第10章A／D及D／

1、第10章 AD及DA轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)通常設(shè)有模擬量輸入通道和輸出通道，前者需要AD轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機能處理的數(shù)字信號。 后者需要DA轉(zhuǎn)換器把單片機處理輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。A/D和D/A轉(zhuǎn)換器是單片機與外界聯(lián)系的重要途徑，AD、DA轉(zhuǎn)換的芯片種類很多，轉(zhuǎn)換精度有8位、10位、12位和16位。本章主要介紹(jisho)常用AD、DA轉(zhuǎn)換器的工作原理以及外圍接口的基本結(jié)構(gòu)、原理和方法。 共五十四頁10.1 AD轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，輸入量通常是模擬電量，模擬電量一般由傳感器檢測得到，而單片機只能接收數(shù)字信號。因此，單片機應(yīng)用系統(tǒng)通常設(shè)有模擬量輸入通道負(fù)責(zé)

2、把模擬電量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號送給單片機處理。AD轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道的核心，它將模擬電量轉(zhuǎn)換成單片機能處理的數(shù)字信號或脈沖信號。 10.1.1AD轉(zhuǎn)換器概述 A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）是一種能把輸入模擬電壓變成與它成正比數(shù)字量的器件。AD轉(zhuǎn)換器芯片的種類較多，按轉(zhuǎn)換原理可分為計數(shù)器式AD、逐次逼近式AD、雙積分式AD、并行AD等多種。 描述A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)主要有分辨率、轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度以及輸出數(shù)字量格式等。各種型號的AD轉(zhuǎn)換芯片均設(shè)有啟動轉(zhuǎn)換引腳、轉(zhuǎn)換結(jié)束引腳，數(shù)據(jù)輸出引腳。單片機要擴展AD轉(zhuǎn)換芯片，主要是解決上述引腳與單片機之間的硬件(yn jin)連接問題。共五十四頁有些AD轉(zhuǎn)換器

3、由于芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)輸出寄存器具有可控三態(tài)輸出功能，故AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出線可以直接和CPU的數(shù)據(jù)總線相連。CPU可用輸入指令從AD轉(zhuǎn)換器中讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。MCS-51單片機字長為8位，一般的8位AD轉(zhuǎn)換器都可與單片機直接相配。對高于8位的AD轉(zhuǎn)換器，單片機需要從8位數(shù)據(jù)總線上讀取執(zhí)行二次輸入操作，即分別讀取高位字節(jié)與低位字節(jié)。 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和雙積分(jfn)式A/D轉(zhuǎn)換器是目前最常用的A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分(jfn)式A/D轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，價格便宜。其缺點是轉(zhuǎn)換速度較慢，因此，這種轉(zhuǎn)換器主要用于速度要求不高的場合；逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種速度較快，精度較高的轉(zhuǎn)

4、換器，其轉(zhuǎn)換時間大約在幾s到幾百s之間。下面僅介紹ADC0809、AD574A、MCl4433幾種常用的AD轉(zhuǎn)換器與單片機的接口及應(yīng)用。共五十四頁10.1.2ADC0809的接口及應(yīng)用1.ADC0809的結(jié)構(gòu)及引腳 ADC0809是一種8路模擬輸入的8位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器件。其采用CMOS工藝，具有較低的功耗，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳見圖10-1。ADC0809內(nèi)部由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、8位AD轉(zhuǎn)換電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。 8路模擬開關(guān)根據(jù)地址譯碼信號來選擇8路模擬輸入，允許8路模擬量分時輸入，共用一個AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C三個地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，

5、其譯碼輸出用于通道選擇，CBA=000111依次選擇IN0IN7。8位A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式，由控制與時序電路、比較器、逐次逼近寄存器SAR、樹狀開關(guān)以及256R電阻階梯網(wǎng)絡(luò)等組成，實現(xiàn)逐次比較A/D轉(zhuǎn)換，在SAR中得到A/D轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)字量。 其轉(zhuǎn)換結(jié)果(ji gu)通過三態(tài)輸出鎖存器輸出，輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量，當(dāng)OE引腳變?yōu)楦唠娖?，就可以從三態(tài)輸出鎖存器取走A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果(ji gu)。三態(tài)輸出鎖存器可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。共五十四頁ADC0809是28引腳DIP封裝的芯片，各引腳功能(gngnng)如下： IN0IN7（8條）：8路模擬量輸入，用于輸入被轉(zhuǎn)換的

6、模擬電壓。 D7D0為數(shù)字量輸出。 A、B、C：模擬輸入通道地址選擇線，其8位編碼分別對應(yīng)IN0IN7，用于選擇IN7IN0上哪一路模擬電壓送給比較器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ALE：地址鎖存允許，高電平有效。由低至高電平的正跳變將通道地址鎖存至地址鎖存器，經(jīng)譯碼后控制八路模擬開關(guān)工作。 SC（START）：AD轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效，此信號要求保持在200ns以上。由單片機發(fā)出正脈沖，其上升沿將內(nèi)部逐次逼近寄存器清0，下降沿啟動AD轉(zhuǎn)換。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束。EOC可作中斷請求信號或供CPU查詢。 OE：允許輸出控制信號。輸入高電平有效。當(dāng)OE有效時，AD的輸出鎖存緩沖

7、器開放，將其中的數(shù)據(jù)放到外部的數(shù)據(jù)線上。共五十四頁CLK：時鐘輸入，為ADC0809提供逐次比較所需時鐘脈沖。要求頻率范圍在10kHz1.2MHz。Vcc：+5V電源(dinyun)輸入線，GND：地線。VREF(+)、VREF(-)：參考電壓輸入線，用于給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給正負(fù)基準(zhǔn)電壓。共五十四頁共五十四頁共五十四頁2.ADC 0809接口及應(yīng)用 圖10-2 是ADC0809與8031單片機的一種常用接口電路圖。8路模擬量的變化范圍在05V間，ADC0809的EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號接803l的外部中斷1上，803l通過地址線P2.0和讀、寫信號來控制轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入通道地址鎖存、啟動和輸出允許。

8、模擬輸入通道地址A、B、C由P0.0P0.2經(jīng)鎖存器提供。ADC0809時鐘輸入由單片機ALE經(jīng)2分頻電路獲得，若單片機時鐘頻率符合要求，也可不加2分頻電路。電路連接(linji)主要涉及兩個問題，一個是8路模擬信號的通道選擇，另一個是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。 （1） 8路模擬通道選擇共五十四頁 A、B、C分別接地址鎖存器提供的低三位地址，只要把三位地址寫入0809中的地址鎖存器，就實現(xiàn)了模擬通道選擇。對系統(tǒng)來說，地址鎖存器是一個輸出口，為了把三位地址寫入，還要提供口地址。圖10-2中使用的是線選法，口地址由P2.0確定，同時和 相或取反后作為開始轉(zhuǎn)換(zhunhun)的選通信號。因此

9、，該ADC0809的通道地址確定如下：共五十四頁共五十四頁若無關(guān)位都取0，則8路通道IN0IN7的地址分別為0000H0007H，若無關(guān)位都取1，則8路通道IN0IN7的地址分別為FEF0HFEF7H。當(dāng)然，口地址也可以由單片機其它不用的口線，或者由幾根口線經(jīng)過譯碼后來提供，這樣，8路通道的地址也就有所不同。從圖中可以看到，把ADC0809的ALE信號與START信號連接在一起了，這樣使得在ALE信號的前沿寫入地址信號，緊接著在其后沿就啟動轉(zhuǎn)換。啟動A/D轉(zhuǎn)換只需使用1條MOVX指令(zhlng)。在此之前,要將P2.0清0并將低三位與所選擇的通道號相對應(yīng)的口地址送入數(shù)據(jù)指針DPTR中。例如要

10、選擇IN0通道時，可采用如下兩條指令(zhlng)，即可啟動A/D轉(zhuǎn)換：共五十四頁MOV DPTR，#FEF0H ；選中通道0，送入0809的口地址 MOVX DPTR，A ；信號有效，啟動A/D轉(zhuǎn)換(IN0)注意：此處的A與A/D轉(zhuǎn)換無關(guān)；可為任意值。（2）轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)為數(shù)字量，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳送給單片機進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換完成，因為只有確認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進(jìn)行傳送。為此，通?？刹捎孟率鋈N方式。 定時傳送方式對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如，ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128 s，相當(dāng)于6 MHz的MC

11、S-51單片機的64個機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用(dioyng)這個延時子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 共五十四頁查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此，可以用查詢方式，軟件測試EOC的狀態(tài)，即可確知轉(zhuǎn)換是否完成，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 中斷方式 如果(rgu)把表示轉(zhuǎn)換結(jié)束的狀態(tài)信號(EOC)作為中斷請求信號，那么，便可以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 在圖10-2中，EOC信號經(jīng)過反相器后送到單片機的INT1端，因此可以采用查詢該引腳或中斷的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的傳送。不管使用上述哪種方式，一旦

12、確認(rèn)轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 首先送出口地址，并以 作選通信號，當(dāng)信號有效時，OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接收，仍以圖10-2為例，則有指令：共五十四頁MOV DPTR，#FEF0H ；選中通道0MOVX A， DPTR ；信號有效，輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)到A累加器 （3） A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例 用圖10-2與某一個數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)相接，采用中斷方式巡回檢測一遍8路模擬量輸入，并將采集的數(shù)據(jù)依次存入外部RAM的A0HA7H單元中，采集完一遍以后即停止采集。其數(shù)據(jù)采樣的初始化程序(chngx)和中斷服務(wù)程序(chngx)如下：初始化程序： ORG 0000H ；主程序入口

13、地址 SJMP STAR ；跳轉(zhuǎn)STAR ORG 0013H ； 中斷入口地址共五十四頁AJMP INTR1 ；跳轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序 STAR： MOV R0，#A0H ；片外RAM的首地址(dzh) MOV R2，#08H ；8路通道計數(shù) SETB IT1 ； 為邊沿觸發(fā) SETB EA ；CPU開中斷 SETB EX1 ；允許外部中斷1中斷 MOV DPTR，#FEF0H ；送入口地址并指向0809的IN0通道 READ1: MOVX DPTR，A ；啟動AD轉(zhuǎn)換 SETB 2FH ；2FH為一路轉(zhuǎn)換的標(biāo)志位共五十四頁 HERE: JB 2FH，HERE ；判斷標(biāo)志(biozh)位2FH是否為

14、1，是則等待；不是則順序執(zhí)行 DJNZ R2，READl ；8路未采樣完繼續(xù)中斷服務(wù)程序： INTR1： PUSH PSW MOVX A，DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) MOVX R0，A ；存入片外RAM INC DPTR ；更新通道，指向下一個模擬通道 INC R0 ；指向數(shù)據(jù)存儲區(qū)下一個單元 CLR 2FH POP PSW RETI共五十四頁10.1.3 AD574A接口及應(yīng)用1.AD574A的結(jié)構(gòu)及引腳AD574A是一種使用較廣的高性能12位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)具有(jyu)三態(tài)緩沖輸出電路，可直接與微機總線相連接。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖10-3。AD574A由兩大部分構(gòu)成：一部分是帶參考電壓

15、、精確為12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器；另一部分包括比較器、逐次逼近寄存器、時鐘電路、輸出緩沖器和控制電路。AD574A為28引腳雙列直插式封裝芯片。其引腳有12位數(shù)據(jù)線，有20V和10V兩檔模擬電壓輸入端，基準(zhǔn)電壓的輸入、輸出端，轉(zhuǎn)換結(jié)束 ，狀態(tài)輸出和5位控制信號輸入端，其控制信號的組合功能如表10-1 所示。共五十四頁共五十四頁共五十四頁2.AD574A與單片機的接口電路 圖10-4 是AD574A與803l的接口電路圖。 圖中AD574A的 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(xnho)，與803l的P3.3( )相連，可作為中斷申請信號(xnho)，也可以作為狀態(tài)查詢信號(xnho)。共五十四頁共五十四頁3.轉(zhuǎn)換(z

16、hunhun)程序設(shè)計按圖10-4 的接口電路，采用程序查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集程序如下： START：MOV R1，#60H ；數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址MOV DPTR，#0FF00H ；AD的控制口地址，A0=0，R =0 MOVX DPTR，A ；啟動ADLP： JB P3.3，LP ；等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOV DPTR，#0FF0lH ；AD高8位數(shù)據(jù)口地址A0=0，R l MOVX A，DPTR ；讀高8位數(shù)據(jù) MOV Rl，A ；存入片內(nèi)RAM INC R1 MOV DPTR，#0FF03H ；低4位數(shù)據(jù)口地址A0=1，R/ =1 MOVX A，DPTR ；讀低4位數(shù)據(jù)MOV R1，A ；存入

17、片內(nèi)RAM共五十四頁10.1.4 MCl4433接口及應(yīng)用 MCl4433是基于雙積分方式轉(zhuǎn)換(zhunhun)原理的3位半AD轉(zhuǎn)換(zhunhun)器。它具有抗干擾能力強、轉(zhuǎn)換(zhunhun)精度高(具有11999的分辨率，相當(dāng)于11位二進(jìn)制數(shù))，自動校零，自動極性輸出，自動量程控制信號輸出(具有過量程和欠量程輸出標(biāo)志)，動態(tài)字位掃描BCD碼輸出，單基準(zhǔn)電壓，結(jié)構(gòu)簡單、外接元件少，價格低廉等特點。但由于雙積分方式積分時間較長，轉(zhuǎn)換(zhunhun)速度較慢(約每秒110次)，速度要求較高的場合受到限制。目前，在各種測量儀表中廣泛應(yīng)用。1. MCl4433的結(jié)構(gòu)及引腳MCl4433的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

18、及引腳見圖10-5 ，MCl4433內(nèi)部由模擬電路和數(shù)字電路兩大部分組成。模擬電路部分包括基準(zhǔn)電壓和模擬電壓的輸入電路，模擬輸入電壓量程為199.9mV或1.999V兩種，對應(yīng)的基準(zhǔn)電壓為+200mV或+2V；數(shù)字電路部分由邏輯控制、BCD碼及輸出鎖存器、多路開關(guān)、時鐘以及極性判別、溢出檢測等電路組成。共五十四頁MCl4433采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個，各位BCD碼輪流地在Q0Q3端輸出，同時在DSlDS4端出現(xiàn)同步(tngb)字位選通信號。MC14433的主要外接器件有時鐘振蕩器、外接電阻RT。失調(diào)補償電容C0和外接積分阻容元件R1、C1。 共五十四頁共五十四頁MCl

19、4433為24引腳雙列直插式封裝的芯片，各引腳的功能如下：VDD：主電源，+5V。 VEE：模擬部分的負(fù)電源，-5V。VAG：VREF和VX的地(模擬地)。VSS：數(shù)字地。 VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，其值為200mV或2V。VX：被測電壓輸入線，其最大輸入電壓為199.9mV和1.999mV。R1：積分電阻輸入線，當(dāng)VX量程為2V時，Rl取470，當(dāng)VX量程為200mV時，R1取27k。C1：積分電容輸入線，C1一般取0.1F。RlC1：R1和Cl的公共連接端。C01、C02：接失調(diào)(shtio)補償電容C0，C0的值約為0.1F。共五十四頁CLK0、CLK1：外接振蕩器時鐘頻率(pnl)調(diào)節(jié)

20、電阻RT，RT的典型值是470 k。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，有效為0.5個時鐘周期的正脈沖。DU：更新轉(zhuǎn)換控制信號輸入線，DU若與EOC相連，則每次AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動啟動新的轉(zhuǎn)換。 ：過量程狀態(tài)信號輸出線，低電平有效，平時為高電平，當(dāng)|VX|VREF時， 低電平有效。圖10-6 MC14433選通脈沖時序DS4DS1：分別是個、十、百、千位的位選通脈沖輸出線，這四種選通脈沖均為18個時鐘周期寬的正脈沖，它們之間的間隔時間為2個時鐘周期。其脈沖輸出時序如圖10-6所示。 共五十四頁共五十四頁Q3Q0：BCD碼數(shù)據(jù)輸出線，Q0為最低位，Q3為最高位，動態(tài)地輸出千、百、十、個位值。 選通信號DS4D

21、S1與Q3Q0輸出結(jié)果的關(guān)系為： DS4=1時，Q3Q0的輸出為個位BCD碼值09； DS3=1時，Q3Q0的輸出為十位BCD碼值09； DS2=1時，Q3Q0的輸出為百位BCD碼值09； DS1=l時，Q3Q0的輸出為千位BCD碼值(0或1)。 另外(ln wi)，DS1=1時，Q3Q0還表示轉(zhuǎn)換值的正負(fù)極性以及欠量程還是過量程，Q2表示轉(zhuǎn)換極性(0為負(fù)，1為正)；Ql無意義；Q0=1且Q3=0表示過量程(太大)，而Q0=l,且Q3=l表示欠量程(太小)。共五十四頁 各位輸出結(jié)果的具體狀態(tài)表示為：Q3Q2Q1Q0= 1XX0，表示千位數(shù)為0；Q3Q2Q1Q0= 0X X1，表示千位數(shù)為1；Q

22、3Q2Q1Q0=0 1 X 0，結(jié)果為正；Q3Q2Q1Q0=X0X0，結(jié)果為負(fù)；Q3Q2Q1Q0=0X X 1，輸入過量程；Q3Q2Q1Q0=1 X X 1，輸入欠量程。2. MCl4433與單片機接口電路由于MCl4433的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果是動態(tài)分時輸出的BCD碼，所以，Q3Q0和DS4DS1可以通過8031單片機的并行口P1或通過擴展I/O 電路與其相連。圖10-7為MCl4433與8031單片機P1口相連接的電路。注意：芯片工作電源為5V，正電源接VDD，模擬部分負(fù)電源接VEE，公共地（數(shù)字地）接VSS。為了提高電源抗干擾能力，正負(fù)電源端應(yīng)分別(fnbi)通過去耦電容0.047 F、0.02

23、 F與VSS端相連。共五十四頁該電路采用中斷方式管理MCl4433的操作。用Pl口作為MCl4433的BCD碼掃描輸入口，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號經(jīng)非門送外部中斷1。當(dāng)MCl4433上電后，即對外輸入模擬電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，因為EOC與DU相連，故每次轉(zhuǎn)換完畢都有相應(yīng)的BCD碼及相應(yīng)的選通信號出現(xiàn)在Q0Q3和DSlDS4上，MCl4433能自動連續(xù)(linx)轉(zhuǎn)換。當(dāng)8031CPU開中斷，允許 中斷時，則每次AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，都將發(fā)出中斷請求，可在中斷服務(wù)程序中處理AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。其轉(zhuǎn)換程序設(shè)計見相關(guān)參考文獻(xiàn)。共五十四頁共五十四頁10.2 DA轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù) 單片機的數(shù)字量輸出，往往需要轉(zhuǎn)換成模擬電量才能去驅(qū)動

24、被控對象或用于數(shù)據(jù)顯示。因此，單片機應(yīng)用系統(tǒng)通常設(shè)有模擬量輸出通道負(fù)責(zé)把單片機處理輸出的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電量驅(qū)動被控對象。DA轉(zhuǎn)換器是模擬量輸出通道的核心，它將單片機處理的數(shù)字信號或脈沖信號轉(zhuǎn)換成模擬電量。 10.2.1 DA轉(zhuǎn)換器概述 D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件。D/A轉(zhuǎn)換器可以從單片機接收數(shù)字量并轉(zhuǎn)換成與輸入數(shù)字量成正比的模擬量，以推動執(zhí)行機構(gòu)動作，實現(xiàn)對被控對象的控制。DAC按可轉(zhuǎn)換的數(shù)字量位數(shù)分為8位、10位、12位等；按接口的數(shù)據(jù)傳送格式，可分為并行(bngxng)和串行兩種；按接口形式可分為兩類D/A轉(zhuǎn)換器，一類是不帶鎖存器的，另一類是帶鎖存器的；DA

25、C還可分為電流輸出和電壓輸出兩種。共五十四頁 DAC的性能指標(biāo)是選用DAC芯片型號的依據(jù)，也是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)。描述D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)很多，主要有分辨率、線性度、轉(zhuǎn)換時間、輸出電壓范圍、溫度系數(shù)、輸入數(shù)字代碼種類(zhngli)（二進(jìn)制或BCD碼）等。分辨率是D/A轉(zhuǎn)換器對輸入量變化敏感程度的描述，與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)。數(shù)字量位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換器對輸入量變化的敏感程度也就越高，使用時，應(yīng)根據(jù)分辨率的需要來選定轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。轉(zhuǎn)換時間表示DAC的轉(zhuǎn)換速度，轉(zhuǎn)換器的輸出形式為電流時，建立時間較短；輸出形式為電壓時，由于建立時間還要加上運算放大器的延遲時間，因此建立時間要長一點。但總的來說，D

26、/A轉(zhuǎn)換速度遠(yuǎn)高于A/D轉(zhuǎn)換速度，快速的D/A轉(zhuǎn)換器的建立時間可達(dá)1s。DAC的詳細(xì)技術(shù)性能指標(biāo),數(shù)字電子技術(shù)課程中，已做詳細(xì)說明，這里不再贅述。 DA轉(zhuǎn)換中，參考基準(zhǔn)電壓是唯一影響輸出結(jié)果的模擬參量，是DA轉(zhuǎn)換接口中的重要電路，對接口電路的工作性能、電路的結(jié)構(gòu)有很大影響。使用內(nèi)部帶有低漂移精密參考電壓源共五十四頁的DA轉(zhuǎn)換器既能保證有較好的轉(zhuǎn)換精度，而且可以簡化接口電路。但目前在DA轉(zhuǎn)換接口中常用到的DA轉(zhuǎn)換器大多不帶有參考電源。為了方便地改變輸出模擬電壓范圍、極性，須要配置相應(yīng)的參考電壓源。DA接口設(shè)計中經(jīng)常配置的參考電壓源主要(zhyo)有精密參考電壓源和三點式集成穩(wěn)壓電源兩種形式。 D

27、A轉(zhuǎn)換能否與CPU直接相配接，主要取決于DA轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有沒有輸入數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)芯片內(nèi)部集成有輸入數(shù)據(jù)寄存器、片選信號、寫信號等電路時，DA器件可與CPU直接相連，而不需另加寄存器；當(dāng)芯片內(nèi)沒有輸入寄存器時，它們與CPU相連，必須另加數(shù)據(jù)寄存器，一般用D鎖存器，以便使輸入數(shù)據(jù)能保持一段時間進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，否則只能通過具有輸出鎖存器功能的IO給DA送入數(shù)字量。目前DA轉(zhuǎn)換器芯片的種類較多，對應(yīng)用設(shè)計人員來說，只需要掌握DAC集成電路性能及其與計算機之間接口的基本要求，就可以根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求選用DAC芯片和配置適當(dāng)?shù)慕涌陔娐贰１竟?jié)介紹常用的DAC0832芯片與MCS-51的接口及轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序的設(shè)計方

28、法。共五十四頁 10.2.2 DAC0832的接口及應(yīng)用 DAC0832是一種常用的DAC芯片，是美國國民半導(dǎo)體公司（NS）研制的DAC0830系列DAC芯片的一種。DAC0832是一個DIP20封裝的8位D/A轉(zhuǎn)換器，可以很方便地與MCS-51單片機接口。DAC0832采用單電源供電，從+5 V+15 V均可正常工作，基準(zhǔn)電壓的范圍(fnwi)為10 V；電流型輸出，外接運算放大器可提供電壓輸出，電流建立時間為1s；CMOS工藝，低功耗20 mW；片內(nèi)設(shè)置兩級緩沖，有單緩沖、雙緩沖和直通三種工作方式。 1. DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能 DAC0832轉(zhuǎn)換器芯片為20引腳，雙列直插式封

29、裝，DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳見圖10-8 (a)、(b)所示。主要由兩個8位寄存器和一個8位DA轉(zhuǎn)換器以及控制邏輯電路組成。共五十四頁DA轉(zhuǎn)換(zhunhun)器采用R-2RT形解碼網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換(zhunhun)。兩個8位寄存器(輸入寄存器和DAC寄存器)用于存放待轉(zhuǎn)換(zhunhun)的數(shù)字量，構(gòu)成雙緩沖結(jié)構(gòu)，通過相應(yīng)的控制信號可以使DAC0832工作于三種不同的方式。寄存器輸出控制邏輯電路由三個與門電路組成，該邏輯電路的功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存控制，當(dāng) =0時，輸入數(shù)據(jù)被鎖存；當(dāng) =1時，鎖存器的輸出跟隨輸入的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)進(jìn)入8位DAC寄存器，經(jīng)8位D/A轉(zhuǎn)換電路，就可以輸出和數(shù)字

30、量成正比的模擬電流。DAC0832中無運算放大器，且是電流輸出，使用時需要外接運算放大器才能得到模擬輸出電壓。共五十四頁共五十四頁DAC0832芯片為20引腳雙列直插式封裝，各引腳的功能如下：(1)DI0DI7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平(din pn)；DI7為最高位，DI0為最低位。 (2) ：片選信號輸入線，低電平有效。 和ILE信號結(jié)合，可對 是否起作用進(jìn)行控制。(3) ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。(4) ：輸入寄存器的寫選通輸入線，低電平有效(寬度應(yīng)大于500ns)，當(dāng) =0，ILE=1， =0時，為輸入寄存器直通方式；當(dāng) =0，ILE=1， =1時，DI0DI7

31、的數(shù)據(jù)被鎖存至輸入寄存器，為輸入寄存器鎖存方式。共五十四頁(5) ：傳送控制信號輸入線，低電平有效，可作為地址線用。 (6) ：DAC寄存器寫選通輸入線，低電平有效(寬度應(yīng)大于500ns)。當(dāng) =0， =0時，輸入寄存器的內(nèi)容(nirng)傳送至DAC寄存器中。 當(dāng) =0， =0時，為DAC寄存器直通方式；當(dāng) =1和 =0時，為DAC寄存器鎖存方式。(7) Iout1：輸出電流1，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為全“1”時，Iout1最大；為全“0”時，輸出電流最小。此輸出信號一般作為運算放大器的一個差分輸入信號（一般接反相端）。(8) Iout2：輸出電流2，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為全“l(fā)”時，Iout2最小。它作為運算放

32、大器的另一個差分輸入信號（一般接地），Iout1與Iout2的輸出電流之和總為一常數(shù)。 (9) Rfb：運算放大器的反饋電阻引線端。芯片中已設(shè)置了Rfb，片內(nèi)集成的電阻為15k，只要將9腳接到運算放大器的輸出端， Iout1接運算放大器的“”端，Iout2接運算放大器的“+”端即可。若運算放大器增益不夠，還須外加反饋電阻。共五十四頁(10) Vcc：數(shù)字部分的電源輸入端。UCC可在+5V到+15V范圍內(nèi)選?。ㄒ话闳?5V）。 (11) VREF基準(zhǔn)電壓輸入線，其電壓可正可負(fù)，范圍是-10 V+10 V。(12) AGND：模擬電路地。為模擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地；DGND：數(shù)字電路地。為工作電

33、源地和數(shù)字邏輯地，兩種地線在基準(zhǔn)電源處一點共地比較恰當(dāng)。2.DAC0832的工作方式(fngsh)DAC0832利用 、 、ILE 、 控制信號可以構(gòu)成三種不同的工作方式。（1）直通方式： = =0時，兩個寄存器都處于常通狀態(tài)，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩個寄存器直接進(jìn)入DA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，故工作方式為直通方式。直通方式不能直接與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連，需另加鎖存器，故較少應(yīng)用。（2）單緩沖方式：兩個寄存器之一始終處于直通，即 =0或 =0，另一個寄存器處于受控狀態(tài)；或者說兩個輸入寄存器同時受控的方式。在實際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖有幾路模擬量但并不要求同步輸出時，就可采用單緩沖方式。共五十四

34、頁（3）雙緩沖方式：兩個寄存器均處于受控狀態(tài)。雙緩沖方式用于多路D/A轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，適合于多模擬信號同步輸出的應(yīng)用場合。在與單片機連接時一般有單緩沖和雙緩沖兩種方式。 實際應(yīng)用時， 要根據(jù)控制系統(tǒng)的要求來選擇工作方式。 3.DAC0832單緩沖方式接口及應(yīng)用 此工作方式適用于一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出的應(yīng)用場合。它與單片機的接口如圖10-9 所示。圖10-9為輸入寄存器和DAC寄存器同時受控的連接方法， 和 一起接8031的 ， 接P0.0(A0)，ILE接高電平， ILE 接譯碼輸出（譯碼輸入未畫出，可根據(jù)實際要求選擇），也可采用片選法接高位地址，以便為寄存器確定地址。圖10-9 接法

35、中，兩個寄存器的地址相同，地址：xxxx xxxx xxxx xxx0。MC1403為集成穩(wěn)壓電路，可獲得不同穩(wěn)定的參考電壓。DAC0832的輸出端接運算放大器，由運算放大器產(chǎn)生輸出電壓，圖10-9中，采用了內(nèi)置反饋電阻，若輸出幅度(fd)不足，可以外接反饋電阻，也可增加運放。其它如數(shù)據(jù)線連接及地址鎖存等問題不再贅述。共五十四頁采用圖10-9的電路編寫不同(b tn)的轉(zhuǎn)換程序可以產(chǎn)生各種不同(b tn)的輸出波形。圖中DAC0832的地址取7FFEH。產(chǎn)生鋸齒波的源程序清單如下： START: MOV DPTR，#7FFEH ；選中DAC0832 MOV A，#00H ；轉(zhuǎn)換初值 LP： M

36、OVX DPTR，A ；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送0832 INC A ；數(shù)據(jù)加1 SJMP LP共五十四頁共五十四頁執(zhí)行上述程序，在運算放大器的輸出端就能得到鋸齒波。若要改變(gibin)鋸齒波的頻率，可在SJMP LP指令前插入延時程序即可。 產(chǎn)生梯形波的源程序清單如下： START：MOV DPTR，#7FFEH L1：MOV A，#DATAL ；置下限值 UP：MOVX DPTR，A ；輸出 INC A CLR C SUBB A，#DATAH ；與上限值比較 JNC DOWN ；輸出值是否大于上限值，大于則轉(zhuǎn)移 ADD A，#DATAH ；輸出值小于上限值 SJMP UP DOWN: ACALL DE

37、L ；調(diào)上限延時程序 MOV A，#DATAH ；上限限幅共五十四頁L2：MOVX DPTR，A DEC A SUBB A，#DATAL ；與下限值比較 JC L1 ；相等重復(fù)循環(huán)(xnhun) SJMP L2用同樣的方法也可以產(chǎn)生三角波、矩形波，請讀者自行編寫程序。 4.DAC0832雙緩沖方式接口及應(yīng)用 這種工作方式適用于多路模擬量同時輸出的應(yīng)用場合，此情況下每一路模擬量輸出需要一片DAC0832才能構(gòu)成同步輸出系統(tǒng)。圖10-10為雙路模擬量輸出的接口電路。共五十四頁共五十四頁圖10-10 中，兩片DAC0832的輸出寄存器分別由兩個不同的片選信號區(qū)分開，即首先將兩路數(shù)據(jù)由不同的片選分別打

38、入對應(yīng)的0832的輸入寄存器；而兩片DAC0832的DAC寄存器傳送的控制信號 同時由一個片選信號控制，所以當(dāng)選通DAC寄存器時，各自輸入寄存器中的數(shù)據(jù)可以同時進(jìn)入各自的DAC寄存器中以達(dá)到同時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同步輸出的目的。圖中，使用了兩片DAC0832，由于工作在雙緩沖方式，每個DAC0832內(nèi)部的輸入寄存器各占一個端口地址，而兩片DAC0832的DAC寄存器共用一個端口地址，這是為了使兩片DAC0832能同時進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，兩片DAC0832DAC共占用3個外部RAM地址。10832和20832的輸入寄存器地址分別為xxxx xxxx xxxx xxx0和xxxx xxxx xxxx xx0

39、x，取010832和20832的地址分別為00FEH和00FDH，1#和2#的DAC寄存器地址共用為00FBH。其轉(zhuǎn)換程序(chngx)如下：共五十四頁MOV DPTR，#00FEH ; 指向1#DAC0832 MOV A，#DATA1 ；數(shù)據(jù)寫入1#的輸入寄存器 MOVX DPTR，A MOV DPTR，#00FDH ; 指向2#DAC0832 MOV A，#DATA2 ；數(shù)據(jù)寫入2#的輸入寄存器 MOVX DPTR，A MOV DPTR，#00FBH ；提供WR信號，選通1#和2#的DAC寄存器MOVX DPTR，A ; 同時完成D/A轉(zhuǎn)換輸出 注意，最后一條指令可同時打開(d ki)兩片

40、DAC0832的DAC寄存器，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，與累加器A的內(nèi)容無關(guān)。編制不同的程序，在運放后接圖形顯示器就可以顯示圖形，也可以驅(qū)動繪圖儀繪制圖形。共五十四頁8位DAC分辨率比較低,為了提高DAC的分辨率,可采用10位、12位、16位的DAC。因為51單片機的數(shù)據(jù)為8位，DAC的位數(shù)比單片機位多，所以10位或12位或16位數(shù)據(jù)需分兩次輸出，先送高位，后送低位。10位、12位、16位的DAC也有片內(nèi)無數(shù)據(jù)寄存器和有數(shù)據(jù)寄存器兩種產(chǎn)品(chnpn)。片內(nèi)無數(shù)據(jù)寄存器的DAC與51單片機接口時，需另加數(shù)據(jù)寄存器，一般采用D鎖存器鎖存10位或12位或16位待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。10位、12位、16位的DAC一般也是雙緩沖結(jié)構(gòu)。一級緩沖進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，由于數(shù)據(jù)分兩次輸出，輸出電壓可能產(chǎn)生毛刺現(xiàn)象。在某些應(yīng)用場合必須避免這種毛刺，這時，可采用雙