LESSON6_AD及DA工作原理及應(yīng)用

1、第六講D/A & A/D轉(zhuǎn)換器及其與單片機接口轉(zhuǎn)換器及其與單片機接口D/A6.1 D/A轉(zhuǎn)換器及其與單片機接口轉(zhuǎn)換器及其與單片機接口 6.1.1 D/A6.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的原理及主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的原理及主要技術(shù)指標(biāo)一、一、D/AD/A轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 ：輸出電壓輸出電壓 的大小與數(shù)字量具有對應(yīng)的關(guān)系的大小與數(shù)字量具有對應(yīng)的關(guān)系。 二、二、D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)2n1 1、分辨率、分辨率分辨率分辨率是指輸入數(shù)字量的最低有效位（是指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSBLSB）發(fā)生變化時，

2、）發(fā)生變化時，所對應(yīng)的輸出模擬量（電壓或電流）的變化量。它反映了所對應(yīng)的輸出模擬量（電壓或電流）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。輸出模擬量的最小變化值。分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成FS FS / / 。FSFS表示滿量程輸入值，表示滿量程輸入值，n n為二進制位數(shù)。對于為二進制位數(shù)。對于5V5V的滿量程，采用位的的滿量程，采用位的DACDAC時，分辨率為時，分辨率為5V/2565V/25619.5mV19.5mV；當(dāng)采用當(dāng)采用1212位的位的DACDAC時，分辨率則為時，分辨率則為5V/40965V/40961.22

3、mV1.22mV。顯然，。顯然，位數(shù)越多分辨率就越高。位數(shù)越多分辨率就越高。2 2、線性度、線性度線性度（也稱非線性誤差）線性度（也稱非線性誤差）是實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想是實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。常以相對于滿量程的百分數(shù)直線特性之間的最大偏差。常以相對于滿量程的百分數(shù)表示。如表示。如是指實際輸出值與理論值之差在滿刻度是指實際輸出值與理論值之差在滿刻度的的以內(nèi)。以內(nèi)。3、絕對精度和相對精度、絕對精度和相對精度絕對精度（簡稱精度）絕對精度（簡稱精度）是指在整個刻度范圍內(nèi)，任是指在整個刻度范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)碼所對應(yīng)的模擬量實際輸出值與理論值之一輸入數(shù)碼所對應(yīng)的模擬量實際輸出值與

4、理論值之間的最大誤差。絕對精度是由間的最大誤差。絕對精度是由DAC的增益誤差（當(dāng)?shù)脑鲆嬲`差（當(dāng)輸入數(shù)碼為全輸入數(shù)碼為全1時，實際輸出值與理想輸出值之差）、時，實際輸出值與理想輸出值之差）、零點誤差（數(shù)碼輸入為全時，零點誤差（數(shù)碼輸入為全時，DAC的非零輸出的非零輸出值）、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對精度（即值）、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對精度（即最大誤差）應(yīng)小于最大誤差）應(yīng)小于1個個LSB。相對精度相對精度與絕對精度表示同一含義，用最大誤差相與絕對精度表示同一含義，用最大誤差相對于滿刻度的百分比表示。對于滿刻度的百分比表示。4、建立時間、建立時間建立時間建立時間是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度

5、變化時，是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時，輸出模擬信號達到滿刻度值的輸出模擬信號達到滿刻度值的1/2LSB所需的時所需的時間。是描述間。是描述D/A轉(zhuǎn)換速率的一個動態(tài)指標(biāo)。轉(zhuǎn)換速率的一個動態(tài)指標(biāo)。電流輸出型電流輸出型DAC的建立時間短的建立時間短。電壓輸出型電壓輸出型DAC的建立時間主要決定于運算放大器的響應(yīng)時間的建立時間主要決定于運算放大器的響應(yīng)時間。根。根據(jù)建立時間的長短，可以將據(jù)建立時間的長短，可以將DAC分成超高速（分成超高速（1S)、高速（、高速（101S）、中速（）、中速（10010S）、）、低速（低速（100S）幾檔。）幾檔。 應(yīng)當(dāng)注意，精度和分辨率具有一定的聯(lián)系，但應(yīng)當(dāng)注意，精

6、度和分辨率具有一定的聯(lián)系，但概念不同。概念不同。DAC的位數(shù)多時，分辨率會提高，對的位數(shù)多時，分辨率會提高，對應(yīng)于影響精度的量化誤差會減小。但其它誤差應(yīng)于影響精度的量化誤差會減小。但其它誤差（如溫度漂移、線性不良等）的影響仍會使（如溫度漂移、線性不良等）的影響仍會使DAC的精度變差。的精度變差。3.1.2 DAC08323.1.2 DAC0832芯片及其與單片機接口芯片及其與單片機接口 DAC0832 DAC0832是使用非常普遍的位是使用非常普遍的位D/AD/A轉(zhuǎn)換器，由于其片轉(zhuǎn)換器，由于其片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機接口。內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機接口。DAC083

7、2DAC0832以電流形式輸出，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時，可以電流形式輸出，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時，可外接運算放大器。屬于該系列的芯片還有外接運算放大器。屬于該系列的芯片還有DAC0830DAC0830、DAC0831DAC0831，它們可以相互代換。，它們可以相互代換。DAC0832DAC0832主要特性主要特性：分辨率位；分辨率位；電流建立時間電流建立時間SS；數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式；數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式；輸出電流線性度可在滿量程下調(diào)節(jié)；輸出電流線性度可在滿量程下調(diào)節(jié)；邏輯電平輸入與邏輯電平輸入與TTLTTL電平兼容；電平兼容；單一電源供電（單一電源供電（5

8、V5V15V15V）；）；低功耗，低功耗，20m20m。 一、一、DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳二、二、DAC0832與與80C51單片機的接口單片機的接口、單緩沖工作方式、單緩沖工作方式 此方式適用于只有一路模擬量輸出，或有幾路模擬量輸出適用于只有一路模擬量輸出，或有幾路模擬量輸出但并不要求同步的系統(tǒng)但并不要求同步的系統(tǒng)。 雙極性模擬輸出電壓雙極性模擬輸出電壓 ： 雙極性輸出時的分辨率比單極性輸出時降低雙極性輸出時的分辨率比單極性輸出時降低1/2，這是由于對雙極性輸出而言，最高位作為，這是由于對雙極性輸出而言，最高位作為符號位，只有符號位，只有7位數(shù)值位。位數(shù)值位。2、雙緩沖工作

9、方式、雙緩沖工作方式 多路多路D/A轉(zhuǎn)換輸出，如果要求同步進行，就應(yīng)轉(zhuǎn)換輸出，如果要求同步進行，就應(yīng)該采用雙緩沖器同步方式該采用雙緩沖器同步方式 。3、直通工作方式、直通工作方式當(dāng)當(dāng)DAC0832芯片的片選信號、寫信號、芯片的片選信號、寫信號、及傳送控制信號的引腳全部接地，允許輸及傳送控制信號的引腳全部接地，允許輸入鎖存信號入鎖存信號ILE引腳接引腳接5V時，時，DAC0832芯片就處于直通工作方式，數(shù)字量一旦輸芯片就處于直通工作方式，數(shù)字量一旦輸入，就直接進入入，就直接進入DAC寄存器，進行寄存器，進行D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。換。http:/www.A /轉(zhuǎn)換器及其與單片機接口轉(zhuǎn)換器及其與單片機接口3

10、.2.1 3.2.1 轉(zhuǎn)換器的原理及主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的原理及主要技術(shù)指標(biāo)一、逐次逼近式一、逐次逼近式ADC的轉(zhuǎn)換原理的轉(zhuǎn)換原理二、雙積分式二、雙積分式ADC的轉(zhuǎn)換原理的轉(zhuǎn)換原理三、三、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1221、分辨率、分辨率ADC的分辨率的分辨率是指使輸出數(shù)字量變化一個相是指使輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。常用二鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。常用二進制的位數(shù)表示。例如進制的位數(shù)表示。例如12位位ADC的分辨率就的分辨率就是是12位，或者說分辨率為滿刻度位，或者說分辨率為滿刻度FS的的1/ 。一個一個10V滿刻度的滿刻度的12位位ADC能分

11、辨輸入電壓能分辨輸入電壓變化最小值是變化最小值是10V1/ =2.4mV。1222、量化誤差、量化誤差A(yù)DC把模擬量變?yōu)閿?shù)字量，用數(shù)字量近似表示模擬量，這個把模擬量變?yōu)閿?shù)字量，用數(shù)字量近似表示模擬量，這個過程稱為量化。過程稱為量化。量化誤差是量化誤差是ADC的有限位數(shù)對模擬量進行量的有限位數(shù)對模擬量進行量化而引起的誤差化而引起的誤差。實際上，要準(zhǔn)確表示模擬量，。實際上，要準(zhǔn)確表示模擬量，ADC的位數(shù)的位數(shù)需很大甚至無窮大。一個分辨率有限的需很大甚至無窮大。一個分辨率有限的ADC的階梯狀轉(zhuǎn)換特的階梯狀轉(zhuǎn)換特性曲線與具有無限分辨率的性曲線與具有無限分辨率的ADC轉(zhuǎn)換特性曲線（直線）之間轉(zhuǎn)換特性曲線

12、（直線）之間的最大偏差即是量化誤差。的最大偏差即是量化誤差。 3、偏移誤差、偏移誤差偏移誤差偏移誤差是指輸入信號為零時，輸出信號不為零的是指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值，所以有時又稱為零值誤差。假定值，所以有時又稱為零值誤差。假定ADC沒有非線沒有非線性誤差，則其轉(zhuǎn)換特性曲線各階梯中點的連線必定性誤差，則其轉(zhuǎn)換特性曲線各階梯中點的連線必定是直線，這條直線與橫軸相交點所對應(yīng)的輸入電壓是直線，這條直線與橫軸相交點所對應(yīng)的輸入電壓值就是偏移誤差。值就是偏移誤差。、滿刻度誤差、滿刻度誤差滿刻度誤差滿刻度誤差又稱為增益誤差。又稱為增益誤差。ADC的滿刻度的滿刻度誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實際輸入電誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實際輸入電壓與理想輸入電壓之差。壓與理想輸入電壓之差。5、線性度線性度線性度線性度有時又稱為非線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實際的有時又稱為非線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。6、絕對精度、絕對精度在一個轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對應(yīng)的實際模擬量輸在一個轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對應(yīng)的實際模擬量輸入與理論模擬輸入之差的最大值，稱為入與理論模擬輸入之差的最大值，稱為絕對精度絕對精度。對。對于于A