单片机数模转换

第九章 数∕模 与 模∕数转换

测量对象和被控对象，是连续变化的模拟量，

具有模拟量输入和模拟量输出的MCS —51应用系统结构如图：

开关量

模拟量

物理量：位移，加速度，速度；

压力，温度，湿度；

光强，颜色；

磁场强度，磁通量；

A/D 与D/A 电路已经集成化， 掌握其参数，合理的选用

§9.1 D/A 转换器的工作原理及指标 一、 工作原理

D/A 转换器：输入数字量： D n-1 D n-2 … D 1 D 0

实际物理量（非电量） 传感器 及变换电路 单 片

机 模拟信号

AD 转 换 器

D/A

转换器

输出模拟量： Vo

Vo = D • Vr Vr 为参考电压

D = D n-1• 2n-1

+ D n-2 • 2

n- 1

… + D 1 • 2 + D 0

实现方法很多，介绍两种 1． 权电阻D/A 转换法

位切换开关 权电阻 Vr ：基准电压

构成：模拟电子开关，运算放大器 模拟电子开关：Di=1 接通

Di=0 断开

运算放大器：反向放大求和 输出电压：Vo =(

R D 80+R D 41+R D 22+R

D 3

) • R F • Vr 2．R —2R T 型电阻网络D/A 转换器 框图：

T 型解码网络

求和放大器参考电压模拟电子开关

D0 D1 Dn-1

T型电阻网络D/A转换器框图

T型电阻网络D/A转换原理图

由R-2R网络、模拟开关、运算放大器构成

从每个节点看，等效电阻为：R

从D3、D2、D1、D0看，等效电阻为3R；

从每一模拟开关流入的电流为：I=

R

Vr

3

;

电流经电阻网络分流后，进入运算放大器的电流为：

D3：

2

1I D2：

4

1I

二进制输入

D1：81I D0：16

1I

Vo = R

Vr

Rf 3•（D 3 • 2-1 + D 2 • 2-2 + D 1 • 2-3 + D 0 • 2-4）

=

16

3••R Vr

Rf （D 3 • 2-3 + D 2 • 2-2 + D 1 • 2-1 + D 0 • 20） D/A 转换器件提供的是电流，需要加运算放大器进行放大和转换。输出的电压与运算放大器的反馈电阻Rf 及参考电压Vf 有关。

R-2R 电阻网络实现容易，实用上大量采用 如：DAC0832 DAC0808 AD7520 二、D/A 转换器的性能指标

1． 分辨率

最小输出电压（对应输入数字量只有最低位为1）与最大输出电压（对应输入数字量全部为1）之比，与该数模转换器的位数有关：

10位，最小输出电压：Vmin = 00 0000 0001Vr 最大输出电压：Vmax = 11 1111 1111Vr 分辨率：

10231≈ 0.001 即 102

1 位数越高，输出电压最小值越小，分辨率越高，灵敏度越高； 以D/A 转换器的位数来表示其灵敏度，位数越高，灵敏度越高； 如：DAC083

2 8位

分辨率为：

82

1

≈ 0.004

2．建立时间

D/A中的输入代码有满刻度值的变化时，其输出模拟信号达到满度值±LSB/2所需时间；

3．精度

通常以最大转换误差的形式给出，包括非线性误差，比例误差，漂移误差等。

精度与分辨率不同：

4．线性度

实际输出值对D/A转换器理想输入/输出曲线的接近程度，通常以非线性误差的大小表示线性度；

1LSB

以最低位的分数来表示，LSB ,

2

还有：输出电压范围，输入电平类型，温度系数，工作温度，功耗三、D/A转换器的分类

1．按速度（建立时间）分类

1MHz以上为高速

THS8133 5ns

2．按输出信号类型分类

电流型：后面加运放I—V转换

电压型：直接得到电压

3．按接口类型分类：

并行：DAC0832，AD7520，

串行：MAX531, TLV5638(双12位)

4．参考源类型

内部和外部

5．供电电源类型：

单电源和双电源

四、D/A转换器的选择

考虑各种参数

所用的场合情况

§9.2 模数转换器DAC0832与MCS-51接口

一、DAC0832结构及特性

DAC0800系列：DAC0830\DAC0831\DAC0832可以完全代换1．主要特性参数：

●分辨率：8位

●电流稳定时间：1µs

●可以单稳态、双稳态或直接数字输入

●单一电源供电（+5V ─+15V）

●输入电平：TTL

●功耗：20mW

2．结构框图

DAC0832数模转换器框图

两个数据锁存器、一个T型网络D/A转换器、控制电路

8位输入寄存器

由8D锁存器组成，用来作为输入数据的缓冲寄存器，可以直接与微机相连，LE1为其控制输入，

LE1=1：D触发器接受信号，

LE1=0: D触发器锁存信号

8位DAC寄存器

也由8D锁存器组成，8位输入数据只有通过DAC寄存器才能送到D/A转换器去转换；控制端LE2;

LE2=1: 输出跟随输入

LE2=0：锁存

8位D/A转换器

采用T型网络，电流输出，

3．引脚说明：（共20脚）