单片机原理及应用 教学课件 作者 谢辉 主编 黄滔 李焱 副主编第9单元 单片机模拟量接口.ppt

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1、第9单元单片机模拟量接口一、D/A转换接口二、A/D转换接口理解常用D/A转换器和A/D转换器的基本工作原理。掌握典型D/A转换器与单片机的接口方法及程序编制。掌握典型A/D转换器与单片机的接口方法及程序编制。应知应会要求：9.1D/A转换接口D/A转换器（DAC）是一种把数字信号转换成模拟信号的器件。D/A转换接口技术的主要内容是选择合适的D/A转换器及其它有关器件，实现与微机的正确连接及编制相应的输出接口程序。9.1.1D/A转换器的基本原理及主要性能指标D/A转换的基本原理是应用电阻解码网络，将N位数字量逐位

2、转换为模拟量并求和，从而实现将数字量到模拟量的对应转换。目前常用的D/A转换器一般采用T型电阻网络。图9-1是一个8位T型电阻网络的D/A转换器。图中，VREF为外加基准电源，Rfb为外接运算放大器的反馈电阻，D7~D0为控制电源开关的数字量。当数字量某位为1时，电子开关就将基准电压源VREF接入电阻网络的相应支路：若为0时，则将该支路接地。各支路的电流信号经过电阻网络加权后，由运算放大器求和并变换成电压信号，作为D/A转换器的输出。1.D/A转换器的基本原理及分类图9-1D/A转换器原理图由图可以得到：I=URE

3、F/RI7=I/21,I6=I/22,I5=I/23,I4=I/24，当输入数据D7~D0为11111111B时，有I01=I7+I6+I5+I4+I3+I2+I1+I0=(I/28)×(27+26+25+24+23+22+21+20)I02=0若Rfb=R，则VOUT=-I01×Rfb=-I01×R=-((UREF/R/28)×(27+26+25+24+23+22+21+20)R=-(UREF/28)×(27+26+25+24+23+22+21+20)=(UREF/28)D式中，D是数字量换算到十进制的数值。由此

4、可见，输出电压VOUT的大小与数字量具有对应的关系，这样就完成了数字量到模拟量的转换。2.D/A转换器的主要性能指标D/A转换器的种类很多。依据数字量的位数不同，有8位、10位、12位、16位或更高位的D/A转换器；依据数据的传送方式分，有并行和串行D/A转换器，并行D/A转换器一般比串行D/A转换器传输速度快，但与单片机连接的引脚较多；依据数据输出形式的不同，有电流输出型和电压输出型，通常电流输出型比电压输出型的建立时间快；依据输出极性的不同，又可分为单极性输出和双极性输出；依据结构的不同，可分为两类：一类D/A

5、芯片内部设置有数据寄存器、片选信号、写信号，引脚可以与单片机总线直接连接；另一类没有锁存器，不能与单片机直接连接，中间必须加锁存器，或者通过并行或串行接口连接。（1）分辨率分辨率是指输入数字量发生单位数码变化时，所对应的输出模拟量（常为电压）的变化量，常以LSB（LeastSignificantBit，数字量最小有效位所表示的模拟量）为单位。它反映了输出模拟量的最小变化值。分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS/2n（FS表示满量程输入值，n为二进制位数）。例如，对于5V的满量程，采用８位的DAC时，

6、分辨率为5V/28=19.5mV；当采用12位的DAC时，分辨率则为5V/212=1.22mV。显然，位数越多分辨率就越高。（2）线性度线性度（也称非线性误差）是指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。如是指实际输出值与理论值之差在满刻度的以内。（3）转换精度转换精度是指一个实际的D/A转换器与理想的D/A转换器相比较的转换误差。可表示为绝对精度（或相对精度）。绝对精度是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。主要由DAC的增益误差（当输

7、入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数码输入为全０时，DAC的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起。绝对精度应小于1个LSB。相对精度与绝对精度表示同一含义，是绝对精度与满量程的百分比。（4）建立时间建立时间是指D/A转换器的输入数字量发生满刻度变化时，输出模拟信号达到满刻度值的±1/2LSB所需的时间。是描述D/A转换速率的一个动态指标。电流输出型DAC的建立时间短。电压输出型DAC的建立时间主要决定于运算放大器的响应时间。根据建立时间的长短，可以将DAC分成超高速（＜1μS）、高速（1～10

8、μS）、中速（10～100μS）、低速（≥100μS）等几档。（5）温度系数在满刻度输出的条件下，温度每升高一度，输出变化的百分比。该项指标说明了温度变化对D/A转换精度的影响。需要注意，精度和分辨率有一定的联系，但概念不同。分辨率取决于D/A转换器的位数，精度取决于D/A转换器的各部件的制作误差。DAC的位数多时，分辨率会提高，对应于影响精度的量化误差会减