第二讲-1常用接口芯片及应用-AD,DA.ppt

第二讲常用D A转换接口芯片 二 主要技术指标 一 DA转换器 三 常用D A转换芯片 四 MCS51 和D A的接口 一 DA转换器 把输入数字量转换成相应的模拟量输出 电压或电流 功能 转换原理 按权展开 相加求和 4位权电阻型DA转换原理 输出 取Rf R 2 4位T型电阻网络DA转换原理 输出 取RF 3R 4位倒T型电阻网络DA转换原理 输出 取RF R 二 主要技术指标 在设计D A转换器与单片机接口之前 一般要根据D A转换器的技术指标选择D A转换器芯片 如VREF 10V n 8时 分辨率 1 分辨率 DAC能分辨的最小输出模拟增量 取决于DAC的位数n 如VREF 10V n 16时 分辨率 2 建立时间 转换速度 转换器输入变化为满度值时 全0 全1 或全1 全0 输出模拟量达到稳定所需要的时间 不含运放的DAC的建立时间 一般小于0 1 S 含运放的集成DAC的建立时间 一般小于1 5 S 超高速 100ns较高速100ns 1 s高速1 10 s中速10 100 s低速 100 s 3 转换精度 转换精度 理论满度值 实际满度值 1 2LSB 4 线性度 在全量程范围内 实际输出偏离理想转换特性的最大值 一般 1 2LSB 5 其它指标 电源电压 输出方式 电流 电压 输出范围等等 三 常用D A转换芯片 位数 8 系列产品 DAC0830 DAC0831 DAC0832 管脚封装 20脚双插直列式封装 同系列产品兼容 生产厂家 美国NationalSemiconductor公司 基准电压 10V 10V 电源电压 5V 15V 输出 电流 1 DAC0830系列 2 DAC82系列 位数 8 系列产品 DAC82 电源电压 15V 输出 电压 单极性0 10V 双极性 10V电流 0 1 6mA 0 8mA 3 DAC1020 AD7520系列 系列产品 DAC1020 DAC1021 DAC1022AD7520 D7530 AD7533位数 10电源电压 5V 15V管脚封装 16脚双插直列式封装 两系列完全兼容 4 DAC1220 AD7521系列 系列产品 DAC1220 DAC1221 DAC1222AD7521 AD7531位数 12电源电压 5V 15V管脚封装 18脚双插直列式封装 5 DAC708 709 位数 16电源电压 15V输入 串行或并行 输出 电压或电流 生产厂家 美国B B公司特点 片内带有基准电压 片内带有电压输出放大器 具有双缓冲输入寄存器 能完全与微处理器兼容 6 串行DAC MAX517 518 519 8位DAC串行2线接口满摆幅输出多种参考电压低功耗 主要特点 四 MCS51 和D A的接口 D A转换器与单片机接口具有硬 软件相依性 各种D A转换器与单片机接口的方法有些差异 但就其基本连接方法 还是有共同之处 都要考虑到数据线 地址线和控制线的连接 1 概述 数据线连接 当高于8位的D A转换器与8位数据总线的MCS 51单片机接口时 MCS 51单片机的数据必须分时输出 这时必须考虑数据分时传送的格式和输出电压的 毛刺 问题 毛刺 可通过D A转换芯片内部或外部增加锁存器 达到两级缓冲 使被转换数据完整进入二级缓冲器 开始转换 当D A转换器内部没有输入锁存器时 必须在单片机与D A转换器之间增设锁存器或I O接口 最常用 也是最简单的连接是8位带锁存器的D A转换器和8位单片机的接口 这时只要将单片机的数据总线直接和D A转换器的8位数据输入端一一对应连接即可 位数 输入锁存 需考虑两个问题 一般的D A转换器只有片选信号 而没有地址线 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 也有少数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 对于多通道D A转换器 这时单片机的地址线与D A转换器的地址线对应连接 地址线连接 控制线连接 2 MCS 51和DAC0832的连接 转换原理 倒T型电阻网络DATA端 8个 D7 MSB D0 LSB 电流输出端 2个 Io1 Io2 Io1 Io2 常数 VR R输入全1时 Io1最大 Io2最小 反之则反 电源端 4个 Vcc Vref AGND DGND 反馈电阻 1个 Rf控制端 5个 CS WR1 WR2 XF ILE DAC0832引脚 DAC0832 T型 倒T型 8位倒T型电阻网络DA转换原理 输出 Io1 Io2 Rf DAC0832的工作方式 数据锁存 数据直通 数据锁存 数据直通 锁存 寄存器输出不随输入变化 直通 转换数据随输入变化 直通工作方式 数据不作任何锁存 单缓冲工作方式 数据被一个寄存器锁存 双缓冲工作方式 两个寄存器都对数据进行锁存 直通工作方式 单缓冲工作方式 双缓冲工作方式 DAC0832的输出 单极性反相电压输出 输出从0 正满度变化 VR0 偏移二进制码输入的双极性输出 作控制放大器输出 Vin Vo 0832内部已具备 放大倍数 作控制放大器输出 图5 23单路DAC0830 DAC0831 DAC0832与单片机接口逻辑图 0832与MCS 51的连接 单极性输出 单缓冲工作方式 控制其它芯片 5V DAC0832的地址 7 H P2 7 0 可取为 7FFFH MOVDPTR 7FFFH 端口地址送DPTRMOVA DATA 8位数字量送累加器MOVX DPTR A 向锁存器写入数字量 同时启动转换 转换程序 5V 单路DAC0832控制时序 数据锁存 数据直通 该时刻数据锁存 MOVX DPTR A 产生电压锯齿波程序 START MOVDPTR 7FFFHMOVA 00LOOP MOVX DPTR AINCAMOVR0 data data为延时常数DJNZR0 延时 改变data可改变锯齿波周期T值SJMPLOOP 设VREF 5V 5V 思考 1 波形为何能从最高点跳至最低点 2 如果只需输出n个周期的波形 程序如何改编 3 如何实现三角波输出 ORG1000HMOVDPTR 7FFFHLOOP MOVA 00HMOVX DPTR A 输出0MOVR2 02HLCALLdelay 调延时MOVA 0FFHMOVX DPTR A 输出1MOVR2 02HLCALLdelay 调延时SJMPLOOPEND 产生电压方波程序 设VREF 5V 思考 如何调整占空比和周期 输入寄存器地址 DAC 1 P2 5 0 取 DFFFHDAC 2 P2 6 0 取 BFFFH 两路DAC0832与单片机的连接 DAC寄存器地址 两片DAC相同 P2 7 0 取 7FFFH 控制其它芯片 如果图中的模拟输出分别用于示波器的X Y偏转 则MCS 51执行下面的程序后 可使示波器上的光点根据参数X Y的值同步移动 MOVDPTR 0DFFFH DAC 1输入寄存器地址MOVA XMOVX DPTR A 将参数X写入DAC 1的数据输入锁存器MOVDPTR 0BFFFH DAC 2输入寄存器地址MOVA YMOVX DPTR A 将参数Y写入DAC 2的数据输入锁存器MOVDPTR 7FFFH 2片的DAC寄存器地址MOVX DPTR A 两片DAC同时启动转换 同步输出 2 MCS 51和串行DAC MAX517 518 519 的连接 8位DAC串行2线接口满摆幅输出 多种参考电压低功耗 主要特点 MAX518内部结构 串行输入 芯片地址 2路输出 Vcc作参考电压 SerialClockSerialData MAX517 MAX519内部结构 串行输入 芯片地址 2路输出 参考电压 多片DAC相联 多片I2C总线芯片相联 带WatchDog功能的E2PROM 输出电压 有关时序 指令起始位 指令结束位 SDA 串行数据SCL 串行时钟 重复指令起始位 完成一次转换的时序图 ACK ACKNOWLEDGEBIT THEMAX517 MAX518 MAX519PULLSSDALOWDURINGTHE9THCLOCKPULSE 地址字节 命令字节 数字输出字节 地址字节 命令字节 保留位 置0 复位位 置1复位 睡眠位 置1进入 选择位 0 DAC01 DAC1 复位命令 10H DA转换命令 00H 01H 睡眠命令 08H 完成一次转换的指令 地址字节 命令字节 数字输出字节 3常用A D转换接口芯片 二 主要技术指标 一 AD转换器 三 常用A D转换芯片 四 MCS51 和A D的接口 一 AD转换器 把输入模拟量转换成相应的数字量输出 一般为电压 功能 转换过程 转换形式 并行比较型 逐次逼近型 双积分型 V F转换型 时间离散 采样定理 辐值离散 量化编码 结构简单 抗干扰较强 速度慢 用于变化缓慢量测量 换精度高 抗干扰较强 速度较慢 常用于仪表 结构不太复杂 换精度高 速度较快 常用于计算机AD接口 速度最快 结构复杂 常用要求转换速度极高的场合 逐次逼近型AD转换原理框图 转换步骤 1启动转换 而后在CP作用下产生逐次比较结果 2CP1控制电路使N位寄存器最高位为1 经DA产生Vs 若Vx Vs 则控制电路使该1保留 否则去掉 3CP2 CP3 CPn控制电路使N位寄存器逐位产生1 经DA产生各个Vs 若Vx Vs 则控制电路使该1保留 否则去掉 直至产生最终结果 转换时间估算 n位AD的转换需要n个CP脉冲 1个启动脉冲 启动脉冲时间按2Tcp估算 直接比较型AD转换器原理 3位编码的AD电路 VX 二 主要技术指标 在设计A D转换器与单片机接口之前 一般要根据A D转换器的技术指标选择A D转换器芯片 转换精度 分辨率 理论精度用AD转换位数表示 n位输出 有2n个等级 每个等级相差1 2nFSR FSR满量程输出 一般分辨率指对参考电压的1 2n 转换误差 实际转换数字量与理论转换数字量的差值 一般用最低有效位的倍数表示 1 2LSB 2 转换速度 主要由转换类型决定 直接比较 几十ns逐次逼近 几十 s双积分 几十ms 三 常用A D转换芯片 逐次逼近型转换器的常用产品有 ADC0801 ADC0805型8位MOS型A D转换器 ADC0808 0809型8位MOS型A D转换器 ADC0816 0817型8位MOS型A D转换器 AD574型快速12位A D转换器 最常用的转换器主要为逐次逼近型和双积分型 双重积分型转换器的常用产品有ICL7106 ICL7107 ICL7126 MC14433 5G14433 ICL7135等 四 MCS51 和A D的接口 1 概述 A D转换器与单片机接口具有硬 软件相依性 一般来说 A D转换器与单片机的接口主要考虑的是数字量输出线的连接 ADC启动方式 转换结束信号处理方法以及时钟的连接等 A D转换器数字量输出线与单片机的连接方法与其内部结构有关 对于内部带有三态锁存数据输出缓冲器的ADC 如ADC0809 AD574等 可直接与单片机相连 对于内部不带锁存器ADC 一般通过锁存器或并行I O接口与单片机相连 输出线与单片机的连接 随着位数的不同 ADC与单片机的连接方法也不同 对于8位ADC 其数字输出线可与8位单片机数据线对应相接 对于8位以上的ADC 必须增加读取控制逻辑 把8位以上的数据分两次或多次读取 为了便于连接 一些ADC产品内部已带有读取控制逻辑 而对于内部不包含读取控制逻辑的ADC 在和8位单片机连接时 应增设三态缓冲器对转换后的数据进行锁存 输出线与单片机的连接 一个ADC开始转换时 必须加一个启动转换信号 这一启动信号要由单片机提供 不同型号的ADC 对于启动转换信号的要求也不同 一般分为脉冲启动和电平启动两种 对于脉冲启动型ADC 只要给其启动控制端上加一个符合要求的脉冲信号即可 如ADC0809 ADC574等 通常用WR和地址译码器的输出经一定的逻辑电路进行控制 对于电平启动型ADC 当把符合要求的电平加到启动控制端上时 立即开始转换 在转换过程中 必须保持这一电平 否则会终止转换的进行 因此 在这种启动方式下 单片机的控制信号必须经过锁存器保持一段时间 一般采用D触发器 锁存器或并行I O接口等来实现 AD570 AD571等都属于电平启动型ADC 启动转换信号 ADC转换结束时 ADC输出一个转换结束标志信号 通知单片机读取转换结果 单片机检查判断A D转换结束的方法一般有中断和查询两种 对于中断方式 可将转换结束标志信号接到单片机的中断请求输入线上或允许中断的I O接口的相应引脚 作为中断请求信号 对于查询方式 可把转换结束标志信号经三态门送到单片机的某一位I O口线上 作为查询状态信号 转换结束标志信号 A D转换器的另一个重要连接信号是时钟 其频率是决定芯片转换速度的基准 整个A D转换过程都是在时钟的作用下完成的 A D转换时钟的提供方法有两种 一种是由芯片内部提供 如AD574 一般不需外加电路 另一种是由外部提供 如ADC0809 有的用单独的振荡电路产生 更多的则把单片机输出时钟经分频后 送到A D转换器的相应时钟端 时钟信号 线性误差 1LSB数字输出 TTL电平 三态输出输入 8路 0V 5V 电源 5V 15V时钟频率 640KHz 典型 转换时间 100 s分辨率 8位功耗 15mW输入电压范围 0V VREF转换方式 逐次逼近CMOS工艺 28Pin输出 ADC0809芯片简介 2 ADC0809与单片机的接口 start clock 输出允许 1 输入信号 转换结束 1 输出 地址锁存 输入信号 500KHz 1MHz 启动 高电平脉冲 输入 ADC0809通道地址选择表 ADC0809转换工作时序 1 送地址 2 启动 3 结束 4 允许输出 5 得到数据 结束 允许输出 ADC0809与单片机接口 如晶振为6MHz 用2分频 CLK为500KHz 采用中断方式读数 8路模拟量输入的巡回检测系统 使用中断方式采样数据 把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H 37H单元中 采样完一遍后停止采集 ORG0A00HMOVR1 30H 设立数据存储区指针MOVR4 08H 设置8路采样计数值SETBIT0 设置外部中断0为边沿触发方式SETBEA CPU开放中断SETBEX0 允许外部中断0中断MOVDPTR 0FEF8H 送入口地址并指向IN0MOVX DPTR A 启动A D转换 A的值无意义HERE SJMP 等待中断 A D转换应用程序举例 主程序 此时P2 11111110P2 0 0P0 11111000选择IN0 ORG0003HAJMPCINT0ORG0100HCINT0 MOVXA DPTR 读取转换后的数字量MOV R1 A 存入片内RAM单元INCDPTR 指向下一模拟通道INCR1 指向下一个数据存储单元DJNZR4 LOOP 8路未转换完 则继续CLREA 已转换完 则关中断CLREX0 禁止外部中断0中断RETI 中断返回LOOP MOVX DPTR A 再次启动A D转换RETI 中断返回 中断服务程序 ORG0A00HMOVR1 30H 存储指针MOVDPTR FEF8H 指向IN0DA1 MOVX DPTR A 启动A DSETBP1 0 准备读数CLRCDA2 MOVC P1 0JCDA2 等待结束 MOVXA DPTR 读数字量MOV R1 A 存入RAM单元INCDPTR 下个模拟通道INCR1 下个存数单元CJNER1 38H DA1 8路未完 继续 P1 0 以查询方式进行AD转换 4 5G14433AD转换器 3 位CMOS双积分型A D转换器 3 位 能显示4位数字 最高位显示1 0 其余位可显0 9 最大数字 1999 最小数字 0000 线路简单 精度高 抗干扰能力强 输入1路模拟量 输出3位半BCD码 速度慢 200mS左右 用于工业现场 特点 5G14433引脚图 1 VAG模拟地2 VR基准电压3 VX输入被测电压4 5 6 R1 R1 C1和C1外接积分元件端7 8 C01 C02外接失调补偿电