(精品)AD与DA接口.ppt
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1、第三章第三章 A/DA/D与与D/AD/A接口接口11 常用常用D/AD/A转换接口芯片转换接口芯片22 常用常用A/DA/D转换接口芯片转换接口芯片1 1 1 11 1 常用常用D/AD/A转换接口芯片转换接口芯片一、一、DADA转换器转换器二、主要技术指标二、主要技术指标三、常用三、常用D/A转换芯片转换芯片四、四、MCS51-和和D/A的接口的接口2 2 2 2一、一、DADA转换器转换器把输入数字量转换成相应的模拟量输出。把输入数字量转换成相应的模拟量输出。电压或电流电压或电流功能:功能:转换原理:转换原理:“按权展开相加求和按权展开相加求和”。权电阻权电阻权电流权电流T T型电阻网络
2、型电阻网络倒倒T T型电阻网络型电阻网络转换形式转换形式uD/A转换器把输入的数字量中每位都按其权值分别转换转换器把输入的数字量中每位都按其权值分别转换成模拟量,并通过运算放大器求和相加。成模拟量,并通过运算放大器求和相加。uD/A转换器内部必须要有一个转换器内部必须要有一个解码网络解码网络,一般采用,一般采用“T”型电阻网络,以实现按权值分别进行型电阻网络,以实现按权值分别进行D/A转换。转换。3 3 3 3uT T型电阻网络桥上电阻为型电阻网络桥上电阻为R R,桥臂电阻为桥臂电阻为2R2R;假设反馈电假设反馈电阻为阻为R R。uV VREFREF为参考电压;为参考电压;S S3 3-S-S
3、0 0为电子开关,受四位为电子开关,受四位DACDAC寄存器寄存器中中b3 b2 b1 b0b3 b2 b1 b0控制。控制。四位DAC寄存器b3 b2 b1 b0VREFVOUTOAS3 S2 S1 S0 I3I2I1I0IRfIout14 4位位T T型电阻网络型电阻网络DADA转换原理转换原理4 4 4 4输出电压与输入数字量关系推导输出电压与输入数字量关系推导012R2R2R2R010101RRRRR5 5 5 5对于对于n位位T型电阻网络型电阻网络6 6 6 6二、主要技术指标二、主要技术指标 在设计在设计D/AD/A转换器与单片机接口之前,一般要根据转换器与单片机接口之前,一般要根
4、据D/AD/A转换器的转换器的技术指标选择技术指标选择D/AD/A转换器芯片。转换器芯片。如如VREF=10VVREF=10V,n=8n=8时,时,分辨率分辨率1.分辨率:分辨率:DAC能分辨的最小输出模拟增量,取能分辨的最小输出模拟增量,取决于决于DAC的位数的位数n。如如VREF=10VVREF=10V,n=16n=16时,分辨率时,分辨率7 7 7 72.建立时间建立时间(转换速度)转换速度)转换器输入变化为满度值时转换器输入变化为满度值时(全(全00全全1 1,或全,或全11全全0 0),),输出模拟量达到稳定所需要的输出模拟量达到稳定所需要的时间。时间。不含运放的不含运放的DACDA
5、C的建立时间,一般小于的建立时间,一般小于0.1S0.1S。含运放的集成含运放的集成DACDAC的建立时间,一般小于的建立时间,一般小于1.5S1.5S。超高速超高速 100 ns 100 ns较高速较高速 100 ns100 ns1 s1 s高高 速速 1 110 s10 s中中 速速 1010100 s100 s低低 速速 100 s100 s3.转换精度转换精度转换精度转换精度理论满度值实际满度值理论满度值实际满度值=1/2LSB8 8 8 84.线性度线性度 在全量程范围内,实际输出偏离理想转换特性的最大值。在全量程范围内,实际输出偏离理想转换特性的最大值。一般一般 1/2LSB。5.
6、其它指标其它指标电源电压、输出方式(电流、电压)、输出范围等等。电源电压、输出方式(电流、电压)、输出范围等等。选择选择DACDAC需考虑的需考虑的次要指标:输出方式、输出范围(次要指标:输出方式、输出范围(V VR R取值)。取值)。主要指标:分辨率、转换速度。主要指标:分辨率、转换速度。其它指标集成其它指标集成DACDAC一般都能满足。一般都能满足。9 9 9 9三、常用三、常用D/AD/A转换芯片转换芯片位位 数:数:8 8系列产品:系列产品:DAC0830、DAC0831、DAC0832管脚封装:管脚封装:2020脚双插直列式封装,同系列产品兼容。脚双插直列式封装,同系列产品兼容。生产
7、厂家:美国生产厂家:美国National SemiconductorNational Semiconductor公司公司特特 点:点:COMSCOMS工艺工艺 倒倒T T型电阻网络型电阻网络 内部有内部有2 2个数据寄存器个数据寄存器 直通、单缓冲、双缓冲直通、单缓冲、双缓冲三种工作方式三种工作方式基准电压:基准电压:10V10V10V 10V 电源电压:电源电压:5V5V15V15V输输 出:电流出:电流1.DAC08301.DAC0830系列系列101010102.DAC822.DAC82系列系列位位 数:数:8 8系列产品:系列产品:DAC82管脚封装:管脚封装:生产厂家:美国生产厂家:
8、美国B-B公司公司特特 点:点:片内带有基准电压和调节电阻。片内带有基准电压和调节电阻。能完全与微处理器兼容,无需外接器件能完全与微处理器兼容,无需外接器件 即可与单片机即可与单片机8 8位数据线相连。位数据线相连。电源电压:电源电压:15V15V输输 出:出:电压:单极性电压:单极性 0 0+10V+10V,双极性双极性10 V10 V 电流:电流:0 01.6mA,0.8 1.6mA,0.8 mAmA11 11 11 113.DAC1020/AD75203.DAC1020/AD7520系列系列系列产品:系列产品:DAC1020DAC1020、DAC1021DAC1021、DAC1022DA
9、C1022 AD7520 AD7520、D7530D7530、AD7533AD7533位位 数:数:1010电源电压:电源电压:5V5V15V15V管脚封装:管脚封装:1616脚双插直列式封装。脚双插直列式封装。生产厂家:生产厂家:DAC1020DAC1020美国美国National SemiconductorNational Semiconductor公司公司 AD7520AD7520美国美国Analog DevicesAnalog Devices公司公司建立时间:建立时间:500 ns500 ns 两系列完两系列完全兼容。全兼容。121212124.DAC1220/AD75214.DAC1
10、220/AD7521系列系列系列产品:系列产品:DAC1220 DAC1220、DAC1221DAC1221、DAC1222DAC1222 AD7521 AD7521、AD7531AD7531位位 数:数:1212电源电压:电源电压:5V5V15V15V管脚封装:管脚封装:1818脚双插直列式封装。脚双插直列式封装。生产厂家:生产厂家:DAC1220DAC1220美国美国National SemiconductorNational Semiconductor公司公司 AD7521AD7521美国美国Analog DevicesAnalog Devices公司公司建立时间:建立时间:500 ns
11、500 ns131313135.DAC1208 5.DAC1208 系列系列系列产品:系列产品:DAC1208 DAC1208、DAC1209DAC1209、DAC1210DAC1210等等。位位 数:数:1212电源电压:电源电压:5V5V15V15V数数 据据 线:线:1212根根管脚封装:管脚封装:2424脚双插直列式封装。脚双插直列式封装。生产厂家:美国生产厂家:美国National SemiconductorNational Semiconductor公司公司6.DAC1230 6.DAC1230 系列系列系列产品:系列产品:DAC1230DAC1230、DAC1231DAC1231
12、、DAC1232DAC1232等。等。位位 数:数:1212电源电压:电源电压:5V5V15V15V数数 据据 线:线:8 8根根管脚封装:管脚封装:2020脚双插直列式封装。脚双插直列式封装。生产厂家:美国生产厂家:美国National SemiconductorNational Semiconductor公司公司141414147.DAC708/7097.DAC708/709位位 数:数:1616电源电压:电源电压:15V15V输输 入:串行或并行。入:串行或并行。输输 出:出:电压或电流。电压或电流。生产厂家:美国生产厂家:美国B-BB-B公司公司特特 点:点:片内带有基准电压。片内带有
13、基准电压。片内带有电压输出放大器。片内带有电压输出放大器。具有双缓冲输入寄存器具有双缓冲输入寄存器 能完全与微处理器兼容。能完全与微处理器兼容。151515158.8.串行串行DACDAC(MAX517MAX517、518518、51985198)8 8位位DACDAC串行串行2 2线接口线接口满摆幅输出,满摆幅输出,多种参考电压多种参考电压低功耗低功耗主要特点:主要特点:16161616四、四、MCS51-MCS51-和和D/AD/A的接口的接口 D/AD/A转换器与单片机接口具有硬、软件相转换器与单片机接口具有硬、软件相依性。各种依性。各种D/AD/A转换器与单片机接口的方法有转换器与单片
14、机接口的方法有些差异,但就其基本连接方法,还是有共同些差异,但就其基本连接方法,还是有共同之处:都要考虑到之处:都要考虑到数据线数据线、地址线地址线和和控制线控制线的连接。的连接。1.1.概述概述17171717数据线连接数据线连接 当高于当高于8 8位的位的D/AD/A转换器与转换器与8 8位数据总线的位数据总线的MCS-51MCS-51单片机接口时,单片机接口时,MCS-51MCS-51单片机的数据必须分时输出,这时必须考虑数据分时传送单片机的数据必须分时输出,这时必须考虑数据分时传送的格式和输出电压的的格式和输出电压的“毛刺毛刺”问题。问题。“毛刺毛刺”可通过可通过D/AD/A转换芯片内
15、部或外部增加锁存器,达到两转换芯片内部或外部增加锁存器,达到两级缓冲,使被转换数据完整进入二级缓冲器,开始转换。级缓冲,使被转换数据完整进入二级缓冲器,开始转换。当当D/AD/A转换器内部没有输入锁存器时,必须在单片机与转换器内部没有输入锁存器时,必须在单片机与D/AD/A转换转换器之间增设锁存器或器之间增设锁存器或I/OI/O接口。最常用、也是最简单的连接是接口。最常用、也是最简单的连接是8 8位位带锁存器的带锁存器的D/AD/A转换器和转换器和8 8位单片机的接口,这时只要将单片机的位单片机的接口,这时只要将单片机的数据总线直接和数据总线直接和D/AD/A转换器的转换器的8 8位数据输入端
16、一一对应连接即可。位数据输入端一一对应连接即可。位数:位数:输入锁存输入锁存需考虑的两个问题:需考虑的两个问题:18181818 一般的一般的D/AD/A转换器只有转换器只有片选信号片选信号,而没有地址线。这时单片,而没有地址线。这时单片机的地址线采用全译码或部分译码,经译码器的输出控制片选机的地址线采用全译码或部分译码,经译码器的输出控制片选信号,也可由某一位信号,也可由某一位I/OI/O线来控制片选信号。线来控制片选信号。也有少数也有少数D/AD/A转换器有少量的地址线,用于选中片内转换器有少量的地址线,用于选中片内独立的独立的寄存器寄存器或或选择输出通道选择输出通道(对于多通道对于多通道
17、D/AD/A转换器转换器),这时单片机的,这时单片机的地址线与地址线与D/AD/A转换器的地址线对应连接。转换器的地址线对应连接。地址线连接地址线连接 D/AD/A转换器主要有转换器主要有片选信号片选信号、写信号写信号及及启动转换信号启动转换信号等,一等,一般由单片机的有关引脚或译码器提供。一般来说,写信号多由单般由单片机的有关引脚或译码器提供。一般来说,写信号多由单片机的片机的“WR”WR”信号控制;启动信号常为片选信号和写信号的合成。信号控制;启动信号常为片选信号和写信号的合成。控制线连接控制线连接191919192.MCS-512.MCS-51和和DAC0832DAC0832的连接的连接
18、转换原理:转换原理:倒倒T T型电阻网络型电阻网络DATADATA端:端:8 8个个,D7D7(MSBMSB)D0D0(LSBLSB)DI7DI0DI7DI0常和常和CPUCPU数据总线相连,用于输入数据总线相连,用于输入CPUCPU送来的待转送来的待转换数字量。换数字量。电流输出端:电流输出端:2 2个个(Io1,Io2)Io1,Io2)Io1+Io2=Io1+Io2=常数常数V VR R/R/R 输入全输入全1 1时,时,Io1Io1最大,最大,Io2Io2最小;反之则反。最小;反之则反。DAC0832DAC0832引脚引脚20202020电源端电源端:4 4个个(Vcc,Vref,AGN
19、D,DGNDVcc,Vref,AGND,DGND)uVCCVCC为电源输入线,可在为电源输入线,可在+5V+5V+15V+15V范围内;范围内;uVREFVREF为参考电压,一般在为参考电压,一般在-10V-10V+10V+10V范围内,由稳压电源提供;范围内,由稳压电源提供;uDGNDDGND为数字量地线;为数字量地线;uAGNDAGND为模拟量地线,通常两条地线接在一起。为模拟量地线,通常两条地线接在一起。反馈电阻反馈电阻:1 1个个,RfRfu常常接到运算放大器输出端。常常接到运算放大器输出端。控制端控制端:5 5个个(/(/CS,/WR1,/WR2,/XF,ILE)CS,/WR1,/W
20、R2,/XF,ILE)uCSCS为片选线,低有效。为片选线,低有效。uILEILE为允许数字量输入线,当它为高电平时为允许数字量输入线,当它为高电平时“8 8位输入寄存器位输入寄存器”允允许数字量输入。许数字量输入。uXFERXFER为传送控制输入线,低电平有效。为传送控制输入线,低电平有效。uWR1WR1和和WR2WR2为两条写命令输入线,低电平有效。为两条写命令输入线,低电平有效。DAC0832DAC0832引脚引脚(续)(续)21212121DAC0832DAC0832的的工作方式工作方式:数据锁存。:数据锁存。:数据直通。:数据直通。:数据锁存。:数据锁存。:数据直通。:数据直通。锁存
21、:锁存:寄存器输出不随输寄存器输出不随输 入变化。入变化。直通:直通:转换数据随输入变转换数据随输入变 化。化。222222228 8位倒位倒T T型电阻网络型电阻网络DADA转换原理转换原理输出:输出:I Io1o1I Io2o2R Rf f23232323直通工作方式:数据不作任何锁存;直通工作方式:数据不作任何锁存;单缓冲工作方式:数据被一个寄存器锁存;单缓冲工作方式:数据被一个寄存器锁存;双缓冲工作方式:两个寄存器都对数据进行锁存。双缓冲工作方式:两个寄存器都对数据进行锁存。直通工作方式直通工作方式24242424单缓冲工作方式单缓冲工作方式双缓冲工作方式双缓冲工作方式25252525
22、DAC0832DAC0832的输出的输出单极性反相电压输出单极性反相电压输出输出从输出从0 0正满度变化正满度变化(V(VR R0)0)0)1111111111111111 10000001100000011000000010000000 000000010000000100000000 00000000 模拟量模拟量数字量数字量DAC0832-+I I0101d d0 0d d1 1d dn-1n-1V VO OR RfbfbI I0202V VR R26262626偏偏移二进制码输入的双极性输出移二进制码输入的双极性输出1111111111111111 100000011000000110
23、000000100000000111111101111111 000000010000000100000000 00000000 数字量数字量输出输出0 0如如V VR R5V5VN NB B0 0:VoVo5V5VN NB B128128:VoVo0 0N NB B255255:VoVo0.99V0.99VR R=4.96V=4.96V27272727作控制放大器输出作控制放大器输出VinVo08320832内部已具备内部已具备放大倍数:放大倍数:DAC0832-+I I0101d d0 0d d1 1d dn-1n-1V VO OR RfbfbI I0202V VR R单极性反相电压输出单
24、极性反相电压输出28282828作控制放大器输出作控制放大器输出VoVinIout1IIRfbIout229292929图图88 单路单路DAC0832与单片机接口逻辑图与单片机接口逻辑图 08320832与与MCS-51MCS-51的连接的连接单极性输出(单缓冲工作方式)单极性输出(单缓冲工作方式)控制其它芯片控制其它芯片-5V-5V30303030DAC0832DAC0832的地址的地址:7H(P2.7=0)可取为:7FFFHMOV DPTR,#7FFFH ;端口地址送端口地址送DPTRMOV A,#DATA ;8位数字量送累加器位数字量送累加器MOVX DPTR,A ;向锁存器写入数字量
25、,同时启动转换向锁存器写入数字量,同时启动转换转换程序:转换程序:-5V-5V31313131单路单路DAC0832控制时序控制时序:数据锁存。:数据锁存。:数据直通。:数据直通。该时刻数据锁存该时刻数据锁存32323232产生电压锯齿波程序产生电压锯齿波程序 START:MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#00 LOOP:MOVX DPTR,A INC A MOV R0,#data ;data为延时常数为延时常数 DJNZ R0,$;延时,改变延时,改变data可改变锯齿波周期可改变锯齿波周期T值值 SJMP LOOPTVot设设V VREFREF=-5V=-5V,5V5V思考:思
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