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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 I/O过程通道 （数模及模数转换器接口）,D/A,1.单片机测控系统基本构成,2.D/A转换的概念及主要技术指标,3.基于R-2R电阻网络D/A工作原理,4.8位DAC0832芯片原理及接口编程方法,A/D,5.A/D转换的概念及主要技术指标,6.8位ADC0809芯片原理及接口编程方法,。,第十章 I/O过程通道 （数模及模数转换器接口）D,1,单片机测控系统基本构成,在微机过程控制和数据采集等系统中，经常要对,过程参数,进行测量和控制。,测量传感器模拟信号,输出模拟信号控制,执行元件,过程控制示意图,如温度、力矩、压力、位移等,如电机调速、伺服机构等,物理过程,微 机,传感器,A/D,D/A,执行机构,物理过程,v/i,Data,Data,模拟量,数字量,模拟量,单片机测控系统基本构成 在微机过程控制和数据采集等,2,2.D/A转换的概念和主要技术指标,能够将数字量转换成模拟量（连续电流或电压）的器件称为数/模转换器(DAC-Digital to Analog Converter)。从信号的形式理解相当于离散量到连续量的变换。,DAC,数字,模拟电压/电流,00000000,00000001,00000010,11111111,0V,5V,数字量输入,模拟电压输出,D/A转换的过程和本质,D/A芯片,2.D/A转换的概念和主要技术指标能够将数字量转换成模拟量,3,D/A转换器(DAC)主要技术指标,1）分辨率：数字量对应于模拟量的分辨能力，通常用输入量二进制数的位数表示，常见有8、10、12、14、16位等。,2）转换精度：描述实际模拟量输出和理想输出值之间的最大偏差，一般用 lsb表示。,3）转换时间：完成一次数字量到模拟量之间转换需要的时间，多用ms或者us表示。,*转换速度：转换时间的倒数，即每秒钟能够完成的数字量到模拟量转换的次数，常见范围为几十K数百M次不等。,D/A转换器(DAC)主要技术指标,4,4）输出模拟量形式及范围：DAC芯片输出形式有电压型和电流型两种，电压型又可分为单极性输出(uni-polar)和双极性输出（bi-polar）两种。比如电压型（02.5V,05V，5V，10V），电流型（010mA,020mA）,其他有关参数,与控制器总线接口形式（并行总线接口（INTEL),串行总线接口（SPI/I,2,C等）,输出通道数（1、2、4、8等）,4）输出模拟量形式及范围：DAC芯片输出形式有电压型和电流型,5,DAC指标熟悉举例1：某电压输出型DAC芯片，模拟电压输出范围为05V,分辨率12位，无符号数字量输入。,则：,1 lsb,=5V/2,12,-1=5/4095=1.22mV,则数字量输入-模拟电压输出 对应关系：,0-0V 2047-2.497V,1-1.22mV 4095-4.9959V,1023-1.248V,Vout=Din*1lsb,如果换成010mA电流型DAC，则,1 lsb=0.00244mA=2.44uA，其他计算过程类似。,DAC指标熟悉举例1：某电压输出型DAC芯片，模拟电压输出范,6,举例2：某双极性DAC芯片，+/-5V输出，10位分辨率，有符号输入型。,则1 lsb=2FS/(1024-1)=10/1023=9.77mV,有符号型数字-模拟量对应关系一般为,0111111111-+4.9924V,0000000001-0.00977V,0000000000-0.000V,1111111111-0.00977V,1000000000-4.9924V,也有很多双极性电压输出型DAC采用的是无符号数字输入型，其对应关系为,举例2：某双极性DAC芯片，+/-5V输出，10位分辨率，有,7,1111111111-4.9924V,1000000000-0.00V,0111111111-0.00977V,0000000000-5.00V,掌握DAC数字到模拟转换的对应关系对应用系统设计非常有益。,1111111111-4.9924V,8,工作原理:,I,O,+U,R,R,S,2,S,3,S,1,0,0,1,R,R,2R,2R,2R,2R,2R,S,0,0,0,1,1,1,I,R,d,i,为1,S,i,与运放的反相输入端连接,u,o,=,-,I,O1,R,F,d,i,为0,S,i,与地连接,I,O1,d,0,d,1,d,2,d,3,+,+,-,A,u,o,R,F,3.基于R-2R T形电阻解码网络的DAC基本原理,工作原理:IO+URRS2S3S1001RR2R2R2R2R,9,倒梯形电阻网络,R,I,2,I,3,I,1,R,R,2R,2R,2R,2R,2R,I,0,+U,R,I,R,0,0,1,1,2,2,3,3,R,R,R,R,I,R,=,U,R,/R,I,3,=,I,R,2,1,=,2,1,U,R,R,I,2,=,I,R,4,1,=,2,2,U,R,R,I,1,=,I,R,8,1,=,2,3,U,R,R,I,0,=,I,R,16,1,=,2,4,U,R,R,I,O1,I,O1,=d,3,I,3,+d,2,I,2,+d,1,I,1,+d,0,I,0,倒梯形电阻网络RI2I3I1RR2R2R2R2R2RI0+U,10,+,+,-,A,u,o,R,F,I,O,I,O1,+U,R,R,S,2,S,3,S,1,0,0,1,R,R,2R,2R,2R,2R,2R,S,0,0,0,1,1,1,I,R,d,0,d,1,d,2,d,3,I,O1,=d,3,I,3,+d,2,I,2,+d,1,I,1,+d,0,I,0,I,1,I,2,I,3,I,0,=（d,3,2,3,+d,2,2,2,+d,1,2,1,+d,0,2,0,）,2,4,U,R,R,U,O1,=-I,O1,R,F,=（d,3,2,3,+d,2,2,2,+d,1,2,1,+d,0,2,0,）,2,4,U,R,R,F,R,+-AuoRFIOIO1+URRS2S3S1001RR2R,11,U,O1,=-I,O1,R,F,=（d,3,2,3,+d,2,2,2,+d,1,2,1,+d,0,2,0,）,2,4,U,R,R,F,R,若为n位二进制数，则,U,O1,=（d,n-1,2,n-1,+d,n-2,2,n-2,+d,0,2,0,）,2,n,U,R,R,F,R,若R,F,=R，则,U,O1,=（d,n-1,2,n-1,+d,n-2,2,n-2,+d,0,2,0,）,2,n,U,R,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,UO1=-IO1RF=（d323,12,4.MCS-51单片机与8位D/A转换器接口技术,一、DAC0832的技术指标,电流型输出；,分辨率8位；,电流稳定时间1,s,；,并行接口，可双缓冲，单缓冲或直接数字输入（无缓冲）；,单一电源供电(+5V+15V)；,二、DAC0832的结构及原理,4.MCS-51单片机与8位D/A转换器接口技术 一、D,13,输出为模拟电流，可转换为电压。,LE1或LE2=1，当前寄存器的输出跟随输入,LE1或LE2=0，锁存数据,输出为模拟电流，可转换为电压。LE1或LE2=1，当前寄存器,14,引脚功能：,三、DAC0832管脚功能,D0D7 数据线,ILE输入锁存允许信号,CS片选信号,WR1、WR2：写控制,XFER：传递信号,I01、I02：电流输出端,R,fb,：内部集成反馈电阻,V,REF,：参考电压输入,V,CC,：数字电路供电电压,AGND：模拟地；DGND：数字地。,引脚功能：三、DAC0832管脚功能 D0D7 数据线I,15,DAC0832与51单片机的接口方法,1、单缓冲型接口方法,(a),右图(a)的接口电路是把DAC寄存器接成常通状态；即ILE接高电平，,和,接地，与P2.7口连接，,与单片机的 端连接。,DAC0832与51单片机的接口方法1、单缓冲型接口方法,16,(b),(b),17,(c),(c),18,双缓冲型接口电路,主要应用在多路D/A转换器同步系统中。,2、双缓冲型接口方法,双缓冲型接口电路主要应用在多路D/A转换器同步系统中。2、,19,五、D/A转换器的输出方式,1、单极性输出,输出于数字量DATA相对应 模拟量：,MOVDPTR,，,#7FFFH,MOVA,，#DATA,MOVXDPTR,A,五、D/A转换器的输出方式 1、单极性输出输出于数字量DAT,20,(,1,),反向锯齿波程序清单,MSW,：,MOV DPTR,，,#7FFFH,；指向,D/A,输入寄存器,DA0,：,MOV R7,，,#80H,；置输出初值,DA1,：,MOV A,，,R7,；数字量送,A,MOVX DPTR,，,A,；送,D/A,转换,DJNZ R7,，,DA1,；修改数字量,AJMP DA0 ；重复下一个波形,利用DAC进行信号波形输出应用举例,-5V,+5V,0,(1)反向锯齿波程序清单 利用DAC进行信号波形输出应,21,(,2,),正向锯齿波程序清单,PSW,：,MOV DPTR,，,#0BFFFH,；指向,D/A,输入寄存器,DAP0,：,MOV R7,，,#80H,；置输出初值,DAP1,：,MOV A,，,R7,；数字量送,A,MOVX DPTR,，,A,；送,D/A,转换,INC R7,；修改数字量,CJNE R7,，,#255,，,DAP1,；数字量,255,，转,DAP1,AJMP DAP0,；重复下一个波形,-5V,+5V,0,(2)正向锯齿波程序清单-5V+5V0,22,(3),三角波程序清单,SSW,：,MOV DPTR,，,#80BFFFH,DAS0,：,MOV R7,，,#80H,DAS1,：,MOV A,，,R7,MOVX DPTR,，,A,INC R7,CJNE R7,，,#255,，,DAS1,DAS2:DEC R7,MOV A,，,R7,MOVX DPTR,，,A,CJNE R7,，,#80H,，,DAS2,AJMP DAS0,+5V,-5V,0,(d),(3)三角波程序清单+5V-5V0(d),23,(,4,),正弦波电压输出正弦波电压输出为双极性电压，最简单的办法是将一个周期内电压变化的幅值(-,5V,+5V,)按,8,位,D/A,分辨率分为,256,个数值列成表格，然后依次将这些数字量送入,D/A,转换输出。只要循环不断地送数，在输出端就能获得正弦波输出。,SIN,：,MOV R7,，,#00H DAS0,：,MOV A,，,R7,；,MOV DPTR,，,#TABH,；设指针,MOVC A,，,A+DPTR,；查表取数据,MOV DPTR,，,#8000H ；寻址DAC0832,MOVX DPTR,，,A,；送,D/A,转换,INC R7,；修改偏移量,AJMP DAS0,；,TAB,：,DB 80H,，,83H,，,86H,，,89H,，,8DH,，,90H,DB93H,，,96H,，,99H,，,9CH,，,9FH,，,0A2H,DB 0A5H,，,0A8H,，,0ABH,，,0AEH,DB 6FH,，,72H,，,76H,，,79H,，,7CH,，,80H,(4)正弦波电压输出正弦波电压输出为双极性电压，最简,24,5.A/D转换器,A/D转换的概念和主要技术指标,A/D转换：将模拟量转换成数字量的过程称为A/D转换（模-数转换，Analog to Digital Conversion),ADC,模拟电压/电流,离散的数字值,A/D转换的过程原理,5.A/D转换器 A/D转换的概念和主要技术指标ADC模拟电,25,一、A/D转换的三个基本过程,1.采样,采样过程实质是用一个固定周期的单位脉冲序列去和被测量信号进行卷积，从而得到一个被测信号时间上离散化的序列，其采样时刻的值等于被测信号幅值。,一、A/D转换的三个基本过程1.采样采样过程实质是用一个固定,26,取样与保持过程往往是通
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