ADC与DAC实验李宗德

1、模数转换器和数模转换器原理及实验 本讲内容： ADC基础知识 ADC0804实验 DAC基本知识 DAC0832实验 总结第一部分：ADC基础知识l模数转换器概述lADC的主要技术指标l模数转换器(ADC)的分类l常用的ADCl如何选取ADC？l所谓模数转换，就是将模拟信号（电压或电流）通过模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）转换成数字电路（例如单片机）可以处理的数字量l形象的说，ADC就是一个单片机可以对其进行读取的数字电压表（电流表）模数转换器概述 A/D转换的过程就是用模拟量A与参考量R比较的过程，因此，电压比较器就成了A/D转换器中重要部件。 +

2、DuXUREFREFXUu 1 比较器的输出为 REFXREFX01UuUuD ADC的关键部件比较器, 2 , 22nnnNVinVinNNVinVrefVrefVreflADC精度n位，参考电压Vref，待测电压Vin，ADC输出数据NADC电路的构成ADC的主要技术指标u 转换速率：每秒钟采样的次数l转换速率与转换时间不一定是倒数关系。l转换速率越快性能越好，但功耗会越大。 l一般来讲并口的ADC转换速率比串口(SPI、IIC等)ADC要快。l常用单位： SPS（每秒次） KSPS（每秒千次） MSPS（每秒百万次）。 两次转换过程允许有部分时间的重叠，因而转速率大于转换时间的倒数，这称

3、作管线（pipelining）工作方式。 u 转换精度：采用分辨率和转换误差来描述。l精度越高越好，但对电源质量、电压基准源精度要求越高。l分辨率习惯用输出二进制位数或者BCD码位数表示。也可以用满刻度值与 之比来表示，也就是1LSB （最低有效位） 。常见的ADC精度：低精度，8位，10位，12位；高精度，14位，16位；极高精度，18位，24位。有效数字转换表：三位半(-1999+1999)，1112位；四位半，1516位；五位半，1819位；六位半，212fa的采样速率进行采样。2.若fs2fa，则模拟信号带宽中将发生混叠现象。注意：取样频率越高，转换时间就越短，转换电路必须有更快的速度

4、。通常取fs=(35)fa。第二部分：ADC0804实验真值表都可以从数据手册上查看。u管脚功能说明lIntel总线接口lA/CS：芯片选择信号。lVREF：辅助参考电压。l /WR：用来启动转换的控制当/WR自1变为0时，转换器被清除；当/WR回到1时，转换正式启动；l /RD：外部读取转换结果的控制脚输出信号。l DB0DB7：8位数字输出。l /INTR：中断请求信号输出，低电平有效l AGND，DGND：模拟信号以及数字信号接地。l CLK IN，CLK R：时钟输入或接振荡元件(R，C)，频率约限制在100KHz1460KHzlVIN(+)，VIN(-)：差动模拟电压输入。输入单端正

5、电压时，VIN(-)接地；时序启动转换时序读取数据u ADC0804操作流程l启动一次转换WR的低电平作为启动信号，可以通过Intel总线写入一字节任意的数据来实现。l等待转换完成：常态以及正在转换数据状态时，INTR引脚保持为高电平；一次转换完成后INTR会变为低电平。可以将INTR接在单片机外部中断上，在中断服务程序中读出转换结果l读取转换结果可以通过Intel总线读入操作来实现u关于学习板上ADC0804的几个说明l电压基准源对5V电源用电阻分压获得2.5V基准电压。l结果计算公式ADC0804是差分输入，以中间点为0则可测量的范围是-Vref+Vref，即-2.5V+2.5V。将负输入

6、端接地，则整体上移2.5V，测量范围变为05Vl采样频率通过RC谐振回路产生转换时钟fCLK = 1/(1.7*R*C)R=10000,C=47*10-12,带入得fCLK = 1.25MHz，周期0.8uS对应采样频率约为15KSPS，转换周期约为66uS。, 2 , 52552nnnNVinVinNNVinVVV程序void AD_start(void) AD_cs(0); delay(1); AD_WR=0; delay(2); AD_WR=1; /*发出写信号，启动AD转换*/ delay(1); AD_cs(1); delay(1);程序void main() system_init

7、() ; /中断初始化P3 &= (1 6); /此代码用于选通蜂鸣器，P2 = 0 x88;BUZ_BIT = 0; while(1)AD_start(); /开始采样 delay_ms(10);/-DAC0832输出-P2=0 xC0;AD_WR=0;P0=AD_DATA;第三部分：DAC基本知识l数模转换器概述lDAC的主要技术指标l数模转换器(ADC)的分类l常用的DACl如何选取DAC？u 数模转换(DA，Digital to Analog)l将数字量转化为模拟量的技术，是模数转换(AD)的逆过程。l形象的说，单片机给出一个电压(电流)值，数模转换电路能将其变成实际的模拟电压

8、(电流) 。数模转换概述lDAC精度n位，参考电压Vref，DAC输入数据N，输出电压Vout, 2 , 22nnnNVoutVoutNNVoutVrefVrefVrefDAC电路的构成u 转换速度：简单的讲就是电压建立时间，从输入数据到产生电压经历的时间。l相当于ADC的转换速率，越快性能越好，但功耗会越大。 l一般来讲并口的DAC转换速率比串口(SPI、IIC等)DAC要快。l注意：在外加运放时，还需考虑运放的上升时间（或下降时间）。DAC的主要技术指标u 转换精度：采用分辨率和转换误差来描述。l精度越高越好，但对电源质量、电压基准源精度要求越高。l分辨率习惯用输出二进制位数或者BCD码位

9、数表示。也可以用满刻度值与 之比来表示，也就是1LSB（最低有效位） 。 常见的ADC精度：低精度，8位，10位，12位；高精度，14位，16位；极高精度，18位，24位。 有效数字转换表：三位半(-1999+1999)，1112位；四位半，1516位；五位半，1819位；六位半，2122位例如：若满量程为10V，根据分辨率定义则分辨率为10V/ 。设8位ADC，即n=8，分辨率为10V/256=39.1mV。l转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出，它表示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别，一般多以LSB的倍数给出。DAC的主要技术指标n2n2u 很少有单片机内置DAC，独

10、立DAC芯片比较常见l接口类型：并口(Intel总线)、SPI接口、IIC接口l电源电压：低电压型(兼容数字电源的1.8V、3.3V、5V)，高压型(6V30V)l电源极性：单电源(0+Vdd)，双电源(-Vee，+Vdd)l通道数：单通道、独立多通道(相当于一个芯片内部包含多个DAC)u 根据功能与用途划分l一般DACl音频DA：一般为IIS数字音频接口，高精度(16位，24位等)l视频DA：高速，精度较高(8位以上)l特殊用途DA数模转换器(DAC)的分类u 独立DAC芯片lDAC0832 : 8bit,1uSlDAC0800 : 8bit,100nSlMAX541 : 16bit,1uS

11、,SPI接口lDAC900 : 10bit,165MSPS(6nS)lCS4334 : 24bit, 192KHz(5.2uS),双声道音频DAClTLC5632 : 8bit,30nS,3通道视频DAClADV7123 : 10bit,240MHz(4.2nS),3通道VGA前端芯片常用DAC型号如何选取DAC？u DAC位数的确定至少要比总精度要求的最低分辨率高一位。注意：实际ADC位数，你的ADC能达到的位数。u DAC转换速率的确定采样定理和实际需求。u 电压与电流输出形式电流型的需要有I/V电路。u DAC内部是否带有锁存器注意单片机P0的特殊性。lDI0DI7：数据输入线，TLL电

12、平。lILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。lCS：片选信号输入线，低电平有效。lWR1：为输入寄存器的写选通信号。lXFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。lWR2：为DAC寄存器写选通输入线。lIout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。lIout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。lRfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.lVcc:电源输入线 (+5v+15v)lVref:基准电压输入线 (-10v+10v)lAGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.lDGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.第四部分：DAC0832实验DAC083

13、2有三种不同的工作方式：直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式直通方式 当ILE接高电平，CS、WR1、WR2和XFER都接数字地时，DAC处于直通方式，位数字量一旦到达DI7DI0D输入端，就立即加到8位D/A转换器，被转换成模拟量。单缓冲方式 单缓冲方式就是使DAC0832的两输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控锁存方式，或者说两个输入寄存器同时受控的方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽有几路模拟量但并不要求同步输出的情况，就可以采用单缓冲方式。双缓冲方式 双缓冲方式就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲方式用于多路D/A转换系统，以实现多路模拟信号同

14、步输出的目的。 采用单缓冲和双缓冲方式，需要根据控制时序图进行程序编写，程序编写较为繁琐。为此经过比较采用直通方式进行转换，使电路结构更易连接，单片机可直接输出数据至DAC0832,无需考虑控制端的时序，而且直通方式可以减少时间开销，减少输出频率误差。 l相对于ADC，DAC使用较为简单，DAC0832具有直通状态，将数据送上去即可。l相对于ADC，DAC使用较为简单，DAC0832具有直通模式(学习板采用此种接法)，通过8路输出型IO将数据送上去即可。l参考电压源需具备一定的电流驱动能力，因此学习板上采用运放接一个电压跟随器来实现2.5V参考电压。lDAC0832是电流型输出型DAC，输出端

15、要加运放转换成电压。学习板上是单电源运放的接法，放大2倍，理论上输出电压范围是05V，但DAC0832的电源电压低于5V时，内部的模拟开关阻值增大，会引起输出电压值降低一定的比例。查阅手册可知此比例为1:0.75，故实际输出电压范围为03.75V，公式, 2 , 3.7523.753.752nnnNVoutVoutNNVoutVVV程序#include#includesbit DA_WR=P36;void main(void)P2=0 xC0;DA_WR=0;P0=0 xff;while(1);思考拓展 DDS DDS是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer

16、）的英文缩写。与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。 为什么要有低通滤波？第五部分：总结http:/ 2 , 22nnnNVinVinNNVinVrefVrefVreflADC精度n位，参考电压Vref，待测电压Vin，ADC输出数据NADC电路的构成u 转换精度：采用分辨率和转换误差来描述。l精度越高越好，但对电源质量、电压基准源精度要求越高。l分辨率习惯用输出二进制位数或者BCD码位数表示。也可以用满刻度值与 之比来表示，也就是1LSB （最低有效位） 。常见的ADC精度：低精度，8位

17、，10位，12位；高精度，14位，16位；极高精度，18位，24位。有效数字转换表：三位半(-1999+1999)，1112位；四位半，1516位；五位半，1819位；六位半，2122位例如：若满量程为10V，根据分辨率定义则分辨率为10V/ 。设8位ADC，即n=8，分辨率为10V/256=39.1mV。l转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出，它表示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别，一般多以LSB的倍数给出。ADC的主要技术指标n2n2n2u管脚功能说明lIntel总线接口lA/CS：芯片选择信号。lVREF：辅助参考电压。l /WR：用来启动转换的控制当/WR自1变为

18、0时，转换器被清除；当/WR回到1时，转换正式启动；l /RD：外部读取转换结果的控制脚输出信号。l DB0DB7：8位数字输出。l /INTR：中断请求信号输出，低电平有效l AGND，DGND：模拟信号以及数字信号接地。l CLK IN，CLK R：时钟输入或接振荡元件(R，C)，频率约限制在100KHz1460KHzlVIN(+)，VIN(-)：差动模拟电压输入。输入单端正电压时，VIN(-)接地；u ADC0804操作流程l启动一次转换WR的低电平作为启动信号，可以通过Intel总线写入一字节任意的数据来实现。l等待转换完成：常态以及正在转换数据状态时，INTR引脚保持为高电平；一次转换完成后INTR会变为低电平。可以将INTR接在单片机外部中断上，在中断服务程序中读出转换结果l读取转