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单片机原理及应用蔡启仲AD和DA转换器的接口7.ppt


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内容概要







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内容概要
微处理器只能够处理二进制数据,而计算机处理的物理量绝大多数都是模拟量,对于微处理器输出的二进制数据需要通过数模转换电路将二进制数据转换成为模拟量输出,对于输入的模拟量需要通过模数转换电路将模拟量转换成为二进制数据给微处理器进行数据处理。
本章介绍D/A转换器和A/D转换器的基本原理和技术指标,重点介绍D/A转换器和A/D转换器与51单片机的接口电路,以及D/A转换器和A/D转换器的编程方法。
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D/A转换器(DigitaltoAnalogConverter,简称DAC),又称为数模转换器,是一种将二进制数字量转换成以参考量为基准的模拟量的转换器。下面以4位二进制加权电阻网络型D/A转换器为例来说明D/A转换器的工作原理,转换原理图如图10–1所示。
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由图10–1可见,4位二进制加权电阻网络D/A转换器由电阻网络、4个数码开关和一个求和运算放大器组成。其中,VREF:基准电压,S0~S3:数码开关,受二进制位状态控制,相应二进制位为“0”:开关接地;相应二进制位为“1”:开关接VREF。
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虚线框内电阻2nR:“权电阻”,是指二进制数的每一位代表的数值,电阻值越大,在“权电阻”上流过的“权电流”越小,经过运放后得到的VO电压值越小,4个数码开关的不同组合,将产生16个不同的VO电压值。
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根据运算放大器“电压虚短”和“电流虚断”的概念,可以得到:
一般地,n位二进制加权电阻网络型D/A转换器的输出电压为:
由此可见,D/A转换器的输出电压VO正比于输入数字量M,无论D/A转换器的内部结构如何,最终得到计算输出电压VO的公式均相同。
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(1)分辨率
分辨率:输入数字量的最低有效位(LSB)发生变化时,所对应的输出模拟量(电压或电流)的变化量。它反映了输出模拟量的最小变化值,通常定义为输出满刻度值FS与之比(n为D/A转换器的二进制位数)。对于5V的满量程,8位的DAC,分辨率:5V/256=,,常用符号1LSB表示;当采用12位的DAC时,分辨率:1LSB=5V/4096=。显然,位数越多分辨率就越高,即D/A转换器对输入量变化的敏感程度越高。
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(2)转换精度
转换精度:满量程时DAC实际的模拟输出值与理论值的接近程度。理想情况下,转换精度与分辨率基本一致,位数越多精度越高。但由于制造工艺等各种因素存在着误差,严格讲,转换精度与分辨率并不完全一致。
只要位数相同,分辨率则相同,但相同位数的不同转换器转换精度会有所不同。例如,满量程时理论输出为10V,~,其转换精度为±10mV。
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(3)建立时间
建立时间:输入数字量变化后,输出模拟量稳定到终值误差(1/2)LSB时所经历的时间,是描述DAC转换速度快慢的一个重要参数。
电流输出型DAC的建立时间短。电压输出型DAC的建立时间主要决定于运算放大器的响应时间。根据建立时间的长短,可以将DAC分成超高速(<1μS)、高速(10μS~1μS)、中速(100μS~10μS)、低速(>=100μS)几档。
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D/A转换器的输出有两种形式:一种是电压输出型;另一种是电流输出型。
电流输出型D/A转换器可在其输出端再将电流输出转换为电压输出。
D/A转换器的接口主要有并行接口和串行接口(如通用UART串行口、I2C串行口和SPI串行口等),因此在选择D/A转换器时,要考虑单片机与D/A转换器的接口形式。
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DAC0832:8位电流输出型D/A转换器,转换时间为1μs,逻辑电平输入与TTL电平兼容,单一电源供电(+5V~+15V),功耗为20mW,可以直接与51单片机应用系统总线连接。
DAC0832的主要特性:数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式;电流输出,输出电流线性度可在满量程下调节。
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DAC0832的内部结构如图10–2所示,它由一个8位输入寄存器、一个8位DAC寄存器、一个8位D/A转换电路及控制电路构成。8位输入寄存器:存放单片机送来的数字量,使输入数字量得到缓冲和锁存,由控制;8位DAC寄存器:存放待转换的数字量,由控制;8位D/A转换电路:受8位DAC寄存器输出的数字量控制,能输出和数字量成正比的模拟电流。
DAC0832可以根据需要连接成两级输入锁存的双缓冲方式或一级输入锁存的单缓冲方式,或完全直通的无缓冲方式。
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图10–3为DAC0832的引脚分布图,各引脚功能定义如下:
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:片选端,低电平时,本芯片被选中。ILE:数据锁存允许控制端,高电平有效。
:第一级输入寄存器写选通控制,
低电平有效。当=0,ILE=1,
=0;待转换的数据信号被锁
存到第一级8位输入寄存器中。
:数据传送控制,低电平有效。
DI0~DI7:8位数字信号输入端,与单片机的数据总线P0口相连,用于接收单片机送来的待转换为模拟量的数字量,DI7为最高位。
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  • 上传人qinqinzhang
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  • 时间2023-03-18