第七章数模及模数转换器接口精选PPT.ppt
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1、第七章数模及模数转换器接口第1页,本讲稿共44页 在微机过程控制和数据采集等系统中,经常要对在微机过程控制和数据采集等系统中,经常要对过程参数过程参数进行测量和控制进行测量和控制。连续变化的物理量连续变化的物理量如:如:温度、湿度、流量温度、湿度、流量 压力、速度、位移压力、速度、位移 等等。等等。微微 机机传感器传感器A/DD/A执行机构执行机构物理过程物理过程v/iv/iDataData过程控制示意图过程控制示意图模拟量模拟量桥梁桥梁第第7章章 数模及模数转换器接口数模及模数转换器接口 第2页,本讲稿共44页工作原理工作原理:Di为为1时,时,Si与运放的反相输入端连接。与运放的反相输入端
2、连接。Di为为0时,时,Si与地连接。与地连接。7.1.1 D/A转换原理(转换原理(T形解码网络)形解码网络)7.1 D/A转换器转换器D/ADigital to Analog Converter(DAC)IO1IO+URRS2S3S1001RR2R2R2R2R2RS000111IRD0D1D2D3+-AuoRFuo=-IO1 RF第3页,本讲稿共44页倒梯形电阻网络倒梯形电阻网络RI2I3I1RR2R2R2R2R2RI0+URIR0011 22 33 RRRRIR=UR/RI3=IR 21 =21URRI2=IR 41 =22URRI1=IR 81 =23URRI0 =IR 161 =24
3、URRIO1IO1=D3I3+D2I2+D1I1+D0I07.1.1 D/A转换原理(转换原理(T形解码网络)形解码网络)第4页,本讲稿共44页IO1=D3I3+D2I2+D1I1+D0I0I1I2I3I0=(D323+D2 22+D1 21+D0 20)24URRu0=-IO1RF=(D323+D2 22+D1 21+D0 20)24UR RFRIO1IO+URRS2S3S1001RR2R2R2R2R2RS000111IRD0D1D2D3+-AuoRF7.1.1 D/A转换原理(转换原理(T形解码网络)形解码网络)第5页,本讲稿共44页u0=-IO1RF=(D323+D2 22+D1 21+
4、D0 20)24UR RFR若为若为n位二进制数,则位二进制数,则u0=(Dn-12n-1+Dn-2 2n-2+D0 20)2nUR RFR若若RF=R,则,则u0=(Dn-12n-1+Dn-2 2n-2+D0 20)2nUR 即输出电压的大小正比于输入二进制数的大小,实现了数字量和模拟量即输出电压的大小正比于输入二进制数的大小,实现了数字量和模拟量的转换。的转换。7.1.1 D/A转换原理(转换原理(T形解码网络)形解码网络)第6页,本讲稿共44页7.1.2 D/A转换器的性能参数转换器的性能参数有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。1、分辨率分
5、辨率如十位如十位DAC分辨率:分辨率:2101=102412、偏移误差偏移误差它是指输入数字量为它是指输入数字量为0 0时,输出模拟量对时,输出模拟量对0 0的偏移值。的偏移值。3、线性度线性度指指D/A转换器的实际转换特性与理想直线之间的最大误差或最大偏移。转换器的实际转换特性与理想直线之间的最大误差或最大偏移。4、精度精度 输出模拟电压的实际值与理想值之差。即最大静态转换误差。输出模拟电压的实际值与理想值之差。即最大静态转换误差。5、转换速度转换速度即每秒钟可以转换的次数,其倒数为转换时间。即每秒钟可以转换的次数,其倒数为转换时间。第7页,本讲稿共44页7.2 MCS-51单片机与单片机与
6、8位位D/A转换器接口技术转换器接口技术 7.2.1 0832的技术指标的技术指标1、分辨率、分辨率8位;位;2、电流稳定时间、电流稳定时间1 s;3、可双缓冲、单缓冲或直接数字输入;、可双缓冲、单缓冲或直接数字输入;4、只需在满量程下调整其线性度;、只需在满量程下调整其线性度;5、单一电源供电(、单一电源供电(+5V+15V););6、低功耗,、低功耗,20mW;第8页,本讲稿共44页D0D1D2D3D4D5D6D7ILECSWR1XFERWR2VREFIOUT2IOUT1RfbAGNDDGNDVCCDAC0832结构图结构图LE1LE28位位输输入入锁锁存存器器8位位寄寄存存器器DAC8位
7、位转转换换器器D/A锁存允许锁存允许片选片选写写1写写2传送传送7.2.2 DAC0832的结构及原理的结构及原理第9页,本讲稿共44页三大部分组成:三大部分组成:一个一个8位输入寄存器位输入寄存器一个一个8位位DAC寄存器寄存器一个一个8位位D/A转换器转换器 (一个(一个R-2R T型解码网络型解码网络)为寄存命令。当为寄存命令。当 =1=1时,寄存器的输出随输入变化;时,寄存器的输出随输入变化;=0=0时,时,将数据锁存在寄存器中,而不随输入数据的变化而变将数据锁存在寄存器中,而不随输入数据的变化而变化。化。原理:原理:当当ILE=1,=0ILE=1,=0,=0=0时,时,=1=1,允许
8、数据输入,而当,允许数据输入,而当 =1=1时,时,=0=0,则数据被锁存。,则数据被锁存。WR1当当 和和 均为低电平时,均为低电平时,=1=1,此时允许,此时允许D/A转换,转换,否则否则=0=0时时,将数据锁存于将数据锁存于DAC寄存器中。寄存器中。LE27.2.2 DAC0832的结构及原理的结构及原理第10页,本讲稿共44页引脚功能:引脚功能:7.2.3 DAC0832管脚功能管脚功能 D0D7:数据线:数据线ILE:输入锁存允许信号:输入锁存允许信号CS:片选信号:片选信号WR1、WR2:写控制:写控制XFER:传递信号:传递信号IO1、IO2:电流输出端:电流输出端Rfb:内部集
9、成反馈电阻:内部集成反馈电阻 VREF:参考电压输入:参考电压输入 VCC:数字电路供电电压:数字电路供电电压 AGND:模拟地;:模拟地;DGND:数字地。:数字地。DAC0832引脚图引脚图第11页,本讲稿共44页7.2.4 8位位D/A转换器接口方法转换器接口方法1、单缓冲型接口方法(、单缓冲型接口方法(3种)种)(a)1)右)右图图(a)的接的接口电路是把口电路是把DAC寄存器寄存器接成接成常通常通状态;即状态;即ILE接高接高电平,电平,和和 接地,接地,与与P2.7口连接,口连接,与单片机的与单片机的 端连接。端连接。MOVX DPTR,A 0WRD0D1D2D3D4D5D6D7V
10、0CSVCCILEWR1WR2XFER第12页,本讲稿共44页(b)2)右)右图图(b)的接口电路的接口电路是把是把输入寄存器输入寄存器接成接成常通常通状态;状态;即即ILE接高电平,接高电平,和和 接地,接地,与与 P2.7口口连接,连接,与单片机的与单片机的 端连端连接。接。ILEVCCCSWR1XFERWR2MOVX DPTR,A 0WRD0D1D2D3D4D5D6D7V07.2.4 8位位D/A转换器接口方法转换器接口方法第13页,本讲稿共44页(c)3)右)右图图(c)(c)的接口电路使的接口电路使两个寄存器同两个寄存器同时选通和锁存时选通和锁存;即将即将ILEILE接高接高电平电平
11、,和和与单片机的与单片机的 连接,连接,和和与与P2.7P2.7口连接。口连接。CSMOVX DPTR,A D0D1D2D3D4D5D6D7V00WRVCC7.2.4 8位位D/A转换器接口方法转换器接口方法第14页,本讲稿共44页 双缓冲型接口电路双缓冲型接口电路2 2、双缓冲型接口方法、双缓冲型接口方法 ILEVCCCSXFERWR1WR2D0D1D2D3D4D5D6D7V0 主要应用在主要应用在多路多路D/A转换器转换器同步同步系统中。系统中。一级锁存、缓一级锁存、缓冲由冲由P2727和和 WRWR完成;完成;二级锁存由二级锁存由P2626和和 WRWR完成,并由完成,并由0832083
12、2的的D/A转换器转换器转换成电压输出。转换成电压输出。00WRMOVX DPTR,A MOVX DPTR,A 一级锁存一级锁存二级锁存二级锁存WRWR17.2.4 8位位D/A转换器接口方法转换器接口方法第15页,本讲稿共44页即将即将0832转换器的转换器的ILE接高接高电平;电平;将将CS、WR1、WR2、XFER全部接地;全部接地;将将D0D7接独立的并行口接独立的并行口(如(如P1口或口或8255A的的PAPC口)即可。一般不口)即可。一般不能直接接数据总线能直接接数据总线P0口。口。7.2.4 8位位D/A转换器接口方法转换器接口方法3、直通型接口方法、直通型接口方法第16页,本讲
13、稿共44页7.2.5 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 1、单极性输出、单极性输出P27MOVX DPTR,A WRD0D1D2D3D4D5D6D7V05V0VDAC0832单极性输出电路单极性输出电路典型应用电路典型应用电路第17页,本讲稿共44页输入数字量输入数字量模拟量输出模拟量输出(V)MSB LSB1 1 1 1 1 1 1 1-VREF(255/256)1 0 0 0 0 0 1 0-VREF(130/256)1 0 0 0 0 0 0 0-VREF(128/256)0 1 1 1 1 1 1 1-VREF(127/256)0 0 0 0 0 0 0 0-VREF(0/256
14、)单极性输出单极性输出D/A关系关系输出的电压输出的电压V(绝对值)(绝对值),与输入的,与输入的数字量数字量成正比。成正比。7.2.5 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 第18页,本讲稿共44页D/A驱动程序:驱动程序:MOV DPTR,#7FFFH ;使使P P2727为为 “0”MOV A,#data ;数字送数字送AMOVXDPTR,A ;传送至传送至DAC0832输出输出00HINC AAJMP L0L0:V0V0V0*7.2.5 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 第19页,本讲稿共44页7.2.5 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 AGND3DGND10 VCC2
15、0IOUT111D 07D 16D 25IOUT212D 3 4D 416VREF8D 515D 6 14D 713Rfb9CS1WR12XFER17WR218ILE19U1DAC0832LCJ(20)VO1VO2 VCC3261574U2LM741VREF(+5V)+12-12 3261574U3LM741R45.1K-12+12R310KR120KR220KDAC0832双极性输出电路双极性输出电路2、双极性输出、双极性输出第20页,本讲稿共44页VO2=(R2/R3)VO1+(R2/R1)VREF)代入代入R1、R2、R3的值,可得:的值,可得:VO2=(2VO1VREF)设设VREF=
16、5V 当当 VO1=0V时,时,VO2=5V;当当 VO1=2.5V时,时,VO2=0V;当当 VO1=5V时,时,VO2=5V。在上图中,运算放大器在上图中,运算放大器U3的作用是把运算放大器的作用是把运算放大器U2的的单向单向输出电压转变成输出电压转变成双向双向输出。其原理是将输出。其原理是将U3的输入端的输入端2通过电通过电阻阻R1与参考电压与参考电压VREF相连,因此运算放大器相连,因此运算放大器U3的输出电压:的输出电压:7.2.5 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 第21页,本讲稿共44页双极性输出双极性输出D/A关系关系 输入数字量输入数字量模模 拟拟 量量 输输 出出VO
17、2MSB LSB+VREF-VREF1 1 1 1 1 1 1 1VREF 1LSB|VREF|+1LSB1 1 0 0 0 0 0 0VREF/2|VREF|/21 0 0 0 0 0 0 0000 1 1 1 1 1 1 1 1LSB+1LSB0 0 1 1 1 1 1 1|VREF|/2 1LSB|VREF|/2+1LSB0 0 0 0 0 0 0 0|VREF|+|VREF|7.2.5 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 第22页,本讲稿共44页1、单极性输出接口系统设计、单极性输出接口系统设计7.3 D/A转换器接口技术举例转换器接口技术举例 例例1:若在外部若在外部RAM区区6
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