第19讲 数模转换.ppt

第19讲模 数转换 19 1数 模转换器概述19 2数 模转换器与单片机的接口19 3数 模转换器的应用 19 1数 模转换器概述 数 模转换器 D A转换器 能够把数字信号转换成模拟信号的器件称为数 模转换器 DAC DigitaltoAnalogConverter DAC 数 模转换器 是将数字量转换成相应的模拟量 每一个数字量都是二进制代码的按位组合 每一位数字代码都有一定的 权 权 对应着一定大小的模拟量 为了将数字量转换成模拟量 应将其每一位转换成相应的模拟量 然后求和即得到与数字量成正比的模拟量 D A转换器是单片机应用系统与外部模拟对象的一种重要控制接口 单片机输出的数字信号必须经过D A转换器 变换成模拟信号后 才能对控制对象进行控制 这就涉及到D A转换的接口问题 在设计D A转换器与单片机接口之前 一定要根据D A转换器的技术指标选择D A转换器芯片 返回本节 19 1数 模转换器概述 D A转换器的主要技术指标 分辨率和建立时间分辨率 建立时间 是描述D A转换速率快慢的一个重要参数超高速100us 返回本节 19 1数 模转换器概述 D A转换器芯片的种类 按输入数字量的位数分 8位 DAC08xx 10位 DAC10 xx 12位 DAC12xx 16 DAC708 709 位等按输入的数码形式分 二进制码 BCD码等按传送数字量的方式分 并行式和串行式按输出形式分 电流输出和电压输出 单极性电压输出和双极性电压输出 从与单片机接口分 带输入锁存器和不带输入锁存器两类 返回本节 19 2数 模转换器与单片机的接口 D A转换器与单片机接口主要涉及到 1 数据线的连接2 地址线的连接3 控制线的连接 返回本节 19 2数 模转换器与单片机的接口 1 数据线的连接 1 位数 当高于8位的D A转换器与8位数据总线的MCS51单片机接口时 单片机必须分时输出 必须考虑数据分时传送的格式和输出电压的 毛刺 问题 2 D A转换器的内部结构 D A转换器内部没有锁存器时 必须在单片机和D A转换器之间增设锁存器和I O接口 3 最简单 最常用的连接是8位带锁存器的D A转换器与8位单片机接口 一一对应即可 返回本节 19 2数 模转换器与单片机的接口 2 地址线的连接 1 一般的D A转换器只有片选信号 没有地址线 这时 单片机的地址线采用全译码或部分译码 经译码器的输出控制片选信号 也可由某一位I O线来控制片选信号 2 也有少数的D A转换器有少量的地址线用于选中片内独立的寄存器或选择输出通道 单片机的地址线与D A转换器的地址线对应连接 返回本节 19 2数 模转换器与单片机的接口 3 控制线的连接就控制线来说 D A转换器主要有片选信号 写信号及启动转换信号等 一般由单片机的有关引脚或译码器提供 一般来说 写信号多由单片机的控制 启动信号常为片选信号和写信号的合成 返回本节 19 3数 模转换器的应用 串行输入方式的DAC占用单片机I O口的资源较少 如果系统中对DAC的时间要求不是很高 一般可以采用串行输入的DAC TLC5615是一种兼容SPI和MicroWire串行总线接口的CMOS型的10位DAC 它带有缓冲基准输入 高阻抗 的电压输出数字 模拟转换器 DAC 返回本节 19 3数 模转换器的应用 1 TLC5615外形及功能引脚功能TLC5615的外形封装如图所示 引脚功能如下 1 DIN 串行数据输入端 2 SCLK 串行时钟输入端 3 片选端 低电平有效 4 DOUT 用于菊花链的串行数据输出 5 AGND 模拟地 6 REFin 基准输入端 7 OUT DAC模拟电压输出端 8 Vcc 正电源端 返回本节 TLC5615的外形封装 1234 8765 TLC5615 DIN SCLK DOUT Vcc OUT REFin AGND 19 3数 模转换器的应用 2 TLC5615的内部结构及工作原理TLC5651它由16位转换寄存器 控制逻辑 10位DAC寄存器 上电复位 DAC 外部基准放大器 基准电压倍增器等部分组成 TLC5651通过固定增益为2的运放缓冲电阻串接网络 把10位数字数据转换成模拟电压 上电时 内部电路把10位DAC寄存器复位至0 其输出具有与基准相同的极性 返回本节 19 3数 模转换器的应用 1 数据输入由于DAC是12位寄存器 所以在写入10位数据后 最低2位写入2个 0 2 输出缓存器输出缓存器具有满电源电压输出 它带有短路保护并能驱动有100pF负载电容的2k 负载 3 外部基准外部基准电压输入经过缓冲 使得DAC输入电阻与代码无关 因此 REFin的输入电阻为10M 输入电容典型值为5pF 它们与输入代码无关 基准电压决定DAC的满度输出 4 逻辑接口逻辑输入端可使用TTL或CMOS逻辑电平 使用满电源电压幅度时 CMOS逻辑可得到最小的功耗 使用TTL逻辑电平时 功耗需求增加约2倍 5 串行时钟和更新速率TLC5615的最大串行时钟频率近似为14MHz 通常 数字更新速率受片选周期的限制 对于满度输入阶跃跳变 10位DAC的建立时间为12 5 s 这把更新频率限制在80kHz 返回本节 19 3数 模转换器的应用 6 菊花链接器件如果时序关系合适 可以在一个链路中把一个器件的DOUT端连接到下一个器件的DIN端以实现DAC的菊花链接 DIN端得数据延迟16个时钟周期加1个时钟宽度后出现在DOUT端 DOUT是低功率的图腾柱输出 当为低电平时 DOUT在SCLK下降沿变化 当为高电平时 DOUT保持在最近数据位的值并不进入高阻抗状态 返回本节 19 3数 模转换器的应用 3 TLC5615的使用方法当片选信号为低电平时 输入数据读入16bit移位寄存器 由时钟同步 最高有效位在前 SCLK输入的上升沿把数据移入寄存器 接着 的上升沿把数据传送至DAC寄存器 当为高电平时 输入的数据不能由时钟同步送入寄存器 所有的跳变应发生在SCLK输入为低电平时 返回本节 19 3数 模转换器的应用 TLC5651的使用方法有两种 使用菊花链 级联 功能和不使用菊花链 级联 功能 不使用菊花链功能时 DIN只需输入12位数据 DIN输入的12位数据中 前10位为TLC5651输入的D A转换数据 并且输入时 高位在前 低位在后 后2位必须写入为0的2位数值 因为TLC5615的DAC输入锁存器为12位宽度 12位的输入数据序列如下 返回本节 19 3数 模转换器的应用 使用菊花链功能时 可以传送4个高虚拟位在前的16位输入数据序列 来自DOUT的数据需要输入时钟16个下降沿 因此 需要额外的时钟宽度 当菊花链接多个TLC5615器件时 因为数据传送需要16个输入时钟周期加上1个额外的输入时钟下降沿数据在DOUT端输出端 所以数据需要4个高虚拟位 为了提供与12位数据转换器传送的硬件与软件兼容性 两个额外位总是需要的 返回本节 19 3数 模转换器的应用 方波信号发生器的设计设计要求使用TLC5615设计一个方波信号发生器 返回本节 19 3数 模转换器的应用 方波信号发生器的设计 返回本节 19 3数 模转换器的应用 include reg52 h include absacc h defineucharunsignedchar defineuintunsignedintucharbpq 0 ucharbdatabpqh 高地址sbitm7 bpqh 7 高地址位ucharbdatabpql 低地址sbitl7 bpql 7 低地址位sbitSDA P1 4 数据sbitSCL P1 5 时序脉冲sbitCS P1 6 选通voidTLC5615 uchari SCL 0 置零SCL 为写做准备 CS 0 选通 返回本节 19 3数 模转换器的应用 for i 0 i 2 i 循环2次 发送高两位 if m7 高位先发 SDA 1 将数据送出SCL 1 提升时钟 写操作在时钟上升沿触发SCL 0 结束该位传送 为下次写做准备 else SDA 0 SCL 1 SCL 0 bpqh 1 返回本节 19 3数 模转换器的应用 for i 0 i 8 i 循环8次 发送低8位 if 17 SDA 1 将数据送出SCL 1 SCL 0 else SDA 0 SCL 1 SCL 0 bpqh 1 返回本节 19 3数 模转换器的应用 for i 0 i 2 i 循环2次 发送2个虚拟位 SDA 0 SCL 1 SCL 0 CS 1 SCL 0 voiddelay void uinti for i 0 i 4105 i 返回本节 19 3数 模转换器的应用 voidm