3.8 数模转换器(DAC)

AMP2 AMP1 AMP0 = 010
Low f / I
Low f / I
AMP2 AMP1 AMP0 = 011
Low f / I
Medium f / I
AMP2 AMP1 AMP0Fra bibliotek= 100Low f / I
High f / I
AMP2 AMP1 AMP0 = 101
Medium f / I
位数
DAC12RES
DAC12OG DAC12IR
输出电压格式
12位
0
12位
0
12位
0
8位
1
8位
1
8位
1
0
0
Vout = Vref × 3 × (DAC12_xDAT/4096)
1
0
Vout = Vref × 2 x (DAC12_xDAT/4096)
x
1
Vout = Vref × (DAC12_xDAT/4096)
DAC简介(2/3)
D/A转换器实质上是一个译码器（解码器）
一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟电压Uo和输入数字量Dn之间成正比
关系。UREF为参考电压。 · Uo = Dn UREF
数字值Dn
参考电压 UREF
DAC
连续输出信 号Uo
DAC简介(3/3)
理想DAC输出
实际DAC输出
• 一系列脉冲经过过滤
DDAACC1122LIORSREPEFS=L11=0DD0AACC1122RLESFE0L0==0000DAC12 full-scD1a2AleCbo1itu2Drt_Aep0Csuo1to:l2nu_3txPixoDV6nrAR.e6ETFf,e+wDrreAitntCec1ne2v_o1ltoangeP6.7
0
0
Vout = Vref × 3 × (DAC12_xDAT/256)
1
0
Vout = Vref × 2 × (DAC12_xDAT/256)
X
1
Vout = Vref × (DAC12_xDAT/256)
DAC12 操作 (2/4)
• DAC12_xDAT数据格式:
– 数据格式与满量程输出电压的关系:
• R-2R梯形DAC
-- 由阻值为R和2R的电阻反复级联构成的二进制加权DAC -- MSP430中的DAC12模块采用的就是这种结构.
DAC 类型(2/3)
加权DAC：先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后
将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现 了数字/模拟转换。
• 所有的MSP430硬件开发工具都有这个模块
• 实验板上的MSP430F6638单片机具有两个DAC12模块， 它们可以组合在一起使用，并且可以输出同步更新
DAC12 模块
• DAC12 框图:
DAC12 特征
• 12 位单调输出 • 8位或12位电压输出分辨率 • 可编程的时间对能量的消耗 • 内部或外部参考电压 • 二进制或二进制补码形式 • 具有自校验功能 • 多路DAC同步更新 • 可直接用存储器存储(DMA）
– 输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实际应用中，常用数 字量的位数表示D/A转换器的分辨率。
• 转换速度
（1）建立时间（tset）——当输入的数字量发生变化时，输出电压变化到相应 稳定电压值所需时间。最短可达0.1μS。
（2）转换速率（SR）——在大信号工作状态下模拟电压的变化率。
DAC性能参数 (2/2)
DDAACC1122LRSEEFL11DDAACC1122RLESFE0L0==1100
Rising edgVeeRoEfFT+imer_A.OUT1 (TA1)
DDAACC1122LRSEEFL11DDAACC1122RLESFE0L0==1111
Rising edgVeeoREf FT+imer_B.OUT2 (TB2)
DAC12 操作 (4/4)
DAC12中断:
-- DAC12输出和DMA控制器共用同一个中断向量
– 这种结构提供了:
• 更强的系统灵活性; • 没有必需要执行的代码; • 低功耗; • 更高的效率.
DAC12 寄存器（1/4）
触发源选择
参考电压选择
选择稳定时间 及电流消耗
输出校准
分辨率
组合控制位
VCC 内部参考电压 外部参考电压
触发源
DAC12_TRIGGER_ENCBYPASS[Default] DAC12_xDAT写操作
DAC12_TRIGGER_ENC
组合DAC12_xDAT写操作
DAC12_TRIGGER_TA
Timer_A.OUT1 (TA1)上升沿
DAC12_TRIGGER_TB
数据格式：
DAC12SREF
DAC12DF
DAC12DFJ
DAC12数据格式
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
12位二进制数据，右对齐，位11是最高位 12位二进制数据，左对齐，位15是最高位 12位二的补码数据，右对齐，位11是符号位 12位二的补码数据，左对齐，位15是符号位 8位二进制数据，右对齐，位7是最高位 8位二进制数据，左对齐，位15是最高位 8位二的补码数据，右对齐，位7是符号位 8位二的补码数据，左对齐，位15是符号位
DDAACC1122LIORSREPEFS=L11=1DD1AACC1122RLESFE0L0==0011DAC12 full-scD8aAlbeCito1ru2aet_lslp0gourltuo:untip1oVexnVdeRrRDEeEFFAf+e+C,re1D2nA_cCxeD1vA2o_Tl1twarogitnetePn5.1
DAC12ENC
Bit 18191542--1103
DDAACC1122LIORCSRAEPEFSLLxOxN
Description
DDAACC1122loiorcaneaudpfslte:ioupbrltureuatrnt:taicoinoengn:veio:nlittaiagleiz:ed or in progress when DAC12CALON = 1
DAC使能
数据寄存器
DAC12 寄存器(2/4)
• DAC12_xCTL, DAC12 控制寄存器
15 DAC12OPS 7
14
13
DAC12SREFx
6
5
DAC12AMPx
12 DAC12RES
4 DAC12DF
11
10
9
DAC12LSELx
DAC12CALON
3
2
1
DAC12IE
DAC12IFG
Medium f / I
AMP2 AMP1 AMP0 = 110
Medium f / I
High f / I
AMP2 AMP1 AMP0 = 111
High f / I
High f / I
f: frequency (speed)
I: current
DAC12 寄存器(4/4)
DAC12_xDAT, DAC12数据寄存器
• 单调性:
– 转换器的模拟输出值与数字输入值同增同减.
• 偏移误差:
当输入的数字量为0时，DAC输出的模拟量的大小。
• 温度系数
在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻 度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数作为温度系数。
DAC12 模块
• MSP430中的12位DAC模块（DAC12）输出的信号是电压
DAC12 操作 (3/4)
更新DAC12 输出电压 (DAC12_xDAT寄存器):
– 配置DAC12LSELx位: • DAC12LSELx = 0: 新写入数据立即输出; • DAC12LSELx = 1: 分组(数据被锁存); • DAC12LSELx = 2: 数据在Timer_A的CCR1输出信号的上升沿被锁存; • DAC12LSELx = 3: 数据在Timer_B的CCR2输出信号的上升沿被锁存.
8 DAC12IR
0 DAC12GRP
DAC12 寄存器(3/4)
• DAC12_xCTL, DAC12控制寄存器
7 15 DAC12OPS 7
6 14
513
DAC12AMDPAxC12SREFx
6
5
DAC12AMPx
124 DADCA1C21R2EDSF
4 DAC12DF
11 3
10 2
91
DACD1A2CI1E2LSELxDAC12IFG DAC12DCAACL1O2NENC
3.8 DAC数模转换
(Digital to Analog Converter)
本节内容
• DAC液晶显示器简介 • MSP430 DAC控制器
DAC简介(1/3)
• 数字处理的最后阶段 数字输出模拟信号(电压或电流等)
• 数模转换器(DAC)
Digital-to-Analog Converter 数字量-->模拟量的一种电子器件或电路
3
2
1
DAC12IE
DAC12IFG
DAC12ENC
80 DDAACC1122IRGRP
0 DAC12GRP
Bit
7431-5
DAC12ADIEENMFCPx
20
DAC12IGFRGP
Description
DAC12 adiennmattaepabrlrlifeufoiperwmrt hseaeentnt:atbiDnlAegC:w1h2eEnNDCA=C112aIEnd=D1AC12LSInEpLuxt>b0u.ffer:
DAC12 操作(1/4)
DAC12内核:
– 动态范围控制:
• DAC分辨率: 8位或12位 (DAC12RES位); • 满量程输出: 1xVREF 、2xVREF 或 3xVREF (DAC12IR位和DAC12OG位); • 输入数据格式: 二进制或二的补码 (DAC12DF位).
-- 输出电压 (二进制数据格式):
DAC12 库函数(2/3)
DAC12_init(__MSP430_BASEADDRESS_DAC12_2__, ……)
片选
DAC12_SUBMODULE_0
DAC12_SUBMODULE_1
DAC0 DAC1
参考电压
DAC12_VREF_VCC [Default]
DAC12_VREF_INT
DAC12_VREF_EXT
Output buffer:
AADDDGMMAAAroCCCPPu22111p222sAADDMMIDFFnPPAt==e11Cr1AAr01u2MMp_PPtx00fwl==aigth00D00tA01hCe1n2eIxFtGh=igh1ewr hDeAnCSTi1nwt2tr_eoarx’isrguwhOOcptohfftffmbepnipnelaDnerdmAyiCne1gn2tGRP = 1 (excepDDtiAAoCCn11f22orooDffffA((Ch01igV2h)_1Z))
• 重建并不精确
后得到的时间上连续
• 过滤器具有有限的相
vs
的模拟信号
位延迟
• 由奎斯特频率决定采
• 量化误差
样信号重建精确度
注：在一个单一时间周期内，时钟信号将锁存数字数据序列，DAC输出端 将保持模拟电压值.
DAC 类型(1/3)
• 二进制加权DAC --DAC的每个位都对应到一个电阻(或电源)
Timer_B.OUT2 (TB2)上升沿
DAC12 库函数(2/3)
DAC12_init(__MSP430_BASEADDRESS_DAC12_2__, ……)
选择输出 DAC12_OUTPUT_1 [Default] DAC12_OUTPUT_2
稳定时间/电流 DAC12_AMP_OFF_PINOUTHIGHZ DAC12_AMP_OFF_PINOUTLOW DAC12_AMP_LOWIN_LOWOUT DAC12_AMP_LOWIN_MEDOUT DAC12_AMP_LOWIN_HIGHOUT DAC12_AMP_MEDIN_MEDOUT DAC12_AMP_MEDIN_HIGHOUT DAC12_AMP_HIGHIN_HIGHOUT
DAC12 库函数（1/3）
DAC12_init()
DAC12_VREF_X
DAC12_AMP_X
DAC12_calibrateOutput()
DAC12_TRIGGER_X
DAC12_enableGrouping()
DAC12_SUBMODULE_X DAC12_setData() DAC12_enableConversions()
D0
D1
· · ·
Dn-1
输入
Vo D/A转换器
输出
v o /V
7 6
5 4 3 2 1
0 000 001 010 011 100 101 110 111 D
DAC 类型 (3/3)
R/2R梯形 DAC:
例如: R/2R 4位DAC体系结构:
-- 运算放大器阴极电流输入转换为虚拟接地
DAC 应用
DAC是将数字量转换成模拟量输出的设备，DAC在实际的应用中可以方 便地产生规则（梯形波和三角波）或不规则的模拟波形，用来控制一些模 拟设备，大多数都应用在音频方面。
话筒 放大器
放大器 扬声器 ADC DAC
简单语言编码
DAC性能参数 (1/2)
• 分辨率 (n):
– DAC转换器使用的位数, D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级 数。