單片機(jī)LESSON6AD及DA工作原理及應(yīng)用

1、第六講,D/A & A/D轉(zhuǎn)換器及其與單片機(jī)接口,D/A,6.1 D/A轉(zhuǎn)換器及其與單片機(jī)接口,6.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的原理及主要技術(shù)指標(biāo) 一、D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類 型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 ：,輸出電壓 的大小與數(shù)字量具有對應(yīng)的關(guān)系。,二、D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo),1、分辨率 分辨率是指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSB）發(fā)生變化時(shí)，所對應(yīng)的輸出模擬量（電壓或電流）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。 分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成FS / 。FS表示滿量程輸入值，n為二進(jìn)制位數(shù)。對于5V的滿量程，采用位的DAC時(shí)，分辨率為5V/25619.5mV；當(dāng)采用12位

2、的DAC時(shí)，分辨率則為5V/40961.22mV。顯然，位數(shù)越多分辨率就越高。,2、線性度 線性度（也稱非線性誤差）是實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。常以相對于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。如是指實(shí)際輸出值與理論值之差在滿刻度的以內(nèi)。,3、絕對精度和相對精度 絕對精度（簡稱精度）是指在整個(gè)刻度范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)碼所對應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最大誤差。絕對精度是由DAC的增益誤差（當(dāng)輸入數(shù)碼為全1時(shí)，實(shí)際輸出值與理想輸出值之差）、零點(diǎn)誤差（數(shù)碼輸入為全時(shí)，DAC的非零輸出值）、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對精度（即最大誤差）應(yīng)小于1個(gè)LSB。,相對精度與絕對精度表示同一含義，用最大

3、誤差相對于滿刻度的百分比表示。,4、建立時(shí)間 建立時(shí)間是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時(shí)，輸出模擬信號達(dá)到滿刻度值的1/2LSB所需的時(shí)間。是描述D/A轉(zhuǎn)換速率的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。 電流輸出型DAC的建立時(shí)間短。電壓輸出型DAC的建立時(shí)間主要決定于運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間。根據(jù)建立時(shí)間的長短，可以將DAC分成超高速（1S)、高速（101S）、中速（10010S）、低速（100S）幾檔。,應(yīng)當(dāng)注意，精度和分辨率具有一定的聯(lián)系，但概念不同。DAC的位數(shù)多時(shí)，分辨率會(huì)提高，對應(yīng)于影響精度的量化誤差會(huì)減小。但其它誤差（如溫度漂移、線性不良等）的影響仍會(huì)使DAC的精度變差。,6.1.2 DAC0832芯片及其與單

4、片機(jī)接口,DAC0832是使用非常普遍的位D/A轉(zhuǎn)換器，由于其片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機(jī)接口。DAC0832以電流形式輸出，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時(shí)，可外接運(yùn)算放大器。屬于該系列的芯片還有DAC0830、DAC0831，它們可以相互代換。DAC0832主要特性：,分辨率位； 電流建立時(shí)間S； 數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式； 輸出電流線性度可在滿量程下調(diào)節(jié)； 邏輯電平輸入與TTL電平兼容； 單一電源供電（5V15V）； 低功耗，20m。,一、DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳,二、DAC0832與80C51單片機(jī)的接口 、單緩沖工作方式 此方式適用于只有一路模擬量輸出，或有幾路模

5、擬量輸出但并不要求同步的系統(tǒng)。,雙極性模擬輸出電壓 ：,雙極性輸出時(shí)的分辨率比單極性輸出時(shí)降低1/2，這是由于對雙極性輸出而言，最高位作為符號位，只有7位數(shù)值位。,2、雙緩沖工作方式 多路D/A轉(zhuǎn)換輸出，如果要求同步進(jìn)行，就應(yīng)該采用雙緩沖器同步方式 。,3、直通工作方式 當(dāng)DAC0832芯片的片選信號、寫信號、及傳送控制信號的引腳全部接地，允許輸入鎖存信號ILE引腳接5V時(shí)，DAC0832芯片就處于直通工作方式，數(shù)字量一旦輸入，就直接進(jìn)入DAC寄存器，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。,http:/www.A,6.2 /轉(zhuǎn)換器及其與單片機(jī)接口6.2.1 轉(zhuǎn)換器的原理及主要技術(shù)指標(biāo),一、逐次逼近式ADC的轉(zhuǎn)換原理

6、,二、雙積分式ADC的轉(zhuǎn)換原理,三、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo),1、分辨率 ADC的分辨率是指使輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。常用二進(jìn)制的位數(shù)表示。例如12位ADC的分辨率就是12位，或者說分辨率為滿刻度FS的1/ 。一個(gè)10V滿刻度的12位ADC能分辨輸入電壓變化最小值是10V1/ =2.4mV。,2、量化誤差 ADC把模擬量變?yōu)閿?shù)字量，用數(shù)字量近似表示模擬量，這個(gè)過程稱為量化。量化誤差是ADC的有限位數(shù)對模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。實(shí)際上，要準(zhǔn)確表示模擬量，ADC的位數(shù)需很大甚至無窮大。一個(gè)分辨率有限的ADC的階梯狀轉(zhuǎn)換特性曲線與具有無限分辨率的ADC轉(zhuǎn)換特性曲線（直線）之間的最大偏差即是量化誤差。,3、偏移誤差 偏移誤差是指輸入信號為零時(shí)，輸出信號不為零的值，所以有時(shí)又稱為零值誤差。假定ADC沒有非線性誤差，則其轉(zhuǎn)換特性曲線各階梯中點(diǎn)的連線必定是直線，這條直線與橫軸相交點(diǎn)所對應(yīng)的輸入電壓值就是偏移誤差。,、滿刻度誤差 滿刻度誤差又稱為增益誤差。ADC的滿刻度誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓之差。,5、線性度 線性度有時(shí)又稱為非線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。,6、絕對精度 在一個(gè)轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對應(yīng)的實(shí)際模擬量輸入與理論模擬輸入之差的最大值，稱為絕對精度。對于