9第九章课件(ADDA接口).ppt

1、本章分为三节，主要介绍：本章分为三节，主要介绍：9.1 D/A转换器及其与单片机接口转换器及其与单片机接口9.2 A/D转换器及其与单片机接口转换器及其与单片机接口9.3 开关量接口开关量接口11/8/202219.1 D/A转换器及其与单片机接口转换器及其与单片机接口*9.1.1 D/A9.1.1 D/A转换器的原理及主要技器的原理及主要技术指指标一、一、D/AD/A转换器的基本原理及分器的基本原理及分类型型电阻网阻网络D/AD/A转换器器：11/8/20222输出电压输出电压 的大小与数字量具有对应的关系的大小与数字量具有对应的关系。11/8/20223二、二、D/AD/A转换器的主要性能

2、指器的主要性能指标1 1、分辨率、分辨率分辨率分辨率是指是指输入数字量的最低有效位（入数字量的最低有效位（LSBLSB）发生生变化化时，所所对应的的输出模出模拟量（常量（常为电压）的）的变化量。它反映了化量。它反映了输出模出模拟量的最小量的最小变化化值。分辨率与分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS FS/。FSFS表示表示满量程量程输入入值，n n为二二进制位数。制位数。对于于5V5V的的满量程，采用位的量程，采用位的DACDAC时，分辨率，分辨率为5V/2565V/25619.5mV19.5mV；当采用当采用1212位的位的DACDAC时

3、，分辨率，分辨率则为5V/40965V/40961.22mV1.22mV。显然，然，位数越多分辨率就越高。位数越多分辨率就越高。2 2、线性度性度线性度（也称非性度（也称非线性性误差）差）是是实际转换特性曲特性曲线与理想与理想直直线特性之特性之间的最大偏差。常以相的最大偏差。常以相对于于满量程的百分数量程的百分数表示。如表示。如是指是指实际输出出值与理与理论值之差在之差在满刻度刻度的的以内。以内。11/8/202243、绝对精度和相对精度、绝对精度和相对精度绝对精度（简称精度）绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任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值之一输入

4、数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。绝对精度是由间的最大误差。绝对精度是由DAC的增益误差（当的增益误差（当输入数码为全输入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之差）、时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数码输入为全时，零点误差（数码输入为全时，DAC的非零输出值）的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起的。绝对精度（即最大、非线性误差和噪声等引起的。绝对精度（即最大误差）应小于误差）应小于1个个LSB。相对精度相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的百分比表示。对于满刻度的百分比表示。11/8/202254、建立时间、

5、建立时间建立时间建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时，输是指输入的数字量发生满刻度变化时，输出模拟信号达到满刻度值的出模拟信号达到满刻度值的1/2LSB所需的时间。所需的时间。是描述是描述D/A转换速率的一个动态指标。转换速率的一个动态指标。电流输出型电流输出型DAC的建立时间短的建立时间短。电压输出型电压输出型DAC的的建立时间主要决定于运算放大器的响应时间建立时间主要决定于运算放大器的响应时间。根据。根据建立时间的长短，可以将建立时间的长短，可以将DAC分成超高速（分成超高速（1S)、高速（高速（101S）、中速（）、中速（10010S）、低速）、低速（100S）几档。）几档。应当注意

6、，精度和分辨率具有一定的联系，但应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概念不同。概念不同。DAC的位数多时，分辨率会提高，对的位数多时，分辨率会提高，对应于影响精度的量化误差会减小。但其它误差应于影响精度的量化误差会减小。但其它误差（如温度漂移、线性不良等）的影响仍会使（如温度漂移、线性不良等）的影响仍会使DAC的精度变差。的精度变差。11/8/202269.1.2 DAC08329.1.2 DAC0832芯片及其与芯片及其与单片机接口片机接口 DAC0832DAC0832是使用非常普遍的位是使用非常普遍的位D/AD/A转换器，由于其片器，由于其片内有内有输入数据寄存器，故可以直接与入数据寄

7、存器，故可以直接与单片机接口。片机接口。DAC0832DAC0832以以电流形式流形式输出，当需要出，当需要转换为电压输出出时，可，可外接运算放大器。属于外接运算放大器。属于该系列的芯片系列的芯片还有有DAC0830DAC0830、DAC0831DAC0831，它，它们可以相互代可以相互代换。DAC0832DAC0832主要特性主要特性：分辨率位；分辨率位；电流建立流建立时间SS；数据数据输入可采用双入可采用双缓冲、冲、单缓冲或直通方式；冲或直通方式；输出出电流流线性度可在性度可在满量程下量程下调节；逻辑电平平输入与入与TTLTTL电平兼容；平兼容；单一一电源供源供电（5V5V15V15V）；

8、）；低功耗，低功耗，20m20m。11/8/20227一、一、DAC0832内部结构及引脚内部结构及引脚11/8/2022811/8/20229二、二、DAC0832与与80C51单片机的接口单片机的接口、单缓冲工作方式、单缓冲工作方式此方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出但并不适用于只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出但并不要求同步的系统要求同步的系统。输出电压：输出电压：11/8/202210双极性模拟输出电压双极性模拟输出电压：双极性输出时的分辨率比单极性输出时降低双极性输出时的分辨率比单极性输出时降低1/2，这，这是由于对双极性输出而言，最高位作为符号位，只有是由于对双极

9、性输出而言，最高位作为符号位，只有7位数值位。位数值位。双极性输出电压：双极性输出电压：11/8/2022112、双缓冲工作方式、双缓冲工作方式 多路多路D/A转换输出，如果要求同步进行，就应该转换输出，如果要求同步进行，就应该采用双缓冲器同步方式采用双缓冲器同步方式。11/8/2022123、直通工作方式、直通工作方式当当DAC0832芯片的片选信号、写信号、芯片的片选信号、写信号、及传送控制信号的引脚全部接地，允许输及传送控制信号的引脚全部接地，允许输入锁存信号入锁存信号ILE引脚接引脚接5V时，时，DAC0832芯片就处于直通工作方式，数字量一旦输芯片就处于直通工作方式，数字量一旦输入，

10、就直接进入入，就直接进入DAC寄存器，进行寄存器，进行D/A转转换。换。11/8/202213例：在实际应用中，经常需要例：在实际应用中，经常需要用到线性增长的电压去控制检用到线性增长的电压去控制检测过程或者作为扫描电压去控测过程或者作为扫描电压去控制电子束的移动。我们利用制电子束的移动。我们利用DAC芯片，采用软件的方法产芯片，采用软件的方法产生这个线性增长的电压，如图生这个线性增长的电压，如图7.71所示。设所示。设DAC0832的端口的端口地址为地址为PORT（由译码电路产（由译码电路产生）。生）。程序段如下：MOVDPTR,#PORT;DAC端口地址MOVA,#00H;初始值REPEA

11、T:MOVXDPTR，A;输出,完成D/A转换INCA;增量JMPREPEAT;重复转换过程11/8/2022149.2 /转换器及其与单片机接口转换器及其与单片机接口*9.2.1 9.2.1 转换器的原理及主要技术指标转换器的原理及主要技术指标一、逐次逼近式一、逐次逼近式ADC的转换原理的转换原理11/8/202215*二、双积分式二、双积分式ADC的转换原理的转换原理11/8/202216*三、三、A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1、分辨率、分辨率ADC的分辨率的分辨率是指使输出数字量变化一个相是指使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二邻数码所需输入模拟

12、电压的变化量。常用二进制的位数表示。例如进制的位数表示。例如12位位ADC的分辨率就的分辨率就是是12位，或者说分辨率为满刻度位，或者说分辨率为满刻度FS的的1/。一个。一个10V满刻度的满刻度的12位位ADC能分辨输入电能分辨输入电压变化最小值是压变化最小值是10V1/=2.4mV。11/8/2022172、量化误差、量化误差ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。过程称为量化。量化误差是量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差化而引起的误差。实际上，要准确表示模拟量，。实际上，

13、要准确表示模拟量，ADC的位数的位数需很大甚至无穷大。一个分辨率有限的需很大甚至无穷大。一个分辨率有限的ADC的阶梯状转换特的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的性曲线与具有无限分辨率的ADC转换特性曲线（直线）之间转换特性曲线（直线）之间的最大偏差即是量化误差。的最大偏差即是量化误差。11/8/2022183、偏移误差、偏移误差偏移误差偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。假定值，所以有时又称为零值误差。假定ADC没有非线没有非线性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定是直线

14、，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压值就是偏移误差。值就是偏移误差。、满刻度误差、满刻度误差满刻度误差满刻度误差又称为增益误差。又称为增益误差。ADC的满刻度的满刻度误差是指满刻度输出数码所对应的实际输入电误差是指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。压与理想输入电压之差。11/8/2022195、线性度线性度线性度线性度有时又称为非线性度，它是指转换器实际的有时又称为非线性度，它是指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。转换特性与理想直线的最大偏差。6、绝对精度、绝对精度在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输在一个转换器

15、中，任何数码所对应的实际模拟量输入与理论模拟输入之差的最大值，称为入与理论模拟输入之差的最大值，称为绝对精度绝对精度。对。对于于ADC而言，可以在每一个阶梯的水平中点进行测量，而言，可以在每一个阶梯的水平中点进行测量，它包括了所有的误差。它包括了所有的误差。7、转换速率、转换速率ADC的的转换速率转换速率是能够重复进行数据转换的速度，是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次即每秒转换的次数。而完成一次A/D转换所需的时间转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。11/8/202220主要性能为：主要性能为：分辨率为位；分辨率为位

16、；精度：精度：ADC0809小于小于1LSB（ADC0808小于小于1/2LSB）；）；单单+5V供电，模拟输入电压范围为供电，模拟输入电压范围为05V；具有锁存控制的路输入模拟开关；具有锁存控制的路输入模拟开关；可锁存三态输出，输出与可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容；电平兼容；功耗为功耗为15mW；不必进行零点和满度调整；不必进行零点和满度调整；转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频率转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频率范围：范围：101280KHz。典型值为时钟频率。典型值为时钟频率640KHz，转换时间约为，转换时间约为100S。9.2.2 ADC08099.2.2 ADC0809芯片及其与芯片及其与单片机的接口片机的接口11/8/202221一、一、ADC0809的内部结构及引脚功能的内部结构及引脚功能11/8/2022221 1、IN0IN0IN7IN7，路模拟量输入端。，路模拟量输入端。2 2、D7D7D0D0，位数字量输出端。，位数字量输出端。3 3、ALEALE，地址锁存允许信号输入端。通常向此引脚输入一个正脉地址锁存允许信号输入端。通常向此引脚输入一个正脉