第3章智能儀器輸出通道及接口技術(shù)

1、第三章第三章 智能儀器輸出通道及智能儀器輸出通道及 接口技術(shù)接口技術(shù)首首 頁頁本章內(nèi)容本章內(nèi)容模擬量輸出通道模擬量輸出通道3.1D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器接口轉(zhuǎn)換器與微處理器接口3.2DAC的應(yīng)用的應(yīng)用3.3開關(guān)量輸出通道開關(guān)量輸出通道3.41. 1. 模擬量輸出通道模擬量輸出通道l 重點重點：2. 2. 輸出通道的結(jié)構(gòu)、組成、工作輸出通道的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用重點：重點：3.1 3.1 模擬量輸出通道模擬量輸出通道 模擬量輸出通道是計算機對采樣數(shù)據(jù)實模擬量輸出通道是計算機對采樣數(shù)據(jù)實現(xiàn)某種運算處理后，將處理結(jié)果回送給被測現(xiàn)某種運算處理后，將處理結(jié)果回送給被測對象的數(shù)據(jù)通路。對象的

2、數(shù)據(jù)通路。 輸出數(shù)字信號的形式主要有開關(guān)量、輸出數(shù)字信號的形式主要有開關(guān)量、數(shù)字量和頻率量。數(shù)字量和頻率量。 模擬量輸出通道是將微機輸出的數(shù)字模擬量輸出通道是將微機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成適合于執(zhí)行機構(gòu)所要求的模擬量量轉(zhuǎn)換成適合于執(zhí)行機構(gòu)所要求的模擬量的環(huán)節(jié)。的環(huán)節(jié)。 模擬量輸出通道一般有單路模擬量輸出通模擬量輸出通道一般有單路模擬量輸出通道和多路模擬量輸出通道。道和多路模擬量輸出通道。 對于模擬量控制系統(tǒng)，應(yīng)通過數(shù)對于模擬量控制系統(tǒng)，應(yīng)通過數(shù)/ /模模（D/AD/A）轉(zhuǎn)換將其變換成模擬信號輸出。）轉(zhuǎn)換將其變換成模擬信號輸出。 模擬量輸出通道：模擬量輸出通道：l 單路模擬量輸出通道的一般結(jié)構(gòu) 微型計

3、算機 寄存器 D/A轉(zhuǎn)換器 放大變換電路 執(zhí)行機構(gòu) 寄存器用于保存計算機輸出的數(shù)字量；寄存器用于保存計算機輸出的數(shù)字量；D/AD/A轉(zhuǎn)換器用于將計算機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換器用于將計算機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量；而模擬量；而D/AD/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量信號往往轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量信號往往無法直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，需要放大無法直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，需要放大/ /變換電路變換電路進行適當?shù)胤糯蠡蜻M行適當?shù)胤糯蠡蜃儞Q變換。 l 多路模擬量輸出通道的一般結(jié)構(gòu)多路模擬量輸出通道的一般結(jié)構(gòu) 微型計算機 寄存器 D/A轉(zhuǎn)換器 保持器 執(zhí)行機構(gòu) 多路開關(guān) 保持器 執(zhí)行機構(gòu) 保持器 執(zhí)行機構(gòu) l D/A D/A轉(zhuǎn)換器（

4、轉(zhuǎn)換器（Digital to Analog ConverterDigital to Analog Converter） 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、倒倒T T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、權(quán)電流型權(quán)電流型D/AD/A轉(zhuǎn)換器等。轉(zhuǎn)換器等。 模擬量輸出通道中的關(guān)鍵部件模擬量輸出通道中的關(guān)鍵部件 按其工作原理可分為按其工作原理可分為: :3.1.1 D/A3.1.1 D/A轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理1 1、倒、倒T T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 倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器由求和運算放大轉(zhuǎn)換器由求和運算放大器、模擬開關(guān)和電阻網(wǎng)絡(luò)等組成

5、，電阻網(wǎng)絡(luò)中器、模擬開關(guān)和電阻網(wǎng)絡(luò)等組成，電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻接成倒的電阻接成倒T T型型 電路原理如圖電路原理如圖3.33.3所示。所示。 圖圖3.3 3.3 倒倒T T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器原理圖轉(zhuǎn)換器原理圖 由于由于V V- -=V=V+ +=0=0，所以，無論開關(guān)，所以，無論開關(guān)S S3 3、S S2 2、S S1 1、S S0 0與哪一邊接通，各與哪一邊接通，各2R2R電阻的上端都相當于接電阻的上端都相當于接通通“地電位地電位”端，電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電路如下圖端，電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電路如下圖3.43.4所示。所示。圖圖3.4 3.4 電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電路電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電路 1 1、

6、倒、倒T T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 設(shè)總電流為設(shè)總電流為，圖中看出從，圖中看出從1111、2222、3333、4444每個端口向左看的等效電阻都是每個端口向左看的等效電阻都是R R，所以從參考電源流入電阻網(wǎng)絡(luò)的總電流所以從參考電源流入電阻網(wǎng)絡(luò)的總電流(式3-1) 流過流過4444 電阻支路的電流為電阻支路的電流為/2/2，流過，流過3333、2222、1111各電阻支路的電流分別為各電阻支路的電流分別為/4/4、/8/8、/16/16。1 1、倒、倒T T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 當某位數(shù)字量為當某位數(shù)字量為“0”“0”時，控制相應(yīng)的開關(guān)時，控制相應(yīng)的

7、開關(guān)與與“地電位地電位”端接通，相應(yīng)電阻支路的電流不流端接通，相應(yīng)電阻支路的電流不流過放大器的反饋電阻。過放大器的反饋電阻。 當某位數(shù)字量為當某位數(shù)字量為“1”“1”時（如時（如d d0 0=1=1），控制相），控制相應(yīng)的開關(guān)（如應(yīng)的開關(guān)（如S S0 0）與放大器的反相輸入端接通，）與放大器的反相輸入端接通，相應(yīng)電阻支路的電流（相應(yīng)電阻支路的電流（/16/16）流過放大器的反）流過放大器的反饋電阻饋電阻R RF F（因（因i i=0=0）。）。 在圖在圖3.33.3中，設(shè)需要轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)字量中，設(shè)需要轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)字量d d3 3d d2 2d d1 1d d0 0, ,開關(guān)開關(guān)S S3 3

8、S S0 0受數(shù)字量受數(shù)字量d d3 3d d0 0的控制。的控制。1 1、倒、倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器故流過放大器反饋電阻的總電流故流過放大器反饋電阻的總電流 ：（3-2）又又 故取反饋電阻故取反饋電阻R RF F=R=R，并將（式，并將（式3-13-1），（），（3-23-2）代入上式，有輸出電壓：代入上式，有輸出電壓：（3-3）（式（式3-33-3）表明輸出模擬電壓正比于輸入的數(shù)字量，）表明輸出模擬電壓正比于輸入的數(shù)字量，1 1、倒、倒T T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 實現(xiàn)了數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的功能。對于實現(xiàn)了數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的功能。對于n

9、 n位位倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器，輸入為轉(zhuǎn)換器，輸入為n n位二進制位二進制數(shù)字量數(shù)字量d dn-1n-1d dn-2n-2d d1 1d d0 0，輸出的，輸出的模擬電壓：模擬電壓：)2222(2001122110ddddVvnnnnnREF 可見倒可見倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻取值只有型電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻取值只有R R和和2R2R兩種，精度容易保證，而且，流過各兩種，精度容易保證，而且，流過各2R2R電阻電阻的電流直接流入運算放大器的輸入端，提高的電流直接流入運算放大器的輸入端，提高了轉(zhuǎn)換速度。了轉(zhuǎn)換速度。 利用倒利用倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)制作的集成芯片種類很型電阻網(wǎng)絡(luò)制作的

10、集成芯片種類很多，例如多，例如DAC0832DAC0832（8 8位）、位）、5G75205G7520（1010位）、位）、AD7524AD7524（8 8位）、位）、AD7546AD7546（1616位）等。位）等。 1 1、倒、倒T T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2 2、權(quán)電流型、權(quán)電流型D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程中利轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程中利用模擬開關(guān)將基準電壓接到電阻網(wǎng)絡(luò)中，分析用模擬開關(guān)將基準電壓接到電阻網(wǎng)絡(luò)中，分析時，把模擬開關(guān)當做理想開關(guān)對待，實際中，時，把模擬開關(guān)當做理想開關(guān)對待，實際中，模擬開關(guān)都存在一定的導(dǎo)

11、通電阻和導(dǎo)通壓降，模擬開關(guān)都存在一定的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降，而且，每個開關(guān)的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降各不相而且，每個開關(guān)的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降各不相同，不可避免地會使流過各支路的電流有所變同，不可避免地會使流過各支路的電流有所變化，引起轉(zhuǎn)換誤差?；?，引起轉(zhuǎn)換誤差。 為此，用一組恒流源取代倒為此，用一組恒流源取代倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器中的電阻網(wǎng)絡(luò)，可構(gòu)成轉(zhuǎn)換器中的電阻網(wǎng)絡(luò)，可構(gòu)成權(quán)電流型權(quán)電流型D/AD/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 權(quán)電流型權(quán)電流型D/AD/A轉(zhuǎn)換器包含運算放大器、模擬轉(zhuǎn)換器包含運算放大器、模擬開關(guān)和恒流源，原理電路如圖開關(guān)和恒流源，原理電路如圖3.53.5所示。恒流源所示

12、。恒流源從高位到低位電流大小依次取為從高位到低位電流大小依次取為I/2I/2、I/4I/4、I/8I/8、I/16I/16。圖圖3.5 3.5 權(quán)電流型權(quán)電流型D/AD/A轉(zhuǎn)換器原理圖轉(zhuǎn)換器原理圖 2 2、權(quán)電流型、權(quán)電流型D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 設(shè)要轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)字量仍為設(shè)要轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)字量仍為d d3 3d d2 2d d1 1d d0 0，與倒與倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器類似。轉(zhuǎn)換器類似。 當某位為當某位為“1”“1”時控制開關(guān)時控制開關(guān)S S與運算放大器與運算放大器的反向輸入端接通，恒流源提供的電流流過的反向輸入端接通，恒流源提供的電流流過放大器的反饋電阻；放大

13、器的反饋電阻； 當某位數(shù)字量為當某位數(shù)字量為“0”“0”時控制開關(guān)時控制開關(guān)S S與與“地地電位電位”接通，恒流源提供的電流不流過放大接通，恒流源提供的電流不流過放大器的反饋電阻。器的反饋電阻。2 2、權(quán)電流型、權(quán)電流型D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 03210234321032104()2222(2222)2FFFviRIIIIRddddRIdddd 可見輸出電壓正比于輸入的數(shù)字量?？梢娸敵鲭妷赫扔谳斎氲臄?shù)字量。 采用恒流源后，由于恒流源內(nèi)阻極大，采用恒流源后，由于恒流源內(nèi)阻極大，相當于開路，所以各支路權(quán)電流的大小不受相當于開路，所以各支路權(quán)電流的大小不受開關(guān)導(dǎo)通電阻和電壓的影響，降低了對開關(guān)開

14、關(guān)導(dǎo)通電阻和電壓的影響，降低了對開關(guān)電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。 在單片集成在單片集成DACDAC中，中，DAC0806DAC0806、DAC0807DAC0807、DAC0808DAC0808等采用權(quán)電流型等采用權(quán)電流型D/AD/A轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路。 則運算放大器的輸出電壓則運算放大器的輸出電壓:1 1、轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度l D/AD/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度 指在整個工作區(qū)間實際的輸出電壓與理想指在整個工作區(qū)間實際的輸出電壓與理想輸出電壓之間的偏差輸出電壓之間的偏差 通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差描述。通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差描述。 3.1.2 D/A3.1.2

15、 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標 （1）分辨率）分辨率 指當輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時所對指當輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時所對應(yīng)的輸出模擬量的變化量。應(yīng)的輸出模擬量的變化量。 DACDAC的位數(shù)（輸入二進制數(shù)碼的位數(shù)）的位數(shù)（輸入二進制數(shù)碼的位數(shù)）越多，輸出電壓的取值個數(shù)越多，越能反映越多，輸出電壓的取值個數(shù)越多，越能反映輸出電壓的細微變化，分辨率越高，一般可輸出電壓的細微變化，分辨率越高，一般可用用DACDAC的位數(shù)衡量分辨率的高低。的位數(shù)衡量分辨率的高低。 另外，另外，DACDAC的分辨率也可用的分辨率也可用DACDAC能夠分辨出能夠分辨出的最小電壓（對應(yīng)輸入二進制代碼中只有

16、最的最小電壓（對應(yīng)輸入二進制代碼中只有最低有效位為低有效位為1 1，其余為零）與最大輸出電壓，其余為零）與最大輸出電壓（對應(yīng)輸入二進制代碼中各位全為（對應(yīng)輸入二進制代碼中各位全為1 1）的比值）的比值表征。表征。 例如例如8位的位的D/A轉(zhuǎn)換器，分辨率為轉(zhuǎn)換器，分辨率為:8110.00390.39%21255 對于對于n n位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器，分辨率為轉(zhuǎn)換器，分辨率為1/(21/(2n n-1)-1)分辨分辨率是率是D/AD/A轉(zhuǎn)換器在理論上能達到的精度。不考慮轉(zhuǎn)換器在理論上能達到的精度。不考慮轉(zhuǎn)換誤差時，轉(zhuǎn)換精度即為分辨率的大小。轉(zhuǎn)換誤差時，轉(zhuǎn)換精度即為分辨率的大小。（1）分辨率）分辨率

17、（2）轉(zhuǎn)換誤差）轉(zhuǎn)換誤差 實際實際D/AD/A轉(zhuǎn)換器由于各元件參數(shù)值存在轉(zhuǎn)換器由于各元件參數(shù)值存在誤差、基準電壓不夠穩(wěn)定以及運算放大器的誤差、基準電壓不夠穩(wěn)定以及運算放大器的漂移等，使漂移等，使D/AD/A轉(zhuǎn)換器實際轉(zhuǎn)換精度受轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器實際轉(zhuǎn)換精度受轉(zhuǎn)換誤差的影響，低于理論轉(zhuǎn)換精度。誤差的影響，低于理論轉(zhuǎn)換精度。 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差指實際輸出的模擬電壓與理想指實際輸出的模擬電壓與理想值之間的最大偏差，常用這個最大偏差與輸值之間的最大偏差，常用這個最大偏差與輸出電壓滿刻度（出電壓滿刻度（Full Scale RangeFull Scale Range簡稱簡稱FSRFSR）的百分比或最低有效位（的百

18、分比或最低有效位（LSBLSB）的倍數(shù)）的倍數(shù)表示。表示。 一般是增益誤差、漂移誤差和非線形誤差一般是增益誤差、漂移誤差和非線形誤差的綜合指標。的綜合指標。l 增益誤差（比例系數(shù)誤差）增益誤差（比例系數(shù)誤差） D/AD/A轉(zhuǎn)換器的輸出與輸入特性曲線的斜轉(zhuǎn)換器的輸出與輸入特性曲線的斜率稱為率稱為D/AD/A轉(zhuǎn)換增益或標度系數(shù)。實際轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換增益或標度系數(shù)。實際轉(zhuǎn)換的增益與理想增益之間的偏差為增益誤差。的增益與理想增益之間的偏差為增益誤差。主要由基準電壓和運算放大器增益的不穩(wěn)定主要由基準電壓和運算放大器增益的不穩(wěn)定引起。引起。l 漂移誤差（平移誤差）漂移誤差（平移誤差） 當輸入數(shù)字為全零時實際輸出值

19、與理想當輸入數(shù)字為全零時實際輸出值與理想輸出值的差值，即輸入數(shù)字為全零時輸出不輸出值的差值，即輸入數(shù)字為全零時輸出不為為0 0的值。由運算放大器的零點漂移引起，的值。由運算放大器的零點漂移引起，與輸入的數(shù)字量無關(guān)，將理想曲線向上或向與輸入的數(shù)字量無關(guān)，將理想曲線向上或向下平移，不改變其線性，也稱平移誤差。下平移，不改變其線性，也稱平移誤差。l 非線性誤差（非線性度）非線性誤差（非線性度） 實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，一般用該偏差相對于滿刻度之的最大偏差，一般用該偏差相對于滿刻度之比的百分數(shù)表示。主要由模擬開關(guān)的導(dǎo)通電比的百分數(shù)表示。主要由模擬

20、開關(guān)的導(dǎo)通電阻、導(dǎo)通壓降和電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值偏差引起，阻、導(dǎo)通壓降和電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值偏差引起，是一種沒有一定變化規(guī)律的誤差。是一種沒有一定變化規(guī)律的誤差。 例如某例如某8 8位位DACDAC的非線性誤差為的非線性誤差為0.05%0.05%，最大正、負誤差為最大正、負誤差為: :810.05%0.05% (21)0.12758FSRLSBLSBLSB 因此，非線性誤差也常用若干個因此，非線性誤差也常用若干個LSBLSB表示（如表示（如上例的上例的1/8LSB1/8LSB），一般要求），一般要求DACDAC的非線形誤差小的非線形誤差小于于 。12LSBl 非線性誤差（非線性度）非線性誤差（非線性度）2

21、2、轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換速度 一般由建立時間決定。建立時間是指當輸一般由建立時間決定。建立時間是指當輸入的數(shù)字量變化時，輸出電壓進入與穩(wěn)態(tài)值相入的數(shù)字量變化時，輸出電壓進入與穩(wěn)態(tài)值相差差 范圍以內(nèi)的時間。范圍以內(nèi)的時間。 輸入數(shù)字量的變化越大，建立時間越長，輸入數(shù)字量的變化越大，建立時間越長，所以輸入從全所以輸入從全0 0跳變?yōu)槿優(yōu)槿? 1（或從全（或從全1 1變?yōu)槿優(yōu)槿? 0）時建立時間最長，該時間稱為滿量程建立時間，時建立時間最長，該時間稱為滿量程建立時間，一般手冊上給出的建立時間指滿量程建立時間。一般手冊上給出的建立時間指滿量程建立時間。12LSB3.2 D/A3.2 D/A轉(zhuǎn)換器與微處

22、理器的轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口接口 DACDAC芯片種類繁多，目前常用的芯片種類繁多，目前常用的DACDAC可分為可分為: : 從數(shù)碼位數(shù)上看，有從數(shù)碼位數(shù)上看，有8 8位、位、1010位、位、1212位、位、1616位。位。 在輸出形式上，有：電壓輸出型和電流輸出型。在輸出形式上，有：電壓輸出型和電流輸出型。 按輸入是否含有鎖存器分為：內(nèi)部無鎖存器和按輸入是否含有鎖存器分為：內(nèi)部無鎖存器和內(nèi)部有鎖存器形式。內(nèi)部有鎖存器形式。 按數(shù)字量的輸入形式分為：并行總線按數(shù)字量的輸入形式分為：并行總線D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器和串行總線器和串行總線D/AD/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 按轉(zhuǎn)換時間分為：超高速按轉(zhuǎn)換時間

23、分為：超高速DACDAC（轉(zhuǎn)換時間（轉(zhuǎn)換時間100ns100ns）、高速）、高速DACDAC（介于（介于100ns100ns10s10s之間）、之間）、中速中速DACDAC（介于（介于10s10s100s100s之間）、低速之間）、低速DACDAC（100s100s）等。）等。 不同形式的不同形式的DACDAC與微處理器接口有所不同。有與微處理器接口有所不同。有些些DACDAC將電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、數(shù)據(jù)鎖存器、基準將電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、數(shù)據(jù)鎖存器、基準電源及運算放大器等集成在一片芯片上，方便使電源及運算放大器等集成在一片芯片上，方便使用。用。 下面分別以并行和串行下面分別以并行和串行DACDA

24、C為例介紹。為例介紹。1 1、帶鎖存器的并行、帶鎖存器的并行D/AD/A與微處理器的接口與微處理器的接口 常用常用DACDAC芯片有：芯片有：8 8位分辨率的位分辨率的DAC0800DAC0800系列、系列、DAC0830DAC0830系列；系列；1010位分辨率的位分辨率的DAC1020DAC1020系列、系列、AD7520AD7520系列；系列；1212位分辨率的位分辨率的DAC1208DAC1208系列、系列、AD1230AD1230系列、系列、DAC1220DAC1220系列、系列、AD7521AD7521系列等。系列等。 其中其中DAC0832DAC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的

25、是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8 8位分辨率的位分辨率的D/AD/A轉(zhuǎn)換芯片，主要性能如下：轉(zhuǎn)換芯片，主要性能如下： 分辨率分辨率8 8位；位； 轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間1s1s； 參考電壓參考電壓10V10V； 單電源單電源5V5V15V15V； 功耗功耗20mW20mW。 DAC0832DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.63.6所示，內(nèi)部有兩所示，內(nèi)部有兩級數(shù)據(jù)緩沖器（級數(shù)據(jù)緩沖器（8 8位輸入寄存器和位輸入寄存器和8 8位位DACDAC寄存器）寄存器）和一個和一個D/AD/A轉(zhuǎn)換器以及門控電路。內(nèi)部無參考電源，轉(zhuǎn)換器以及門控電路。內(nèi)部無參考電源，需外接；輸出電流型，要獲得電壓輸出需外加轉(zhuǎn)

26、需外接；輸出電流型，要獲得電壓輸出需外加轉(zhuǎn)換電路。各引腳含義如下：換電路。各引腳含義如下： DI DI7 7DIDI0 0 ：8 8位數(shù)字量輸入信號，其中位數(shù)字量輸入信號，其中DIDI0 0為最為最 低位，低位， DI DI7 7為最高位。為最高位。 ILE ILE ：輸入寄存器的允許信號，高電平有效。：輸入寄存器的允許信號，高電平有效。 : : 片選信號，低電平有效。片選信號，低電平有效。 ：數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器的控制信號，低電：數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器的控制信號，低電 平有效。平有效。1WRCSCSWR1ILEDI7DI0LE1LE2IOUT2VREFIOUT1Rfb模擬地DGNDAGNDVCC數(shù)

27、字地8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器WR2XFER圖圖3.6 DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ：8 8位數(shù)字量輸入信號，其中位數(shù)字量輸入信號，其中DIDI0 0為最低為最低 位，位，DIDI7 7為最高位為最高位 DI0DI7DI7DI0ILECS : : 片選信號，低電平有效片選信號，低電平有效 ：數(shù)據(jù)寫入：數(shù)據(jù)寫入DACDAC寄存器的控制信號寄存器的控制信號, ,低電平有效。低電平有效。1WR ：輸入寄存器的允許信號，高電平有效輸入寄存器的允許信號，高電平有效 ：數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寫入DACDAC寄存器的控制信號寄存器的控制信號, ,低電平有效。低電平有效。2WR ：傳送控制

28、信號，低電平有效。傳送控制信號，低電平有效。 XFER ：參考電壓輸入端，可接正負電壓，范圍為參考電壓輸入端，可接正負電壓，范圍為-10-10+10V+10V。 REFV ：內(nèi)部反饋電阻引腳，可外接輸出增益調(diào)整電位器。內(nèi)部反饋電阻引腳，可外接輸出增益調(diào)整電位器。fbR : : 模擬電流輸出，模擬電流輸出， 其中其中D D為為 輸輸入的數(shù)字量。當輸入數(shù)字入的數(shù)字量。當輸入數(shù)字D D為全為為全為“1”“1”時，輸出電流最大時，輸出電流最大( );( );當輸入數(shù)字為全為當輸入數(shù)字為全為“0”“0”時，輸出電流為時，輸出電流為0 0。1OUTI256fb1DRVIREFOUT255/256REFfb

29、VR07DIDI ：芯片電源，芯片電源，+5+5+15V+15V，典型值為，典型值為 +15V +15V。 AGND AGND ：模擬地，芯片模擬信號接地點。：模擬地，芯片模擬信號接地點。 DGND DGND ：數(shù)字地，芯片數(shù)字信號接地點。：數(shù)字地，芯片數(shù)字信號接地點。CCV 由圖可見，兩個數(shù)據(jù)緩沖器的工作狀態(tài)分別受由圖可見，兩個數(shù)據(jù)緩沖器的工作狀態(tài)分別受 和和 的控制，當?shù)目刂?，?= 0 = 0時，輸入數(shù)據(jù)寄存器的輸時，輸入數(shù)據(jù)寄存器的輸出跟隨輸入的變化而變化，當出跟隨輸入的變化而變化，當 =1 =1時，輸入數(shù)據(jù)被時，輸入數(shù)據(jù)被鎖存，寄存器的輸出不跟隨輸入的變化而變化。鎖存，寄存器的輸出不

30、跟隨輸入的變化而變化。 信號由信號由ILEILE信號和信號和 、 共同控制，當共同控制，當 、 均均為低電平而為低電平而ILEILE為高電平時，為高電平時， =0 =0；而當；而當ILEILE信號信號和和 、 中任一個電平發(fā)生變化時，中任一個電平發(fā)生變化時， =1 =1。1LE1LE1LECS1WRCS1WR1LECS1WR1LE1LE2LE ：模擬電流輸出，模擬量為差動電流輸出模擬電流輸出，模擬量為差動電流輸出, ,與與 的關(guān)系是：的關(guān)系是： 常數(shù)常數(shù)2OUTI1OUTI12OUTOUTII 受受 和和 的控制，當?shù)目刂?，?和和 同時有效時同時有效時( (均為均為0)0)，輸入寄存器的數(shù)據(jù)

31、被裝入，輸入寄存器的數(shù)據(jù)被裝入DACDAC寄存器，同時啟動一次寄存器，同時啟動一次D/AD/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果以差動電流的形式從以差動電流的形式從 和和 端輸出。端輸出。DAC0832DAC0832有三種工作方式：有三種工作方式：2LE2WRXFER2WRXFER1OUTI2OUTI（1）直通方式）直通方式 當當 、 、 和和 都接數(shù)字地，都接數(shù)字地，ILEILE接高電平時，芯片工作于直通方式。此時，只要接高電平時，芯片工作于直通方式。此時，只要數(shù)字量從數(shù)字量從DIDI7 7DIDI0 0輸入，就立即進行輸入，就立即進行D/AD/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。此種工作方式下，并

32、輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。此種工作方式下，DAC0832DAC0832不不能直接與能直接與CPUCPU的數(shù)據(jù)線相連，很少使用。的數(shù)據(jù)線相連，很少使用。CS2WR1WRXFER（2）單緩沖方式）單緩沖方式 此種工作方式下，兩個寄存器中任一個處于此種工作方式下，兩個寄存器中任一個處于直通狀態(tài)，另一個工作于受控鎖存器狀態(tài)或兩個直通狀態(tài)，另一個工作于受控鎖存器狀態(tài)或兩個寄存器同步受控。應(yīng)用于只有一路模擬輸出或有寄存器同步受控。應(yīng)用于只有一路模擬輸出或有多路輸出但不要求多路同時輸出的場合。多路輸出但不要求多路同時輸出的場合。 圖圖3.7 3.7 所示為單緩沖工作方式下所示為單緩沖工作方式下DAC0832DAC083

33、2與與80318031單片機的一種連接方法。單片機的一種連接方法。圖圖3.7 3.7 單緩沖工作方式單緩沖工作方式 將將ILEILE接接+5V+5V電源，電源， 和和 同時由同時由CPUCPU的的 控制，控制， 和和 接地址選擇線接地址選擇線P2.7P2.7，使兩級寄，使兩級寄存器的控制信號同時選通存器的控制信號同時選通, ,使使CPUCPU對對DAC0832DAC0832進行進行一次寫操作，輸入數(shù)據(jù)便在控制信號的控制下，一次寫操作，輸入數(shù)據(jù)便在控制信號的控制下，直接進入內(nèi)部直接進入內(nèi)部DACDAC寄存器中，并進入寄存器中，并進入DACDAC轉(zhuǎn)換器進轉(zhuǎn)換器進行行D/AD/A轉(zhuǎn)換。相應(yīng)程序片斷如

34、下：轉(zhuǎn)換。相應(yīng)程序片斷如下：CS2WR1WRXFERMOVMOVDPTR,#7FFFHDPTR,#7FFFH；給出；給出08320832的地址的地址MOVMOVA,#DATAA,#DATA；待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入；待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入A AMOVXMOVXDPTR,ADPTR,A；數(shù)據(jù)送入；數(shù)據(jù)送入08320832并啟動并啟動D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換（3 3）雙緩沖方式）雙緩沖方式 此種工作方式下，此種工作方式下，CPUCPU對對DAC0832DAC0832進行兩次寫進行兩次寫操作，操作，CPUCPU經(jīng)數(shù)據(jù)總線分時向各路經(jīng)數(shù)據(jù)總線分時向各路DACDAC輸入要轉(zhuǎn)換輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，并鎖存在各路的數(shù)字量，并鎖

35、存在各路DACDAC的輸入寄存器中，的輸入寄存器中，然后然后CPUCPU對所有的對所有的DACDAC發(fā)出控制信號，使各個發(fā)出控制信號，使各個DACDAC輸入寄存器中的數(shù)據(jù)輸入輸入寄存器中的數(shù)據(jù)輸入DACDAC寄存器，實現(xiàn)多路寄存器，實現(xiàn)多路同步轉(zhuǎn)換輸出。同步轉(zhuǎn)換輸出。 此時，將此時，將ILEILE接接+5V+5V； 、 均接均接CPUCPU的的 , , 和和 分別接兩個端口的地址譯碼信號，其中，分別接兩個端口的地址譯碼信號，其中， . .作為輸入寄存器的選通信號，作為輸入寄存器的選通信號， 作為作為DACDAC轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換寄存器的選通信號，如圖寄存器的選通信號，如圖3.83.8所示為雙緩沖工作方所

36、示為雙緩沖工作方式下式下DAC0832DAC0832與與80318031單片機的連接方法，由圖可見，單片機的連接方法，由圖可見，兩片輸入寄存器的地址分別為兩片輸入寄存器的地址分別為BFFFHBFFFH和和7FFFH7FFFH，兩，兩片片DACDAC寄存器的地址均為寄存器的地址均為DFFFHDFFFH。CS2WR1WRXFERWRCSXFER 若設(shè)要輸出的數(shù)據(jù)存于若設(shè)要輸出的數(shù)據(jù)存于R1R1、R2R2寄存器中。相應(yīng)寄存器中。相應(yīng)的轉(zhuǎn)換程序如下：的轉(zhuǎn)換程序如下：圖圖3.8 3.8 雙緩沖工作方式雙緩沖工作方式MOVMOVDPTR,#0BFFFHDPTR,#0BFFFHMOVMOVA,R1A,R1M

37、OVXMOVXDPTR,ADPTR,A；待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入；待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入1#08321#0832寄存器寄存器MOVMOVDPTR,#7FFFHDPTR,#7FFFHMOVMOVA,R2A,R2MOVXMOVXDPTR,ADPTR,A；待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入；待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入2#08322#0832寄存器寄存器MOVMOVDPTR,#0DFFFHDPTR,#0DFFFHMOVXMOVXDPTR,ADPTR,A； 1# 1#、2#2#轉(zhuǎn)換結(jié)果同時輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果同時輸出 該工作方式下，數(shù)據(jù)接收和啟動轉(zhuǎn)換可以異該工作方式下，數(shù)據(jù)接收和啟動轉(zhuǎn)換可以異步進行，即在對某數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的同時，能進行下一步進行，即在對某數(shù)

38、據(jù)轉(zhuǎn)換的同時，能進行下一數(shù)據(jù)的接收，以提高轉(zhuǎn)換速率。數(shù)據(jù)的接收，以提高轉(zhuǎn)換速率。 由于由于DAC0832DAC0832的轉(zhuǎn)換結(jié)果以差動電流形式輸出，的轉(zhuǎn)換結(jié)果以差動電流形式輸出，所以在上述兩種工作方式中，在電流輸出端外接所以在上述兩種工作方式中，在電流輸出端外接了運算放大器，轉(zhuǎn)換成電壓輸出。了運算放大器，轉(zhuǎn)換成電壓輸出。 在圖在圖3.83.8中，參考電壓中，參考電壓 接接 + 5V + 5V，輸出為，輸出為0 0-5V-5V的單極性電壓（若參考電壓的單極性電壓（若參考電壓 接接+5V+5V，輸出輸出0 05V5V的單極電壓），輸出電壓與輸入數(shù)字量的單極電壓），輸出電壓與輸入數(shù)字量D D的關(guān)系為

39、的關(guān)系為02REFnVUD REFVREFV(3-4) 有時希望輸出雙極性的電壓信號，這時，可有時希望輸出雙極性的電壓信號，這時，可按圖按圖3.93.9（a a）所示連接。此時，可將單極性的輸）所示連接。此時，可將單極性的輸出電壓出電壓 轉(zhuǎn)換為雙極性的輸出電壓轉(zhuǎn)換為雙極性的輸出電壓0V1VREFVVV012(3-5) 將式（將式（3-43-4）代入式（）代入式（3-53-5）得到）得到 與待轉(zhuǎn)與待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量換的數(shù)字量D D的關(guān)系為的關(guān)系為1V1281281DVVREF(3-6) 由式（由式（3-63-6）得到輸出模擬量和待轉(zhuǎn)換的數(shù)字）得到輸出模擬量和待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量的關(guān)系如圖量的關(guān)系如圖3.9

40、3.9（b b）所示。）所示。圖圖3.9 3.9 雙極性轉(zhuǎn)換電路圖雙極性轉(zhuǎn)換電路圖 為保證輸出的線性（為保證輸出的線性（ 和和 ）的電位應(yīng)）的電位應(yīng)盡可能接近零盡可能接近零 電位，否則，運算放大器輸入端的微小電位，否則，運算放大器輸入端的微小電位差會導(dǎo)致很大的輸出線性誤差。電位差會導(dǎo)致很大的輸出線性誤差。 1OUTI2OUTI DACDAC輸出電壓形式的模擬量時，其內(nèi)阻很小，外接負載電輸出電壓形式的模擬量時，其內(nèi)阻很小，外接負載電阻應(yīng)較大；輸出電流形式的模擬量時，其內(nèi)阻較大，外接負阻應(yīng)較大；輸出電流形式的模擬量時，其內(nèi)阻較大，外接負載電阻應(yīng)很小。載電阻應(yīng)很小。2 2、串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其與微處理

41、器接口、串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其與微處理器接口 串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器占用串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器占用CPUCPU引腳數(shù)少、功耗低，引腳數(shù)少、功耗低，在便攜式智能儀器中應(yīng)用廣泛，有多家公司生產(chǎn)。在便攜式智能儀器中應(yīng)用廣泛，有多家公司生產(chǎn)。 其中其中TLC5615TLC5615是美國德州儀器公司生產(chǎn)的具有是美國德州儀器公司生產(chǎn)的具有串行接口的串行接口的1010位位DACDAC芯片，性能價格比高，通過芯片，性能價格比高，通過3 3根串行總線可完成根串行總線可完成1010位數(shù)據(jù)的串行輸入，主要性位數(shù)據(jù)的串行輸入，主要性能特點如下：能特點如下： l0 l0位位CMOSCMOS電壓輸出；電壓輸出； 5V 5V單電源供電；單電源

42、供電； 與與CPUCPU三線串行接口；三線串行接口； 最大輸出電壓可達基準電壓的二倍；最大輸出電壓可達基準電壓的二倍； 輸出電壓和基準電壓極性相同；輸出電壓和基準電壓極性相同； 建立時間建立時間12.5 s12.5 s； 內(nèi)部上電復(fù)位；內(nèi)部上電復(fù)位； 低功耗。最大僅低功耗。最大僅1.75mW1.75mW；（1）引腳功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖）引腳功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 8 8腳直插式腳直插式TLC5615TLC5615的引腳分布如圖的引腳分布如圖3.103.10所示，所示，引腳功能如下：引腳功能如下：D DININ ：串行二進制數(shù)輸入端；：串行二進制數(shù)輸入端；SCLK SCLK ：串行時鐘輸入端；：串行時

43、鐘輸入端； ：芯片選擇端，低電平有效；：芯片選擇端，低電平有效；D DOUTOUT ：用于級聯(lián)時的串行數(shù)據(jù)輸出端；：用于級聯(lián)時的串行數(shù)據(jù)輸出端；AGND AGND ：模擬地；：模擬地；V VREFIN REFIN ：基準電壓輸入端；：基準電壓輸入端；2V2V(V(VDDDD-2)-2)，通常取，通常取2.048V2.048VV VOUTOUT ：DACDAC模擬電壓輸出端；模擬電壓輸出端；V VDDDD ：正電源端，：正電源端，4.54.55.5V5.5V，通常取，通常取5V5V。CS圖圖3.10 TLC56153.10 TLC5615引腳圖引腳圖 TLC5615TLC5615的內(nèi)部功能框圖如

44、圖的內(nèi)部功能框圖如圖3.113.11所示，主所示，主要由電壓跟隨器、要由電壓跟隨器、1616位移位寄存器、并行輸入輸位移位寄存器、并行輸入輸出的出的1010位位DACDAC寄存器、寄存器、1010位位DACDAC轉(zhuǎn)換電路、放大器轉(zhuǎn)換電路、放大器以及上電復(fù)位電路和控制電路等組成。以及上電復(fù)位電路和控制電路等組成。 電壓跟隨器為參考電壓端電壓跟隨器為參考電壓端 提供高輸入提供高輸入阻抗（約阻抗（約10M10M）；）； 1616位移位寄存器分為高位移位寄存器分為高4 4位虛擬位、位虛擬位、1010位數(shù)位數(shù)據(jù)位以及低據(jù)位以及低2 2位填充位，用于接受串行移入的二位填充位，用于接受串行移入的二進制數(shù)，并

45、將其送入并行輸入輸出的進制數(shù)，并將其送入并行輸入輸出的1010位位DACDAC寄寄存器存器 REFINV圖圖3.11 TLC56153.11 TLC5615的內(nèi)部功能框圖的內(nèi)部功能框圖 寄存器輸出的內(nèi)容可送入寄存器輸出的內(nèi)容可送入1010位位DACDAC轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路，由由DACDAC轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換電路將1010位數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，進位數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，進入放大器，放大器將模擬量放大為最大值為入放大器，放大器將模擬量放大為最大值為2 2倍倍于參考電壓（于參考電壓（ ）的輸出電壓，并從模擬電）的輸出電壓，并從模擬電壓輸出端壓輸出端 端輸出。端輸出。REFINVOUTV（2 2）TLC56

46、15TLC5615的工作方式的工作方式 TLC5615 TLC5615有級聯(lián)和非級聯(lián)兩種工作方式。有級聯(lián)和非級聯(lián)兩種工作方式。 非級聯(lián)方式（單片工作）時，只需從非級聯(lián)方式（單片工作）時，只需從D DININ端向端向1616位移位寄存器輸入位移位寄存器輸入l2l2位數(shù)據(jù)。其中，前位數(shù)據(jù)。其中，前1010位位 為待轉(zhuǎn)換有效數(shù)據(jù)位，且輸入時高位在前，低位為待轉(zhuǎn)換有效數(shù)據(jù)位，且輸入時高位在前，低位在后；后兩位為填充位，填充位數(shù)據(jù)任意（一般在后；后兩位為填充位，填充位數(shù)據(jù)任意（一般填入填入0 0）。在級聯(lián)（多片同時）工作方式下，可）。在級聯(lián)（多片同時）工作方式下，可將本片的將本片的DOUTDOUT端接到

47、下一片的端接到下一片的DINDIN端，此時，需端，此時，需要向要向1616位移位寄存器先輸入高位移位寄存器先輸入高4 4位虛擬位、再輸位虛擬位、再輸入入1010位有效數(shù)據(jù)位，最后輸入低位有效數(shù)據(jù)位，最后輸入低2 2位填充位。由位填充位。由于增加了高于增加了高4 4位虛擬位，所以需要位虛擬位，所以需要1616個時鐘脈沖。個時鐘脈沖。無論工作于哪一種方式，輸出電壓無論工作于哪一種方式，輸出電壓: : 式中，式中，D D為待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量為待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 10242DVVREFINOUT（3 3）TLC5615TLC5615的時序圖的時序圖 TLC5615TLC5615的工作時序如圖的工作時序如圖3.

48、123.12所示，由時序圖可看所示，由時序圖可看出，串行數(shù)據(jù)的輸入和輸出必須滿足片選信號出，串行數(shù)據(jù)的輸入和輸出必須滿足片選信號 為低電為低電平和時鐘信號平和時鐘信號SCLKSCLK有效跳變兩個條件。有效跳變兩個條件。 當片選當片選 為低電平時，輸入數(shù)據(jù)為低電平時，輸入數(shù)據(jù)D DININ由時鐘由時鐘SCLKSCLK同步同步輸入或輸出，最高有效位在前，低有效位在后輸入或輸出，最高有效位在前，低有效位在后。 CS圖圖3.12 TLC5615的工作時序圖的工作時序圖CS 輸入時輸入時SCLKSCLK的上升沿把串行輸入數(shù)據(jù)的上升沿把串行輸入數(shù)據(jù)D DININ移移人內(nèi)部的人內(nèi)部的1616位移位寄存器，位

49、移位寄存器，SCLKSCLK的下降沿的下降沿D DOUTOUT輸輸出串行數(shù)據(jù)，片選出串行數(shù)據(jù)，片選 的上升沿把數(shù)據(jù)傳送至的上升沿把數(shù)據(jù)傳送至DACDAC寄存器。寄存器。CS 當片選當片選 為高電平時，串行輸入數(shù)據(jù)為高電平時，串行輸入數(shù)據(jù)D DININ不不能由時鐘同步送入移位寄存器；輸出數(shù)據(jù)能由時鐘同步送入移位寄存器；輸出數(shù)據(jù)D DOUTOUT保保持最近的數(shù)值不變而不進入高阻狀態(tài)。持最近的數(shù)值不變而不進入高阻狀態(tài)。 CS 即即SCLKSCLK的上升和下降都必須發(fā)生在的上升和下降都必須發(fā)生在 為低為低電平期間。為了使時鐘內(nèi)部饋通最小，當片選電平期間。為了使時鐘內(nèi)部饋通最小，當片選 為高電平時，輸入

50、時鐘為高電平時，輸入時鐘SCLKSCLK為低電平。為低電平。CSCS（3 3）TLC5615TLC5615的時序圖的時序圖 圖圖3.12 TLC56153.12 TLC5615的時序圖的時序圖（4 4）TLC5615TLC5615與微處理器接口電路與微處理器接口電路 TLC5615 TLC5615和和AT89C51AT89C51單片機的一種接口電路如單片機的一種接口電路如圖圖3.133.13所示所示: : 圖圖3.13 TLC56153.13 TLC5615和和AT89C51AT89C51接口電路接口電路 TLC5615TLC5615工作于非級聯(lián)方式，工作于非級聯(lián)方式，AT89C51AT89C

51、51單片機單片機的的P P3.03.0P P3.23.2分別控制分別控制TLC5615TLC5615的片選端的片選端 串行時串行時鐘輸入端鐘輸入端SCLKSCLK和串行數(shù)據(jù)輸入端和串行數(shù)據(jù)輸入端D DININ。 CS 設(shè)設(shè)TLC5615TLC5615的基準電壓為的基準電壓為2.048V2.048V，最大模擬，最大模擬輸出電壓為輸出電壓為4.096V4.096V，要輸入的，要輸入的1212位數(shù)據(jù)存于位數(shù)據(jù)存于R0R0、R1R1寄存器中，寄存器中，D DA A轉(zhuǎn)換程序段如下：轉(zhuǎn)換程序段如下： CLR P3.0 CLR P3.0 ；片選有效；片選有效MOV R2MOV R2，#4#4；將要送入的前四

52、位數(shù)據(jù)位數(shù)；將要送入的前四位數(shù)據(jù)位數(shù)MOV AMOV A，R0R0；前四位數(shù)據(jù)送累加器低四位；前四位數(shù)據(jù)送累加器低四位SWAP ASWAP A；A A中高四位與低四位互換中高四位與低四位互換LCALL sub-writeLCALL sub-write ；DINDIN輸入前四位數(shù)據(jù)輸入前四位數(shù)據(jù)MOV R2MOV R2，#8#8；將要送入的后八位數(shù)據(jù)位數(shù)；將要送入的后八位數(shù)據(jù)位數(shù)MOV AMOV A，R1R1；八位數(shù)據(jù)送入累加器；八位數(shù)據(jù)送入累加器A ALCALL sub-writeLCALL sub-write ；DINDIN輸入后八位數(shù)據(jù)輸入后八位數(shù)據(jù)CLR P3.1CLR P3.1；時鐘低

53、電平；時鐘低電平SETB P3.0SETB P3.0；片選高電平，輸入的；片選高電平，輸入的l2l2位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)有效有效ENDEND ； 結(jié)束結(jié)束送數(shù)子程序如下：送數(shù)子程序如下：sub-writesub-write： NOP NOP ；空操作；空操作LOOPLOOP： CLR P3.1 CLR P3.1；時鐘低電平；時鐘低電平 RLC A RLC A ；數(shù)據(jù)送人位標志位；數(shù)據(jù)送人位標志位CYCY MOV P3.2 MOV P3.2，C C ；數(shù)據(jù)輸入有效；數(shù)據(jù)輸入有效 SETB P3.1 SETB P3.1 ；時鐘高電平；時鐘高電平 DJNZ R2 DJNZ R2，LOOPLOOP ；循環(huán)送數(shù)

54、；循環(huán)送數(shù) RET RET ；返回；返回3.3 DAC3.3 DAC的應(yīng)用的應(yīng)用 DACDAC輸出的模擬電壓或電流取決于輸入的數(shù)輸出的模擬電壓或電流取決于輸入的數(shù)字量，在硬件電路相同的情況下，利用計算機程字量，在硬件電路相同的情況下，利用計算機程序給序給DACDAC輸入不同的數(shù)字量可在輸入不同的數(shù)字量可在DACDAC的輸出端得到的輸出端得到不同的波形，構(gòu)成波形發(fā)生器。不同的波形，構(gòu)成波形發(fā)生器。 如某如某8 8位位DACDAC與與80318031系列系列CPUCPU相連的電路如圖相連的電路如圖3.143.14所示，當輸入不同的程序時可在輸出端得到所示，當輸入不同的程序時可在輸出端得到不同的波形

55、。不同的波形。圖圖3.14 83.14 8位位DACDAC與與80518051系列系列CPUCPU相連構(gòu)成的波形發(fā)生器電路相連構(gòu)成的波形發(fā)生器電路1 1、階梯波發(fā)生器階梯波發(fā)生器 如果送入如果送入DACDAC的數(shù)字由的數(shù)字由0 0不斷增加，不斷增加，V V0 0端將輸端將輸出階梯波。如下面的程序，出階梯波。如下面的程序，DELAYDELAY為延時時間，為延時時間，每隔一個每隔一個DELAYDELAY時間將輸出一個階梯，如圖時間將輸出一個階梯，如圖3.153.15所示。所示。圖圖3.15 3.15 用用D/AD/A實現(xiàn)的階梯波實現(xiàn)的階梯波 MOV DPTR , #7FFFH MOV DPTR ,

56、 #7FFFH MOV A , #00H MOV A , #00H ；從；從0 0開始開始LOOP:LOOP: MOVX DPTR , A MOVX DPTR , A ADD A , #N ADD A , #N ACALL DELAY ACALL DELAY SJMP LOOP SJMP LOOP ；停止；停止 調(diào)節(jié)延時時間調(diào)節(jié)延時時間DELAYDELAY可產(chǎn)生不同斜率的階梯可產(chǎn)生不同斜率的階梯波；將參考電壓變?yōu)檎悼僧a(chǎn)生負階梯波，改波；將參考電壓變?yōu)檎悼僧a(chǎn)生負階梯波，改 變變N N的值可得到不同階梯高度的階梯波。的值可得到不同階梯高度的階梯波。2 2、鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器 當階梯波發(fā)生

57、器的階梯長度和高度很小時，當階梯波發(fā)生器的階梯長度和高度很小時，即延時時間即延時時間DELAYDELAY很小且很小且D/AD/A位數(shù)較多時，可將階位數(shù)較多時，可將階梯波近似看為一條直線，直線循環(huán)發(fā)生，可輸出梯波近似看為一條直線，直線循環(huán)發(fā)生，可輸出鋸齒波。鋸齒波。 如圖如圖3.163.16所示，圖（所示，圖（a a）為正鋸齒波波形，）為正鋸齒波波形，圖（圖（b b）為負鋸齒波波形。正鋸齒波的程序為：）為負鋸齒波波形。正鋸齒波的程序為：（a a）正鋸齒波）正鋸齒波（b b）負鋸齒波）負鋸齒波圖圖3.16 3.16 用用D/AD/A實現(xiàn)的鋸齒波實現(xiàn)的鋸齒波 MOV DPTR,#7FFFH MOV

58、DPTR,#7FFFH MOV A,#00H MOV A,#00HLOOP: MOVX DPTR,ALOOP: MOVX DPTR,A INC INC A A MOV R0,#DAT MOV R0,#DAT ；改變；改變DATADATA的值，可改變延時時間的值，可改變延時時間 DJNZ R0,$ DJNZ R0,$ SJMP LOOP SJMP LOOP 程序中累加器程序中累加器A A初值取大數(shù)，初值取大數(shù)，“INC AINC A”改改為為“DEC ADEC A”就可產(chǎn)生負向鋸齒波。就可產(chǎn)生負向鋸齒波。3 3、三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器 將上述正向鋸齒波和負向鋸齒波組合起來將上述正向鋸齒波和負向

59、鋸齒波組合起來可輸出三角波可輸出三角波。4 4、正弦波發(fā)生器正弦波發(fā)生器 正弦波是最基本的波形之一?；谖⑻幚砥髡也ㄊ亲罨镜牟ㄐ沃?。基于微處理器和和DACDAC利用軟件控制的方法產(chǎn)生正弦波，具有靈利用軟件控制的方法產(chǎn)生正弦波，具有靈活、方便、準確率高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。而且可活、方便、準確率高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。而且可產(chǎn)生多個具有準確相移的正弦波。產(chǎn)生多個具有準確相移的正弦波。 如利用如利用8 8位位DACDAC輸出幅值為輸出幅值為-5V-5V+5V+5V的正弦波的正弦波, ,由于輸出的正弦波為雙極性，所以將由于輸出的正弦波為雙極性，所以將DAC0832DAC0832輸輸出接成雙極性輸出形式

60、，如圖出接成雙極性輸出形式，如圖3.173.17所示。所示。 將一個周期（將一個周期（360360）的正弦波的幅值（）的正弦波的幅值（-5V-5V+5V+5V）分為）分為256256個點個點, ,每每2 2點間隔約為（點間隔約為（360360/256/256）=1.4=1.4。 圖圖3.17 3.17 輸出雙極性正弦波接口電路輸出雙極性正弦波接口電路 計算每個點對應(yīng)的電壓幅值所對應(yīng)的數(shù)字量，計算每個點對應(yīng)的電壓幅值所對應(yīng)的數(shù)字量，放入表格中。計算時可取波形的放入表格中。計算時可取波形的1/41/4計算好各個計算好各個點對應(yīng)的值，如圖點對應(yīng)的值，如圖2.762.76所示。根據(jù)對稱關(guān)系，復(fù)所示。根