项目8 AD与DA转换电路

1、项目项目8 A/D与与D/A转换电路转换电路8.1 A/D转换器及其应用转换器及其应用用于AD转换的芯片种类很多，按其工作原理分为计数比较型、逐次逼近比较型、双积分型等。不同AD转换器芯片在速度、精度和价格上均有差别，分辨率（输出结果的二进制数或BCD码位数）也有8位、10位、12位及16位等。8.1.1 A/D8.1.1 A/D转换器主要性能指标转换器主要性能指标1.分辨率分辨率是指数字量变化一个最小值时模拟信号的变化量。分辨率越高，转换时对输入模拟信号的反应就越灵敏。A/D转换器的分辨率通常以数字信号的位数来表示，如8位、10位、12位等。若把满量程为5V的电压转换成数字信号，选用的A/D

2、器件的精度为8位，那么该系统最小可以测量的电压为0.0195V（5/28），我们就称其分辨率为19.5mV；若用12位的A/D器件，则其分辨率为0.00122V（5/212）；显然位数越多，分辨率越高。项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路2.量化误差ADC把模拟量转换成数字量，用数字量近似的表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。分辨率高的A/D转换器具有较小的量化误差。3.零值误差零值误差指的是输入信号为零时，输出信号不为零的值。4.满刻度误差A/D的满刻度误差指的是满刻度输出数码所对应的实际输入与理想输入电压之差。5.绝

3、对精度绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任一数码所对应的模拟量实际输入值与理论模拟值输入之间的最大误差。6.转换时间转换时间是指A/D转换器完成一次A/D转换所需要的时间。转换时间的倒数是转换速率，为了保证转换的正确完成，采样速率必须保证小于或等于转换速率。7.线性度线性度又称为非线性度，是指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。8.量程即所能转换的电压的范围。项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路8.1.2 ADC08098.1.2 ADC0809的内部结构及管脚功能的内部结构及管脚功能ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道、8位逐次逼近

4、式A/D转换器。ADC0809可以和单片机直接连接，由于它的性能一般能满足用户要求且价格低廉，因此是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。下面我们主要介绍逐次逼近型ADC的典型芯片ADC0809及与单片机的接口方法。1.内部结构ADC0809是采用逐次逼近法的8位AD转换芯片，其内部结构逻辑如图8-1所示，它内部除AD转换部分外，还带有锁存功能的八通道多路模拟开关和8位三态输出锁存器。项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路8-1 ADC0809的内部结构图8-2 ADC0809引脚配置图项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路2.芯片引脚1)IN0I

5、N7：八个模拟量输入端，允许8路模拟量分时输入，共用一个AD转换器；2)A、B、C：通道端口选择线，C为高位地址，地址编码关系如表8-1所示。3)ALE：地址锁存允许，当ALE为上升沿时，可将地址选择信号C、B、A锁入地址寄存器内。4)START：启动A/D转换，当START为上升沿时，开始AD转换。5)EOC：转换结束信号，转换开始后，EOC信号变低；当转换完毕之后，该端由低电平跳转为高电平。6)OE：输出允许控制端，高电平有效。此信号用以打开三态输出锁存器，将A/D转换后的8位数字量输出至单片机的数据总线上。7)CLOCK：时钟信号输入端，ADC0809内部没有时钟电路，所需时钟信号需外界

6、提供。通常使用500KHz的时钟信号。8)D7D0：数字量输出端。9)VREF（+）和VREF（-）：参考电压端，一般VREF（+）= 5V， VREF（-）=0V。10)VCC、GND：+5V电源及地。地址编码被选中的通道C B A0 0 0IN00 0 1IN10 1 0IN20 1 1IN31 0 0IN41 0 1IN51 1 0IN61 1 1IN7表8-1 通道选择表 项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路8.1.3 8051单片机与单片机与ADC0809的接口及应用的接口及应用 ADC0809与8051单片机的连接如图8-3所示。电路连接主要涉及两个问题，一

7、是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。图8-3 ADC0809与单片机的连接 项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路1.8路模拟通道选择模拟通道选择信号A、B、C分别接最低三位地址A0、A1、A2即（P0.0、P0.1、P0.2），而地址锁存允许信号ALE由P2.0控制，则8路模拟通道的地址为0FEF8H0FEFFH，只要向0FEF8H0FEFFH中任何一个地址进行写操作即可启动对指定地址的转换。此外，通道地址选择以作写选通信号，这一部分电路连接如图8-4所示。图8-4 地址锁存信号连接电路 8-5信号时间配合示意图。项目项目8 A/D8 A/D与

8、与D/AD/A转换电路转换电路 从图8-4可以看到，把ALE信号与START信号接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。图8-5是有关信号的时间配合示意图。 启动A/D转换只需要一条MOVX指令。在此之前，要将P2.0清零并将最低三位与所选择的通道好像对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN0通道时，可采用如下两条指令，即可启动A/D转换：MOV DPTR ， #FE00H ；送入0809的口地址MOVX DPTR ， A ；启动A/D转换（IN0）项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路2.转换数据的传送A/D转换后得

9、到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。1）定时传送方式对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。2）查询方式A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确知转换是否完成，并接着进行数据传送。3）中断方

10、式芯片EOC为转换结束信号，把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路8.2 D/A转换器及其应用转换器及其应用计算机运算处理的结果（数字量）有时需要转换成为模拟量，送至执行机构或其他输出部件，以便操纵被控制对象，这一过程即为数模转换（DA）。实现数模转换的电路或设备称为DA转换器或DAC。8.2.1 D/A8.2.1 D/A转换器主要性能指标转换器主要性能指标D/A转换器输入的是数字量，该数字量经转换后输出的是模拟量。下面介绍与单片机几口有关的几个技术性能指标。1.分辨率分辨率是D/A转换器对输入量

11、变化敏感程度的物理量，与输入数字量的位数有关，如果数字量德尔位数为n，则D/A转换器的分辨率为2-n 这就意味着D/A转换器能对满刻度的2-n 输入量做出反应，例如，8位数的分辨率为1/256，10位数的分辨率为1/1024等。使用时，应根据分辨率的需要来选定转换器的位数。D/A转换器常用的有8位、10位、12位几种。项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路2.转换时间转换时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指输入数字量到输出模拟量所需要的时间。转换器的输出形式为电流时，转换时间较短;输出形式为电压时，由于转换时间还要加上放大器的延时时间，故转换时间较长，但总的来说，D

12、/A转换速度远高于A/D转换速度，快速的D/A转换器的转换速度可达1us。3.线性度线性度是指实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。4.绝对精度绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论模拟值之间的最大误差。5.接口形式D/A转换器与单片机接口方便与否，主要取决于转换器本身是否带数据锁存器。不带锁存器的D/A转换器，为了保存来自单片机的数据，接口时要另加锁存器，因此该转换器必须在口线上；而自带锁存器的D/A转换器，可以当做一个输出口，因此可以直接接在数据总线上。项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路8.2.2 DAC083

13、28.2.2 DAC0832的内部结构及管脚功能的内部结构及管脚功能DAC0832是并行输入、电流输出型的通用8位DAC0832，它具有与单片机连接简便、控制方便、价格低廉等优点，被广泛应用于微机系统中。DAC0832每次输入数字为8位二进制数，基准电压范围为-10V+10V；转换时间为lus；数据输入方式有直通、单缓冲、双缓冲；单一电源供电+ 5V+15V；输出电流线性度可在满量程下调节；功耗为20mw。1.内部结构和引脚功能DAC0832内部由1个8位输入寄存器、1个8位DAC寄存器、一个8位DA转换器及逻辑控制电路组成。输入数据锁存器和DAC寄存器构成了两级缓存，可以实现多通道同步转换输

14、出，其内部结构如图8-9所示 。项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路图8-9 DAC0832内部结构和引脚排列图图8-10 DAC0832引脚排列图项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路2.DAC0832的工作方式DAC0832芯片内部分别设计有输入寄存器和DAC寄存器，以便对于不同的应用简化硬件接。口电路设计。由于对两个寄存器可以采用不同的控制方法，因此DAC0832可有三种不同的工作方式。1）直通工作方式当DAC0832所有控制信号（ILE、 、 、 、 ）都为有效时，两个寄存器处于直通状态，此时数据线的数字信号经两个寄存器直接进入D/A转换器

15、进行转换并输出。2)单缓冲工作方式单缓冲工作方式是使两个寄存器始终有一个（多为DAC寄存器）处于直通状态，另一个处于受控状态。如使和为低电平，或将与相连及与相连，则DAC寄存器处于直通状态，输入寄存器处于受控状态。应用系统中如只有一路D/A转换，或有多路转换但不要求同步输出时，可采用单缓冲工作方式。3)双缓冲工作方式双缓冲工作方式是使输入寄存器和DAC寄存器都处于受控状态。这主要用于多路D/A转换系统以实现多路模拟量信号的同步输出。CSCS1WR2WRXFER项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路8.2.3 DAC08328.2.3 DAC0832与单片机的接口及应用与单

16、片机的接口及应用根据应用需要，DAC0832与单片机的接口可以采用不同的接法以工作于不同的工作方式。下面仅以单缓冲方式为例介绍具体的接口电路及应用编程。图8-11为单缓冲工作方式的一路D/A输出与8051单片机的连接图。图中采用将芯片两级寄存器的控制信号并接的方式，即将0832的和并接后与8051的“写信号”线相连，和并接后与P2.7相连，并将ILE接高电平。在这种工作方式下，输入数据在控制信号的作用下，将直接送入DAC寄存器，经D/A转换输出一个与输入数据相对应的模拟量。图中运算放大器的作用是将D/A转换器输出的电流转换成电压输出。项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路

17、8-11 单缓冲方式的DAC0832与单片机的连接图项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路图中的接法是采用线选法把DAC0832当作8051扩展的一个并行I/O口，若设其他无关的地址为“1”，则DAC0832的口地址为7FFFH。将一个8位数据送入DAC0832完成转换的指令如下： MOV DPTR,#7FFFH ;指向0832的口地址 MOV A,#DATA ;待转换的数据送A MOVX DPTR,A ;写入0832，实现一次转换并输出利用D/A转换，可以方便编程输出各种不同的程控电压波形，以下几个程序实例可在图8-11的运算放大器输出端产生不同的电压输出波形（延时子程

18、序省略）。项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路1.产生锯齿波 MOV DPTR，#7FFFH ;指向0832的口地址 MOV A，#00H ;待转换的数据00H送A LOOP: MOVX DPTR，A ;A 中的值送0832转换，输出对应模拟量 INC A ;A 中的值加1 LJMP LOOP ;继续循环转换2.产生方波 MOV DPTR，#7FFFH ;指向0832的口地址 LOOP: MOV A，#0FFH ;待转换的数据0FFH送A MOVX DPTR，A ;A 中的值送0832转换，输出对应模拟量 LCALL DELAY ;调用延时子程序 MOV A,#00H ;待转换的数据00H送A MOVX DPTR, A ;A 中的值送0832转换，输出对应模拟量 LCALL DELAY ;调用延时子程序 LJMP LOOP ;继续循环转换项目项目8 A/D8 A/D与与D/AD/A转换电路转换电路3.产生三角波 MOV DPTR,#7FFFH ;指向