《單片機(jī)應(yīng)用與設(shè)計》課件項目四

項目四單片機(jī)的A/D和D/A電路

4.1單片機(jī)的A/D電路4.2常用ADC簡介4.3單片機(jī)的D/A電路4.4常用DAC簡介制作指南4A/D和D/A電路制作指南本章知識總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解A/D、D/A的基本概念和主要參數(shù)；

掌握ADC0804、DAC0832的功能及應(yīng)用；

掌握ADC0804、DAC0832與單片機(jī)之間的硬件電路的連接和程序編寫；

掌握查看芯片數(shù)據(jù)手冊的方法；

熟練掌握ADC0804、DAC0832的典型應(yīng)用方法。

能力目標(biāo)

能夠根據(jù)實(shí)際需求，選擇相應(yīng)的AD、DA芯片，并能根據(jù)相關(guān)資料，設(shè)計出與單片機(jī)連接的電路；掌握用單片機(jī)控制AD、DA芯片的控制方法。

4.1單片機(jī)的A/D電路

單片機(jī)本身只能處理數(shù)字信號，但在實(shí)際應(yīng)用中，很多情況下都需要對模擬信號進(jìn)行處理，如果想要測量模擬信號，則需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再送單片機(jī)進(jìn)行處理，這就是A/D電路。如果是想要用單片機(jī)輸出一個模擬量，則需要將單片機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，這就是D/A電路。

4.1.1A/D轉(zhuǎn)換的基本概念

A/D轉(zhuǎn)換就是模/數(shù)轉(zhuǎn)換，即把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。能完成A/D轉(zhuǎn)換的電路，叫做模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱ADC(AnalogtoDigitalConverter)。

1.?A/D轉(zhuǎn)換的步驟

A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟是將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，通常的轉(zhuǎn)換過程為取樣、保持、量化和編碼。

1)取樣與保持

取樣是將時間上連續(xù)變化的信號轉(zhuǎn)換為時間上離散的信號，即將時間上連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為一系列等間隔的脈沖，脈沖的幅度取決于輸入模擬信號，波形如圖4.1所示。圖4.1采樣波形圖由于采樣脈沖的寬度很小，需要在取樣之后加一個保持電路，保持電路實(shí)際上就是一個存儲電路，所以通常利用電容器Ｃ的存儲電荷(電壓)的作用以保持樣值脈沖，如圖4.2

所示。圖4.2采樣保持電路

2)量化與編碼

將采樣電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，這個轉(zhuǎn)化過程叫量化，所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫作量化單位，用Ｓ表示。將量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示，稱為編碼。這個二進(jìn)制代碼便是Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器的輸出信號。

量化的方法有兩種，一種是最小數(shù)量單位為1/8?V，另外一種是最小數(shù)量單位為2/15?V，如圖4.3所示。圖4.31/8?V和2/15?V量化4.1.2ADC的分類

ADC有積分型、逐次比較型、并行比較型/串并行比較型、Σ-Δ調(diào)制型等類型。

積分型的ADC工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。

逐次比較型ADC由一個比較器和DAC通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB(最高有效位)開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DAC輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。

并行比較型ADC采用多個比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于其轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n?-?1個比較器，因此電路規(guī)模大，價格高，只適用于視頻ADC等速度特別高的領(lǐng)域。串并行比較型ADC結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型ADC配合DAC組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱為Halfflash(半快速)型。并行比較型ADC采用多個比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱Flash(快速)型。

Σ-Δ型ADC由積分器、比較器、1位DAC和數(shù)字濾波器等組成。其原理上跟積分型相似，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度)信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。4.1.3ADC的主要參數(shù)

ADC的主要參數(shù)說明如下：

(1)分辨率：數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。

(2)轉(zhuǎn)換速率(ConversionRate)：完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的A/D轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù)。積分型ADC的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速A/D轉(zhuǎn)換，逐次比較型ADC是微秒級屬中速A/D轉(zhuǎn)換，并行比較型/串并行比較型ADC可達(dá)到納秒級。另外，采樣時間是指兩次轉(zhuǎn)換的時間間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率(SampleRate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ks/s和Ms/s，分別表示千次采樣每秒和百萬次采樣每秒。

(3)量化誤差(QuantizingError)：ADC的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率ADC的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辨率ADC(理想ADC)的轉(zhuǎn)移特性曲線(直線)之間的最大偏差。通常是1個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。

(4)偏移誤差(OffsetError)：輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。

(5)滿刻度誤差(FullScaleError)：滿刻度輸出時對應(yīng)的輸入信號與理想輸入信號值之差。

(6)線性度(Linearity)：實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。

4.2常用ADC簡介

4.2.1常用ADC

常用的ADC有積分型、逐次逼近型、并行比較型等，其中逐次逼近型ADC的轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換精度高，價格適中，目前是最常用的ADC。如TLC0831、ADC0804、ADC0809。

4.2.2ADC0804的技術(shù)指標(biāo)

ADC0804的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

(1)高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出；

(2)分辨率：8位(0～255)；

(3)存取時間：135ms；

(4)轉(zhuǎn)換時間：100ms；

(5)總誤差：-1LSB～+1LSB；

(6)工作溫度：ADC0804C為0～70℃；ADC0804L為-40℃～85℃；

(7)模擬輸入電壓范圍：0～5?V；

(8)參考電壓：2.5?V；

(9)工作電壓：5?V；

(10)輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)。4.2.3ADC0804的引腳

ADC0804一共有20個引腳，雙列直插式封裝，如圖4.4所示。

ADC0804各引腳功能如下：

：芯片片選信號，低電平有效，即=?0，該芯片才能正常工作。在外接多個ADC0804芯片時，該信號可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號使能不同的ADC0804芯片，從而可以實(shí)現(xiàn)多個ADC通道的分時復(fù)用。

：啟動ADC0804進(jìn)行ADC采樣。該信號低電平有效，即信號由高電平變成低電平時，觸發(fā)一次A/C轉(zhuǎn)換。圖4.4ADC0804的引腳：低電平有效，即=?0時，可以通過數(shù)據(jù)端口DB0～DB7讀出本次的采樣結(jié)果。

VIN(+)和VIN(-)：模擬電壓輸入接VIN(+)端，VIN(-)端接地。雙邊輸入時VIN(+)、VIN(-)分別接模擬電壓信號的正端和負(fù)端。當(dāng)輸入的模擬電壓信號存在“零點(diǎn)漂移電壓”時，可在VIN(-)接一等值的零點(diǎn)補(bǔ)償電壓，變換時將自動從VIN(+)中減去這一電壓。

VREF/2：參考電壓接入引腳。該引腳可外接電壓，也可懸空，若接外界電壓，則ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍；若不外接，則VREF與VCC共用電源電壓，此時ADC的參考電壓即為電源電壓VCC的值。

CLKR和CLKIN：外接RC電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時鐘信號，時鐘頻率CLK=，一般要求頻率范圍100?kHz～1.28?MHz。

AGND和DGND：分別接模擬地和數(shù)字地。

：中斷請求信號輸出引腳，該引腳低電平有效，當(dāng)一次A/D轉(zhuǎn)換完成后，將引起=?0。實(shí)際應(yīng)用時，該引腳應(yīng)與微處理器的外部中斷輸入引腳相連(如51單片機(jī)的INT0，INT1腳)，當(dāng)產(chǎn)生信號有效時，還需等待

=?0才能正確讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，若ADC0804單獨(dú)使用，則可以將引腳懸空。

DB0～DB7：輸出A/D轉(zhuǎn)換后的8位二進(jìn)制結(jié)果。4.2.4ADC0804的典型應(yīng)用電路與控制方法

通過查詢ADC0804數(shù)據(jù)手冊，可以找到ADC0804的典型應(yīng)用電路(TypicalApplications)，如圖4.5所示。

對ADC0804控制時，需要參考其操作時序圖，在ADC0804的數(shù)據(jù)手冊中，可以找到ADC0804的時序圖，如圖4.6所示。圖4.5ADC0804的典型應(yīng)用電路圖4.6ADC0804時序圖從圖4.6中我們可以看出，在開始轉(zhuǎn)換時，先為低電平，然后置為低電平，低電平維持時間為tw(

)L后，置為高電平，A/D轉(zhuǎn)換啟動，經(jīng)過1～8個時鐘周期+內(nèi)部Tc的時間后，A/D轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，

變?yōu)榈碗娖?，其中tw(

)L的時間最低為100?ns，而Tc在fCLK?=?640?kHz的最短時間為103?μs，當(dāng)VCC?=?5?V時，fCLK的典型值為640?kHz。

在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時，要參考圖4.7中的時序。圖4.7ADC0804讀取結(jié)果時序圖

A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，變?yōu)榈碗娖?，然后我們需要?/p>

置為低電平，接著再將置為低電平，在經(jīng)過tACC時間后，就可以讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，待讀取結(jié)束后，需要將

再置為高電平，然后再將置為高電平。從時序圖中我們可以看出，在置低電平tR1(300?ns)后，會自動變?yōu)楦唠娖健?/p>

在實(shí)際應(yīng)用中，只需要參考這兩個時序圖，就可以寫出相應(yīng)的程序代碼，如果需要連續(xù)轉(zhuǎn)換，可以一直置為低電平。綜上所述，可以總結(jié)出ADC0804芯片操作流程：

(1)啟動A/D轉(zhuǎn)換；

(2)查詢引腳，當(dāng)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束；

(3)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。4.2.5ADC0804應(yīng)用舉例

【例4.1】采集電位器上模擬電壓值，將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到P1口，并顯示在發(fā)光二極管上。

解析：

(1)硬件電路。根據(jù)ADC0804數(shù)據(jù)手冊，根據(jù)典型應(yīng)用電路和題目要求，可以設(shè)計出電路原理圖，如圖4.8所示。

(2)程序代碼如下：

#include<reg52.h>

sbitCS=P0^0; //定義片選端

sbitINTR=P0^1;

voiddelay_ms(unsignedcharz) //ms級帶參數(shù)延時函數(shù)

{

unsignedcharx,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=0;y<110;y++);

}

voidinit() //初始化函數(shù)CS=0

{

CS=0;

}

voidstart() //啟動A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)

{

WR=1;

WR=0;

WR=1;

}

voidmain()

{

init(); //調(diào)用初始化函數(shù)

while(1)

{

start(); //調(diào)用啟動A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)

RD=0;

delay_ms(1);

P1=P2;

//讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，將結(jié)果傳給P1口

RD=1;

}

}

【例4.2】采集電位器上模擬電壓值，將轉(zhuǎn)換結(jié)果以十進(jìn)制的形式在數(shù)碼管上顯示。

解析：

(1)硬件電路。由例4.1可得到ADC0804與單片機(jī)連接硬件圖，再根據(jù)項目三中的數(shù)碼管顯示電路，就可以設(shè)計出滿足題目要求的電路，如圖4.9所示。

(2)程序代碼如下：

#include<reg52.h>

sbitCS=P0^4;

sbitINTR=P0^5;

sbitDK=P0^6;sbitWK=P0^7;

unsignedchartemp,bai,shi,ge;

unsignedcharcodetable[]={

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,

0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,

0x39,0x5e,0x79,0x71};

voiddelay_ms(unsignedcharz) //ms級帶參數(shù)延時函數(shù)

{

unsignedcharx,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=0;y<110;y++);

}voidinit() //初始化函數(shù)CS=0

{

CS=0;

}

voidstart() //啟動A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)

{

WR=1;

WR=0;

WR=1;

}

voiddisplay(unsignedcharbai,shi,ge) //顯示函數(shù)

{

bai=temp/100;

shi=temp%100/10;

ge=temp%10;

P2=table[bai]; //百位顯示

DK=1;

DK=0;

P2=0xfe;

WK=1;

delay_ms(2);

P2=0xff;

WK=0;

P2=table[shi]; //十位顯示

DK=1;

DK=0;

P2=0xfd;

WK=1;

delay_ms(2);

P2=0xff;

WK=0;

P2=table[ge]; //個位顯示

DK=1;

DK=0;

P2=0xfb;

WK=1;

delay_ms(2);

P2=0xff;

WK=0;

}

voidmain()

init(); //調(diào)用初始化

DK=0; //關(guān)閉段選鎖存端

WK=0; //關(guān)閉位選鎖存端

while(1)

{

start();//調(diào)用啟動A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)

while(INTR!=0); //等待A/D轉(zhuǎn)換完成 RD=0;

delay_ms(1);

temp=P1;//讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，將結(jié)果賦值給變量temp

RD=1;

display(bai,shi,ge); //調(diào)用顯示函數(shù)

}

}

【例4.3】在例4.2電路的基礎(chǔ)上，將采集的電壓值顯示在數(shù)碼管上。

解析：

由于ADC0804是一個8位的A/D轉(zhuǎn)換器，因此分辨率為5?×?1/256?=?0.0196?V，所以在計算數(shù)值時，需要將轉(zhuǎn)換結(jié)果乘以分辨率，然后再進(jìn)行計算，得出各位的數(shù)值，再顯示到數(shù)碼管上即可。

程序代碼如下：

#include<reg52.h>

sbitCS=P0^4;

sbitINTR=P0^5;

sbitDK=P0^6;

sbitWK=P0^7;

unsignedinttemp,qian,bai,shi,ge;

unsignedcharcodetable[]={

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,

0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,

0x39,0x5e,0x79,0x71};

voiddelay_ms(unsignedcharz)

//ms級帶參數(shù)延時函數(shù)

{

unsignedcharx,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=0;y<110;y++);

}

voidinit() //初始化函數(shù)CS=0

{

CS=0;

}

voidstart() //啟動A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)

{

WR=1;

WR=0;

WR=1;

}

voiddisplay(unsignedcharqian,bai,shi,ge) //顯示函數(shù)

{

P2=table[qian]+0x80; //整數(shù)位顯示，加0x80讓整數(shù)位顯示小數(shù)點(diǎn)

DK=1;

DK=0;

P2=0xfe;

WK=1;

delay_ms(2);

P2=0xff;

WK=0; P2=table[bai]; //小數(shù)點(diǎn)后第一位顯示

DK=1;

DK=0;

P2=0xfd;

WK=1;

delay_ms(2);

P2=0xff;

WK=0;

P2=table[shi]; //小數(shù)點(diǎn)后第二位顯示

DK=1;

DK=0;

P2=0xfb;

WK=1;

delay_ms(2);

P2=0xff;

WK=0;

P2=table[ge]; //小數(shù)點(diǎn)后第三位顯示

DK=1;

DK=0;

P2=0xf7;

WK=1;

delay_ms(2);

P2=0xff;

WK=0;

}

voidmain()

{

init(); //調(diào)用初始化

DK=0; //關(guān)閉段選鎖存端

WK=0; //關(guān)閉位選鎖存端 while(1)

{

start(); //調(diào)用啟動A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)

while(INTR!=0); //等待A/D轉(zhuǎn)換完成

RD=0;

delay_ms(1);

temp=P1; //讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，將結(jié)果賦值給變量temp

RD=1;

temp=temp*196; //乘以分辨率 temp=temp*196; //乘以分辨率

qian=temp/10000; //取整數(shù)位的數(shù)值

bai=temp/1000%10; //取小數(shù)點(diǎn)后第一位數(shù)值

shi=temp/100%10; //取小數(shù)點(diǎn)后第二位數(shù)值

ge=temp/10%10; //取小數(shù)點(diǎn)后第三位數(shù)值

display(qian,bai,shi,ge); //調(diào)用顯示函數(shù)

}

}4.2.6ADC0809芯片簡介

ADC0809是8通道8位逐次比較原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件，其內(nèi)部有一個8通道模擬多路開關(guān)，可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由三態(tài)鎖存器輸出。ADC0809片內(nèi)沒有時鐘，需外接時鐘信號；模擬輸入電壓范圍為單極性0～5?V，雙極性±5?V、±10?V，但是需要外加輔助電路。ADC0809的啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖方式，上升沿將內(nèi)部寄存器復(fù)位(清零)，下降沿開始轉(zhuǎn)換。在使用時，ADC0809不需要進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié)。

ADC0809的其他主要特性如下：

轉(zhuǎn)換時間為100?μs；

單個+5?V電源供電；

模擬輸入電壓范圍0～+5?V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；

工作溫度范圍為-40℃～+85；

低功耗，約15?mW。

1.?ADC0809的引腳

ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，引腳如圖4.10所示。圖4.10ADC0809的引腳

IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。

D0～D7：8位數(shù)字量輸出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。

CLK：時鐘脈沖輸入端。

VREF(+)、VREF(-)：基準(zhǔn)電壓。

VCC：電源，單一+5?V。

GND：地。

ALE：地址鎖存允許信號，輸入高電平有效。

START：A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖(至少100?ns寬)使其啟動(脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換)。

EOC：輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)。

OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。

ADC0809一共有8個通道，通道選擇如表4-1所示。表4-1ADC0809通道選擇表

2.?ADC0809的工作過程

ADC0809的時序如圖4.11所示。

從時序圖中，可以得出ADC0809的工作過程如下：

(1)首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中，地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入的其中1路到比較器；

(2)?START上升沿將內(nèi)部寄存器復(fù)位；

(3)?START下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖?，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行；圖4.11ADC0809工作時序圖

(4)直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC將變?yōu)楦唠娖?，表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請；

(5)當(dāng)OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。

拓展練習(xí)：根據(jù)ADC0808的工作過程，利用ADC0809設(shè)計一個數(shù)字電壓表，完成程序的編寫，并在Proteus中仿真實(shí)現(xiàn)。

4.3單片機(jī)的D/A電路

4.3.1D/A轉(zhuǎn)換的基本概念

D/A轉(zhuǎn)換就是數(shù)/模轉(zhuǎn)換，就是把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，能完成D/A轉(zhuǎn)換的電路，叫做數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC(DigitaltoAnalogConverter)。

1.權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)

權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC如圖4.12所示。圖4.12權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC圖4.12中，D0～D3為4位輸入數(shù)字量；R、2R、4R、8R為加權(quán)電阻；S0～S3是電子模擬開關(guān)。當(dāng)某位Di=1時，相應(yīng)開關(guān)閉合，Di?=?0時，開關(guān)斷開。由理想運(yùn)放的特性可知：設(shè)RF?=?R/2，則可得

2..倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)ＤAC

倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)如圖4.13所示。

由圖4.13可以看出，圖中網(wǎng)絡(luò)電阻只有兩種：即R和2R而且構(gòu)成倒T形，故又稱為R-2R倒Ｔ型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC。其中S0～S3為模擬開關(guān)，運(yùn)算放大器A組成求和電路。圖4.13倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC模擬開關(guān)Si，由輸入數(shù)碼Di控制。當(dāng)Di?=?1時Si接運(yùn)算放大器反相端，電流Ii流入求和電路；當(dāng)Di=0時，Si則將電阻2R接地。根據(jù)虛地的概念可知，無論模擬開關(guān)Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均將接地(地或虛地)。通過分析R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)可以發(fā)現(xiàn)，從每個節(jié)點(diǎn)向左看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻均為R，流入每個2R電阻的電流從高位到低位按2的整數(shù)倍遞減。設(shè)基準(zhǔn)電壓源電壓為VREF，則總電流為I=VREF/R，則流過各開關(guān)支路(從右到左)的電流分別為I/2、I/4、I/8和I/16。于是可得到各支路的總電流

I

?=?I0+I1+I2+I34.3.2DAC的分類

DAC可分為電壓輸出型和電流輸出型。

1.電壓輸出型

電壓輸出型DAC雖有直接從電阻陣列輸出電壓的，但一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗輸出。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負(fù)載，由于無輸出放大器部分的延遲，故常作為高速DAC使用。

2.電流輸出型

在實(shí)際應(yīng)用中電流輸出型DAC很少直接利用電流輸出，大多外接電流/電壓轉(zhuǎn)換電路得到電壓輸出。將電流轉(zhuǎn)換成電壓有兩種方法：一是只在輸出引腳上接負(fù)載電阻而進(jìn)行電流/電壓轉(zhuǎn)換，二是外接運(yùn)算放大器將電流轉(zhuǎn)換成電壓。4.3.3DAC的主要參數(shù)

DAC的主要參數(shù)說明如下：

(1)分辨率：DAC模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)。n位DAC最多有2n個模擬輸出電壓。位數(shù)越多DAC的分辨率越高。分辨率也可以用能分辨的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比給出。n位DAC的分辨率可表示為

(2)轉(zhuǎn)換精度：對給定的數(shù)字量，DAC轉(zhuǎn)換器實(shí)際值與理論值之間的最大偏差。

(3)轉(zhuǎn)換速率：完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的A/D轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù)。

4.4常用DAC簡介

DAC0832是8位D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VREF四大部分組成。4.4.1DAC0832的特性

DAC0832的特性如下：

(1)分辨率為8位；

(2)電流穩(wěn)定時間為1?μs；

(3)可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；

(4)只需在滿量程下調(diào)整其線性度；

(5)單一電源供電(+5?V～+15?V)；

(6)低功耗，20?mW。4.4.2DAC0832的引腳

DAC0832有20個引腳，采用雙列直插式封裝，如圖4.14所示。

DAC0832的引腳功能如下：

DI0～DI7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應(yīng)大于90?ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)。

ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。

：片選信號輸入線(選通數(shù)據(jù)鎖存器)，低電平有效。

：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖(脈寬應(yīng)大于500?ns)有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存。圖4.14DAC0832的引腳：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖(脈寬應(yīng)大于500?ns)有效。

：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖(脈寬應(yīng)大于500?ns)有效。WR2、XFER的邏輯組合可產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2負(fù)跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。

IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化。

IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)。

RFB：反饋信號輸入線，改變RFB端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度。

VCC：電源輸入端，范圍為+5?V～+15?V。

VREF：基準(zhǔn)電壓輸入，范圍為-10?V～+10?V。

AGND：模擬信號地。

DGND：數(shù)字信號地。

DAC0832轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出，如果需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)算放大器的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路連接。4.4.3DAC0832的工作方式

DAC0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換時，可以采用兩種方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。第一種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而DAC寄存器工作在直通狀態(tài)；第二種方法是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)。

根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。

(1)直通方式：將、、和引腳都直接接數(shù)字地，ILE引腳接高電平，芯片處于直通狀態(tài)。此時，8位數(shù)字量輸入到D0～D7端，就立即進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。但需要注意的是，在此種方式下，DAC0832不能直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連接。

(2)單緩沖方式：使DAC0832的兩個輸入寄存器中有一個處于直通方式，而另一個處于受控的鎖存方式。

(3)雙緩沖方式：先使輸入寄存器接收資料，再控制輸入寄存器的輸出資料到DAC寄存器，即分兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個D/A轉(zhuǎn)換同步輸出的情節(jié)。4.4.4DAC0832的典型應(yīng)用電路

查詢DAC0832數(shù)據(jù)手冊后，可以找到其典型應(yīng)用電路，如圖4.15所示。

對DAC0832控制時，同樣需要參考其操作時序圖，在DAC0832數(shù)據(jù)手冊中，可以找到ADC0804的時序圖，如圖4.16所示。

圖4.15DAC0832的典型應(yīng)用電路圖4.16DAC0832的工作時序圖從時序圖4.16可以看出，當(dāng)為低電平，也置為低電平時，數(shù)據(jù)位(DATABITS)上的數(shù)據(jù)才有效，IOUT1、IOUT2有電流輸出，但此時輸出不穩(wěn)定，在置為低電平tS時間后(從手冊上可查得，tS為1μs)，IOUT1、IOUT2輸出穩(wěn)定。如果只進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換的話，在程序中，需要對和置為高電平，如果進(jìn)行連續(xù)轉(zhuǎn)換，只需改變數(shù)字量輸入數(shù)據(jù)即可。4.4.5DAC0832應(yīng)用舉例

【例4.4】利用單片機(jī)P0口采用單緩沖方式控制DAC0832輸出，利用按鍵控制數(shù)字量增加，每按一次按鍵，使數(shù)字量加1，數(shù)字量從零開始，用電流表觀察輸出電流。

解析：

根據(jù)DAC0832單緩沖方式，只需將ILE接高電平、

和接地，接P2.6、接P3.6，這時只有和

可控，可以實(shí)現(xiàn)單緩沖方式，電路圖如圖4.17所示。圖4.17例4.4電路原理圖程序代碼如下：

#include<reg52.h>

sbitCS=P2^6;

sbitkey=P2^7;

voiddelay_10ms(unsignedintz)

{

unsignedintx,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=1150;y>0;y--);

}

voidmain()

{

CS=0; //置低

WR=0; //置低

P0=0x0; //數(shù)據(jù)初始為0，DAC0832有輸出

while(1)

{

if(key==0) //判斷按鍵是否按下

{

delay_10ms(1);

if(key==0) {

P0=P0+0x01; //如果有按鍵按下，則數(shù)字量加1

}

while(!key); //按鍵釋放

delay_10ms(1);

while(!key);

}

}

}

【例4.5】用DAC0832輸出鋸齒波。

解析：

(1)硬件原理圖。由于DAC0832輸出為電流，作為波形輸出時，需要將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓，因此需要加入運(yùn)放電路將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，因此可得出電路圖如圖4.18所示。

(2)程序分析。由鋸齒波的特點(diǎn)可知，鋸齒波按照一定的斜率上升，當(dāng)達(dá)到最大后，從零開始。因此在編寫程序時，我們只需要讓數(shù)字量按照一定的時間間隔加1，當(dāng)達(dá)到最大后，再從零開始，如此反復(fù)既可以得到鋸齒波的波形。圖4.18例4.5原理圖程序代碼如下：

#include<reg52.h>

#include<absacc.h> //絕對地址頭文件

#defineDAC0832XBYTE[0xDFFF] //絕對地址

voiddelay() //1ms延時函數(shù)

{

TH0=(65536-1)/256;

TL0=(65536-1)%256;

TR0=1;

while(!TF0);

TF0=0;

}

voidmain()

{

unsignedchari;

TMOD=0x01; //設(shè)置定時0，工作方式1

P0=0; //數(shù)字量初始值0

while(1)

{

for(i=255;i>=0;i--)

{

DAC0832=i;

delay();

}

}

}

【例4.6】用DAC0832輸出三角波。

解析：

從例4.5中可知，想要得到三角波，只需使數(shù)字量在輸出時從0增加到最大，再從最大值減小到0，如此反復(fù)就可以得到周期性的三角波，原理圖同例4.5電路。

程序代碼如下：

#include<reg52.h>

#include<absacc.h> //絕對地址頭文件

#definedac0832XBYTE[0xDFFF] //絕對地址

voiddelay() //1ms延時函數(shù)

{

TH0=(65536