数模转换

第九章 数∕模 与 模∕数转换

测量对象和被控对象，是连续变化的模拟量，

具有模拟量输入和模拟量输出的MCS—51应用系统结构如图：

开关量 实际物理量传感器 AD 单 （非电量） 及变换电路 转 片 D/A 机 换 模拟信号 转换器 模拟量 器

物理量：位移，加速度，速度；

压力，温度，湿度；

光强，颜色；

磁场强度，磁通量；

A/D与D/A电路已经集成化， 掌握其参数，合理的选用

§9.1 D/A转换器的工作原理及指标 一、 工作原理

D/A转换器：输入数字量： Dn-1 Dn-2 … D1 D0

输出模拟量： Vo

Vo = D • Vr Vr为参考电压

n-1

D = Dn-1• 2+ Dn-2 • 2

n- 1

… + D1 • 2 + D0

实现方法很多，介绍两种 1． 权电阻D/A转换法

位切换开关 权电阻 Vr：基准电压

构成：模拟电子开关，运算放大器 模拟电子开关：Di=1 接通

Di=0 断开

运算放大器：反向放大求和 输出电压：Vo =(

D0D1D2D3+++) • RF • Vr 8R4R2RR2．R—2R T型电阻网络D/A转换器 框图：

T型解码网络 求和放大器

参考电压 模拟电子开关

D0 D1 Dn-1 T型电阻网络D/A转换器框图

二进制输入 T型电阻网络D/A转换原理图

由R-2R网络、模拟开关、运算放大器构成 从每个节点看，等效电阻为：R 从D3、D2、D1、D0看，等效电阻为 3R； 从每一模拟开关流入的电流为：I=

Vr ; 3R电流经电阻网络分流后，进入运算放大器的电流为： D3：I D2：I

1214 D1：I D0：

181I 16Vo =

=

-1 -2 -3 -4RfVr（D3 • 2+ D2 • 2+ D1 • 2+ D0 • 2） 3R-3 -2 -1 0RfVr（D3 • 2+ D2 • 2+ D1 • 2+ D0 • 2） 3R16D/A转换器件提供的是电流，需要加运算放大器进行放大和转换。输出的电压与运算放大器的反馈电阻Rf及参考电压Vf有关。

R-2R电阻网络实现容易，实用上大量采用 如：DAC0832 DAC0808 AD7520 二、D/A转换器的性能指标

1． 分辨率

最小输出电压（对应输入数字量只有最低位为1）与最大输出电压（对应输入数字量全部为1）之比，与该数模转换器的位数有关：

10位，最小输出电压：Vmin = 00 0000 0001Vr 最大输出电压：Vmax = 11 1111 1111Vr 分辨率：

11≈ 0.001 即 10 10232位数越高，输出电压最小值越小，分辨率越高，灵敏度越高； 以D/A转换器的位数来表示其灵敏度，位数越高，灵敏度越高； 如：DAC0832 8位

分辨率为：

1≈ 0.004 822． 建立时间

D/A中的输入代码有满刻度值的变化时，其输出模拟信号达到满度值±LSB/2所需时间； 3． 精度

通常以最大转换误差的形式给出，包括非线性误差，比例误差，漂移误差等。 精度与分辨率不同： 4． 线性度

实际输出值对D/A转换器理想输入/输出曲线的接近程度，通常以非线性误差的大小表示线性度； 以最低位的分数来表示，LSB ,

1LSB 2还有：输出电压范围，输入电平类型，温度系数，工作温度，功耗 三、 D/A转换器的分类

1． 按速度（建立时间）分类

1MHz以上为高速 THS8133 5ns

2． 按输出信号类型分类 电流型：后面加运放I—V转换 电压型：直接得到电压 3． 按接口类型分类：

并行：DAC0832， AD7520， 串行：MAX531, TLV5638(双12位)

4． 参考源类型

内部和外部

5． 供电电源类型：

单电源和双电源

四、 D/A转换器的选择

考虑各种参数 所用的场合情况

§9.2 模数转换器DAC0832与MCS-51接口

一、 DAC0832结构及特性

DAC0800系列：DAC0830\\DAC0831\\DAC0832可以完全代换 1．主要特性参数：

●分辨率：8位 ●电流稳定时间：1µs

●可以单稳态、双稳态或直接数字输入 ●单一电源供电（+5V ─ +15V） ●输入电平：TTL ● 功耗：20mW 2．结构框图

DAC0832数模转换器框图

两个数据锁存器、一个T型网络D/A转换器、控制电路 8位输入寄存器

由8D锁存器组成，用来作为输入数据的缓冲寄存器，可以直接与微机相连，LE1为其控制输入，

LE1=1：D触发器接受信号， LE1=0: D触发器锁存信号

8位DAC寄存器

也由8D锁存器组成，8位输入数据只有通过DAC寄存器才能送到D/A转换器去转换；控制端LE2;

LE2=1: 输出跟随输入 LE2=0：锁存

8位D/A转换器

采用T型网络，电流输出， 3．引脚说明：（共20脚）

DI0 ─ DI7: 数字量数据输入； ILE: 数据锁存允许；

CS: 输入寄存器选择，低电平有效； WR1: 输入寄存器选通信号，低电平有效； ILE=1, CS=0:

WR1=0, 则：LE1=1, 输入寄存器的输出随输入变化；

WR1=1, 则：LE1=0, 数据锁存在输入寄存器中；

XFER: 数据转移控制信号，低电平有效； WR2: DAC寄存器选通信号；

XFER、WR2同时为低时，LE2=1, 8位DAC寄存器的输

出随输入而变化，WR2的上升沿锁存；

Vref: 基准电压输入；

Rfb: 运算放大器反馈信号输入，芯片内已有反馈电阻； Iout1 Iout2: 电流输出，Iout1+Iout2=常数；

Iout1随DAC寄存器的内容线性变化；

Vcc: 工作电源，

DGND: 数字地，工作电源地、数据地、控制信号地； AGND: 模拟地，基准电压地、模拟信号地；

在D/A和A/D系统中，模拟地和数字地应分开，以保证转换精度，提高系统的抗干扰能力。 二、DAC0832与8051的接口设计 1． 单缓冲方式

输入寄存器、DAC寄存器直接送D/A转换器

单路模拟量输出电路

ILE=+5V, 片选信号CS与XFER一起接P2.7, WR1和WR2接在一起与8051的WR信号相连， 既完成了数据的锁存，又完成了D/A转换， 0832的地址为：7FFFH 完成一次D/A转换的指令为：

MOV DPTR, MOV A ,

#7FFFH ; 选中DAC0832 #DATA

; 要转换的数据 ; 输入数据

MOVX @DPTR , A

利用0832产生各种波形： 锯齿波： ST:

MOV DPTR ,#7FFFH ; 选中DAC0832 MOV A , #00H

; 取初值

LP:

MOVX @DPTR , A ; 转换 INC A ；A A+1 SJMP LP ;

输出波形为：

V

t 三角波： ST:

MOV DPTR ,#7FFFH ; 选中DAC0832 MOV A , #00H

; 取初值

UP:

MOVX @DPTR , A ; 转换 INC A ；A A+1 JNZ UP

; 上升结束？ ; 下降

DOWN: DEC A

MOVX @DPTR , A ; 转换 JNZ DOWN SJMP

; 下降结束？

；完成一个周期，重复

波形图： V t

矩形波：

ST : MOV DPTR ,#7FFFH ; 选中DAC0832 LP:

MOV A , #DATA1

; 高电平

V

MOVX @DPTR , A ; 转换 ACALL DELAY_H MOV A , #DATA2

; 延时1 ; 低电平

MOVX @DPTR , A ; ACALL DELAY_L SJMP

LP

; 延时2

; 循环

如何产生正弦波？ 2． 双缓冲方式

需要多路数模同时输出时，可用双缓冲方式：

双路输出0832与8051接口

P2.5: 第一片0832输入寄存器地址，DFFFH P2.6: 第二片0832输入寄存器地址，BFFFH P2.7: 两片0832DAC寄存器地址，7FFFH 双缓冲原理：

MOV DPTR ,#DFFFH ; 选中第一片DAC0832

MOV A , #DATA1

;

MOVX @DPTR , A ; 锁存DATA1 MOV DPTR ,#BFFFH ; 选中第二片DAC0832

MOV A , #DATA1H ;

MOVX @DPTR , A ; 锁存DATA2 MOV DPTR ,#7FFFH ; 选中两片DAC寄存器

MOVX @DPTR , A ; 两路同时输出