位位 D/A 转换器转换器采用采用 T 型网络，电流输出，型网络，电流输出，3引脚说明引脚说明： （共（共 20 脚）脚）DI0 DI7:DI7: 数字量数据输入；数字量数据输入；ILE: 数据锁存允许；数据锁存允许；CS: 输入寄存器选择，低电平有效；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；输入寄存器选通信号，低电平有效；ILE=1, CS=0:WR1=0,则：则：LE1=1, 输入寄存器的输出随输入变化；输入寄存器的输出随输入变化；WR1=1, 则：则：LE1=0,数据锁存在输入寄存器中；数据锁存在输入寄存器中；XFER: 数据转
12、移控制信号，低电平有效；数据转移控制信号，低电平有效；WR2:DAC 寄存器选通信号；寄存器选通信号；XFER、WR2 同时为低时同时为低时，LE2=1, 8 位位 DAC 寄存器的输寄存器的输出随输入而变化，出随输入而变化，WR2 的上升沿锁存；的上升沿锁存；Vref: 基准电压输入；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；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，电流输出，Iout1+Iout2=常数；常数；Iout1 随随 DAC 寄存器的内容线性变化；寄存器的内容线性变化；Vcc: 工作电源，工作电源，DGND: 数字地
13、，工作电源地、数据地、控制信号地；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；模拟地，基准电压地、模拟信号地；在在 D/A 和和 A/D 系统中，模拟地和数字地应分开，以保证转换精度，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。提高系统的抗干扰能力。二、二、DAC0832 与与 8051 的接口设计的接口设计1单缓冲方式单缓冲方式输入寄存器、输入寄存器、DAC 寄存器直接送寄存器直接送 D/A 转换器转换器单路模拟量输出电路单路模拟量输出电路ILE=+5V, 片选信号片选信号 CS 与与 XFER 一起接一起接 P2.7,WR1
14、和和 WR2 接在一起与接在一起与 8051 的的 WR 信号相连，信号相连，既完成了数据的锁存，又完成了既完成了数据的锁存，又完成了 D/A 转换，转换，0832 的地址为：的地址为：7FFFH完成一次完成一次 D/A 转换的指令为：转换的指令为：MOV DPTR,#7FFFH; 选中选中 DAC0832MOVA,#DATA; 要转换的数据要转换的数据MOVX DPTR ,A; 输入数据输入数据利用利用 0832 产生各种波形：产生各种波形：锯齿波：锯齿波：ST:MOV DPTR ,#7FFFH ; 选中选中 DAC0832MOV A , #00H; 取初值取初值LP:MOVX DPTR ,
15、A;转换转换INCA；AA+1SJMPLP;输出波形为：输出波形为：Vt三角波：三角波：ST:MOV DPTR ,#7FFFH ; 选中选中 DAC0832MOV A , #00H; 取初值取初值UP:MOVX DPTR ,A;转换转换INCA；AA+1JNZUP; 上升结束？上升结束？DOWN:DECA; 下降下降MOVX DPTR ,A;转换转换JNZDOWN; 下降结束？下降结束？SJMP；完成一个周期，重复；完成一个周期，重复波形图：波形图：Vt矩形波：矩形波：ST :MOVDPTR ,#7FFFH ; 选中选中 DAC0832LP:MOVA , #DATA1; 高电平高电平MOVX
16、DPTR ,A;转换转换ACALLDELAY_H; 延时延时 1MOV A, #DATA2; 低电平低电平MOVX DPTR ,A;ACALLDELAY_L; 延时延时 2SJMPLP; 循环循环V如何产生正弦波？如何产生正弦波？2双缓冲方式双缓冲方式需要多路数模同时输出时，可用双缓冲方式：需要多路数模同时输出时，可用双缓冲方式：双路输出双路输出 0832 与与 8051 接口接口P2.5: 第一片第一片 0832 输入寄存器地址，输入寄存器地址，DFFFHP2.6: 第二片第二片 0832 输入寄存器地址，输入寄存器地址，BFFFHP2.7: 两片两片 0832DAC 寄存器地址，寄存器地址，7FFFH双缓冲原理：双缓冲原理：MOVDPTR ,#DFFFH ; 选中第一片选中第一片 DAC0832MOVA , #DATA1;MOVX DPTR ,A;锁存锁存 DATA1MOVDPTR ,#BFFFH ; 选中第二片选中第二片 DAC0832MOVA , #DATA1H;MOVX DPTR ,A;锁存锁存 DATA2MOVDPTR ,#7FFFH ; 选中两片选中两片 DAC 寄存器寄存器MOVX DPTR ,A;两路同时输出两路同时输出
