第12章 AD和DA转换接口

A/D转换器的工作原理ADC0809转换器与8051单片机的接口电路D/A转换器的工作原理DAC832转换器与8051单片机的接口电路开关量驱动输出接口电路本章要点第12章A/D和D/A转换接口•12.1A/D转换电路接口技术•12.2D/A转换接口电路•12.3单片机开关量驱动输出接口电路•12.4实践训练—简易波形发生器•12.5实践训练—简易数字电压表•思考与练习本章大纲12.1A/D转换电路接口技术A/D转换器是一种能把输入模拟电压或电流变成与成正比的数字量，即能把被控对象的各种模拟信息编程计算机可以识别的数字信息。A/D转换器种类很多，但从原理上通常可以分为以下4种：计数器式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行A/D转换器。计数器式A/D转换器结构很简单，但转换速度也很慢，所以很少采用。双积分式A/D转换器抗干扰能力强，转换精度也很高，但速度不够理想，常用于数字式测量仪表中。计算机中广泛采用逐次逼近式A/D转换器作为接口电路，它的结构不太复杂，转换速度也高。并行A/D转换器的转换速度最快，但因结构复杂而造价较高，故只用于那些转换速度极高的场合。12.1.1A/D转换器的主要性能指标1、转换精度转换精度通常用分辨率和量化误差来描述。（1）分辨率。分辨率UREF/2N，它表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量，其中N为A/D转换的位数，N越大，分辨率越高，习惯上分辨率常以A/D转换位数表示。（2）量化误差。量化误差是指零点和满度校准后，在整个转换范围内的最大误差。通常以相对误差形式出现，并以LSB（LeastSignificantBit，数字量最小有效位所表示的模拟量）为单位。2、转换时间指A/D转换器完成一次A/D转换所需时间。转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。当A/D转换的模拟量变化较快时就需选择转换时间短的A/D转换器，否则会引起较大误差。12.1.2A/D转换原理图12-2逐次逼近式A/D转换器原理框图图12-3逐次逼近式A/D转换过程示意图12.1.2A/D转换原理图12-4双积分式A/D转换器原理框图12.1.2A/D转换原理图12-5积分器输出波形图12.1.3A/D转换器ADC0809的接口图12-6ADC0809内部逻辑结构图12-7ADC0809引脚图12.1.3A/D转换器ADC0809的接口图12-8ADC0809典型应用12.1.4ADC0809与单片机的接口电路编程图12-9ADC0809与单片机的接口电路D/A转换是单片机应用系统后向通道的典型接口技术。根据被控装置的特点，一般要求应用系统输出模拟量，例如：电动执行机构，直流电动机等。但是，在单片机内部，对检测数据进行处理后输出的还是数字量，这就需要将数字量通过D/A转换成相应的模拟量。11.2D/A转换接口电路12.2.1D/A转换器工作原理图12-10权电阻解码网络D/A转换器电路原理图12.2.1D/A转换器工作原理图12-11T型电阻解码网络D/A转换器电路原理图12.2.1D/A转换器工作原理图12-12开关型D/A转换器电路原理图12.2.2D/A转换器的技术性能指标1、分辨率分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n，则D/A转换器的分辨率为1/2。例如，8位数的分辨率为1/256，10位数的分辨率为1/1024。因此，数字量位数越多，分辨率也就越高，即转换器对输入量变化的敏感程度也就越高。2、输入编码形式如二进制码、BCD码等。3、转换线性通常给出在一定温度下的最大非线性度，一般为0.01%～0.03%。4、输出形式常用的有电压输出和电流输出两种形式。电压型输出，一般为5～10V，也有高压型输出，为24～30V；电流型输出，一般为20mA左右，高者可达3A。12.2.2D/A转换器的技术性能指标5、转换时间转换时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出达到终值误差±（1，2）LSB（最低有效位）时所需的时间。输出形式为电流时，转换时间较短；输出形式为电压时，由于转换时间还要加上运算放大器的延迟时间，因此转换时间要长一些。转换时间通常为几十纳秒至几微秒。6、接口形式通常根据D/A转换器是否内置数据锁存器分为两类。带锁存器的D/A转换器，对来自单片机的转换数据可以保存，因此可直接挂接在数据总线上接收转换数据。对于不带锁存器的D/A转换器，除可直接挂接在并行I/O口上外，也可外加锁存器后挂接到数据总线上。12.2.2D/A转换器的技术性能指标7、温度系数以上各项性能指标一般是在环境温度为25℃下测定的。环境温度的变化会对D/A转换精度产生影响，这一影响分别用失调温度系数、增益温度系数和微分非线性温度系数来表示。这些系数的含义是环境温度变化1℃时该项误差的相对变化率。12.2.3典型D/A转换器芯片DAC0832图12-13DAC0832内部结构框图图12-14DAC0832引脚排列图12.2.3典型D/A转换器芯片DAC0832图12-16DAC0832单缓冲工作方式与8051的连接12.2.3典型D/A转换器芯片DAC0832图12-17DAC0832单缓冲工作方式与8051另一种连接方式12.2.3典型D/A转换器芯片DAC0832图12-18DAC0832双缓冲工作方式时接口电路在单片机控制系统中，常需要用开关量去控制和驱动一些执行元件，如发光二极管、继电器、电磁阀、晶闸管等。但8051单片机驱动能力有限，且高电平（拉电流）比低电平（灌电流）驱动电流小。一般情况下，需要加驱动接口电路，且用低电平驱动。12.3单片机开关量驱动输出接口电路12.3.1发光二极管图12-19CPU与LED接口电路12.3.2蜂鸣器图12-20蜂鸣器实物图图12-21蜂鸣器的应用电路12.3.2蜂鸣器图12-22硬件电路图12.3.3单片机与继电器接口电路图12-23继电器实物图12.3.3单片机与继电器接口电路图12-24单片机与继电器连接的接口电路12.3.4光电隔离接口图12-26常用的三极管型光电耦合器原理图12.3.4光电隔离接口图12-27单片机接口中的光电隔离电路12.4实践训练—简易波形发生器图12-28波形发生电路原理图10.5实践训练—简易数字电压表图12-29简易电压表电路原理图10.5实践训练—简易数字电压表图12-29简易电压表电路原理图10.5单片机与PC机通信的接口电路图10-20单片机RS-232接口1.概念题1）DAC0832利用哪些控制信号可以构成3种不同的工作方式？2）ADC0809与8051单片机接口时有哪些控制信号？作用分别是什么？2.操作题1）画出ADC0809典型应用电路，其中，CLK引脚和EOC引脚在连接时应如何处理。2）DAC0832与51系列单片机连接，产生三角波形，其幅值和周期可调，试画出其电路图，并编写程序。思考与练习