第8章80C51的测控接口 8.1D/A转换器及其与单片机接口 8.2AD转换器及其与单片机接口 8.3开关量接口
1 第8章 80C51的测控接口 8.1 D/A转换器及其与单片机接口 8.2 A/D转换器及其与单片机接口 8.3 开关量接口
81D/A转换器及其与单片机接口 8.1.1DA转换器的原理及主要技术指标 一、DA转换器的基本原理及分类 T型电阻网络D/A转换器: I3 VR R R R R R R I2 2R 2R 2R 2R 2R Rtb D6 D4 D3 D2 DI
2 8.1 D/A转换器及其与单片机接口 8.1.1 D/A转换器的原理及主要技术指标 一、D/A转换器的基本原理及分类 Ｔ型电阻网络D/A转换器 ： 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 2R D7 R 2R 2R 2R 2R 2R 2R 2R 2R R R R I7 I I7 - + VREF I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 Rfb IO1 IO2 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VO R R R
I= VREF/R. I7=I21、I6=I2、I5=I23、I4=I24、I3=I25、I2=I26、I1=I27、I0=I28 当输入数据D7~D0为1113时,有: Io1=I7+16+5+14+13+12+I1+10=(T28)×(27+26+25+24+23+2+21+20) Io2=0 若Rb=R,则 Vo=-Io1×Rfb Io1×R (( VREF/R)/28)×(27+26+25+24+23+2+21+20)×R (VREF/28)×(27+26+25+24+23+22+21+20) 输出电压的大小与数字量具有对应的关系
3 输出电压 的大小与数字量具有对应的关系
二、D/A转换器的主要性能指标 1、分辨率 分辨率是指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(常为电压)的变化量。它反 映了输出模拟量的最小变化值。 分辨率与输入数字量的位数有确定的关系,可以表示成 Fs2。FS表示满量程输入值,n为二进制位数。对于 5V的满量程,采用8位的DAC时,分辨率为5V256= 195mV;当采用12位的DAc时,分辨率则为5V4096= 1.22mV。显然,位数越多分辨率就越高。 2、线性度 线性度(也称非线性误差)是实际转换特性曲线与理想 直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数 表示。如±1%是指实际输出值与理论值之差在满刻度 的±1%以内
4 二、D/A转换器的主要性能指标 1、分辨率 分辨率是指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（常为电压）的变化量。它反 映了输出模拟量的最小变化值。 分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成 FS / 。FS表示满量程输入值，n为二进制位数。对于 5V的满量程，采用８位的DAC时，分辨率为5V/256＝ 19.5mV；当采用12位的DAC时，分辨率则为5V/4096＝ 1.22mV。显然，位数越多分辨率就越高。 2、线性度 线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想 直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数 表示。如±１％是指实际输出值与理论值之差在满刻度 的±１％以内。 2 n
3、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 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
5 3、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
4、建立时间 建立 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士12LSB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(<1S)高速(10~1pS)、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。但其官误差(如 温度漂移、线性不良等)的影响仍会便DAC的精 度变差
6 4、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
8.1.2DAc0832芯片及其与单片机接口 DAc0832是使用非常普遍的8位DA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1pS; 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
7 8.1.2 DAC0832芯片及其与单片机接口 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１μS； ◼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
DAc0832内部结构及引脚 VrEF DIDIO 输入 DAC D/A LOUT 锁存器 寄存器 转换器 LOUT ILE LEI LEZ & Rfb AGND WRI WR2 XFER
8 一、DAC0832内部结构及引脚 输入 锁存器 DAC 寄存器 D/A 转换器 DI7～DI0 ILE CS WR1 WR2 XFER VREF IOUT2 IOUT1 Rfb AGND VCC & & & LE1 LE2
(1)CS:片选信号,输入低电平有效。与LE相配合,可对写信号WR1是否有效起到 控制作用 (2)LE:允许锁存信号,输入高电平有效。输入锁存器的信号LE1由LE、CS、WR1 的逻辑组合产生。当LE为高电平,CS为低电平,WR1输入负脉冲时,IEl信号为正脉冲。IE 为高电平时,输入锁存器的状态随着数据输入线的状态变化,IEl的负跳变将数据线上的信息 锁入输入锁存器。 (3)WR1:写信号1,输入低电平有效。当WR1、CS、LE 均为有效时,可将数据写入输入锁存器 (4)WR2:写信号2,输入低电平有效。当其有效时,在传送控制信号ⅹFER的作用下, 可将锁存在输入锁存器的8位数据送到DAC寄存器。 (5)XFER:数据传送控制信号,输入低电平有效。当ⅹFER为低电平,WR2输入负脉 冲时,则在LE2产生正脉冲。LE2为高电平时,DAC寄存器的输出和输入锁存器状态一致,LE2 的负跳变将输入锁存器的内容锁入DAC寄存器。 (6)VREF:基准电压输入端,可在一10ⅴ~+10ⅴ范围内调节 (7)DI7~DI0:数字量数据输入端。 (8)IouT、Iour2:电流输出引脚。电流Ioun与Ioun的和为常数,Iour、IoUr随寄 存器的内容线性变化 (9)R:DAC0832芯片内部反馈电阻引脚
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二、DAc0832与80c51单片机的接口 1、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 不要求同步的系统。 +5V P2.7 ILE lk 80C51 XFER C DI0∞○Rfb IMQ PO DI7 VO LouT WR lOUT DGND 10
10 二、DAC0832与80C51单片机的接口 １、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 不要求同步的系统。 80C51 P2.7 P0 WR CS XFER WR1 WR2 ILE VCC +5V - + Rfb VO DAC0832 IOUT1 IOUT2 1kΩ DI0 1MΩ DI7 VSS DGND