第十章AD、DA转换器
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第10章 AD和DA转换
。转换结束后控制电路送一个低电平作 为结束信号，这个信号的下降沿将逐次 逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器， 从而得到数字量输出。 。也称二分搜索法或对半搜索法。速度 很快。
(二)AD574A 综合性能较好的逐次逼近式12位A／D芯片，转 换时间为25-35s，可以12位转换，也可8位，结 果可以12位一起输出，也可以分高8位和低4位两 次输出，可以单端或双端输入，片内有时钟。 有多种AD574品种。
模／数和数／模转换 10.1概述 A/D和D/A转换技术主要用于计算机控制和 测量仪表中。 连续变化的物理量――模拟量。模拟电流 －模拟电压－数字量 两步：采样保持和A／D转换 最终目的是生产过程实施控制，D/A转换技 术。
10.1.1数／模（D／A）转换器 数 ／ ） 1.数／模转换的原理 数 为了把一个数字量变成模拟量，必须把每 一位上的代码按照权来转换为对应的模拟 量。集成电路中通常采用T型网络实现数字 量到模拟电流的转换，先由D／A将数字量 转换为模拟电流，再用运放转换为模拟电 压。
2. 转换率 完成一次A／D转换所需要的时间的倒数，如 200ns则5MHz 3. 分辨率 A/D转换器的分辨率表明了能够分辨最小的 量化信号的能力。所以N位A／D转换器的分 辨率为2N位。
10.2.2模／数转换的方法和原理 1. 计数式A／D转换 计数式A／D转换的原理图
Vi是模拟输入电压，D7～D0是数字输出，数字 输出量又同时驱动一个D／A转换器，其输出为 Vo。当C＝1时，计数器从0开始计数，C=0时停 止计数。 具体工作过程如下：启动信号由高电平变低电平， 计数清零，恢复高电平时开始计数，起初Vi大于 Vo，C=1， 当Vo大于Vi时，C＝0，停止计数，此时的数字 输出就是数字量。 信号C的负向跳变也是转换结束信号，通知其他 设备转换完成。 计数式转换的缺点是速度比较慢。
DAC和ADC详解
A +
+
uo
d3
d2
d1
d0
倒T型解码网络
8
10.1.1 倒T型电阻网络DA转换器
+UR
IR
D R C R B R A 2R
R3 2R S3 R2 2R S2 R1 2R S1 I1 R0 2R S0 RF
0 I3
0 I2
1
1
I0 I01
+
A +
uo
d3
d2
d1
d0
IR UR / R
≥1
d1
Q F1 S R
≥1
d0
Q F0 S R
≥1
Q 逐次逼近 寄存器 S F3R
d2 读出“与门” & d1
&
d0 E
控制逻辑门
读出控制端
& & & &
C 时钟脉冲
Q4
Q3
五位顺序脉冲发生器
Q2
Q1
Q0
UR= -8V UI = 5.52V
22
四位逐次逼近型模-数转换器的原理电路
10.2.1 逐次渐近型A/D转换器
D/A转换器 清0、置数 砝码是 否保存 数码寄存器 “1”状态是否保 留 控制端 清0、置数 顺序脉冲发生器 CP(移位命令)
＋ u 0 ＋
－
控 制 逻 辑
时钟
21
放哪一 个砝码
10.2.1 逐次渐近型A/D转换器
U1
UA
∞
△
电压 － ＋ 比较器 ＋
四位D/A转换器
& &
d3
d3
d2
Q F2 S R
第10章 AD、DA转换
10.3 模/数 (A/D) 转换器
模/数转换涉及的参数 模/数转换的方法和原理 模/数转换器和系统连接时要考虑的问题
8.3.1 模/数转换涉及的参数 转换精度 分辨率：
7.3.2 模/数转换的方法和原理
方法： 计数法 双积分法 逐次逼近法
1. 计数式A/D转换
2. 双积分式A/D转换
3. 逐次逼近式A/D转换
7.3.3 模/数转换器和系统连接时 要考虑的问题
1、输入模拟电压的连接 2、数据线和系统总线的连接 3、启动信号的供给 电平启动信号 脉冲启动信号 4、转换结束信号以及转换数据的读取 程序查询方式 中断方式 CPU等待方式 固定的延迟程序方式
例： 用不带可控三态门的A/D转换器实现 A/D转换，且分别采用程序查询方式及 等待方式来读取转换结果。
VR ＝＋5V，则输出电压为？
VO＝－ If ×Rf
＝－ 2V R （1× 1 ＋0× 1 ＋0× 1 ＋0×1 ）× R
R 2 2 4 8 16 2
＝－1 VR ＝－2.5V
结论
1、用二进制数字控制开关的通断，就可 产生相应的输出电压信号。
2、D/A转换器中的开关和权电阻的数目是 有限的，因此，D/A转换器输出的电压 仅是某些固定的值。
的分辨率可以是8，10，12，16。
2. 精度
3. 转换速率和建立时间
转换速率：模拟输出电压的变化速度。 建立时间：也称为稳定时间，用ts表示，它是 指从输入数字量开始到D/A转换完成的时间。超
高速的DAC， ts ＜100ns。
建立时间越长，转换速率越低。
4. 线性误差
D/A转换器的输入数字量都是连续的数 值，每两个相邻的数据之间的差值为1。若将 这些连续的数据送给DAC，应该输出一个线 性变化的模拟电压。但实际的输出并不是理 想线性的，通常用偏离理想转换特性的最大 偏差与满量程之间的百分比来表示线性误差。 如8位DAC，线性误差应小于0.2％。
第10章 AD与DA转换器接口
2. DAC0832 的引脚定义 DI0~DI7: 数字量输入。 ILE: 输入锁存允许。
CS : 片选。
WR1 : 写信号1 WR 2 : 写信号2 XFER 2 : 传递控制
控制第一级缓
冲器的锁存
控制第二级缓
冲器的锁存
VREF：基准电压。
AGND：模拟信号地。
VCC：工作电源。 DGND：数字信号地。 IOUT1：
DI0-3:低4位数字量输入数据线 DI4-11:高8位数字量输入数据线 /CS=0,/WR1=0时，B1//B2＝0，打开低4位锁存器 /CS=0,/WR1=0时，B1//B2＝1，打开高8位锁存器 /XFER=0,/WR2=0时，打开12未DAC寄存器 Vref 参考电压输入 Iout1、Iout2模拟电流输出 AGNG、DGNA模拟数字信号地线 Rfb 反馈电阻输入
DAC1210与系统总线的连接
3. DAC1210 软件设计
若220H221H选择/CS，地址为222H223H选择/XFER， 则地址为220H时选择4位输入寄存器，为221H时选择8位 输入寄存器，为222H时选择12位DAC寄存器。待转换的 数据已经放在DATAH和DATAL两个存储单元中，则可用 下面的程序完成一次转换。 MOV DX，220H ；低4位寄存器地址 MOV AL，DATAL ；低4位数据 OUT DX，AL ；输出低4位 INC DX ；高8位寄存器地址 MOV AL，DATAH ；高8位数据 OUT DX，AL ；输出高8位数据 MOV DX，222H ；DAC寄存器 OUT DX，AL ；启动12位数据转换
D/A 转换器能够转换的二进制数的位数。
例如8位D/A，转换后电压满度为5V，
则其能分辨的最小电压=5v/2820mv
第十章AD及DA转换器
4.电压输出电路的连接
DAC0832以电流形式输出转换结果，若要得到电压 形式的输出，需要外加I/V转换电路，常采用运算放大 器实现I/V转换。
单极性输出
双极性输出
对于单极性输出电路，输出电压为：
VOUT
D VREF 256
式中D为输入数字量的十进制数。因为转换结果 IOUT1接运算放大器的反向端，所以式中有一个负号。
WR1 WR 2 B1/ B2 CS
V EF R
＋5 V
DAC1210 RFB IOUT1 IOUT2 － ＋
RW
V OUT
XFER
A0=0，B1/B2=1，将高8位数据写入“8位输入寄存器； A0=1，B1/B2=0，将低4位数据写入“4位输入寄存器”
设端口地址为220H222H, BX寄存器中低12位为待转 换的数字量
1.T型电阻网络（4位D/A转换）:
2.DAC0832的结构与引脚:
DI7DI0——D/A转换器的数字量输入引脚。其中DI0为最低
位，DI7为最高位。 CS——片选信号输入端，低电平有效。 WR1——输入寄存器的写信号，低电平有效。
ILE——输入寄存器选通信号，高电平有效。ILE信号和CS、
可直接与8位和16位的CPU接口。输入可设置成单极性，也可设 置成双极性。片内有时钟电路，无需加外部时钟。 AD574适用于对精度和速度要求较高的数据采集系统和实时 控制系统。
＋5 V 12/8
CS A 0 R/C CE VC C REF OUT
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 AD574
；将数据FFH送DAC0832进行转换
CALL DELAY JMP LOOP1
2) 12位D/A转换器与CPU的接口
第10章 DA及AD转换器
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逐次逼近型A/D转换器框图 逐次逼近型 转换器框图
Vi V0 比较器 控制电路 CLK 启动信号 转换结束
8位 D/A 转换器
逐次逼近 寄存器
缓冲寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
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10.3.2 ADC的性能参数 的性能参数
1. 2. 3. 4. 分辨率 转换时间 绝对精度 相对精度
LE1
＆
LE 2
R fb
3
R fb
ILE
19
AGND
CS WR1 WR 2 XFER
1 2 18 17
＆
＆
10 20
DGND VCC
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DAC0832引脚图
CS WR1 AGND DI 3 DI 2 DI1 DI 0 VREF R fb DGND
1 2 3 4 DAC 5 0832 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
ADC 0809
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
IN 2 IN1 IN 0 ADDC ADDB ADDC ALE D7(MSB) D6 D5 D4 D0(LSB) VREF() D2
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10.2.3 八位D/A转换器DAC0832及应 用利用
DAC0832是一种8位电流输出型D/A转换芯片, 内部结构框图为:
DI 0 ~ DI 7
7 6 5 4 16 15 14 13 8 12 11
8位输入 锁存器
8位DAC 寄存器
8位D/A 转换器
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逐次逼近型A/D转换器框图 逐次逼近型 转换器框图
Vi V0 比较器 控制电路 CLK 启动信号 转换结束
8位 D/A 转换器
逐次逼近 寄存器
缓冲寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
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10.3.2 ADC的性能参数 的性能参数
1. 2. 3. 4. 分辨率 转换时间 绝对精度 相对精度
LE1
＆
LE 2
R fb
3
R fb
ILE
19
AGND
CS WR1 WR 2 XFER
1 2 18 17
＆
＆
10 20
DGND VCC
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DAC0832引脚图
CS WR1 AGND DI 3 DI 2 DI1 DI 0 VREF R fb DGND
1 2 3 4 DAC 5 0832 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
ADC 0809
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
IN 2 IN1 IN 0 ADDC ADDB ADDC ALE D7(MSB) D6 D5 D4 D0(LSB) VREF() D2
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10.2.3 八位D/A转换器DAC0832及应 用利用
DAC0832是一种8位电流输出型D/A转换芯片, 内部结构框图为:
DI 0 ~ DI 7
7 6 5 4 16 15 14 13 8 12 11
8位输入 锁存器
8位DAC 寄存器
8位D/A 转换器
ADC及DAC接口剖析
8路模拟 开关
C
地址
B A
锁存
AD转换网络
三 D7
态 D6
输
D5
出
D4
缓
D3
冲
D2
器
D1
D0
OE
GND
VCC
REF+ REF-
ALE
接电源 接地
✓启动信号START与转换结束信号EOC的时序关系?
✓单片机如何判断是否转换完毕?
10.1 单片机的ADC接口设计
电路连接
口地址 0x7ff8
10.1 单片机的ADC接口设计
void DAC0832( void ) { for(i=0;i<255;i++)
{XBYTE[0xfeff] = i; delay1ms( );} for(i=255;i>0;i--) {XBYTE[0xfeff] = i; delay1ms( );} }
10.2 单片机的DAC接口设计
➢DAC0832的双缓冲工作方式
✓ILE为高，/CS和WR1为低，使得第一个锁存器直通;
✓/Xfer和/WR2为低，使得第二个锁存器直通;P1=0x00;Vout=?
P1 = 0x01
;Vout=?
P1 = 0x02
;Vout=?
P1 = 0x7F
;Vout=?
P1 = 0xFF
;Vout=?
10.2 单片机的DAC接口设计
➢DAC0832的单缓冲工作方式
delay1ms( );
//软件延时
return XBYTE[0x7ff8]; //读取转换结果
}
✓查询法: uchar adc0809( void )
AD转换器的基本概念及基本结构DA转换器的工作原理及其
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第10章
模拟量输入/输出接口技术
1. ADC0809的结构及工作原理 ADC0809采用单一的十5V电源供电，外接工作时
钟为500kHz时，转换时间大约为128ms，工作时钟 为640kHz时，转换时间大约为100ms。
ADC0809的逻辑结构如图10-10所示，其内部由 256R电阻分压器、 树状模拟开关、电压比较器、逐 次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。其基本 工作原理是采用对分搜索方法逐次比较，找出最逼 近于输入模拟量的数字量。
20
第10章
模拟量输入/输出接口技术
2. ADC0809主要技术指标
➢分辨率为8位； ➢非调整误差为±1 LSB； ➢增益温度系数为0.02％； ➢低功耗电量，为20mW； ➢单电源+5 V供电； ➢转换速度1μs，转换时间100μs（时钟频率640 Hz）； ➢具有锁存控制功能的8路模拟开关，能对8路模拟电压信 号进行转换；
实用文档
13
第10章
模拟量输入/输出接口技术
10.2 典型A/D转换器芯片
10.2.1 A/D转换器工作原理和主要参数 1. A/D转换器的分类及工作原理
按照输入模拟量的极性分类，A/D转换器可以分为单 极型和双极型两种；按照输出数字量分类，可以有并行 方式、串行方式及串/并行方式；按照A/D转换器的转换原 理分类，可以分为积分型、逐次逼近型和并行转换型。
实用文档
24
第10章
模拟量输入/输出接口技术
主要设计工作如下： （1）根据要求画出实现该系统功能的电路原理图，如图 10-14所示。 （2）设计中断控制位控制ADC0809的EOC中断申请，CPU 写入中断口9FH的数据为0时，不允许EOC申请中断，写数 据80H时允许EOC申请中断。
10章 DA转换和AD转换介绍
n 4、偏移量误差（Offset Error）偏移量误差是指输入数字 量为零时，输出模拟量对零的偏移值。
n 5、线性度（Linearity）理想DAC是线性的，即当数字量变 化时，输出模拟量按比例关系变化。而实际DAC是做不到线 性变化的。线性度实指DAC实际转换特性曲线和理想直线之间 的最大偏移差。
l DAC的典型输入输出特性
n 输入数据宽度（分辨率） u8位、10位、12位、14位、16位
n 输入缓冲能力 u是否带有三态输入缓冲器或锁存器来保存输入数字量。
n 输入码制 u接收二进制码或BCD码
n 电流型/电压型 u输出是电流还是电压。
DAC0832
l DAC0832的性能参数
CS 1
分辨率：8位
n CBA=000时，选中IN0； n CBA=001时，选中IN1 n …… n CBA=111时，选中IN7 l ALE：地址锁存使能。高电平。锁存通道地址 l START：启动转换脉冲输入端 l CLK：时钟 l D0～D7：转换的二进制数据输出端 l OE：输出使能，高电平有效 l UREF(+)和UREF(-)：参考电压正端和负端。
第3节 数模转换和DAC0832
数/模转换（D/A）
l 数/模转换（D/A）参数
n D/A功能：把数字量（n位）转化为模拟量输出。 n 模拟量与数字量成正比
n 用3位二进制数表示模拟电压(参考电压10V)
输入 000 输出V 0
001 1.25
010 2.50
011 3.75
100 5.00
101 6.25
ADC0809芯片
l 8位8通道ADC l 输出锁存 l 边沿启动 l 二进制
DIP28
ADC0809的引脚和结构
n 5、线性度（Linearity）理想DAC是线性的，即当数字量变 化时，输出模拟量按比例关系变化。而实际DAC是做不到线 性变化的。线性度实指DAC实际转换特性曲线和理想直线之间 的最大偏移差。
l DAC的典型输入输出特性
n 输入数据宽度（分辨率） u8位、10位、12位、14位、16位
n 输入缓冲能力 u是否带有三态输入缓冲器或锁存器来保存输入数字量。
n 输入码制 u接收二进制码或BCD码
n 电流型/电压型 u输出是电流还是电压。
DAC0832
l DAC0832的性能参数
CS 1
分辨率：8位
n CBA=000时，选中IN0； n CBA=001时，选中IN1 n …… n CBA=111时，选中IN7 l ALE：地址锁存使能。高电平。锁存通道地址 l START：启动转换脉冲输入端 l CLK：时钟 l D0～D7：转换的二进制数据输出端 l OE：输出使能，高电平有效 l UREF(+)和UREF(-)：参考电压正端和负端。
第3节 数模转换和DAC0832
数/模转换（D/A）
l 数/模转换（D/A）参数
n D/A功能：把数字量（n位）转化为模拟量输出。 n 模拟量与数字量成正比
n 用3位二进制数表示模拟电压(参考电压10V)
输入 000 输出V 0
001 1.25
010 2.50
011 3.75
100 5.00
101 6.25
ADC0809芯片
l 8位8通道ADC l 输出锁存 l 边沿启动 l 二进制
DIP28
ADC0809的引脚和结构
数字逻辑电路第10章数模(DA)和模数(AD)转换
Vx＝5V （首先，取5V项，由于5V<8.5V，则保留该项，记为数字’1’） +2.5V（再取2.5V项，此时5V+2.5V<8.5V，则保留该项，记为数字’1’）
+0V （再取1.25V项，此时5V+2.5V+1.25V>8.5V，则应去掉该项，
记为数字’0’）
+0.625V（再取0.625V项，此时5V+2.5V+0.625V<8.5V，则保留该项，
记为数字’1’）
≈8.125V（得到最后逼近结果） 总结上面的逐次逼近过程可知，从大到小逐次取出Vr的各分 项值，按照“大者去，小者留”的原则，直至得到最后 逼近结果，其数字表示为’1101’。
1）逐次逼近比较式ADC
上述逼近结果与Vx的误差为8.125V－8.5V＝－0.375V。 显然，当Vx＝(7.8125V～8.4375V)之间时，采用上面Vr 的4个分项逼近的结果相同，均为8.125V，其误差为 ΔVx＝(－0.3125V～＋0.3125V)，最大误差限相当于Vr 最后一个分项的一半，即 1 V。
最终SAR的输出Q2Q1Q0=101，即为输入电压Ux的数字码，经 缓冲寄存器输出至译码电路，显示出十进制数5 V。
上述过程是在控制电路依次发出的节拍脉冲的作用下 完成的， 其工作波形如图7.7-11 所示。 现在A/D变换器一般都是用大规模集成电路制作的， 如ADC0809、 ADC0816、 AD7574等都是8位(二进制)逐次逼 近型A/D变换器， ADC1210是12位逐次比较型A/D 变换器.
1）逐次逼近比较式ADC
1 1 1 1 1 Vr Vr Vr Vr Vr n Vr 2 4 8 16 2 5V+2.5V+1.25V+0.625V+ + =10V
+0V （再取1.25V项，此时5V+2.5V+1.25V>8.5V，则应去掉该项，
记为数字’0’）
+0.625V（再取0.625V项，此时5V+2.5V+0.625V<8.5V，则保留该项，
记为数字’1’）
≈8.125V（得到最后逼近结果） 总结上面的逐次逼近过程可知，从大到小逐次取出Vr的各分 项值，按照“大者去，小者留”的原则，直至得到最后 逼近结果，其数字表示为’1101’。
1）逐次逼近比较式ADC
上述逼近结果与Vx的误差为8.125V－8.5V＝－0.375V。 显然，当Vx＝(7.8125V～8.4375V)之间时，采用上面Vr 的4个分项逼近的结果相同，均为8.125V，其误差为 ΔVx＝(－0.3125V～＋0.3125V)，最大误差限相当于Vr 最后一个分项的一半，即 1 V。
最终SAR的输出Q2Q1Q0=101，即为输入电压Ux的数字码，经 缓冲寄存器输出至译码电路，显示出十进制数5 V。
上述过程是在控制电路依次发出的节拍脉冲的作用下 完成的， 其工作波形如图7.7-11 所示。 现在A/D变换器一般都是用大规模集成电路制作的， 如ADC0809、 ADC0816、 AD7574等都是8位(二进制)逐次逼 近型A/D变换器， ADC1210是12位逐次比较型A/D 变换器.
1）逐次逼近比较式ADC
1 1 1 1 1 Vr Vr Vr Vr Vr n Vr 2 4 8 16 2 5V+2.5V+1.25V+0.625V+ + =10V
第10章 AD转换器与DA转换器应用1
第10章A/D转换器与D/A转换器应用D/A转换器（Digit to Analog Converter，DAC）是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件。
A/D转换器（Analog to Digit Converter，A DC）是一种能把模拟量转换成数字量的电子器件。
在单片机控制系统中，经常需要用到D/A 和A/D转换器。
它们的功能及其在实时控制中的作用，如图10-1所示。
图10-1 单片机和被控实体间的接口示意图其中：被控系统的过程信号可以是电量（如电流、电压、功率和开关量等），也可以是非电量（如温度、压力、流速和密度等），其数值是随时间连续变化的。
过程信号可以由变送器和各类传感器变换成相应的模拟电量，然后经多路开关，输入到A/D转换器，由A/D转换器将其转换成相应的数字量送给单片机，单片机对过程信息进行相关的运算和处理。
另一方面，单片机还把处理后的数字量送给D/A转换器，变换成相应的模拟量，对被控系统实施控制和调整，使被控系统处于最佳工作状态。
上述分析表明：在单片机控制系统中，传感器和变送器主要用于数据采集，A/D转换器把采集的模拟量转换成数字量，向单片机提供被控对象的各种实时参数，以便单片机对被控对象进行监视；D/A转换器用于把单片机处理完毕的数字量转换成模拟量，作为控制信号的控制值，通过机械或电气手段对被控对象进行调整和控制。
本章介绍典型的ADC、DAC集成电路芯片，以及与单片机的硬件接口设计及软件设计。
10.1 AT89S51单片机与ADC的接口10.1.1 A/D转换器简介A/D转换器种类很多，但从原理上可分为四种：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。
第十章A／D及D／A转换器
（ 5） DAC 的工作方式 DAC0832 有三种工作方式： 双缓冲方式 单缓冲方式 直通方式 采用单缓冲方式连接如图10-3所示。
D7~D0
DAC0832 DI0~7 Verf
WR1 +5V ILE 200H CS
+5V R
系 统 总 线 A9~A0
AEN
IOW
Rfb
+ Vout
I01 I02 AGND
二、A/D转换原理
A/D转换的原理很多,常见的有双积分式、逐次逼 近式、计数式等，输出码制有二进制、BCD码等，输 出数据宽度有8位、12位、16位、20位等（二进制和 BCD码）。常用的是逐次逼近式A/D。
逐次逼近式A/D转换器
逐次逼近式A/D转换器原理如图10-10所示，当转 换器接收到启动信号后，逐次逼近寄存器清0，通过 内部D/A转换器输出使输出电压V0为0，启动信号结 束后开始A/D转换。
（2）转换时间：指数字量输入到模拟量输出达到稳定所需 的时间。一般电流型D/A转换器在几秒到几百微秒之内；而 电压型D/A转换器转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。 （3）转换精度：指D/A转换器实际输出与理论值之间的误 差，一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位。 如：±1/2LSB表示，当D/A分辨率为20mV，则精度为 ±10mV. （4）线性度：当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟 量按比例变化的程度。 线性误差—— 模拟量输出值与理想输出值之间偏离 的最大值。
（4）可使用多片0832同时进行D/A转换，以便同时产生 多个摸拟信号送出 DI CS1 WR1 ILE WR2 XFER
○ ○
DI
0832 CS2 WR1
○ ○
DI
CS3 WR1 ILE WR2 XEFR
第10章DA和AD转换技术
§1 D/A转换与D/A转换接口 D/A转换与D/A转换接口 转换与D/A
D/A转换器的性能指标 一、D/A转换器的性能指标 1、分辨率 分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量, D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量 分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量,取 决于输入数字量的二进制位数。一个n位的DAC DAC所能分辨的 决于输入数字量的二进制位数。一个n位的DAC所能分辨的 最小电压增量定义为满量程值的2 最小电压增量定义为满量程值的2-n倍。 例如：满量程为10V DAC分辨率为10V× =39mv； 分辨率为10V 例如：满量程为10V 的8位 DAC分辨率为10V×2-8=39mv； 一个同样量程的16 DAC的分辨率高达10V× 16位 的分辨率高达10V 一个同样量程的16位DAC的分辨率高达10V×2-16=153uV 2、转换精度 转换精度和分辨率是两个不同的概念。 转换精度和分辨率是两个不同的概念。转换精 度是指满量程时DAC DAC的实际模拟输出值和理论值的接 度是指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接 近程度。 近程度。
②三角波程序 三角波由线性下降段和线性上升段组成，相应程序为： 三角波由线性下降段和线性上升段组成，相应程序为： ORG 1000H START: CLR A MOV R0 , #0FEH DOWN: MOVX @R0 , A ；线性下降段 INC A JNZ DOWN 若未完，则转DOWN ；若未完，则转 MOV A , #0FEH UP: MOVX @R0 , A ；线性上升段 DEC A JNZ UP 若未完， ；若未完，则UP SJMP DOWN 若已完， ；若已完，则循环 END
3、分辨率：转换器所能分辨的被测量的最小值。实 分辨率：转换器所能分辨的被测量的最小值。 际上分辨率就等于1LSB=1/2 满刻度值，其中n 际上分辨率就等于1LSB=1/2n×满刻度值，其中n为 A/D转换器的位数 分辨率通常用位数表示， 转换器的位数， A/D转换器的位数，分辨率通常用位数表示，如8位、 10位 12位等 例如对于一个10 位等。 10位转换器的分辨率 10位、12位等。例如对于一个10位转换器的分辨率 1/1024，显然，位数越多，分辨率就越高。 为1/1024，显然，位数越多，分辨率就越高。 4、量程： 指转换器的满刻度范围，亦即最大和最小 量程： 指转换器的满刻度范围， 模拟值之差 5、转换时间和转换率：完成一次A/D转换所需的时间。 转换时间和转换率：完成一次A/D转换所需的时间。 A/D转换所需的时间 转换率就是转换时间的倒数。 转换率就是转换时间的倒数。
微机原理与接口技术_10 AD和DA转换
• 转换精度是指在输出端产生给定的数字量，实际输入的模 拟值与理论输入的模拟值之间的偏差。
• 4．转换时间和转换率
• 转换时间指完成一次A/D转换所需的时间，即从启动信号 开始到转换结束、得到稳定数字量的时间。转换率是指转 换时间的倒数。
2020/8/3
7
10.1.3 典型芯片ADC0809
• ADC0809是一种8路模拟输入8路数字输出的逐次比较型 A/D转换器。目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。
2020/8/3
14
• 2．引脚功能
• 各引脚功能如下。
– REFOUT：内输入端，该信号输入端与REFOUT配合，用
于满刻度校准。
– BIP：偏置电压输入，用于调零。 – DB11～DB0：12位二进制数的输出端。 – STS：“忙”信号输出端，高电平有效。当其有效时，表示正
在进行A/D转换。
2020/8/3
15
• 3．特性参数
– （1）分辨率：12位A/D转换芯片，也可以用作8位A/D转换。
– （2）转换时间：25s，若转换成12位二进制数，可以一次读 出，也可分成两次读出，即先读出高8位后读出低4位。
– （3）工作温度：0℃～70℃。 – （4）功耗：390mW。
• 对输入Vin，理想转换码为
N＝
Vin－VRE（F －） × VRE（F ＋）－VRE（F －）
256
2020/8/3
10
• 4．特性参数
– （1）分辨率为8位。 – （2）最大不可调误差是±1LSB。 – （3）单电源＋5V。 – （4）可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容。 – （5）当用＋5V电源供电时，模拟输入电压范围为0～5V。 – （6）温度范围－40℃～＋85℃。 – （7）功耗为15mW。 – （8）转换速度取决于芯片的时钟频率，其时钟频率范围为
• 4．转换时间和转换率
• 转换时间指完成一次A/D转换所需的时间，即从启动信号 开始到转换结束、得到稳定数字量的时间。转换率是指转 换时间的倒数。
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10.1.3 典型芯片ADC0809
• ADC0809是一种8路模拟输入8路数字输出的逐次比较型 A/D转换器。目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。
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• 2．引脚功能
• 各引脚功能如下。
– REFOUT：内输入端，该信号输入端与REFOUT配合，用
于满刻度校准。
– BIP：偏置电压输入，用于调零。 – DB11～DB0：12位二进制数的输出端。 – STS：“忙”信号输出端，高电平有效。当其有效时，表示正
在进行A/D转换。
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• 3．特性参数
– （1）分辨率：12位A/D转换芯片，也可以用作8位A/D转换。
– （2）转换时间：25s，若转换成12位二进制数，可以一次读 出，也可分成两次读出，即先读出高8位后读出低4位。
– （3）工作温度：0℃～70℃。 – （4）功耗：390mW。
• 对输入Vin，理想转换码为
N＝
Vin－VRE（F －） × VRE（F ＋）－VRE（F －）
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• 4．特性参数
– （1）分辨率为8位。 – （2）最大不可调误差是±1LSB。 – （3）单电源＋5V。 – （4）可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容。 – （5）当用＋5V电源供电时，模拟输入电压范围为0～5V。 – （6）温度范围－40℃～＋85℃。 – （7）功耗为15mW。 – （8）转换速度取决于芯片的时钟频率，其时钟频率范围为
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第10章
A/D、D/A转换器的应用
本章学习目标
MCS-51单片机与8位A/D、D/A
转换器的接口技术
MCS-51单 片 机 与 12位 A/D 转 换
器的串、并行接口技术
10.1 A/D转换器的应用
10.1.1 8位逐次比较式A/D转换器0809的应用
1．ADC0809的逻辑结构
IN0 IN7 八路 模拟 量 开关
A0
89C51
WR
IN7
IN0
+
74LS02
P2.7
RD INT1
+
八 路 模 拟 量 输 入
ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0013H SJMP INT1 ORG 0030H MAIN:MOV R1，#30H ；置数据区首址 MOV R7，#08H ；置通道数 MOV DPTR，#7FFF8H ；P2.7＝0，指向IN0 SETB IT1 ；开中断 SETB EX1 SETB EA READ：MOVX @DPTR，A ；启动A/D HERE：SJMP HERE ；等待中断 DJNZ R7，READ ；巡回未完继续
7 6 5 4 16 15 14 13 8 12 11
VREF I OUT 2 I OUT1
DI0 ~ DI7
8位输入 锁存器
8位DAC 寄存器
8位D/A 转换器
9
LE1
＆
LE 2
R fb
3
R fb AGND
ILE
19
CS WR1 WR 2 XFER
1 2 18 17
＆
＆
10 20
DGND VCC
其主要特性参数如下：
A DC 0809
地址与通道对应关系
ADD C 0 0 0 0 1 1 1 1 ADD B 0 0 1 1 0 0 1 1 ADD A 0 1 0 1 0 1 0 1 输入通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
（1）IN0～IN7：8路模拟通道的输入端。 （2）D0～D7：8位数字量输出端。 （3）VREF（+） 、VREF（-） ：正、负参考电压输入端。 一般情况下VREF（+）与VCC相连接，VREF（-）与GND 相连接 （4）CLOCK：时钟输入信号。 （5）START：转换启动信号，高电平有效。 （6）ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道选择输入 端。 （7）ALE：地址锁存信号。 （8）EOC：A/D转换结束信号，此信号常被用来作 为中断请求信号。 （9）OE：允许输出信号。
程序：
ORG 0000H MOV A ,#00H; MOV DPTR,#TABLE; MOVC A ,@A+DPTR;取设定温度值 MOV R3 ,A; START： MOVX @R0,A;令ADC开始 转换 WAIT: JB P2.0 ,ADC;检测转换完成 否？ JMP WAIT; ADC: MOVX A ,@R0; CLR C; SUBB A ,R3; JNC POFF ; MOV P1,#0FEH ; CALL DELAY; JMP START
控制直流电机
数字量 从 255---0变化，然后 再从0---255变 化，形成的模拟信号5V—0V,0---（-5V）, -5V---0,0—5V,使 直流电机 转速由快 到慢， 再反向 由慢 到快，再 由快 到慢，再反向 由 慢 到快循环。
ORG 0C3H HA14S:MOV SP #53H ; MOV DPTR #7FFFH; MOV A ,#0FFH; HA14S1:MOVX @DPTR ,A; LCALL DELAY ; HA14S2:DEC A ; LCALL DELAY ; MOVX @DPTR ,A; CJNE A ,#00H,HA14S2 ; HA14S3:INC A MOVX @DPTR ,A; LCALL DELAY ; MOVX @DPTR ,A; CJNE A ,#FFH,HA14S3 ; SJMP HA14S1; DELAY: MOV R7 ,#0FFH; DELAY1:MOV R6,#80H; DELAY2: DJNZ R6 ,DELAY2 ; DJNZ R7 ,DELAY1 ; RET END
AD590
8031
译码电路
A0----A15
110V/220V 温度测量电路
温度值0C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ADCVIN(V) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
ADC输出值 00H 19H 32H 4BH 64H 7DH 96H AFH C8H E1H FAH
3．ADC0809与8051接口电路
ALE G P0 Q 74LS74 Q CK
D
ADC0809
CLK ADDC ADDB ADDA D 7 ~ D0 START ALE OE EOC
VREF( ) VREF( )
+5V GND
A7
74LS A2 373 A1
产生三角波的程序如下：
ORG 1000H STAR： MOV DPTR， # 7FFFH; 选中DAC0832 MOV A，#00H LP1： MOVX @DPTR，A ;向DAC0832输出数据并开始转换 INC A JNZ LP1； 上升到最大值FFH LP2: DEC A MOVX @DPTR，A ; JNZ LP2 ; 下降到最小值00H SJMP LP1; 重复输出
… INT1：MOVX MOV INC INC RETI END
A，@DPTR @R1，A R1 DPTR
；读取转换结果 ；存放数据 ；指向下一存储单元 ；指向下一通道 ；中断返回
（2）利用查询方式对8路模拟信号进行采集
ORG0000H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN：MOV DPTR，#7FF8H；P2.7=0，且指向IN0 MOV R1，#30H ；置数据区首地址 MOV R7，#08H ；置通道数 READ：MOVX @DPTR，A ；启动A/D HERE：JB P3.3，HERE；查询转换完否 MOVX A，@DPTR ；读取转换结果 MOVX @R1，A ；存放数据 INC R1 ；指向下一个存储单元 INC DPTR ；指向下一通道 DJNZ R7，READ ；巡回未完继续 END
3．DAC0832与8051的接口电路
MCS-51与DAC0832接口时，可以有三种连接方式：单缓冲 方式、双缓冲方式和直通方式。
+5V
89C51 P0
DI 0 ~ DI 7
VCC ILE VREF
WR
WR1
CS
DAC0832 R fb +12V
IOUT1
P2.7
+ LM358 -12V
WR 2 I OUT 2
DAC0832与8051的接口电路: 直通方式
+5V
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
8051
CS
WR 1
D A C IOUT2 0 IOUT1 8 AGND 3 DGND 2 XFER
WR 2
Vcc ILE VREF RFB
3
ST CLK 三态 输出 锁存 器 EOC D0
八路 A/D 转换 器
8
A B C ALE
地址 锁存 与 译码 VR+ VROE
D7 VCC GND
ADC0809的主要特性
ADC0809的主要特性 （1）分别率为8位。 （2）最大不可调误差小于。 （3）单一+5V电源供电，模拟输入范围为0～5V。 （4）具有锁存控制的8路模拟开关。 （5）功耗为15mW。 （6）可锁存三态输出，输出与TTL兼容。 （7）不必进行零点和满度调整。 （8）转换速度取决于芯片的时钟频率，时钟频率 范围：10～1280kHz。
2．ADC0809的引脚
IN 3 IN 4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLOCK VCC V REF() GND D1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 IN 2 IN 1 IN 0 ADDA ADDB ADDC ALE D 7 ( MSB ) D6 D5 D4 D 0 ( LSB 的数字编码与 输入模拟电压成某一确定关系，所以要先将 电流信号转化成电压信号，其方法：用运算 放大器做成比例放大器，根据绝对温度与摄 氏温度的关系，以及电流与电压的转换关系， 可以得到测温点的现场温度。
+5V AD521 VREF
AD570 RD P1.0 R2003 SSR D0----D7
0
+
0 0
A
0
0
VOUT
图10.6直通式DAC0832电压输出电路
两个寄存器都处于 常通状态，则ILE=1， CS , XFER,WR1,WR 2 直接接地。
DAC0832与8051的接口电路: 双缓冲工
POFF:MOV P1 ,#0FFH; CLR A CALL DELAY ; JMP START ; DELAY: MOV R7 ,#0FFH; DJNZ R7 ,$; RET ; TABLE:DB 4BH ; END
10.2 D/A转换器及接口
10.2.1 8位D/A转换器0832的应用 1．DAC0832的逻辑结构与引脚功能
2．D/A转换器的输出方式
D/A转换器输出分为单极性和双极性两种输 出形式。
A/D、D/A转换器的应用
本章学习目标
MCS-51单片机与8位A/D、D/A
转换器的接口技术
MCS-51单 片 机 与 12位 A/D 转 换
器的串、并行接口技术
10.1 A/D转换器的应用
10.1.1 8位逐次比较式A/D转换器0809的应用
1．ADC0809的逻辑结构
IN0 IN7 八路 模拟 量 开关
A0
89C51
WR
IN7
IN0
+
74LS02
P2.7
RD INT1
+
八 路 模 拟 量 输 入
ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0013H SJMP INT1 ORG 0030H MAIN:MOV R1，#30H ；置数据区首址 MOV R7，#08H ；置通道数 MOV DPTR，#7FFF8H ；P2.7＝0，指向IN0 SETB IT1 ；开中断 SETB EX1 SETB EA READ：MOVX @DPTR，A ；启动A/D HERE：SJMP HERE ；等待中断 DJNZ R7，READ ；巡回未完继续
7 6 5 4 16 15 14 13 8 12 11
VREF I OUT 2 I OUT1
DI0 ~ DI7
8位输入 锁存器
8位DAC 寄存器
8位D/A 转换器
9
LE1
＆
LE 2
R fb
3
R fb AGND
ILE
19
CS WR1 WR 2 XFER
1 2 18 17
＆
＆
10 20
DGND VCC
其主要特性参数如下：
A DC 0809
地址与通道对应关系
ADD C 0 0 0 0 1 1 1 1 ADD B 0 0 1 1 0 0 1 1 ADD A 0 1 0 1 0 1 0 1 输入通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
（1）IN0～IN7：8路模拟通道的输入端。 （2）D0～D7：8位数字量输出端。 （3）VREF（+） 、VREF（-） ：正、负参考电压输入端。 一般情况下VREF（+）与VCC相连接，VREF（-）与GND 相连接 （4）CLOCK：时钟输入信号。 （5）START：转换启动信号，高电平有效。 （6）ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道选择输入 端。 （7）ALE：地址锁存信号。 （8）EOC：A/D转换结束信号，此信号常被用来作 为中断请求信号。 （9）OE：允许输出信号。
程序：
ORG 0000H MOV A ,#00H; MOV DPTR,#TABLE; MOVC A ,@A+DPTR;取设定温度值 MOV R3 ,A; START： MOVX @R0,A;令ADC开始 转换 WAIT: JB P2.0 ,ADC;检测转换完成 否？ JMP WAIT; ADC: MOVX A ,@R0; CLR C; SUBB A ,R3; JNC POFF ; MOV P1,#0FEH ; CALL DELAY; JMP START
控制直流电机
数字量 从 255---0变化，然后 再从0---255变 化，形成的模拟信号5V—0V,0---（-5V）, -5V---0,0—5V,使 直流电机 转速由快 到慢， 再反向 由慢 到快，再 由快 到慢，再反向 由 慢 到快循环。
ORG 0C3H HA14S:MOV SP #53H ; MOV DPTR #7FFFH; MOV A ,#0FFH; HA14S1:MOVX @DPTR ,A; LCALL DELAY ; HA14S2:DEC A ; LCALL DELAY ; MOVX @DPTR ,A; CJNE A ,#00H,HA14S2 ; HA14S3:INC A MOVX @DPTR ,A; LCALL DELAY ; MOVX @DPTR ,A; CJNE A ,#FFH,HA14S3 ; SJMP HA14S1; DELAY: MOV R7 ,#0FFH; DELAY1:MOV R6,#80H; DELAY2: DJNZ R6 ,DELAY2 ; DJNZ R7 ,DELAY1 ; RET END
AD590
8031
译码电路
A0----A15
110V/220V 温度测量电路
温度值0C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ADCVIN(V) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
ADC输出值 00H 19H 32H 4BH 64H 7DH 96H AFH C8H E1H FAH
3．ADC0809与8051接口电路
ALE G P0 Q 74LS74 Q CK
D
ADC0809
CLK ADDC ADDB ADDA D 7 ~ D0 START ALE OE EOC
VREF( ) VREF( )
+5V GND
A7
74LS A2 373 A1
产生三角波的程序如下：
ORG 1000H STAR： MOV DPTR， # 7FFFH; 选中DAC0832 MOV A，#00H LP1： MOVX @DPTR，A ;向DAC0832输出数据并开始转换 INC A JNZ LP1； 上升到最大值FFH LP2: DEC A MOVX @DPTR，A ; JNZ LP2 ; 下降到最小值00H SJMP LP1; 重复输出
… INT1：MOVX MOV INC INC RETI END
A，@DPTR @R1，A R1 DPTR
；读取转换结果 ；存放数据 ；指向下一存储单元 ；指向下一通道 ；中断返回
（2）利用查询方式对8路模拟信号进行采集
ORG0000H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN：MOV DPTR，#7FF8H；P2.7=0，且指向IN0 MOV R1，#30H ；置数据区首地址 MOV R7，#08H ；置通道数 READ：MOVX @DPTR，A ；启动A/D HERE：JB P3.3，HERE；查询转换完否 MOVX A，@DPTR ；读取转换结果 MOVX @R1，A ；存放数据 INC R1 ；指向下一个存储单元 INC DPTR ；指向下一通道 DJNZ R7，READ ；巡回未完继续 END
3．DAC0832与8051的接口电路
MCS-51与DAC0832接口时，可以有三种连接方式：单缓冲 方式、双缓冲方式和直通方式。
+5V
89C51 P0
DI 0 ~ DI 7
VCC ILE VREF
WR
WR1
CS
DAC0832 R fb +12V
IOUT1
P2.7
+ LM358 -12V
WR 2 I OUT 2
DAC0832与8051的接口电路: 直通方式
+5V
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
8051
CS
WR 1
D A C IOUT2 0 IOUT1 8 AGND 3 DGND 2 XFER
WR 2
Vcc ILE VREF RFB
3
ST CLK 三态 输出 锁存 器 EOC D0
八路 A/D 转换 器
8
A B C ALE
地址 锁存 与 译码 VR+ VROE
D7 VCC GND
ADC0809的主要特性
ADC0809的主要特性 （1）分别率为8位。 （2）最大不可调误差小于。 （3）单一+5V电源供电，模拟输入范围为0～5V。 （4）具有锁存控制的8路模拟开关。 （5）功耗为15mW。 （6）可锁存三态输出，输出与TTL兼容。 （7）不必进行零点和满度调整。 （8）转换速度取决于芯片的时钟频率，时钟频率 范围：10～1280kHz。
2．ADC0809的引脚
IN 3 IN 4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLOCK VCC V REF() GND D1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 IN 2 IN 1 IN 0 ADDA ADDB ADDC ALE D 7 ( MSB ) D6 D5 D4 D 0 ( LSB 的数字编码与 输入模拟电压成某一确定关系，所以要先将 电流信号转化成电压信号，其方法：用运算 放大器做成比例放大器，根据绝对温度与摄 氏温度的关系，以及电流与电压的转换关系， 可以得到测温点的现场温度。
+5V AD521 VREF
AD570 RD P1.0 R2003 SSR D0----D7
0
+
0 0
A
0
0
VOUT
图10.6直通式DAC0832电压输出电路
两个寄存器都处于 常通状态，则ILE=1， CS , XFER,WR1,WR 2 直接接地。
DAC0832与8051的接口电路: 双缓冲工
POFF:MOV P1 ,#0FFH; CLR A CALL DELAY ; JMP START ; DELAY: MOV R7 ,#0FFH; DJNZ R7 ,$; RET ; TABLE:DB 4BH ; END
10.2 D/A转换器及接口
10.2.1 8位D/A转换器0832的应用 1．DAC0832的逻辑结构与引脚功能
2．D/A转换器的输出方式
D/A转换器输出分为单极性和双极性两种输 出形式。