微处理器C51-8AD及DA工作原理及应用

D1
D0
当有n位电阻网络时，VO=VREF/2n×D 输出电压 的大小与数字量具有对应的关系。 特点：电路结构简单，电阻只有两种，容易实现。 b.加权电阻网络 如图 VO=-IR =-1/8 ×(23V1+22V2+21V3+20V4) 其中V1、V2、V3和V4分别为数字 数据的数字位的电压。 特点： 电路简单，但制作不容易，电阻 种类多，差异大。 容易造
1.并行式ADC的转换原理 这种模/数转换器是以多个比较器并 行处理，又称比较器型模/数转换。 这种模/数转换以数个比较器同时检 测输入的模拟信号，然后予以编码产生 数字信号。如图所示。 其特性： 转换速度快。 需要的电路复杂，n位并行模/数转 换需要2n个精密电阻，2n-1个比较器以 及n位优先编码器。
DAC0832芯片
DAC0832是使用非常普遍的８位D/A转换器，由于其片内有输入数 据寄存器，故可以直接与单片机接口。DAC0832以电流形式输出，当 需要转换为电压输出时，可外接运算放大器。属于该系列的芯片还 有DAC0830、DAC0831，它们可以相互代换。DAC0832主要特性： 分辨率８位； 电流建立时间１μ S； 数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式； 输出电流线性度可在满量程下调节； 逻辑电平输入与TTL电平兼容； 单一电源供电（＋5V～＋15V）； 低功耗，20mＷ。
当ADC0804的/CS与/WR为低电平时，ADC0804内部开始转换，转换 期间，/INTR为高电平。当0804内部转换完毕，/INTR变成低电平，这时 若/RD为低电平，则转换结果将随/INTR转为高电平时放至数据总线 （DB0-DB7），以供微处理器读取。
5.8051与ADC0804的连接 若ADC0804采用连续转换方式，直接将DB0-DB7连接8051的任意一个P 口即可。 若采用交互式控制，除了数据线，需将其START及IRQ连接8051P口中 的任一位。 如果将0804作为8051的外部存储器，则需将0804的/WR、/RD、/INTR 信号分别和8051的/WR、/RD和INTx相连，而DB0-DB7与P0口相连。 要进行AD转换操作时，若使用汇编语言，可通过专用的外部存储器存 取指令： MOVX @DPTR,A和 MOVX A,@DPTR 若使用C51程序，则需将某个变量声明为xdata存储器形式，采用如下 的程序代码： unsigned char xdata adc; …… adc=0xff;//start adc …… result=adc;//read adc data
c.偏移误差 偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称 为零值误差。假定ADC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。 d.满刻度误差 满刻度误差又称为增益误差。ADC的满刻度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。
2.逐次逼近式ADC的转换原理 successive approximation ADC的转换电路如图。 首先N位寄存器最高位置1，经D/A转换器输出VN，与输入电压Vin比 较，如果VN < Vin，则高位置1不变，否则高位复0；继续，直到N位寄 存器的每一位确定为止。其特性：转换速度慢。
3.双积分式ADC的转换原理 它采用定电流积分器，先用输入的模拟信号来充电，然后用固定的 参考电压放电，放电期间用计数器计数，放电完毕，计数停止，计数 结果就是所要输出的数字信号。其特点： 转换速度慢。 精度高，稳定性好。 抗噪声好。
e.线性度 线性度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。 f.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入与理论模拟输入 之差的最大值，称为绝对精度。对于ADC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。 g.转换速率 ADC的转换速率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A/D转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。
4.A/D转换器的主要技术指标 a.分辨率 ADC的分辨率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。常用二进制的位数表示。例如12位ADC的分辨率就是12位， 或者说分辨率为满刻度FS的1/ 。一个10V满刻度的12位ADC能分辨 输入电压变化最小值是10V×1/ =2.4mV。 b.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。实际 上，要准确表示模拟量，ADC的位数需很大甚至无穷大。一个分辨率有限 的ADC的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的ADC转换特性曲线 （直线）之间的最大偏差即是量化误差。
c.绝对精度和相对精度 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值之间的最大误差。绝对精度是由DAC的增益 误差（当输入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差 （数码输入为全０时，DAC的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起 的。绝对精度（即最大误差）应小于1个LSB。 相对精度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。 d.建立时间 建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时，输出模拟信号达到满刻 度值的±1/2LSB所需的时间。是描述D/A转换速率的一个动态指标。 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（10～1μS）、中速（100～10μS）、低速 （≥100μS）几档。 应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概念不同。DAC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（如温度漂移、线性不良等）的影响仍会使DAC的精度变差。
3、操作方式 如图为DAC-08的基本电路， 若VREF=5V，IREF=5KΩ RO=5KΩ，则 VO=D/256×5V 如果输出直接接电阻，由于 输出阻抗高，容易造成负载效 应，其输出端一般接运放。 第一个电路中，其转换结果 没有/VO，若要有VO和/VO对 称性输出，则采用第二个电路。
4、8051与DAC-08的连接 如图为DAC-08与8051的简单连接。
b.交互式控制 如图,/CS接地，/WR和/RD接 微处理器的输出，此信号为 START或SOC（start of convert），微处理器通过输出 口向此输出一个低电平， ADC0804即可进行模/数转换。
转换完成后，则由/INTR输出一 个低电平脉冲，此信号称为IRQ， 微处理器可以通过查询此信号或 由此信号引起中断进行转换数据 读取。ADC0804的操作时序如 图所示。
DAC芯片
这里以DAC-08系列和DAC0832为例。 DAC-08系列 1、特性 电流型R-2R电阻网络的DA转换器。 8位，转换时间300ns。 电源可采用±15V双电源或+5V到+15V。 2、引脚 VLC：临界电压控制输入引脚，其功能是设置数字信号电平，接地即可。 /IOUT：互补模拟电流输出引脚，/IOUT=IFS-IOUT，其中的IOUT为模拟输出电 流，IFS为满刻度电流（约0.2-4mA） IFS=VREF/RREF×255/256 VEE：负电源引脚，其电压范围-4.5到-18V IOUT：模拟电流输出引脚 IOUT=(2n-1Dn-1+……+20D0)/2n×IREF ; IREF=VREF/RREF A1-A8：数字输入，A1为最高位MSB，A8为最低位LSB Vcc：电源+ VREF+：正参考电压 VREF-：负参考电压 COPM：补偿引脚，外接补偿电容，避免高频振荡。
I VREF
I7 I7 R I6 2R 1 0 I6 R I5 2R 1 0 I5 R I4 2R 1 0 I4 R I3 2R 1 0 I3 R I2 2R 1 0 I2 R I1 2R 1 0 I1 R I0 2R 1 0 I0
2R 1 Rfb IO1 IO2
2R
0
+
VO
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D/A & A/D转换器及其与单片机接口
ADC转换原理及主要技术指标 ADC芯片 DAC转换原理及主要技术指标 DAC芯片 内含ADC的8051芯片 温度传感器 实例
模拟信号是一种连续的信号，自然界中的种种现象（如温度、湿度、光 线、高度等）都属于这类信号。 数字信号则是一种0和1组成的非连续的信号，通常有TTL与CMOS两种 电平。 人类直接感受的是模拟信号，但模拟信号不易存储、处理与传输，且容 易失真；而数字信号比较容易存储与处理，传输中叶不易失真，成为目前信 号处理的主流。 因此，以传感器测得的模拟信号，经模数转换器（ADC）将它转换成数 字信号，这样可进行较高效率的处理、存储或传输。当处理完成后，再经数 模转换器（DAC）将它转换成模拟信号，以驱动控制器件（如电热器、电磁 阀和电机等）
1、DAC0832内部结构及引脚
DI7～DI0
VREF
输入 锁存器 DAC 寄存器 D/A 转换器
ADC转换器
模/数转换器种类很多，而ADC080X系列是教学中最常用的，特别是 ADC0804与8X51完全兼容。 1.ADC0804特性： CMOS的逐步逼近式AD转换器。 具有8位，转换时间100微秒。 采用差动式模拟电压输入、三态式数字输出。 模拟输入电压范围0-5V。 2.引脚： /CS：片选，接低电平时芯片选中；否则输出数 据DB0-BD7呈高阻。 /RD：数据读取 /WR：开始转换 /INTR：完成转换 CLK IN:时钟脉冲输入，接100-1460KHz时钟脉冲。结合CLK R引脚，外接 外加的电阻和电容，由内部电路自动产生时钟脉冲，其频率为： f=1/(1.1RC)
CLK R:时钟脉冲输出，可接电阻以产生时钟脉冲。 Vref/2：参考电压输入，其电压值为最大输入模拟电压值得一半。 Vin+：模拟电压输入的正端。 Vin-：模拟电压输入的负端。 VCC：电源正。 DGND：数字信号地。 AGND：模拟信号地。 DB0-DB7：数字输出引脚，三态输出。 3.电压校准 ADC0804的模拟电压输入至Vin+和Vin-， 若要调整输入电压的输入水平，可利用一个 运放进行电压水平调整，如图。 4.操作方式 a.连续转换 如图所示，/CS与/RD引脚连接到地， /INTR与/WR连接，这样，微处理器就 可以随时读取这个数据总线上的数据。