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第第6章章 A/D和和D/A转换转换2学习目的及要求学习目的及要求了解了解D/A转换器的工作原理转换器的工作原理；掌握掌握D/A转换器转换器0832的应用的应用；了解了解D/A转换器的工作原理；转换器的工作原理；掌握掌握A/D转换器转换器0809的应用的应用。3第第6章章 A/D和和D/A A转换转换A/DA/D与与D/AD/A转换器的基本功能：转换器的基本功能：D/AD/A转换器将数字量转换为模拟量。转换器将数字量转换为模拟量。A/DA/D转换器将模拟量转换为数字量。转换器将模拟量转换为数字量。产品产品进料进料冷却液冷却液微微型型计计算算机机A/D转换器转换器D/A转换器转换器温度温度传感器传感器显示显示键键盘盘4第第6章章 A/D和和D/A A转换转换6.1 D/A转换器转换器6.2 MCS-51和和 D/A转换器的接口转换器的接口6.3 A/D转换器转换器6.4 MCS-51和和 A/D转换器的接口转换器的接口6.5 本章小结本章小结56.1 D/A转换器转换器6.1.1 D/A转换器的原理转换器的原理6.1.2 D/A转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标6.1.3 DAC083266.1.1 D/A转换器的原理转换器的原理b0bn-1VOUTN位位D/A转换器转换器b1转换目标：转换目标：VOUT=BVR VOUT模拟量输出；模拟量输出；VR常量，由参考电压常量，由参考电压VREF决定决定.B=bn-12n-1+bn-22n-2+b121+b020“按权展开，然后相加按权展开，然后相加”76.1.1 D/A转换器的原理转换器的原理86.1.1 D/A转换器的原理转换器的原理RfRRVOUTV2V1-+APiI采用运算放大器实现的加法电路采用运算放大器实现的加法电路集成运算放大器有两个重要概念：集成运算放大器有两个重要概念：虚短虚短:两个输入端的电压接近于两个输入端的电压接近于0虚断虚断:两个输入端几乎不取用电流两个输入端几乎不取用电流,iI近似为近似为0则则021fOUTRVRVRV若取若取 R=Rf则则)(21VVVOUT96.1.1 D/A转换器的原理转换器的原理R2RRI0IL0IL1S01）T 型电阻网络信号的传递型电阻网络信号的传递设电子开关的位置如图中所示设电子开关的位置如图中所示RVRVIREFREF433222RVIIREF4232222RVIIREF4010222RVIIREF412122201231IIIIIOUT106.1.1 D/A转换器的原理转换器的原理S3S0电子开关状态受数字量电子开关状态受数字量b3b2b1b0的控制，则的控制，则RVbbbbREF4001122332)2222(001122331IbIbIbIbIOUT取取Rf=R,A点为虚拟地点为虚拟地 IRf=-IOUT1因此可以得到因此可以得到：fREFfRfOUTRRVbbbbRIV4001122332)2222(对于对于n位位T型电阻网络，则有：型电阻网络，则有：fnREFnnnnOUTRRVbbbbV2)22.22(00112211116.1.2 D/A转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标1.分辨率：分辨率：最小输出模拟量的增量，取决于输入数字量的位数，最小输出模拟量的增量，取决于输入数字量的位数，满量程的满量程的2.转换精度：转换精度：满量程时实际模拟输出值与理论值的接近程度。满量程时实际模拟输出值与理论值的接近程度。3.偏移量误差：偏移量误差：数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。4.线性度：线性度：实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏差。实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏差。5.转换速度、温度灵敏度等。转换速度、温度灵敏度等。21n126.1.3 DAC0832 DAC0832是是8位位D/A转换器，单电源转换器，单电源+5V+15V供电，参供电，参考电压范围考电压范围-10V+10V，电流建立时间为，电流建立时间为1us。输入设有两输入设有两级缓冲。级缓冲。136.1.3 DAC08321.DAC0832 的内部结构的内部结构146.1.3 DAC08322.引脚功能引脚功能CS:Chip Select CS:Chip Select(active low)(active low)ILE:Input Latch ILE:Input Latch Enable(active Enable(active high)high)XFER:Transfer XFER:Transfer control signal control signal(active low)(active low)Rfb:Feedback Rfb:Feedback ResistorResistor156.2 MCS-51和和 D/A转换器的接口转换器的接口256REFoutVDV8.2.1 DAC的应用的应用：1.DAC用做单极性输出：用做单极性输出：2.双极性电压输出：双极性电压输出：128)128(2562,2,013211321REFoutREFoutRoutoutVDVVDVRVIRVIRVIIII166.2 MCS-51和和 D/A转换器的接口转换器的接口74LS138地址译码器地址译码器0000H1FFFH2000H3FFFH4000H5FFFH6000H7FFFH8000H9FFFHA000HBFFFHC000HDFFFHE000HFFFFHP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13176.2 MCS-51和和 D/A转换器的接口转换器的接口1.单缓冲方式的接口电路单缓冲方式的接口电路186.2 MCS-51和和 D/A转换器的接口转换器的接口2.2.双缓冲方式的接口电路双缓冲方式的接口电路196.2 MCS-51和和 D/A转换器的接口转换器的接口3.DAC转换器的应用实例转换器的应用实例利用利用DAC0832输出阶梯波。输出阶梯波。10ms101ms206.2 MCS-51和和 D/A转换器的接口转换器的接口程序流程图程序流程图设置设置DAC的地址的地址输出数字量的初值送输出数字量的初值送A由由DAC输出输出延时延时1ms调整变量调整变量1个周期输出个周期输出完？完？YN216.2 MCS-51和和 D/A转换器的接口转换器的接口START:MOV DPTR，#5FFFH CLR A MOV R2,#00HLOOP:MOVX DPTR,A ACALL DELAY CJNE R2,#09H,NEXT SJMP START226.2 MCS-51和和 D/A转换器的接口转换器的接口NEXT:ADD A,#10 INC R2 SJMP LOOPDELAY:；延时；延时1ms子程序子程序236.2 MCS-51和和 D/A转换器的接口转换器的接口编程输出波形：编程输出波形：锯齿波程序设计锯齿波程序设计三角波程序设计三角波程序设计梯形波程序设计梯形波程序设计正弦波程序设计正弦波程序设计246.2.3 MCS-51对对12位位DAC的接口的接口256.2.3 MCS-51对对12位位DAC的接口的接口266.3 A/D转换器转换器A/D转换器的功能：转换器的功能：A/D转换器将模拟量转换为数字量。转换器将模拟量转换为数字量。A/D转换器的类型：转换器的类型：1.逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器2.双积分型双积分型A/D转换器转换器4.电压电压-频率变换型频率变换型A/D转换器（转换器（V-F变换器）变换器）按按转转换换原原理理分分类类3.并行并行A/D转换器转换器276.3 A/D转换器转换器2.双积分型双积分型A/D转换器转换器基本原理：产生一个与输入模拟量成正比的时间宽度信号，基本原理：产生一个与输入模拟量成正比的时间宽度信号，用计数器测出这个时间宽度。计数结果就是与输入模拟量成用计数器测出这个时间宽度。计数结果就是与输入模拟量成正比的数字量。属于间接转换型正比的数字量。属于间接转换型A/D。296.3 A/D转换器转换器3.并行并行A/D转换原理：转换原理：速度快，由分压网络、比较器和编码电路组成；速度快，由分压网络、比较器和编码电路组成；如下图所如下图所示。示。306.3 A/D转换器转换器4.电压电压-频率变换型频率变换型A/D转换器（转换器（V-F变换器）变换器）将电压信号转换为频率信号，采用将电压信号转换为频率信号，采用V-F变换器实现变换器实现A/D转换转换即为频率计数过程。即为频率计数过程。316.3.1 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换原理转换原理326.3.3 A/D转换器的性能指标转换器的性能指标1.1.分辨率分辨率输出数字量变化一个最小量值所需的输入模拟电压的变化。定输出数字量变化一个最小量值所需的输入模拟电压的变化。定义为满刻度电压与义为满刻度电压与 2 2n n 之比。之比。2.2.转换精度转换精度模拟误差：模拟误差：由比较器、解码网络、基准电压等引起的误差。由比较器、解码网络、基准电压等引起的误差。取决于器件质量。取决于器件质量。数字误差：数字误差：量化误差由位数决定。量化误差由位数决定。A/DA/D的位数越多的位数越多,误差越小。误差越小。336.3.3 A/D转换器的性能指标转换器的性能指标3.转换速率转换速率单位时间完成单位时间完成A/D转换的次数。转换的次数。注意：相对注意：相对D/A 转换，转换，A/D转换速度较慢，一般不能采用无条转换速度较慢，一般不能采用无条件的传输方式，而需采用查询方式或中断方式工作。件的传输方式，而需采用查询方式或中断方式工作。346.3.4 ADC0809 主要特点：主要特点：ADC0809是单片机系统中常用的是单片机系统中常用的A/D转换器，单转换器，单5V供电，内部供电，内部有有8个通道，转换时间在个通道，转换时间在100us左右。模拟输入范围左右。模拟输入范围0 5V.356.3.4 ADC08091.内部结构内部结构SAR:Successive Approximation Register366.3.4 ADC0809376.3.4 ADC08092.引脚功能引脚功能EOCEOC:end-of-conversionend-of-conversion386.3.4 ADC08090809的通道地址选择的通道地址选择ADDC ADDB ADDA 通道通道0 0 00 0 11 0 00 1 1 0 1 01 1 11 1 01 0 1IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7IN0表表8-3 通道地址通道地址3940416.4 MCS-51和和A/D的接口的接口6.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口426.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口436.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口0809的接口电路的设计的接口电路的设计446.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口对对0809的的8个通道依次进行一次个通道依次进行一次A/D转换，将转换结果存放在转换，将转换结果存放在8031的内部的内部RAM的的5057H。0000H1FFFH2000H3FFFH4000H5FFFH6000H7FFFH8000H9FFFHA000HBFFFHC000HDFFFHE000HFFFFH012B2A1234567P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A1374LS138IN0=6000HIN1=6001HIN2=6002HIN3=6003HIN4=6004HIN5=6005HIN6=6006HIN7=6007H 456.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口查询方式流程查询方式流程IN0的地址送的地址送DPTR启动启动A/DA/D结果存储区首地址结果存储区首地址送送R0转换次数送转换次数送R7=08延时延时10usA/D转换完？转换完？读读A/D转换结果转换结果存入存入RAM区区调整循环变量调整循环变量8个通道转换个通道转换完？完？等待等待NYYN466.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口查询方式程序设计：查询方式程序设计：ORG 0000HADC:MOV DPTR,#6000H;IN0通道地址通道地址 MOV R0,#50H ;A/D转换存储区的首地址转换存储区的首地址 MOV R7,#08HLOOP:MOVX DPTR,A ;启动启动A/D转换转换 MOV R2,#05H ;延时延时10s再检测再检测EOCDL:DJNZ R2,DL476.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口查询方式程序设计：查询方式程序设计：WAIT:JB P3.3,WAIT ;若正在转换则在若正在转换则在WAIT等待等待 MOVX A,DPTR ;读取读取A/D转换结果转换结果 MOV R0,A ;存入存入A/D转换结果存储区转换结果存储区 INC R0 INC DPTR DJNZ R7,LOOP ;判断判断8个通道是否转换完毕个通道是否转换完毕 SJMP ADC ;8个通道全转换完，循环个通道全转换完，循环 END486.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口q中断方式程序流程中断方式程序流程:中断服务子程序流程中断服务子程序流程:读入读入A/D转换结果转换结果存入缓冲区存入缓冲区指向下一通道指向下一通道8个通道转换个通道转换完？完？关中断关中断返回返回YN启动启动A/D主程序流程主程序流程:外部中断初始化外部中断初始化循环初值设置循环初值设置启动启动A/D等待等待496.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口中断方式程序设计：中断方式程序设计：ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H AJMP EXINT1 ORG 0050HMAIN：MOV SP，#60H SETB IT1 SETB EX1 SETB EA506.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口 MOV R0，#50H MOV R7,#08H MOV DPTR，#6000H MOVX DPTR,AHERE:SJMP HEREEXINT1:MOVX A,DPTR MOV R0,A INC R0 INC DPTR516.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口 DJNZ R7,NEXT CLR EX1 CLR EA SJMP RET1NEXT:MOVX DPTR,ARET1:RETI END526.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口思考：思考：(1)对某一通道进行连续采样对某一通道进行连续采样(2)按规定的采样频率对某一通道按规定的采样频率对某一通道/若干通道进行若干通道进行A/D转换转换以上程序如何编制以上程序如何编制?536.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH ；定时器；定时器T0中断入口地址中断入口地址 AJMP T0INTMAIN:MOV TMOD,#01H ；T0设为设为16位定时器方式；位定时器方式；TR0置位即启动置位即启动 MOV TH0,#0B1H ；定时；定时20ms的计数初值的计数初值 MOV TL0,#0E0H MOV DPTR,#6000H ；主程序中启动第一次；主程序中启动第一次A/D转换转换 MOVX DPTR,A MOV R0,#50H SETB ET0 ；允许定时器；允许定时器T0溢出中断溢出中断 SETB EA ；允许总中断；允许总中断 SETB TR0 ；启动；启动T0 SJMP$546.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口T0INT:MOVX A,DPTR ；读取；读取A/D转换结果转换结果 MOV R0,A ；将转换结果存入存储单元；将转换结果存入存储单元 MOVX DPTR,A ；再次启动；再次启动A/D转换转换 MOV TH0,#0B1H ；重装定时常数；重装定时常数 MOV TL0,#0E0H RETI ；中断返回；中断返回 END556.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口2.MCS-51 对对 ADC574的接口的接口ADC574是美国是美国AD公司研制的公司研制的12位逐次逼近式位逐次逼近式ADC。内部有转换时钟、参考电压源和三态输出锁存器。内部有转换时钟、参考电压源和三态输出锁存器。转换时间：转换时间：25S（ADC578 3S）。）。输入模拟电压：单极性输入模拟电压：单极性 010V、或、或0+20V；双极性双极性 5V或或 10V之间。之间。566.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口576.4.1 MCS-51对对ADC0809的接口的接口586.5 本章小结本章小结了解了解D/A转换器的工作原理转换器的工作原理掌握掌握D/A转换器转换器0832的应用的应用了解了解A/D转换器的工作原理转换器的工作原理掌握掌握A/D转换器转换器0809的应用的应用59 作业作业q书面作业书面作业n题题6.5n题题6.6n题题6.8n题题6.10n题题6.11n题题6.1360 实验六实验六 A/D和和D/A转换转换器器q实验目的实验目的n 掌握A/D和D/A的转换原理；n 熟悉A/D和D/A接口电路及接线方法；n 掌握A/D和D/A转换的编程方法。q实验任务实验任务n编写程序，当调节应用板上电位器W1时，即改变了0809输入端IN0的输入电压信号，记录下该模拟量转换成数字量值的大小，放入30H单元。n利用板上给定的DAC0832转换器，产生不同频率的波形，如锯齿波，三角波，方波，矩形波等，周期自定，波形在示波器上输出显示。n编写程序，将A/D转换的数字量作为D/A转换的延时常数，当调节单片机应用板上的电位器W1时，D/A转换的锯齿波的频率也随之变化。q实验报告实验报告61 实验六实验六 A/D和和D/A转换转换器器q 实验电路图实验电路图62 实验六实验六 A/D和和D/A转换转换器器q实验电路图实验电路图D/AD/A转换电路示意图转换电路示意图
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