完全手册 51单片机C语言开发详解系列之第10章 DA转换实战—模拟量输出电路与软件设计.ppt

第10章 D/A转换实战—模拟量输出电路与软件设计 本章主要通过实际的例子讲解AT89S51单片机的模拟量输出电路和软件设计。在第9章中已经提到过，真实世界中所有物理量都是模拟量，一个基于单片机嵌入式系统要能够控制一个实际的设备，除了要感知到真实世界的模拟量变化，对于部分执行设备来说，还要能够输出一个真实的物理变化量，才能够控制其工作，这是单片机进行控制的重要手段之一。 由于基础的51系列单片机没有D/A转换器（其实大部分单片机都不含D/A转换器），因此要在51单片机上实现D/A转换功能，就必须外扩D/A转换电路。 10.1 D/A转换器的基本原理 D/A转换器把数字量转化为与其大小成正比的模拟量信号。根据不同的转换原理，D/A转换器的种类很多，最常见的两种转换器是权电阻式和T型电阻式D/A转换器等。下面分别介绍目前常用的D/A转换器的基本原理。 10.1.1 权电阻式D/A转换器原理 权电阻D/A转换器实际上就是运放电路中十分经典的反向求和电路，如图所示，为一4位二进制的权电阻D/A转换器的典型电路。电路由权电阻、位切换开关、反馈电阻和运算放大器组成。 10.1.2 R-2R T型网络D/A转换器原理 如图所示为R-2R T型网络D/A转换器原理图，电路由4路R-2R电阻网络，一个运算放大器和一个反馈电阻R组成，这种转换电路与权电阻D/A转换电路的区别主要在于电阻求和网络的结构不同，它采用了分流原理实现对输入位数字量的转换。 10.1.3 R-2R 倒T型网络D/A转换器原理 如图所示为R-2R倒T型网络D/A转换器原理图，与R-2R T型网络D/A转换器原理类似，通过D0～D3的数字开关的输入，形成不同大小的输入电阻，从而从运放的输出端输出需要的模拟量。 10.1.3 R-2R 倒T型网络D/A转换器原理 如图10.4所示为R-2R倒T型网络D/A转换器原理图，与R-2R T型网络D/A转换器原理类似，通过D0～D3的数字开关的输入，形成不同大小的输入电阻，从而从运放的输出端输出需要的模拟量。 10.1.4 D/A转换器的转换精度 选择D/A转换器时，需要考虑D/A转换器的主要技术指标，下面简要介绍一下D/A转换器的技术指标，常用的D/A转换器指标包括转换精度、转换速度和温度特性。 D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。 分辨率用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。其定义为D/A转换器模拟量输出电压可能被分离的等级数。输入数字量位数愈多，输出电压可分离的等级愈多，即分辨率愈高。 10.1.5 D/A转换器的转换速度 当D/A转换器输入的数字量发生变化时，输出的模拟量并不能立即达到所对应的量值，它需要一段时间。通常用建立时间和转换速率两个参数来描述D/A转换器的转换速度。 建立时间（tset）指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需要时间。 一般用D/A转换器输入的数字量NB从全0变为全1时，输出电压达到规定的误差范围（LSB/2）时所需时间表示。D/A转换器的建立时间较快，单片集成D/A转换器建立时间最短可达0.1μs以内。 10.1.6 D/A转换器的温度系数 是指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1oC，输出电压变化的百分数作为温度系数。 10.2 DAC0832数模转换器电路设计 根据不同的应用，不同的精度要求，可以选用不同的D/A转换器在AT89S51上进行扩展， DAC0832是一款由美国国家半导体公司生产的CMOS工艺制造8位电流输出型D/A转换器，其主要的技术指标如下： 分辨率：8位； 供电电源：+5V～15V； 典型稳定时间：1us； 线性度：8～10bit； 低功耗：20mW； 温度漂移：0.0002% FS/°C； 适合多种单片机接口； 双缓冲、单缓冲与直通模式。 10.2.1 DAC0832的内部结构 DAC0832主要由两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成，其内部结构原理图如图所示，使用两个寄存器的结构大大简化了硬件接口电路设计的难度。 10.2.2 电流电压转换接口 DAC0832 D/A转换器输出的模拟量是电流，有许多D/A转换器的输出量都是电流，但是实际应用中常常需要用的是模拟电压输出，因此在D/A转换器的后端还需要将电流转换为电压输出。 如图10.9所示为常用的D/A转换器反相输出电流电压转换接口，输出电压为Vout=-iR，当VREF为+5V时，输出电压范围是0～-5V，当VREF为+10V时，输出电压范围是0～-10V。 10.2.3 DAC0832的直接工作方式 如图所示为DAC0832的直接工作方式，该工作方式采用一个外界输入，可以是地址线或者地址译码器输出，直接将