單片機(jī)應(yīng)用課件六

第十一章ADC與DAC的應(yīng)用廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-------單片機(jī)應(yīng)用智能電子教研室張永亮一.AD轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換器用以實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。按轉(zhuǎn)換原理可分為4種:并行式、計(jì)數(shù)式、逐次逼近式、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種速度較快,精度較高的轉(zhuǎn)換器,其轉(zhuǎn)換時(shí)間大約在幾微秒到幾百微秒之間。1.A/D轉(zhuǎn)換器接口(1)并行式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換速度快。所需要的電路較復(fù)雜，以n個(gè)位的并行式模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換為例，則需要2n個(gè)精密電阻器、2n-1個(gè)比較器，以及一個(gè)n位的優(yōu)先編碼器。(2)逐步逼近式模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換n位的逐步逼近式模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為n個(gè)時(shí)鐘脈波，其轉(zhuǎn)換速度僅次于并行式模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。電路較并行式模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的電路簡(jiǎn)單。(3)連續(xù)計(jì)數(shù)式模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換速度依輸入模擬電壓而不同，模擬電壓越高所需轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。電路較并行式模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的電路簡(jiǎn)單。(4)雙斜率式模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換速度最慢。精密度高，穩(wěn)定性佳。噪聲免疫力良好。2.A/D轉(zhuǎn)換器基本知識(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率 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1/212*Uref，一個(gè)10V滿刻度的12位ADC能分辨,輸入電壓變化最小是:10V×1/212=2.4mV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(guò)程稱為量化。量化誤差是ADC的有限位數(shù)對(duì)模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。2.A/D轉(zhuǎn)換器基本知識(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)偏移誤差

指輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)不為零的值，所以有時(shí)又稱為零值誤差。滿刻度誤差 滿刻度誤差又稱為增益誤差。指滿刻度輸出數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓之差。線性度 線性度有時(shí)又稱為非線性度，指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。2.A/D轉(zhuǎn)換器基本知識(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)絕對(duì)精度 在一個(gè)轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對(duì)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(duì)精度。對(duì)于ADC而言，可以在每一個(gè)階梯的水平中點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，它包括了所有的誤差。轉(zhuǎn)換速率 指ADC能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間（包括穩(wěn)定時(shí)間），則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。3.ADC0804芯片介紹

CMOS的逐步逼近式AD轉(zhuǎn)換器。具有8位分辨力，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100微秒，而最大誤差為1個(gè)LSB值(最小電壓刻度)。采用差動(dòng)式模擬電壓輸入，三態(tài)式數(shù)字輸出。模擬輸入電壓范圍為0到5V(千萬(wàn)不要輸入過(guò)高電壓，一下子就燒毀)。

引腳圖

ADC0804時(shí)鐘脈沖電路3.ADC0804芯片介紹ADC0804的連續(xù)轉(zhuǎn)換電路3.ADC0804芯片介紹ADC0804的交互式控制電路3.ADC0804芯片介紹

ADC0804的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)序圖3.ADC0804芯片介紹

ADC0804的轉(zhuǎn)換時(shí)序圖3.ADC0804芯片介紹

交互信號(hào)3.ADC0804芯片介紹ADC0804與8051連接3.ADC0804芯片介紹

電壓測(cè)量實(shí)驗(yàn)4.ADC0804芯片使用-電壓測(cè)量電壓測(cè)量電路

4.ADC0804芯片使用-電壓測(cè)量流程圖

4.ADC0804芯片使用-電壓測(cè)量溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)

4.ADC0804芯片使用-溫度測(cè)量AD590的外觀、底部引腳圖與符號(hào)

4.ADC0804芯片使用-溫度測(cè)量AD590的特性

輸出電流與開氏溫度成正比，開氏溫度0度時(shí)輸出0A，開氏溫度每上升1度電流增加1微安，而開氏溫度與攝氏溫度的關(guān)系為開氏溫度等于攝氏溫度加上273。換言之，攝氏溫度每上升1度AD590電流增加1微安。

有效溫度感測(cè)范圍為-55℃到150℃?？刹捎玫碾娫捶秶鸀?V到30V。4.ADC0804芯片使用-溫度測(cè)量AD590接口

輸出電壓減去2.732V電路圖4.ADC0804芯片使用-溫度測(cè)量AD590與ADC0804的接口電路

4.ADC0804芯片使用-溫度測(cè)量加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)

1.D/A轉(zhuǎn)換器基本知識(shí)二.DA轉(zhuǎn)換bit3bit2bit1bit0VObit3bit2bit1bit0VO000001000-50001-0.6251001-5.6250010-1.251010-6.250011-1.8751011-6.8750100-2.51100-7.50101-3.1251101-8.1250110-3.751110-8.750111-4.3751111-9.375電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不容易制作，因?yàn)槠渲兴褂玫碾娮柚担N類太多，差異過(guò)大。在IC的內(nèi)部電路里，很難做出這樣的電路。由于最大與最小的電阻差異太大，非常容易造成誤差，以8位的轉(zhuǎn)換電路為例，其中最大電阻為最小電阻的256倍，若電阻的誤差為1%，則最大電阻的誤差值就比最小電阻或次小電阻還大了！所以，很難達(dá)到較高的精確度。1.D/A轉(zhuǎn)換器基本知識(shí)Ｔ型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理1.D/A轉(zhuǎn)換器基本知識(shí)D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率 指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSB）發(fā)生變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出模擬量（常為電壓）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/2n。FS表示滿量程輸入值，n為二進(jìn)制位數(shù)。

例：對(duì)于5V的滿量程，采用８位的DAC時(shí)，分辨率為5V/256＝19.5mV；當(dāng)采用12位的DAC時(shí)，分辨率則為5V/4096＝1.22mV。（位數(shù)越多分辨率就越高）線性度（非線性誤差） 線性度是實(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(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。如±１％是指實(shí)際輸出值與理論值之差在滿刻度的±１％以內(nèi)。

1.D/A轉(zhuǎn)換器基本知識(shí)D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)絕對(duì)精度和相對(duì)精度 絕對(duì)精度（簡(jiǎn)稱精度）是指在整個(gè)刻度范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最大誤差。 相對(duì)精度與絕對(duì)精度表示同一含義，用最大誤差相對(duì)于滿刻度百分比表示。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(hào)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(zhǎng)短，可以將DAC分成超高速（＜1μS)、高速（10～1μS）、中速（100～10μS）、低速（≥100μS）等幾類。具有兩級(jí)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位單片D/A轉(zhuǎn)換器，它能直接與單片機(jī)89C52相連接，采用二次緩沖方式，可以在輸出的同時(shí)，采集下一個(gè)數(shù)據(jù)，從而提高轉(zhuǎn)換速度，能夠在多個(gè)轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作時(shí)，實(shí)現(xiàn)多通道D/A的同步轉(zhuǎn)換輸出。2.DAC0832結(jié)構(gòu)原理(1)DAC0832的特性分辨率為8位。只需在滿量程下調(diào)整其線性度?？膳c所有的單片機(jī)或微處理器直接接口。電流穩(wěn)定時(shí)間為1μs?？呻p緩沖、單緩沖或直通數(shù)據(jù)輸入。功耗低，約為200mW。邏輯電平輸入與TTL兼容。單電源供電（+5V～+15V）。

DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示，由8位鎖存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。2.DAC0832結(jié)構(gòu)原理（2）DAC0832的引腳及邏輯結(jié)構(gòu)D0～D7：數(shù)字量數(shù)據(jù)輸入線。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)，高電平有效。CS：輸入寄存器選擇信號(hào)，低電平有效。WR1：輸入寄存器的“寫”選通信號(hào)，低電平有效。WR2：DAC寄存器的“寫”選通信號(hào)，低電平有效。XFER：數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，低電平有效。VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線。RFB：反饋信號(hào)輸入線，片內(nèi)已有反饋電阻。IOUT1和IOUT2：電流輸出線。IOUT1與IOUT2的和為常數(shù)，DAC寄存器的內(nèi)容線性變化。一般在單極性輸出時(shí)，IOUT2接地。VCC：工作電源。DGND：數(shù)字地。AGND：模擬信號(hào)地。2.DAC0832結(jié)構(gòu)原理(3)DAC0832各引腳的功能3.DAC0832與單片機(jī)的接口 將ILE接+5V，寄存器選擇信號(hào)及數(shù)據(jù)傳送信號(hào)都與地址選擇線相連（圖中為P2.7），兩級(jí)寄存器的寫信號(hào)都由89C52的WR端控制。當(dāng)?shù)刂肪€選通DAC0832后，只要輸出控制信號(hào)，DAC0832就能一步完成數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出。 階梯波是在一定的時(shí)間內(nèi)每隔一段時(shí)間輸出的幅值遞增一個(gè)恒定值。如圖所示，每隔1ms輸出增長(zhǎng)一個(gè)定值，經(jīng)10ms后循環(huán)。用DAC0832的單緩沖方式就可以實(shí)現(xiàn)這樣的波形。4.DAC0832應(yīng)用—階梯波的產(chǎn)生AD轉(zhuǎn)換-溫度測(cè)量工學(xué)結(jié)合任務(wù)八：廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-------單片機(jī)應(yīng)用目的和意義1．掌握AD轉(zhuǎn)換器的基本工作原理。2.掌握單片機(jī)與AD0804的接口方式，電路連接設(shè)置。2．掌握C51編寫AD轉(zhuǎn)換程序。4．掌握PROTEUS仿真，燒寫器的使用，硬件電路設(shè)計(jì)、焊接、裝配，培養(yǎng)學(xué)生利用單片機(jī)技術(shù)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題的能力。一、任務(wù)描述1、設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)溫度測(cè)量?jī)x器，采用AD0804進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。2、具體要求：實(shí)時(shí)測(cè)量,并采用LCD顯示。3、利用KeilC軟件編寫主函數(shù)、AD轉(zhuǎn)換，顯示，定時(shí)器中斷等C程序代碼。二、任務(wù)分析

1、任務(wù)所需硬件知識(shí)

單片機(jī)最小系統(tǒng)（晶振，復(fù)位電路），數(shù)碼管顯示，串行接口電路2、任務(wù)所需軟件知識(shí)

單片機(jī)C語(yǔ)言數(shù)據(jù)類型，結(jié)構(gòu)，串口通信、顯示等程序設(shè)計(jì)3、任務(wù)所需環(huán)境 安裝操作系統(tǒng)的微機(jī)1臺(tái)、單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境keilC2.0、軟 硬件開發(fā)平臺(tái)proteus6.9、單片機(jī)下載軟件STC_ISP_V3.3、 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板、下載線。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程—理實(shí)一體化模式提出項(xiàng)目和任務(wù)學(xué)生思考老師指點(diǎn)規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容程序設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃二、任務(wù)分析要求會(huì)使用KeilC開發(fā)環(huán)境要求文件夾命名規(guī)范要求工程項(xiàng)目命名規(guī)范要求文件名命名規(guī)范要求程序是否功能齊全要求仿真軟件達(dá)到設(shè)計(jì)要求要求硬件電路滿足設(shè)計(jì)要求要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)文檔充分二、任務(wù)分析程序設(shè)計(jì)要求1、進(jìn)行功能分析，工作框架搭建，工作分工。2、使用軟硬件開發(fā)平臺(tái)proteus7.4進(jìn)行電路仿真。設(shè)計(jì)要點(diǎn)：新建電路圖設(shè)計(jì)文件，查找元器件，放置元器件，布局布線，修改元器件屬性，進(jìn)行仿真單片機(jī)程序。3、使用單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境keilC2.0。要點(diǎn)：C程序構(gòu)成，關(guān)鍵詞，運(yùn)算符與表達(dá)式，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句。4、使用單片機(jī)下載軟件STC_ISP_V3.3，通過(guò)串口或USB將單片機(jī)程序下載到單片機(jī)芯片中進(jìn)行調(diào)試。5、完善單片機(jī)產(chǎn)品硬件電路，進(jìn)行合適的電容、電阻、芯片、傳感器、顯示器件等進(jìn)行焊接，通電運(yùn)行后觀察硬件電路是否滿足要求。6、完成實(shí)驗(yàn)文檔編寫，包括：題目、作者、摘要、關(guān)鍵詞，緒論，硬件電路，軟件流程、代碼，數(shù)據(jù)分析。任務(wù)實(shí)施步驟四、任務(wù)設(shè)計(jì)1）驅(qū)動(dòng)硬件分析１.此電路核心件是MCS-51單片機(jī)（AT89C51）。

2.包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。

3.AD轉(zhuǎn)換及數(shù)碼管或液晶驅(qū)動(dòng)電路。四、任務(wù)設(shè)計(jì)1、單片機(jī)溫度測(cè)量硬件電路參考原理圖2）仿真電路圖檢查的標(biāo)準(zhǔn)要求五、檢查反饋序號(hào)質(zhì)量報(bào)告內(nèi)容分?jǐn)?shù)存在問(wèn)題得分1檢查文件夾命名是否規(guī)范52檢查工程項(xiàng)目命名是否規(guī)范53檢查文件名命名是否規(guī)范54檢查程序是否功能齊全355檢查仿真電路元件型號(hào)是否正確、齊全56檢查仿真軟件仿真結(jié)果是否達(dá)標(biāo)157檢查硬件電路是否滿足設(shè)計(jì)要求108檢查產(chǎn)品設(shè)計(jì)文檔是否完整、簡(jiǎn)潔209元件損壞-20,設(shè)備損壞-30，人受傷-100。10總分1、交流展示指導(dǎo)學(xué)生對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行展示，互相交流。2、檢測(cè)反饋指導(dǎo)學(xué)生對(duì)他人產(chǎn)品檢測(cè)，提出反饋意見(jiàn)。3、學(xué)生評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)他人產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以及分?jǐn)?shù)。4、教師評(píng)價(jià)根據(jù)教師點(diǎn)評(píng)進(jìn)行分組討論，并對(duì)自己的項(xiàng)目進(jìn)行修改、完善。五、檢查反饋多波形信號(hào)發(fā)生器工學(xué)結(jié)合任務(wù)九：廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-------單片機(jī)應(yīng)用目的和意義1．掌握DA轉(zhuǎn)換器的基本工作原理。2.掌握單片機(jī)與DAC0832的接口方式，電路連接設(shè)置。2．掌握C51編寫DA轉(zhuǎn)換程序。4．掌握PROTEUS仿真，燒寫器的使用，硬件電路設(shè)計(jì)、焊接、裝配，培養(yǎng)學(xué)生利用單片機(jī)技術(shù)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題的能力。一、任務(wù)描述1、設(shè)計(jì)一個(gè)多波形信號(hào)發(fā)生器，采用DAC0832進(jìn)行輸出。2、具體要求：可產(chǎn)生正弦波,方波,三角波。3、利用KeilC軟件編寫主函數(shù)、DA轉(zhuǎn)換，定時(shí)器中斷等C程序代碼。二、任務(wù)分析

1、任務(wù)所需硬件知識(shí)

單片機(jī)最小系統(tǒng)（晶振，復(fù)位電路），數(shù)碼管顯示，串行接口電路2、任務(wù)所需軟件知識(shí)

單片機(jī)C語(yǔ)言數(shù)據(jù)類型，結(jié)構(gòu)，串口通信、顯示等程序設(shè)計(jì)3、任務(wù)所需環(huán)境 安裝操作系統(tǒng)的微機(jī)1臺(tái)、單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境keilC2.0、軟 硬件開發(fā)平臺(tái)proteus6.9、單片機(jī)下載軟件STC_ISP_V3.3、 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板、下載線。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程—理實(shí)一體化模式提出項(xiàng)目和任務(wù)學(xué)生思考老師指點(diǎn)規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容程序設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃二、任務(wù)分析要求會(huì)使用KeilC開發(fā)環(huán)境要求文件夾命名規(guī)范要求工程項(xiàng)目命名規(guī)范要求文件名命名規(guī)范要求程序是否功能齊全要求仿真軟件達(dá)到設(shè)計(jì)要求要求硬件電路滿足設(shè)計(jì)要求要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)文檔充分二、任務(wù)分析程序設(shè)計(jì)要求1、進(jìn)行功能分析，工作框架搭建，工作分工。2、使用軟硬件開發(fā)平臺(tái)proteus7.4進(jìn)行電路仿真。設(shè)計(jì)要點(diǎn)：新建電路圖設(shè)計(jì)文件，查找元器件，放置元器件，布局布線，修改元器件屬性，進(jìn)行仿真單片機(jī)程序。3、使用單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境