1、第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换 第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换v 在数字应用系统中，通常要将一些被测物理量通过传在数字应用系统中，通常要将一些被测物理量通过传感器转换成电信号，经过一定的处理后，需要送到数感器转换成电信号，经过一定的处理后，需要送到数字系统进行数字信号的加工处理；同时，经过数字信字系统进行数字信号的加工处理；同时，经过数字信号的加工处理所获得的数据又需要相应的处理，回送号的加工处理所获得的数据又需要相应的处理，回送到物理系统，对系统的物理量进行调节和控制。到物理系
2、统，对系统的物理量进行调节和控制。v 在整个过程中，传感器输出的模拟电信号首先要转换在整个过程中，传感器输出的模拟电信号首先要转换成数字信号，数字系统才能对模拟信号进行处理。这成数字信号，数字系统才能对模拟信号进行处理。这种模拟量到数字量的转换称为模种模拟量到数字量的转换称为模/数转换数转换(简称简称ADC)ADC)。数字系统处理后获得的数字量转换成模拟量，这种转数字系统处理后获得的数字量转换成模拟量，这种转换称为数换称为数/模变换模变换(简称简称DAC)DAC)。v 可见可见ADCADC和和DACDAC是连接数字系统和模拟系统十分重要的是连接数字系统和模拟系统十分重要的接口电路。接口电路。第
3、第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换第第5 5章章 主要内容主要内容v5.1 5.1 数数/模转换器模转换器 v5.2 5.2 模模/数转换器数转换器第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换5.1 5.1 数数/模转换器模转换器v 5.1.1 DAC5.1.1 DAC的主要技术指标的主要技术指标 DACDAC的主要技术指标有：的主要技术指标有：v(1)(1)分辨率分辨率 分辩率是指分辩率是指DACDAC能够分辨出来的最小模拟输出量（对应的数字能够分辨出来的最小模拟输出量（对应的数字量仅最低位为数字量仅最低位为数字1 1，其余位为数字，其余位为数字0 0）与最大模拟输出量）与最大模拟输
4、出量（对应的数字量为所有有效位均为数字（对应的数字量为所有有效位均为数字1 1）之比。它是）之比。它是DACDAC在在理论上可以达到的转换精度。如理论上可以达到的转换精度。如n n8 8位的位的DACDAC，其分辨率为，其分辨率为 有时也直接使用有时也直接使用DACDAC输入的二进制位数来表示，如输入位数输入的二进制位数来表示，如输入位数n n8 8，则分辨率，则分辨率8 8位。位。004.01821121n第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的主要技术指标的主要技术指标v（2 2）转换误差）转换误差由于由于DACDAC内部电阻网络（内部电阻网络（V VR R ，运放）等存
5、在误差，运放）等存在误差，导致导致V Vo o和数字量之间是非理想的线性关系。这些误和数字量之间是非理想的线性关系。这些误差主要有比例误差（主要由基准电压的偏离、运算差主要有比例误差（主要由基准电压的偏离、运算放大器输入端电阻偏差、反馈电阻偏差等引起）、放大器输入端电阻偏差、反馈电阻偏差等引起）、漂移误差（主要由运算放大器的零点漂移等引起）漂移误差（主要由运算放大器的零点漂移等引起）和非线性误差（包括积分非线性误差和微分非线性和非线性误差（包括积分非线性误差和微分非线性误差，主要由各位模拟开关的导通电阻、导通压降误差，主要由各位模拟开关的导通电阻、导通压降和电阻网络中各个电阻的阻值不一致等引起
6、）等。和电阻网络中各个电阻的阻值不一致等引起）等。转换误差通常用最低有效位的倍数来表示，如转换转换误差通常用最低有效位的倍数来表示，如转换误差为，这表示输出模拟电压的绝对误差为。有时误差为，这表示输出模拟电压的绝对误差为。有时也用输出电压满度值的百分数来表示。也用输出电压满度值的百分数来表示。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的主要技术指标的主要技术指标v（3 3）转换精度）转换精度DACDAC的转换精度是指将数字量转换的转换精度是指将数字量转换为模拟量，为模拟量，DACDAC电路所能达到的精电路所能达到的精确程度。转换精度主要由分辨率确程度。转换精度主要由分辨率和转换误
7、差来决定，分辨率愈高，和转换误差来决定，分辨率愈高，转换误差愈小，则转换精度愈高。转换误差愈小，则转换精度愈高。其中分辨率是决定因素。其中分辨率是决定因素。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的主要技术指标的主要技术指标v（4 4）转换速度）转换速度DACDAC的转换速度主要由建立时间和转换速率来描述。的转换速度主要由建立时间和转换速率来描述。建立时间是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需建立时间是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需的最长时间的最长时间,也可以认为是转换时间。一般地也可以认为是转换时间。一般地,电流电流输出输出DACDAC的建立时间较短的建立时间较短,电压输出
8、电压输出DACDAC的建立时间的建立时间较长。较长。转换速率通常指数字量从最大变换到最小或数字量转换速率通常指数字量从最大变换到最小或数字量从最小变换到最大时输出电压的变换率。从最小变换到最大时输出电压的变换率。其他指标还有信噪比，线性度，温度系数等。其他指标还有信噪比，线性度，温度系数等。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换5.1.2 DAC5.1.2 DAC的选择的选择v5.1.2 DAC5.1.2 DAC的选择的选择在进行电路系统设计时，面对林林总总的在进行电路系统设计时，面对林林总总的DACDAC器件，如何选择我们所需要的器件，如何选择我们所需要的DACDAC器件呢？器件呢？这
9、需要综合考虑很多因素，如系统的技术指这需要综合考虑很多因素，如系统的技术指标、成本、功耗、安装等。从上节介绍的标、成本、功耗、安装等。从上节介绍的DACDAC的主要技术指标可知，选取的主要技术指标可知，选取DACDAC，首先应，首先应该考虑的是该考虑的是DACDAC的转换精度和转换速度。当的转换精度和转换速度。当然也需要考虑其他要求，如电源、基准电压、然也需要考虑其他要求，如电源、基准电压、输入缓冲、输出模式、工作控制、温度稳定输入缓冲、输出模式、工作控制、温度稳定性、功耗、封装和成本等。性、功耗、封装和成本等。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的选择的选择 v（1 1）
10、转换精度）转换精度转换精度与系统中所测量或控制的信号范围转换精度与系统中所测量或控制的信号范围有关，但估算时必须要考虑到其他因素，转有关，但估算时必须要考虑到其他因素，转换器位数应该比总精度要求的最低分辩率至换器位数应该比总精度要求的最低分辩率至少要高一位。常见的少要高一位。常见的DACDAC器件有器件有8 8位，位，1010位，位，1212位，位，1414位，位，1616位，位，1818位，位，2020位和位和2424位等。位等。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的选择的选择 v（2 2）转换速度）转换速度转换速度应根据输入信号的最高频率来确定，转换速度应根据输入信号的
11、最高频率来确定，保证保证DACDAC的转换速率要高于系统要求的采样的转换速率要高于系统要求的采样频率。频率。如对如对DACDAC转换速度要求高，则必须选用并口转换速度要求高，则必须选用并口数据输入的数据输入的DACDAC。同时与之配合的运算放大。同时与之配合的运算放大器应选高速的。若对转换时间无严格要求，器应选高速的。若对转换时间无严格要求，则可选高精度的串口则可选高精度的串口DACDAC，如，如TLC0832TLC0832（1010位，位，SPISPI接口），可以减少微控制器或微处理器接口），可以减少微控制器或微处理器的口线占用。的口线占用。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DAC
12、DAC的选择的选择v（3 3）电源电压）电源电压电源电压有单电源，双电源和不同电压范围电源电压有单电源，双电源和不同电压范围之分。这需要根据系统的所能提供的电源来之分。这需要根据系统的所能提供的电源来考虑。如系统的所能提供的电源只有单考虑。如系统的所能提供的电源只有单+5V+5V电源，则可以考虑使用工作于电源，则可以考虑使用工作于+5V+5V的单电源的单电源DACDAC。在对干扰要求不严格的情况下在对干扰要求不严格的情况下DACDAC的模拟地的模拟地（AGNDAGND）与数字地（）与数字地（DGNDDGND）可直接共地。一）可直接共地。一般的接法应该是模拟地与模拟系统的地相连，般的接法应该是模
13、拟地与模拟系统的地相连，数字地与数字系统的地相连，二者仅在系统数字地与数字系统的地相连，二者仅在系统电源处相连。电源处相连。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的选择的选择v（4 4）基准电压）基准电压DACDAC的基准电压有内基准、外基准和单基准、的基准电压有内基准、外基准和单基准、双基准之分。如系统对温漂无严格要求，可双基准之分。如系统对温漂无严格要求，可采用一般的基准电压源，如采用一般的基准电压源，如MC1403MC1403，LM336LM336等。若系统对温漂有严格要求，则应选取精等。若系统对温漂有严格要求，则应选取精密低漂移器件，如密低漂移器件，如LM199/29
14、9/399LM199/299/399：温度系：温度系数为数为1ppm/1ppm/；动态内阻为；动态内阻为0.5 0.5；长期稳；长期稳定性为定性为20ppm20ppm，稳定电压容差为，稳定电压容差为2 2，带恒，带恒温加热器。温加热器。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的选择的选择v（5 5）输入特征）输入特征有的有的DACDAC的数字输入是并行输入，而有的输的数字输入是并行输入，而有的输入却是串行输入。有的入却是串行输入。有的DACDAC的数字输入为纯的数字输入为纯2 2进制码，而有的却为进制码，而有的却为8421 BCD8421 BCD码。码。v（6 6）输入缓冲输入
15、缓冲带寄存器的带寄存器的DACDAC，在控制信号的作用下，可，在控制信号的作用下，可在特定的时刻将输入的数字信号写入。主要在特定的时刻将输入的数字信号写入。主要有单缓冲和双缓冲之分。双缓冲可用于有单缓冲和双缓冲之分。双缓冲可用于DACDAC的级联扩展。的级联扩展。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的选择的选择v（7 7）输出模式）输出模式DACDAC器件的输出模式主要有电压输出和电流输出两器件的输出模式主要有电压输出和电流输出两种。对于电压输出，有的系统可能需要双极性模拟种。对于电压输出，有的系统可能需要双极性模拟电压输出。电压输出。电压输出型电压输出型DACDAC一般采
16、用内置输出放大器以低阻抗一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。当然也有直接从电阻阵列输出电压的输出。当然也有直接从电阻阵列输出电压的,直接直接输出电压的器件多用于高阻抗负载输出电压的器件多用于高阻抗负载,由于无输出放由于无输出放大器部分的延迟大器部分的延迟,故常用于高速故常用于高速DACDAC。在一般应用中，很少直接利用电流输出型在一般应用中，很少直接利用电流输出型DACDAC的电的电流输出流输出,大多外接电流电压转换电路，从而得到电大多外接电流电压转换电路，从而得到电压输出。外接电流电压转换电路有两种方法：一是压输出。外接电流电压转换电路有两种方法：一是在输出引脚上接负载电阻；二是外接运算放大
17、器。在输出引脚上接负载电阻；二是外接运算放大器。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的选择的选择v（7 7）输出模式）输出模式在输出引脚上接负载电阻进行电流电压转换在输出引脚上接负载电阻进行电流电压转换,输出输出阻抗高，一般很少用。阻抗高，一般很少用。外接运算放大器进行电流电压转换外接运算放大器进行电流电压转换,在电路构成基在电路构成基本上与内置放大器的电压输出型本上与内置放大器的电压输出型DACDAC相同。由于相同。由于DACDAC的建立时间加入了运算放大器的延迟的建立时间加入了运算放大器的延迟,响应速度变响应速度变慢。此外慢。此外,运算放大器因输出引脚的内部电容而容运算
18、放大器因输出引脚的内部电容而容易起振易起振,有时必须作相位补偿。有时必须作相位补偿。满幅度输出满幅度输出(Rail to Rail(Rail to Rail，也称轨对轨输出，也称轨对轨输出)是是业界出现的新概念，最先应用于运算放大器领域，业界出现的新概念，最先应用于运算放大器领域，指输出电压的幅度可达输入电压范围，在指输出电压的幅度可达输入电压范围，在DACDAC中一中一般是指输出信号范围可达到电源电压范围。般是指输出信号范围可达到电源电压范围。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的选择的选择v（8 8）工作控制）工作控制 有的有的DACDAC不带寄存器，不需要外部的传输控
19、不带寄存器，不需要外部的传输控制信号，数字量的任何变化将立即反映为模制信号，数字量的任何变化将立即反映为模拟输出量的变化，即直通。许多拟输出量的变化，即直通。许多DACDAC都设计都设计成直接与微控制器或微处理器连接，内部有成直接与微控制器或微处理器连接，内部有用于工作控制的寄存器，需要外部的微控制用于工作控制的寄存器，需要外部的微控制器或微处理器的寄存器配置。有的还需要片器或微处理器的寄存器配置。有的还需要片选、锁存、电平转换等控制。选、锁存、电平转换等控制。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的选择的选择v（9 9）功耗）功耗一般来说，一般来说，CMOSCMOS工艺的芯
20、片功耗较低，工艺的芯片功耗较低，对于如电池供电的手持系统等对功耗对于如电池供电的手持系统等对功耗要求比较高的场合一定要注意功耗指要求比较高的场合一定要注意功耗指标。标。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换5.1.3 DAC5.1.3 DAC的应用的应用v5.1.3 DAC5.1.3 DAC的应用的应用1.1.带四路输出的串行带四路输出的串行8 8位位D/AD/A转转换器换器TLC5620TLC5620TLC5620TLC5620是美国德州仪器公司生是美国德州仪器公司生产的产的8 8位串行位串行DACDAC，有四路独立的，有四路独立的电压输出和独立的基准源，其输电压输出和独立的基准源，其
21、输出可编程为出可编程为1 1倍或倍或2 2倍，只需单电倍，只需单电源供电源供电,具有上电复位功能。其具有上电复位功能。其引脚图如图引脚图如图5.1.15.1.1所示，引脚功所示，引脚功能如表能如表5.1.15.1.1所述。所述。图图5.1.1 TLC56205.1.1 TLC5620的引脚图的引脚图第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v表表5.1.1 TLC56205.1.1 TLC5620的引脚功能的引脚功能第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v 串行输入数据可通过连续串行输入数据可通过连续1111个时钟输入或通过两组个时钟输入
22、或通过两组8 8个时个时钟输入两种情况，下面分别说明。钟输入两种情况，下面分别说明。v 串行输入数据通过连续串行输入数据通过连续1111个时钟输入的情况：个时钟输入的情况：v 在在LDACLDAC为低电平，为低电平，LOADLOAD为高电平时，串行输入数据为高电平时，串行输入数据DATADATA在在时钟时钟CLKCLK的下降沿送入的下降沿送入TLC5620TLC5620输入寄存器，在完成所有的输入寄存器，在完成所有的数据输入后，通过数据输入后，通过LOADLOAD的一个低脉冲再将数据输出到所选的一个低脉冲再将数据输出到所选择的输出通道，其时序波形如图择的输出通道，其时序波形如图5.1.25.1
23、.2所示。所示。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v在在LDACLDAC为高电平，为高电平，LOADLOAD为高电平时，串行输入为高电平时，串行输入数据数据DATADATA在时钟在时钟CLKCLK的下降沿送入的下降沿送入TLC5620TLC5620输入输入寄存器，在完成所有的数据输入后，通过寄存器，在完成所有的数据输入后，通过LOADLOAD的一个低脉冲再将数据输出到内部锁存器中，的一个低脉冲再将数据输出到内部锁存器中，需要通过需要通过LDACLDAC的一个低脉冲将数据输出到所选的一个低脉冲将数据输出到所选择的输出通道，其时序波形如图择的输出通道，其时序波形如
24、图5.1.35.1.3所示。所示。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v串行输入数据通过两组串行输入数据通过两组8 8个时钟输入的情况：个时钟输入的情况：v第第1 1组组8 8个时钟将个时钟将A1A1、A0A0、RNGRNG输入到输入到TLC5620TLC5620的输的输入寄存器，第入寄存器，第2 2组组8 8个时钟将个时钟将8 8位输入数据（位输入数据（D7D7D0D0）输入到输入寄存器。当）输入到输入寄存器。当LDACLDAC为低电平时，由为低电平时，由LOADLOAD控制的输出如图控制的输出如图5.1.45.1.4所示。串行输入数据所示。串行输入数据通过两
25、组通过两组8 8个时钟输入的情况：个时钟输入的情况：第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v当当LDACLDAC为高电平时，由为高电平时，由LDACLDAC控制的输出如控制的输出如图图5.1.55.1.5所示。所示。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v在使用中，在使用中，TLC5620TLC5620输出电路一般需要加输出电路一般需要加入如图入如图5.1.65.1.6所示的输出缓冲电路。电阻所示的输出缓冲电路。电阻R R取值应大于取值应大于10K10K。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v 2.12
26、2.12位电压输出位电压输出D/AD/A转换器转换器TLV5613 TLV5613 TLV5613TLV5613是一个基于电阻串结构的是一个基于电阻串结构的1212位、单电源数模转换器。位、单电源数模转换器。它包含一个它包含一个8 8位并行输入接口、速度和掉电控制逻辑、一个电位并行输入接口、速度和掉电控制逻辑、一个电阻串以及一个轨到轨输出缓冲器。主要特点如下：阻串以及一个轨到轨输出缓冲器。主要特点如下：8 8位并行输入接口，方便与通用微控制器接口。位并行输入接口，方便与通用微控制器接口。1212位的数据采位的数据采用两次输入（用两次输入（8 8位最低位位最低位4 4个最高位）。个最高位）。输出
27、电压具有输出电压具有2 2倍增益。倍增益。具有可编程的建立时间；可编程的建立时间与功耗有一定的关系：具有可编程的建立时间；可编程的建立时间与功耗有一定的关系：快速方式时快速方式时1s/4.2mW1s/4.2mW，慢速方式时，慢速方式时3.5s/1.2mW3.5s/1.2mW。让设计者。让设计者在速度和功能的关系上可作最佳选择。在速度和功能的关系上可作最佳选择。较宽的电源电压范围：单电源较宽的电源电压范围：单电源2.7V2.7V到到5.5V5.5V。同步或异步刷新同步或异步刷新 全温度范围单调变化全温度范围单调变化 有有2020脚的脚的SOICSOIC封装（包括封装（包括DWDW和和PWPW两种
28、两种SOICSOIC封装），标准的商业和封装），标准的商业和工业级温度范围。工业级温度范围。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v TLV5613TLV5613可用于数字伺服控制环路，电池供电的测试可用于数字伺服控制环路，电池供电的测试仪表，数字偏移和增益调整，工业过程控制，语音合仪表，数字偏移和增益调整，工业过程控制，语音合成，机械和移动控制器件，大容量存储器件等应用中。成，机械和移动控制器件，大容量存储器件等应用中。v TLV5613TLV5613的引脚图如图的引脚图如图5.1.75.1.7所示。所示。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换引脚功能如表
29、引脚功能如表5.1.65.1.6所述所述第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v图图5.1.85.1.8为为TLV5613TLV5613与微控制器与微控制器AT89C51AT89C51的典型接的典型接口电路。本电路中，口电路。本电路中，TLV5613TLV5613的片选脚的片选脚CSCS直接由直接由AT89C51AT89C51的的I/OI/O脚进行选择。在使用中，可采用译脚进行选择。在使用中，可采用译码器产生的片选信号来选择。码器产生的片选信号来选择。LDACLDAC被保持为高电被保持为高电位，因此由控制寄存器中的位，因此由控制寄存器中的RLDACRLDAC位来控
30、制刷新位来控制刷新输出电压。将输出电压。将PWDPWD接到接到DADDDADD，使硬件掉电方式处，使硬件掉电方式处于永久无效状态。于永久无效状态。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v为了达到最好的性能，建议为了达到最好的性能，建议GNDGND、AVDDAVDD和和DVDDDVDD采用不同电源平面，两个正电源平采用不同电源平面，两个正电源平面（面（AVDDAVDD和和DVDDDVDD）必须用一个铁氧体磁）必须用一个铁氧体磁环连接到同一点。建议在环连接到同一点。建议在DVDDDVDD和和GNDGND之间之间接入一个接入一个100nF100nF的陶瓷电容，在的陶瓷电
31、容，在AVDDAVDD和和GNDGND之间接入一个之间接入一个1F1F的钽电容，并要尽的钽电容，并要尽可能靠近电源引脚。可能靠近电源引脚。v模拟信号和数字信号必须尽可能分隔得模拟信号和数字信号必须尽可能分隔得远一些。为了避免串扰，模拟输出引线远一些。为了避免串扰，模拟输出引线和数字输入引线不能平行布置。和数字输入引线不能平行布置。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用v3.3.双缓冲输入的双缓冲输入的1414位位D/AD/A转换器转换器AD7535AD7535AD7535AD7535是美国模拟器件公司（是美国模拟器件公司（ADIADI）生产的）生产的具有双缓冲输入
32、的具有双缓冲输入的1414位位DACDAC产品。产品。AD7535AD7535具具有标准的片选和储存器写逻辑，是和微处理有标准的片选和储存器写逻辑，是和微处理器接口完全兼容的，它的高字节输入寄存器器接口完全兼容的，它的高字节输入寄存器（6 6位）和低字节输入寄存器（位）和低字节输入寄存器（8 8位）可以分位）可以分别控制数据输入，无论是和别控制数据输入，无论是和8 8位微处理器还位微处理器还是和是和1616位微处理器接口都非常方便。位微处理器接口都非常方便。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用AD7535AD7535主要由主要由1414位位DACDAC变换器、变
33、换器、1414位位DACDAC寄存器、寄存器、6 6位加位加8 8位数据寄存器及控制接口逻辑组成。内部结构如图位数据寄存器及控制接口逻辑组成。内部结构如图5.1.95.1.9所示。所示。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换DACDAC的应用的应用AD7535AD7535主要有三种封装：主要有三种封装：DIPDIP，LCCCLCCC和和PLCCPLCC，均为，均为2828个引脚，且引脚排列顺序相同。排列个引脚，且引脚排列顺序相同。排列DIPDIP封装的封装的引脚排列如图引脚排列如图5.1.105.1.10所示。所示。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换引脚功能引脚功能第第5 5章
34、章 数模与模数转换数模与模数转换AD7535AD7535与与89C5189C51单片机接口单片机接口 v AD7535AD7535与与89C5189C51单片机接口时，单片机接口时，1414位数据必须分别加载位数据必须分别加载到高到高6 6位和低位和低8 8位数据输入寄存器。位数据输入寄存器。89C5189C51的的8 8位数据总位数据总线即要和高线即要和高6 6位连，又要和低位连，又要和低8 8位连。位连。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换AD7535AD7535与与89C5189C51单片机接口单片机接口v 图图5.1.115.1.11中中AT89C51AT89C51单片机的单片
35、机的8 8位数据总线位数据总线P0.0P0.0P0.7P0.7和和AD7535AD7535的低的低8 8位数据输入线顺序相连，并且位数据输入线顺序相连，并且P0.0P0.0P0.5P0.5低低6 6位总线同时还和位总线同时还和AD7535AD7535的高的高6 6位数据输入位数据输入（DBDB8 8DBDB1515）相连。）相连。v 通过通过74SL13874SL138译码器对译码器对89C5189C51单片机的高三位地址线译单片机的高三位地址线译码选通码选通/CSMSB/CSMSB、/CSLSB/CSLSB、/LDAC/LDAC，所以，所以AD7535AD7535高高6 6位和位和低低8 8
36、位数据的输入及位数据的输入及D/AD/A转换的启动，对转换的启动，对89C5189C51单片机就单片机就相当于三个相当于三个“只写只写”外部外部RAMRAM单元，可见接口设计是非单元，可见接口设计是非常简单的。常简单的。v AD7535AD7535高高6 6位寄存器位寄存器/CSMSB/CSMSB单元地址为单元地址为2000H2000H，低，低8 8位寄位寄存器存器/CSLSB/CSLSB单元地址为单元地址为4000H4000H，1414位数据的高位数据的高6 6位数据位数据放在放在89C5189C51单片机内部单片机内部RAMRAM的的20H20H单元的低单元的低6 6位，转换数位，转换数据
37、的低据的低8 8位放在位放在21H21H单元。单元。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换接口程序接口程序v AD7535AD7535的的D/AD/A转换接口程序如下：转换接口程序如下：DAC:DAC:MOV DPTR,#2000H MOV DPTR,#2000H；高；高6 6位数据输入寄存器地址位数据输入寄存器地址 MOVMOV A,20H A,20H；高；高6 6位数据送入输入寄存器位数据送入输入寄存器 MOVX DPTR,AMOVX DPTR,A MOV MOV DPTR,#4000H DPTR,#4000H ；低；低8 8位数据输入寄存器地址位数据输入寄存器地址 MOVMOV A
38、,21H A,21H ；低；低8 8位数据送入输入寄存器位数据送入输入寄存器 MOVX DPTR,AMOVX DPTR,A MOV MOV DPTR,#6000H DPTR,#6000H ；启动；启动AD7535AD7535的的1414位位D/AD/A MOVX DPTR,A MOVX DPTR,A；转换；转换第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换5.2 5.2 模模/数转换器数转换器v5.2 5.2 模模/数转换器数转换器模数转换器是将时间连续和幅值连续的模拟模数转换器是将时间连续和幅值连续的模拟输入信号转换为时间离散、幅值也离散的输入信号转换为时间离散、幅值也离散的N N位二进制数字
39、输出信号的电路。模数转换器位二进制数字输出信号的电路。模数转换器（ADCADC）一般要经过采样、保持、量化及编）一般要经过采样、保持、量化及编码四个过程。在实际电路中，有些过程是合码四个过程。在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持、量化和编码在转并进行的，如采样和保持、量化和编码在转换过程中是同时实现的。换过程中是同时实现的。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换5.2.1 ADC5.2.1 ADC的分类的分类v5.2.1 ADC5.2.1 ADC的分类的分类按工作原理不同，按工作原理不同，ADCADC可以分为直接型可以分为直接型ADCADC和间接型和间接型ADCADC。直接型
40、。直接型ADCADC可直接将模拟信号转换成数字信号，可直接将模拟信号转换成数字信号，这类转换器工作速度快。直接型这类转换器工作速度快。直接型ADCADC主要有并行比主要有并行比较型较型/串行比较型串行比较型ADCADC、反馈比较型、反馈比较型ADCADC和逐次逼近和逐次逼近型型ADCADC。而间接型。而间接型ADCADC先将模拟信号转换成中间量先将模拟信号转换成中间量（如时间、频率等），然后再将中间量转换成数字（如时间、频率等），然后再将中间量转换成数字信号，转换速度比较慢。间接型信号，转换速度比较慢。间接型ADCADC主要有积分型主要有积分型ADCADC、-型型ADCADC和压频变换型和压频
41、变换型ADCADC。下面是以上几种下面是以上几种ADCADC的基本原理及特点的简要介绍。的基本原理及特点的简要介绍。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换ADCADC的分类的分类v（1 1）积分型模数转换器）积分型模数转换器积分型积分型ADCADC是将输入电压转换成时间是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号脉冲宽度信号)或频率或频率(脉冲频率脉冲频率),),然后由定时器然后由定时器/计数器获得数字计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率,并且并且具有抑制高频噪声和固定的低频干扰（如具有抑制高频噪声和固定的低频干扰（如50Hz50Hz或或60
42、Hz60Hz）的能力。积分型模数转换器可用于噪声恶劣）的能力。积分型模数转换器可用于噪声恶劣的工业环境以及对转换速率要求不高的应用（如热的工业环境以及对转换速率要求不高的应用（如热电偶输出的量化等）。由于积分型模数转换器的转电偶输出的量化等）。由于积分型模数转换器的转换精度依赖于积分时间换精度依赖于积分时间,因此采样速度和带宽都非因此采样速度和带宽都非常低，但精度可以做得很高。常低，但精度可以做得很高。积分型模数转换器是应用最为广泛的模数转换器，积分型模数转换器是应用最为广泛的模数转换器，这样的器件如这样的器件如IntersilIntersil公司的公司的ICL7106ICL7106、ICL7
43、107ICL7107、ICL7109ICL7109、ICL7126ICL7126、ICL7135ICL7135；ADIADI公司的公司的AD7550AD7550、AD7552AD7552、AD7555AD7555；MotorolaMotorola的的MC14433MC14433等。等。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换ADCADC的分类的分类v（2 2）逐次逼近型模数转换器）逐次逼近型模数转换器 逐次比较型逐次比较型ADCADC主要由一个比较器和主要由一个比较器和DACDAC通过逐次比较逻辑构通过逐次比较逻辑构成。控制逻辑电路首先把逐次逼近寄存器的最高位置成。控制逻辑电路首先把逐次逼
44、近寄存器的最高位置1 1，其它，其它位置位置0 0，这个数经数模转换后得到的电压值与输入信号进行比，这个数经数模转换后得到的电压值与输入信号进行比较。比较器的输出反馈到逐次逼近寄存器，并在下一次比较较。比较器的输出反馈到逐次逼近寄存器，并在下一次比较前对数模转换的输入值进行修正。在逻辑控制电路的时钟驱前对数模转换的输入值进行修正。在逻辑控制电路的时钟驱动下，不断进行比较和移位操作，直到完成最低有效位（动下，不断进行比较和移位操作，直到完成最低有效位（LSBLSB）的转换。可见，逐次逼近型模数转换器在的转换。可见，逐次逼近型模数转换器在1 1个时钟周期内只能个时钟周期内只能完成完成1 1位转换，
45、位转换，N N位转换需要位转换需要N N个时钟周期。个时钟周期。逐次逼近型模数转换器的优点是原理简单，便于实现，功耗逐次逼近型模数转换器的优点是原理简单，便于实现，功耗低；缺点是采样速率不高，输入带宽也较低。多用于中速率低；缺点是采样速率不高，输入带宽也较低。多用于中速率而分辨率要求较高的场合。而分辨率要求较高的场合。ADC0801ADC0801ADC0805ADC0805、AD574AAD574A、ADC140ADC140、ADC1131ADC1131、ADC803ADC803、ADC804ADC804等均是逐次逼近型模数转换器。等均是逐次逼近型模数转换器。第第5 5章章 数模与模数转换数模
46、与模数转换ADCADC的分类的分类v（3 3）并行比较型模数转换器）并行比较型模数转换器 并行比较型并行比较型ADCADC采用多个比较器采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换仅作一次比较而实行转换,速度极快，速度极快，又称闪速型模数转换器。模拟输入信号被同时加到又称闪速型模数转换器。模拟输入信号被同时加到2N-12N-1个锁存比较个锁存比较器。每个锁存比较器的参考电压由电阻网络或电容网络构成的分压器。每个锁存比较器的参考电压由电阻网络或电容网络构成的分压器引出（输入相邻锁存比较器的参考电压相差一个最低有效位）。器引出（输入相邻锁存比较器的参考电压相差一个最低有效位）。模拟信号输入时，参考电压比
47、模拟信号低的那些比较器均输出高电模拟信号输入时，参考电压比模拟信号低的那些比较器均输出高电平（逻辑平（逻辑1 1），反之输出低电平（逻辑），反之输出低电平（逻辑0 0）。这样得到的数码送入译）。这样得到的数码送入译码逻辑电路，从而得到二进制数字输出信号。码逻辑电路，从而得到二进制数字输出信号。为减小转换误差，并行比较型为减小转换误差，并行比较型ADCADC内部的电阻网络中的多数电阻的值内部的电阻网络中的多数电阻的值必须一致，但在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。目前并行比必须一致，但在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。目前并行比较型较型ADCADC大多采用电容网络，用低廉成本制成高精度大多采用
48、电容网络，用低廉成本制成高精度ADCADC。尽管闪烁型转换器具有极快的速度（最高采样速率达尽管闪烁型转换器具有极快的速度（最高采样速率达1GHz1GHz），但其），但其分辨率受限于管芯尺寸、过大的输入电容以及数量巨大的比较器所分辨率受限于管芯尺寸、过大的输入电容以及数量巨大的比较器所产生的功率消耗。结构重复的并行比较器之间还要求精密地匹配，产生的功率消耗。结构重复的并行比较器之间还要求精密地匹配，因此任何失配都会造成静态误差，如使输入失调电压增大或输入失因此任何失配都会造成静态误差，如使输入失调电压增大或输入失调电流增大。调电流增大。其优点是转换速率极高其优点是转换速率极高,适用于视频适用于视
49、频ADCADC等速度特别高的领域。由于等速度特别高的领域。由于n n位的转换需要位的转换需要2n2n个比较器，因此电路规模较大，价格高。如个比较器，因此电路规模较大，价格高。如TLC5510TLC5510。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换ADCADC的分类的分类v（4 4）串行比较型模数转换器）串行比较型模数转换器串行比较型串行比较型ADCADC结构上介于并行型结构上介于并行型ADCADC和逐次和逐次比较型比较型ADCADC之间，最典型的是由之间，最典型的是由2 2个个n/2n/2位的位的并行型并行型ADCADC配合配合DACDAC组成，用两次比较实行转组成，用两次比较实行转换，所
50、以称为半闪速型。还有分成三步或多换，所以称为半闪速型。还有分成三步或多步实现模数转换的步实现模数转换的ADCADC，叫做分级型，叫做分级型ADCADC，而，而从转换时序角度又可称为流水线型从转换时序角度又可称为流水线型ADCADC，这，这类类ADCADC多数加入了对多次转换结果作数字运多数加入了对多次转换结果作数字运算而进行修正的功能。这类算而进行修正的功能。这类ADCADC的速度比逐的速度比逐次逼进型次逼进型ADCADC快，但电路规模比并行比较型快，但电路规模比并行比较型ADCADC小。小。第第5 5章章 数模与模数转换数模与模数转换ADCADC的分类的分类v（5 5）-型模数转换器型模数转
