1、源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构AD/DA及其应用及其应用10.1 概述概述10.2 多路开关及采样多路开关及采样-保持器保持器10.3 D/A转换器及其接口转换器及其接口10.4 A/D转换器及其接口转换器及其接口源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构嵌入式系统嵌入式系统与与A/D、D/A转换器转换器l单片机作为嵌入式控制器可以灵活地嵌入在仪表、家电和各种智能化设备中。l在这些嵌入式系统中，单片机对输入的信号进行采集、进行相应的分析、运算，产生对应的输出操作。l在系统的输
2、入端，往往都是一些模拟信号或者是非电量的信号，同时系统输出的执行机构也往往要用模拟量（电流、电压）来驱动。所以作为一个完整的嵌入式系统就应当包含：A/D转换、微控制器和D/A转换器等。lA/D、D/A转换器的应用使CPU与输入、输出连成一个有机的整体，使单片机具有了真正意义上的“微控制器”的作用。10.1 10.1 概述概述源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构单片机在嵌入式系统中的应用示意图单片机在嵌入式系统中的应用示意图MCS-51D/A转换器控制执行机构被控实体A/D转换器多路开关传感器1传感器2传感器n控制执行机构温度、压力、流
3、量等信号模拟信号模拟信号数字信号源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构10.2.1多路开关及采样多路开关及采样-保持器保持器A.采样定理采样定理离散系统的几种采样形式：离散系统的几种采样形式：周期采样：以相同的时间间隔进行采样，即周期采样：以相同的时间间隔进行采样，即tk+1-tk=T,T为采样周期为采样周期多阶采样多阶采样:(tk+1-tk)周期性重复周期性重复,随机采样：没有固定的采样周期，根据需要选择采样时刻随机采样：没有固定的采样周期，根据需要选择采样时刻10.2 10.2 多路开关及采样多路开关及采样-保持器保持器源于科技源于
4、科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构图图10.1 采样前后波形的变化采样前后波形的变化X(t)X(t)*ST(t)ttt0002T1T3T 4T 5T 6T-2T-1T-3T-4T-5T 采样的过程实际是连续信号的离散化过程，一般采样的过程实际是连续信号的离散化过程，一般采样都是采样周期采样的多，比如采样都是采样周期采样的多，比如x(t)是连续变化的是连续变化的信号量，如果每隔一小段时间去读它的一次，取一个信号量，如果每隔一小段时间去读它的一次，取一个值，所读的过程就是采样过程。值，所读的过程就是采样过程。不难发现，读的间隔时间越短，即采样的频率
5、越不难发现，读的间隔时间越短，即采样的频率越高，得到的离散信号函数高，得到的离散信号函数x/(t),就越接近输入信号函数就越接近输入信号函数x(t)但并不是说采样频率越高越好，但并不是说采样频率越高越好，如果采样频率太如果采样频率太高，会把过多的时间浪费，而失去了实时控制的机会高，会把过多的时间浪费，而失去了实时控制的机会。因此，如何确定采样频率是非常关键。因此，如何确定采样频率是非常关键。A.采样定理采样定理源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构采样定理（香农定理）：采样定理（香农定理）：fs2fmax,则由则由x/(t)可完全恢复出
6、可完全恢复出x(t)由于所有的信号并非都是由于所有的信号并非都是“有限带宽有限带宽”，在实际应用，在实际应用中，往往所取的实际采样频率中，往往所取的实际采样频率fs比两倍比两倍fmax大，一般大，一般fs至少至少取取4fmax,10倍也是经常的。倍也是经常的。在工程上，在工程上，T经常采用经验数据。经常采用经验数据。A.采样定理采样定理源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构B.B.多路开关多路开关 在微机测量和控制中，经常需要多路和多参数的采集和控制，如果每一路在微机测量和控制中，经常需要多路和多参数的采集和控制，如果每一路都采用放大，
7、采样都采用放大，采样/保持，保持，A/D等环节，不仅成本比单路成倍增加，而且会导致等环节，不仅成本比单路成倍增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件，阻容元件参数特性不一致，对系统的校准带系统体积庞大，且由于模拟器件，阻容元件参数特性不一致，对系统的校准带来很大困难。来很大困难。所以，通常采用共用的采样所以，通常采用共用的采样/保持及保持及A/D转换电路，而要实现这种设计，往转换电路，而要实现这种设计，往往采用多路模拟开关。往采用多路模拟开关。多路开关：多路开关：把多个模拟量参数分时地接通并送入把多个模拟量参数分时地接通并送入A/D转换器，完成多到一的转换；转换器，完成多到一的转换；反多路
8、开关（多路分配器）：反多路开关（多路分配器）：把经计算机处理，且由于把经计算机处理，且由于D/A转换器转换成模拟信号转换器转换成模拟信号 按一定的顺序输出不同的控制回路中，完成一到多的转化。按一定的顺序输出不同的控制回路中，完成一到多的转化。单向多路开关单向多路开关:只能做多路开关或只能做反多路开关只能做多路开关或只能做反多路开关双向多路开关双向多路开关：既能做多路开关也能做反多路开关：既能做多路开关也能做反多路开关10.2 10.2 多路开关及采样多路开关及采样-保持器保持器源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构 常用多路开关（类型）
9、：常用多路开关（类型）：（1）机器触点式多路开关：干黄管，水印继电器）机器触点式多路开关：干黄管，水印继电器 优点：体积小，切换速度快，噪音小，寿命长优点：体积小，切换速度快，噪音小，寿命长 缺点：工作频率低，在通电的时候存在抖动现象，因此一般用于低速缺点：工作频率低，在通电的时候存在抖动现象，因此一般用于低速度高精度检测系统中。度高精度检测系统中。（2）模拟电子开关：晶体管开关，场响应管）模拟电子开关：晶体管开关，场响应管 优点：切换速度快，无抖动，易于集成优点：切换速度快，无抖动，易于集成 缺点：导通电阻大，输入电压，电流容量小缺点：导通电阻大，输入电压，电流容量小 （3）半导体多路开关：
10、）半导体多路开关：特点：尺寸小，电平与特点：尺寸小，电平与TTL兼容，转换速度快，寿命长兼容，转换速度快，寿命长 B.B.多路开关多路开关源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构常用的半导体多路开关芯片常用的半导体多路开关芯片 公司类型路数种类CD公司CD40518路双向CD4052双4路双向CD406716路双向CD4097双8路双向MAX公司MAX4051MAX40528路双4路双向双向B.B.多路开关多路开关源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构1 CD4051 CD4051
11、是单端是单端8通道多路开关，左边有通道多路开关，左边有4位输入控制端，位输入控制端，3个通道个通道选择输入端选择输入端A,B,C用来选择用来选择8个通道之一被接通，个通道之一被接通，INH是禁止输入端，当是禁止输入端，当INH=“1”,所有通道断开，禁止模拟量输入，当所有通道断开，禁止模拟量输入，当INH=“0”,通道接通，通道接通，允许模拟量输入。上面是允许模拟量输入。上面是8个输入输出通道，右边第个输入输出通道，右边第3脚是公共输入端。脚是公共输入端。逻辑电平转换单元完成逻辑电平转换单元完成TTL到到CMOS的转换；二进制的转换；二进制3-8译码器用译码器用来选择输入端来选择输入端A,B,
12、C的状态进行译码的状态进行译码,以控制开关电路以控制开关电路TG，使某一路接通，使某一路接通，从而将输入和输出通道接通。从而将输入和输出通道接通。VDD正电源，正电源，VSS接地，接地，VEE一般接负电源一般接负电源B.B.多路开关多路开关源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构1 CD4051CD4051引脚图引脚图 CD4051真值表真值表B.B.多路开关多路开关源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构例例1 若若VDD=+5V VSS=0V,VEE=-5V说明：只要对此模拟开关
13、施加说明：只要对此模拟开关施加05V数字控制信号，就可以控数字控制信号，就可以控制幅度范围为：制幅度范围为：-5V+5的模拟信号的模拟信号例例2 按一般的要求第按一般的要求第7脚脚VEE要接负电源，但是实验表明，要接负电源，但是实验表明，CD4051在在VEE接地的情况下仍可以通过接地的情况下仍可以通过-0.1+VCC的信号，的信号，这样可省去负电源变换器，即缩小成本又降低功耗。这样可省去负电源变换器，即缩小成本又降低功耗。该方法只适合用于：控制该方法只适合用于：控制0到到5V的模拟信号。的模拟信号。B.B.多路开关多路开关源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入
14、式教育机构、嵌入式教育机构2 多路开关的扩展多路开关的扩展 在实际应用当中，往往由于被测参数比较多，使用一个多路开关不能满足通在实际应用当中，往往由于被测参数比较多，使用一个多路开关不能满足通道的要求，这时可以把多路开关进行扩展。道的要求，这时可以把多路开关进行扩展。扩展的基本思想是，这几个一起扩展的多路开关，只能是在某一时刻，只有扩展的基本思想是，这几个一起扩展的多路开关，只能是在某一时刻，只有一个处于工作状态，而其他必须处于停止状态。这种方法在数字电路里经常用到。一个处于工作状态，而其他必须处于停止状态。这种方法在数字电路里经常用到。书上举例了两个书上举例了两个CD4051的扩展电路。的扩
15、展电路。OUTOUTCCABBAD0D1D2D3CD4051CD4051INHINHS1S8S1S8ININININ模拟输入（1 8）模拟输入（9 16）模拟输出.用用CD4051多路开关组成的多路开关组成的16路模拟开关接线路模拟开关接线B.B.多路开关多路开关源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构CD4097IN/OUT0IN/OUT1IN/OUT2IN/OUT3IN/OUT4IN/OUT5IN/OUT5IN/OUT7IN/OUT0IN/OUT1IN/OUT2IN/OUT3IN/OUT4IN/OUT5IN/OUT5IN/OUT73.
16、CD4097XYVDDX O/IY O/IABCINHVSS CD4097是双向双是双向双8通道的模拟开关，双通道通道的模拟开关，双通道多路开关的原理是每当接多路开关的原理是每当接到选通信号是，到选通信号是，X,Y两通两通道同步切换，且两个通道道同步切换，且两个通道均受同一组选择控制信号均受同一组选择控制信号C,B,A的控制。它主要用的控制。它主要用于两个信号的同步输入，于两个信号的同步输入，如差动放大器的输入。如差动放大器的输入。B.B.多路开关多路开关源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构C.C.采样采样/保持器保持器 采样采样-保
17、持器简称保持器简称S/H,主要用来保持采样信号不变，以便主要用来保持采样信号不变，以便A/D转换，转换，特别是适用于参数变化很快，多个通道输入的场合特别是适用于参数变化很快，多个通道输入的场合。S/H有两种工作方式，一种是采样方式，另一种是保持方式。在采样方式有两种工作方式，一种是采样方式，另一种是保持方式。在采样方式中，采样中，采样-保持器的跟随模拟量输入电压变化。在保持状态是，采样保持器的跟随模拟量输入电压变化。在保持状态是，采样-保持器保持器的输出将保持在命令发出时刻的模拟量输入值，直到保持命令撤消为止。的输出将保持在命令发出时刻的模拟量输入值，直到保持命令撤消为止。采样保持采样保持采样
18、S/HVINVOUT工作方式源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构采样采样/保持器的工作原理保持器的工作原理:最简单的采样最简单的采样/保持器是由开关和电容组成，如下图所示。保持器是由开关和电容组成，如下图所示。RKVxCVout.最简单的采样最简单的采样/保持器保持器C.C.采样采样/保持器保持器 源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构常用的采样常用的采样/保持器保持器:随着大规模集成电路的发展，已生产出各种各样的采样随着大规模集成电路的发展，已生产出各种各样的采样/保持器。保
19、持器。如用于一般目的有如用于一般目的有AD582、AD583、LF198/398等；用于高速的有等；用于高速的有THS-0025、THS-0060、THC-0030、THC-1500等；用于高分辨率的等；用于高分辨率的有有SHA1144、ADC1130等。等。下面以下面以LF198/298/398为例，介绍集成电路为例，介绍集成电路S/H的工作原理。的工作原理。C.C.采样采样/保持器保持器 源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构采样保持器采样保持器LF198的原理框图和引脚图教材的原理框图和引脚图教材P33页页引脚功能说明：引脚功能说
20、明：VIN:模拟量电压输入模拟量电压输入;VOUT:模拟量电压输出模拟量电压输出偏置（偏置（offset）:调整采样保持器的偏差调整采样保持器的偏差CH:接保持电容接保持电容V+,V-:采样保持器的电源引脚采样保持器的电源引脚逻辑及逻辑参考电平，用来控制采样保持器的工逻辑及逻辑参考电平，用来控制采样保持器的工作方式。作方式。C.C.采样采样/保持器保持器 源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构当逻辑引脚当逻辑引脚8为高电平时，通过控制逻辑电路为高电平时，通过控制逻辑电路A3使开关使开关S闭合，电闭合，电路工作在采样状态。反之，当引脚路工
21、作在采样状态。反之，当引脚8为低电平时，则开关为低电平时，则开关S断开，电路断开，电路进入保持状态。进入保持状态。它可以接成差动形式，也可以将参考电平直接接地，然后，在引脚它可以接成差动形式，也可以将参考电平直接接地，然后，在引脚端用一个逻辑电平控制。端用一个逻辑电平控制。LF198VinVoutTo A/D+10-10参考电平直接接地参考电平直接接地典型应用电路CH150PC.C.采样采样/保持器保持器 源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构10.3.1 D/A转换器原理转换器原理D/A 转换器D7 :D0tV数字量 输入模拟量 输出
22、10.3 D/A10.3 D/A转换器及其接口转换器及其接口源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构D/A转换的组成转换的组成:参考电源、数字开关控制、模拟转换、数字接口和运算放大器组成；参考电源、数字开关控制、模拟转换、数字接口和运算放大器组成；电阻解码网络是电阻解码网络是D/A转换器的核心（数字开关和模拟转换）；转换器的核心（数字开关和模拟转换）；两种电阻解码网络：权电阻网络，两种电阻解码网络：权电阻网络，R-2R梯形电阻网络。梯形电阻网络。模拟转换数字开关控制数字量参考电源放大器模拟电压输出I10.3.1 D/A转换器原理转换器原理
23、源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构+-RRfiiViVo运放的放大倍数足够大时，认为放运放的放大倍数足够大时，认为放大器输入电流为零，大器输入电流为零，V-=V+=0;Vo=-Rf iVo=RfRVi式中：式中：Rf为反馈电阻为反馈电阻 R为输入电阻为输入电阻10.3.1 D/A转换器原理转换器原理源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构+-R1RfiViVo若输入端有若输入端有n个支路，则输入电压个支路，则输入电压Vi和输出电压有下面关系：和输出电压有下面关系：ViRRiRV
24、niiffo11RnRi为第为第i个支路的输入电阻个支路的输入电阻10.3.1 D/A转换器原理转换器原理源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构令每个支路的输入电阻为令每个支路的输入电阻为2iRf,并令并令Vi为一个基准电压为一个基准电压 Vref,则：则：refniirefnififniifoVVRRViRRV11121211如果每支路由一个开关如果每支路由一个开关 Si控制，控制，Si=1表示表示合上，合上，Si=0表示断开，则上式变换为表示断开，则上式变换为refniiioVSV121 Si=1,该项对Vo有贡献 Si=0,该项对
25、Vo无贡献10.3.1 D/A转换器原理转换器原理源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构refniiioVSV121 Si=1,该项对该项对Vo有贡献有贡献 Si=0,该项对该项对Vo无贡献无贡献+-2R Rfi VrefVoS14RS28RS316RS432RS564RS6128RS7256RS8n=8权电阻网络权电阻网络10.3.1 D/A10.3.1 D/A转换器原理转换器原理源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构如果用如果用8位二进制代码来控制位二进制代码来控制S1-S8
26、(di=1时表示时表示 Si闭合；闭合；di=0时表示时表示Si断开断开),那么根据二进制代码的不同，输出电压那么根据二进制代码的不同，输出电压Vo也不同，这就构成了也不同，这就构成了8位的位的D/A转换器。转换器。对于对于8位的位的D/A转换器有转换器有)2.22(20066778dddVVrefo同样同样,对于对于n位的位的D/A转换器，它的任意二进制码，它的输出模拟电压为：转换器，它的任意二进制码，它的输出模拟电压为：)22.2(2001111dddVVnnnrefo10.3.1 D/A10.3.1 D/A转换器原理转换器原理源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业I
27、C、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构 课本列出课本列出R-2R T型网络解码原理图，得出的结论跟权型网络解码原理图，得出的结论跟权电阻网络解码是一样的。电阻网络解码是一样的。由于权电阻网络各位的权电阻值由于权电阻网络各位的权电阻值(2iRi)不同，要求的电不同，要求的电阻种类多，电阻精度控制要求的工艺很高，所以用的比阻种类多，电阻精度控制要求的工艺很高，所以用的比较少，较少，而而R-2R T型网络解码，只用到两种电阻型网络解码，只用到两种电阻R和和2R，这很容易满足，所以，大多数这很容易满足，所以，大多数D/A转换器都采用这种解码转换器都采用这种解码方式。方式。电压输出型的电压输出型的D/A转换
28、器：内带电压放大器转换器：内带电压放大器电流输出型的电流输出型的D/A转换器转换器:内部不带放大器（用的时候需要外接运内部不带放大器（用的时候需要外接运放，把它转换成放，把它转换成D/A转换器转换器)10.3.1 D/A10.3.1 D/A转换器原理转换器原理源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构T型电阻网络构成的型电阻网络构成的D/AD/A转换器转换器分析0,1,2,3各点对地的电阻（=R）分析各点电压和I3,I2,I1,I0电流：因为I3=I总1/2 所以I3=VR/(2 R)=U2=VR/2 所以I2=VR/(22R)=U1=U2
29、/2=VR/4 所以I1=VR/(42R)=U0=U1/2=VR/8 所以I0=VR/(82R)=RVR4222RRRRR2R2R2R2RVR3210I3I2I1I0RVR4122RVR4322RVR4022Iout源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构RVRbbbb401232)20212223(RRRRR2R2R2R2RVRI3I2I1I0b3 b2 b1 b0 四位DAC寄存器 RfIRfIout1VoutRVRbRVRbRVRbRVRb4041424322022122222300112233IbIbIbIbIout电流/电压变换
30、返回Vout=-IoutRfIout2源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构10.3.2 D/A10.3.2 D/A转换器的性能指标转换器的性能指标l分辨率（Resolution）分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，取决于输入数字量的二进制位数。l转换精度（Conversion Accuracy）指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。l偏移量误差（Offset Error）偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。l线性度（Linearity）线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大
31、偏移差。返回本节源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构1.常用DA转换芯片A.TLC5615 10位B.AD420 16位(带4-20mA及0-5V输出功能)10.3.3 D/A10.3.3 D/A转换器的应用转换器的应用源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构10.3.3 D/A10.3.3 D/A转换器的应用转换器的应用1.TLC5615简介简介TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。带有
32、上电复位功能，即把DAC寄存器复位至全零。TLC5615性能价格比高，目前在国内市场很方便购买。TLC5615引脚说明引脚说明 TLC5615有小型和塑料DIP封装，DIP封装的TLC5615芯片引脚排列如图所示。源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构1.TLC5615简介简介引脚功能说明如下：脚1 DIN：串行数据输入端；脚2 SCLK：串行时钟输入端；脚3 CS：芯片选用通端，低电平有效；脚4 DOUT：用于级联时的串行数据输出端；脚5 AGND：模拟地；脚6 REFIN：基准电压输入端；脚7 OUT：输出；脚8 VDD：电源；源于
33、科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构TLC5615的时序图 1.TLC5615简介简介源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构l由时序图可以看出，当片选CS为低电平时，输入数据DIN由时钟SCLK同步输入或输出，而且最高有效位在前，低有效位在后。输入时SCLK的上升沿把串行输入数据DIN移入内部的16位移位寄存器，SCLK的下降沿输出串行数据DOUT，片选CS的上升沿把数据传送至DAC寄存器。l当片选CS为高电平时，串行输入数据DIN不能由时钟同步送入移位寄存器；输出数据DOUT保持
34、最近的数值不变而不进入高阻状态。由此要想串行输入数据和输出数据必须满足两个条件：第一时钟SCLK的有效跳变；第二片选CS为低电平。这里，为了使时钟的内部馈通最小，当片选CS为高电平时，输入时钟SCLK应当为低电平。2.TLC5615时序分析时序分析 源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构l串行数模转换器TLC5615的使用有两种方式，即级联方式和非级联方式。如不使用级联方式，DIN只需输入12位数据。DIN输入的12位数据中，前10位为TLC5615输入的D/A转换数据，且输入时高位在前，低位在后，后两位必须写入数值为零的低于LSB的位
35、，因为TLC5615的DAC输入锁存器为12位宽。如果使用TL5615的级联功能，来自DOUT的数据需要输入16位时钟下降沿，因此完成一次数据输入需要16个时钟周期，输入的数据也应为16位。输入的数据中，前4位为高虚拟位，中间10位为D/A转换数据，最后2位为低于LSB的位即零。2.TLC5615时序分析时序分析 源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构3.TLC5615与与89C51接口接口源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构TLC5615采用非级联方式，将要输入的10位数据存
36、在R0、R1寄存器中，其D/A转换程序如下:DADIN bit P3.2 DASCLK bit P3.7 DACS bit P3.6 MAIN:MOV R0,#03H MOV R1,#0ffH CLR DACS ;片选有效 LCALL WRdata ;；DIN输入12位数据 CLR DASCLK ;；时钟低电平 SETB DACS ;；片选高电平，输入的12位数据有效 LCALL DELAY AJMP MAIN4.TLC5615的编程的编程源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构WRdata:MOV A,R0 SWAP A RL A RL
37、 A MOV R2,#2 NOP ;；空操作 LOOP:CLR DASCLK ;；时钟低电平 RLC A ;；数据送入位标志位CY MOV DADIN,C ;；数据输入有效 SETB DASCLK ;；时钟高电平 DJNZ R2,LOOP ;；循环送数4.TLC5615的编程的编程源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构 MOV A,R1 MOV R2,#8LOOP1:CLR DASCLK ;；时钟低电平 RLC A ;；数据送入位标志位CY MOV DADIN,C ;；数据输入有效 SETB DASCLK ;；时钟高电平 DJNZ R2
38、,LOOP1 ;；循环送数 MOV R2,#2LOOP2:CLR DASCLK ;；时钟低电平 CLR C ;；数据送入位标志位CY MOV DADIN,C ;；数据输入有效 SETB DASCLK ;；时钟高电平 DJNZ R2,LOOP2 ;；循环送数 RET ;返回4.TLC5615的编程的编程源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构概述概述:A/D A/D 将连续的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机将连续的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机处理，常用于数据采集系统。处理，常用于数据采集系统。1.1.类型：类型：l 并列式并列式
39、l 计数型计数型l 双积分型双积分型l 逐次逼近型：逐次逼近型：简单，便宜，用得比较多简单，便宜，用得比较多2.2.工作原理工作原理 类似于天平称重物的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼类似于天平称重物的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼近被称重物。近被称重物。例如：用例如：用8 8个砝码个砝码20g,21g 20g,21g 27g,27g,可以称出可以称出1-255g1-255g之间的之间的物体，现有一物体，用砝码称出其重量物体，现有一物体，用砝码称出其重量(设设176g)176g)10.4 A/D10.4 A/D转换器及其接口转换器及其接口源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教
40、育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构并列式并列式:转换速度快;电路较复杂;计数型计数型:转换速度根据输入模拟电压相关,电压越高,转换时间越长;电路相对简单;双积分型双积分型:转换速度较慢;精密度高,稳定性好;噪声免役力好,抗干扰能力强;逐次逼近型逐次逼近型:转换速度较快;电路相对简单;各转换方式的特点各转换方式的特点源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构双积分型双积分型A/D A/D 转换器工作原理转换器工作原理1双积分型双积分型A/D转换器工作原理转换器工作原理 双积分型A/D转换是一种间接A/D转换技术。首先将模拟电压转换成积
41、分时间，然后用数字脉冲计时方法转换成计数脉冲数，最后将此代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成二进制或BCD码输出。因此，双积分型A/D转换器转换时间较长，一般要大于4050ms。图10-2给出了微机控制的双积分电路原理图。其工作原理可由图10-3所示的工作波型图予以说明。返回本节源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构图10-2 双积分ADC电路原理图 返回本节源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构2MC14433与与MCS-51单片机的接口单片机的接口源于科技源于科技 点石成金点石
42、成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构37109与与MCS-51单片机接口单片机接口返回本节源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构比较器比较器D/A逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器（SAR)控制逻辑控制逻辑Vx模拟量输入模拟量输入数字输出数字输出启动信号启动信号转换结束转换结束VC1 0 10 0 0 0 01 0 11 0 0 0 01 0 00 0 0 0 01 0 00 0 0 0 0逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器原理图转换器原理图逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器原理图转换器原理图源于科技源于科技 点石成
43、金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构逐次比较式逐次比较式A/D转换器原理转换器原理控制电路N位D/A转换网络N位寄存器SAR模拟电压输入VXA/D转换数据输出启动 时钟 状态+-1，N位寄存器首先形成10000000；经DAC转换后送比较器与VX相比较；2，若VXVS时,比较器通知N位寄存器保留最高位“1”。若VXVS时,比较器通过控制器将最高位“1”清除（因为VX小于量程的一半127）。3，N位寄存器对次高位置1，再重复上面的过程，确定该位是“1”或“0”。4，经过8次比较确定了N位计数器从D7D0的8位数据。整个过程由输入一个“启动”信号开始，到“状态”
44、端输出一个标志信号结束。比较器VXVS返回源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构对于一个模拟信号转换成数字信号所要求的基本部件有：模拟多路转换器与信号调节电路。采样/保持电路。A/D转换器。通道控制电路源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构DGNDAGNDl 模拟量输入信号的连接模拟量输入信号的连接 输入信号要符合输入信号要符合A/D转换器的量程要求，如果要多路输入的话要有多路开转换器的量程要求，如果要多路输入的话要有多路开 关。关。l 选择合适的系统采样速度选择合适的系统采样速
45、度l 参考电平参考电平 在一些单，双极性模拟量都能接收的在一些单，双极性模拟量都能接收的A/D转换器，参考电源由两个：转换器，参考电源由两个：VREF和和VREF。当模拟量输入信号为单极性时，当模拟量输入信号为单极性时，VREF接参考电源的正极和接参考电源的正极和VREF接模接模 拟地；当模拟拟地；当模拟 量信号为双极性时，量信号为双极性时，VREF接参考电源的正极和接参考电源的正极和VREF接负极性端接负极性端l 接地问题接地问题 A/D转换器通常有数字地和模拟地，设计电路时，两个要分开，最后用一转换器通常有数字地和模拟地，设计电路时，两个要分开，最后用一 根导线或零欧电阻把他们相连。根导线
46、或零欧电阻把他们相连。A/DA/D接口设计要注意的几个问题接口设计要注意的几个问题源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构A/DA/D转换器的应用转换器的应用TCL549简介简介 TLC548，TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行AD换器芯片，它以位开关电容逐次逼近的方法实现转换，可与通用微处理器、控制器通过IO CLOCK、CS、DATA OUT三线进行串行接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17us，TLC548允许的最高转换速率为45500次s，TLC549为40000次s。源于科技源于科技 点石成
47、金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构TCL549产品特性产品特性 lCMOS技术l8位转换结果 l与微处理器或外围设备接口l差分基准电压输入 l系统等 转换时间：最大17us l每秒访问和转换次数：达到40000 l片上软件控制采样和保持功能 l全部非校准误差：0.5LSB l宽电压供电：36Vl低功耗：最大15mW l5V供电时输入范围：05V l输入输出完全兼容TTL和CMOS电路 l全部非校准误差：1LSB l工作温度范围：070（TLC549）;-4085（TLC549I）源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机
48、构、嵌入式教育机构TCL549内部结构和引脚内部结构和引脚 芯片包含内部系统时钟、采样和保持电路、位转换电路、输出数据寄存器以及控制逻辑电路，它采用、和 三根线实现与微控制器或微处理器进行串行通讯，其中和 作为输入控制，芯片选择端低电平有效，当为高电平时 输入被禁止，且输出处于高阻状态，其工作过程见下文工作时序及其说明部分。源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构TCL549TCL549内部结构和引脚内部结构和引脚 源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构TLC549TLC549各引
49、脚功能如下：各引脚功能如下：REFREF：正基准电压输入端，.5.。REFREF：负基准电压输入端，.，且要求 。由以上两项可以看出，TLC549可以使用差分基准电压，这是该芯片的重要特性，利用这个特性TLC549可能测量到的最小量值达1000mv/256，也就是说信号不经放大也可以得到位的分辨率，因此可以简化电路、节省成本。：模拟信号输入端，当 电压时，转换结果为全“”()，电压时，转换结果为全“”()。：芯片选择输入端，要求输入高电平，输入低电平.。源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构：转换结果数据串行输出端，与电平兼容，输出时高
50、位在前，低位在后。：外接输入输出时钟输入端，同于同步芯片的输入输出操作，无需与芯片内部系统时钟同步。：系统电源。GND GND：地.源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构TLC549TLC549时序图时序图 源于科技源于科技 点石成金点石成金 源点教育专业源点教育专业IC、嵌入式教育机构、嵌入式教育机构l上图中当变为低电平后，芯片被选中，同时前次转换结果的最高有效位()自 端输出，接着要求自 端输入个外部时钟信号，前个 信号的作用，是配合 输出前次转换结果的 位，并为本次转换做准备：在第个 信号由高至低的跳变之后，片内采样保持电路对输入
