十天学会单片机Day3 D/A与A/D转换器

D/A转换器

1.二进制权电阻网络型D/A转换器

基准电压Vref 数据D(d3d2d1d0) 输出模拟电压V0

　　i0 = Vref/8R    i1 = Vref/4R     i2 = Vref/2R     i3 = Vref/R

　　i∑ = i0+i1+i2+i3 = Vref * (d3*2^3 + d2*2^2 + d1*2^1 +d0*2^0) / (R*2^3)

设RF = R / 2，可得

　　Vo = -RF*if = -R/2 * i∑ = -Vref (d3*2^3 + d2*2^2 + d1*2^1 +d0*2^0) /2^4

输出电压最大变化范围　　

　　0~-(2^n - 1)*Vref/2^n

2.倒T型电阻网络D/A转换器

电路特点：①分别从ABCD往右看等效电阻都是R

　　　　　②开关不论01，各支路电流不变

　　

　　Iref = Vref / R

　　I3 = Iref/2 = Vref/2R    I2 = Iref/4 = Vref/4R     I1 = Iref/8 = Vref/8R    I0 = Iref/16 = Vref/16R

运放求和电压

　　Vo = -RF*if = -RF*i = -Vref*RF *(d3*2^3 + d2*2^2 + d1*2^1 +d0*2^0) /(R * 2^4)

当RF = R时

　　Vo = -Vref*(d3*2^3 + d2*2^2 + d1*2^1 +d0*2^0) / 2^4

3.D/A转换器的主要参数

①分辨率　　分辨率 = 1 / (2^n - 1)

②转换精度　　转换精度指输出模拟电压的实际值与理想值之差。通常要求误差小于Vlsb/2

③转换速度　　用转换时间表示，转换时间是指从输入数字起，到输出电压或电流到达稳定值所学时间，也称建立时间。

④非线性误差　　非线性误差(也称线性度)是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数表示。　　　　　　                                                          如±１％是指实际输出值与理论值    之差在满刻度的±１％以内。

4.DAC0832芯片

特性

　　分辨率８位；

　　电流建立时间１μS；

　　数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；

　　输出电流线性度可在满量程下调节；

　　逻辑电平输入与TTL电平兼容；

　　单一电源供电（＋5V～＋15V）；

　　低功耗，20mＷ。

　　D7～D0：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；

　　ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；

　　CS(上划线)：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；

　　WR1(上划线)：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随                        　　 输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；

　　XFER(上划线)：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；

　　WR2(上划线)：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存                             器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

　　IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；

　　IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；

　　Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；

　　Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；

　　VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；

　　AGND：模拟信号地；

　　DGND：数字信号地。

              

　　输出为电流，用运算放大器转化成电压。

　　CS(上划线)为低电平，芯片被选中，数据总线上数据开始保持有效。再将WR(上划线)置低，从Iout线上可看出，WR(上划线)置低ts后D/A转化结束，Iout输出稳定。若只控制完成一次，则拉高WR(上划线)，CS(上划线)即可。

 

A/D转换器

1.采样和保持

　　由于A/D转换需要一定的时间，为了保持转换器就输入信号的恒定，采样后的值必须保持不变。若输入信号变化较快，而A/D转换速度较慢，则需要加上采样-保持电路。

　　

 

　　在取样脉冲s(t)有效期间，开关VT导通，u1向C充电，u0(=uc)跟随u1变化而变化；

　　在s(t)无效期间，开关VT截止，u0(=uc)不变，直到下次采样。

 

 

 

常用 采样-保持器LF198/298/398

 

　　     vL=1，S闭合，进入采样阶段，A1、A2均为A=1的电压跟随器，所以v0=vo'=v1,        如果将电容Ch接到R2的引出端和地之间，则电容上的电压也等于v1。

 

　　　　vL=0，S断开，由于Ch上的电压不变，所以输出电压v0的数值保持下来了。　　

 

 

 

2.转换方法

逐次比较型：转换精度高

　　Vref是基准电压，，D/A转换器输出Vn比输入Vin比较。

 

　　开始转换时，寄存器最高位为1，D/A转换器输出Vn = Vref/2 与Vin比较，若Vn大于Vin，则下一个脉冲后，寄存器最高位为0；若Vn小于Vin，则下一个脉冲后，寄存器最高位为1。第二个脉冲后Vn = Vref/4 或Vref*3/4，以此类推。最终确定寄存器N位数值，至少需要n个时钟周期。

 

 

 

 

并行比较型：转换速度快，精度不高

 

　　精密电阻分压。

　　输入模拟电压vI与各比较参考电平比较，产生的(2^n)- 1位二进制码，通过寄存器寄存，被译码成n为二进制数(D0~Dn-1),完成模拟信号到数字信号转换。

 

 

 

 

 

 

 

双击分型：精度较高，抗干扰能力强，转换速度慢

 

  工作原理：对输入的模拟电压和基准电压分别进行积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后再这个时间间隔里对固定频率的时钟脉冲计数，结果就是正比于输入模拟信号的数字信号量。

 

 

 

 

 

 

3.A/D转换器的主要参数

①分辨率 输入模拟电压范围最大值*2^-n

②转换误差：实际输出数字了和理论上输出数字量间的差别。常用最低有效位(LSB)的倍数表示

③转换时间：完成一次转换所需时间。

　　双积分：几十ms至几百ms

　　逐次比较型：10~50us

　　并行比较：10ns

 

4.ADC0804

特点：

　　工作电压：+5V，即VCC=+5V。

　　模拟转换电压范围：0～+5V，即0≤Vin≤+5V。

　　分辨率：8位，即分辨率为1/28=1/256，转换值介于0～255之间。

　　转换时间：100us（fCK=640KHz时）。

　　转换误差：±1LSB。

　　参考电压：2.5V，即Vref/2=2.5V。

 

　　Vin（+）、Vin（-）：两个模拟信号输入端，可以接收单极性、双极性和差模输入信号。

　　DB0-DB7：具有三态特性数字信号输出端，输出结果为八位二进制结果。

　　CLKIN：时钟信号输入端。

　　CLKR:内部时钟发生器的外接电阻端，与CLK端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率计算方式是：fck=1/(1.1RC）。R~=10kΩ

　　CS：片选信号输入端，低电平有效。

　　WR：写信号输入端，低电平启动AD转换。

　　RD：读信号输入端，低电平输出端有效。

　　INTR：转换完毕中断提供端，AD转换结束后，低电平表示本次转换已完成。

　　VREF/2：参考电平输入，决定量化单位。

　　VCC：芯片电源5V输入。

　　AGND:模拟电源地线。

　　DGND:数字电源地线。

 

　　对比于上图 其实是一样样的。

　　

 

 

 

 

 

 

 

ADC0804启动转换时序图

　CS先为低电平，WR(上划线)随后置低，经过至少tW(WR(上划线))L时间后，WR(上划线)拉高，随后A/D转换器被启动，并经过(1~8个A/D时钟周期+内部Tc)时间后，A/D完成转换，结果存入数据锁存器，同时INTR(上划线)自动变为低电平，通知单片机本次转换结束。

 

sbit adwr = P3^6;　　//定义A/D的WR端口

CSAD置0，选通。

adwr = 1;

_nop()_;

adwr = 0;　　　　//启动A/D转换

_nop()_;

adwr = 1;

 

 

ADC0804读取数据时序图

　　当INTR(上划线)变低电平后，将CS(上划线)先置低，接着再将RD(上划线)置低，在RD(上划线)置低至少经过tACC时间后，数字输出口上的数据达到稳定状态，此时直接读取数字输出端口数据便可得到转换后数子信号，读走数据后，将RD(上划线)拉高，再将CS(上划线)拉高，INTR(上划线)自动拉高。

 

sbit adrd = P3^7;　　//定义A/D的RD端口

P1 = 0xff;　　//读取P1口之前先给其写全1

adrd = 1;　　

_nop()_;

adrd = 0;　　//A/D读 使能

uchar adval = P1;　//从P1读取数据

adrd = 1;　　//读取结束

 

　　连续读取数据时没必要每次都把CS置低再拉高，CS是片选信号，置低表示该芯片可被操作。一开始将CS置低，启动转换或读取数据时只需要操作WR(上划线)和RD(上划线)即可。