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1、第十一章MCS-51单片机与D/A转换器、A/D转换器的接口§10-1概述1.数字—电压,电压—数字转换2.电压—频率(脉冲),频率(脉冲)—电压电压转换3.轴角—数字,数字—轴角转换本章主要介绍数字—电压,电压—数字转换的基本原理与应用A/D、D/A转换主要分为三类一、A/D和D/A转换的一般术语和定义(雷丽文P332)(1)开环电压放大倍数A→∞；(2)差模输入电阻Rid→∞；(3)输出电阻Ro=0;(4)频带无限宽；(5)输入失调电压Uos=0;(6)输入失调电流Ios=0;(7)共模抑制比
2、CMRR→∞；(8)干扰和噪声都不存在。二、运算放大器简介1理想集成运算放大器的特性图10-2理想运算放大器模型(a)符号；(b)传输特性；(c)线性放大区等效电路(1)反相放大组态2.比例运算放大电路∵(2)同相放大组态由于，由图可得电压跟随器3.加法运算电路由图9-4(a)电路不难得到当满足R1∥Rf=R2∥R3时，上式可简化为加法电路迭加原理将图(a)电路加以推广，就得到图(b)所示的电路。它是一个全加器(可以进行加法运算和减法运算)。图中，A为一理想运算放大器。如果所有输入网络与反馈网络的元件都是
3、纯电阻，且满足：则：反相相加器因为理想运算放大器，,即运放输入端不索取电流，所以反馈电流4.相减器(差动放大器)此电路可看成是：(1)当 单独作用时，电路相当于同相比例运放。(2)当 单独作用时，电路相当于反相比例运放。电路工作原理分析5.积分器由于ii=0，所以i1=if又因为u-=u+=0，则有6.微分器§10-2D/A转换器一、D/A转换器的工作原理D/A转换器的基本功能是将数字量转换成与此相应的模拟量。左图所示的N位D/A转换器,有N个输入端,将N个输入信号D转换成一个与D唯一对应的模拟信号A
4、。其输入输出关系可以表示为:其中A为模拟量,P为模拟基准值,可以是电压或电流,D为数字量那么,一个模拟量可以表示为由此可以看出:要使D/A转换器具有转换功能,须具有下面四个部分:①将数字量转换成相应的电参数量,如可用电流的大小表示数字量中的各位数值,这些大小不同的电流称为“权重电流”。－－－－对应②必须有一组与数字量中n个二进制位相同的开关。③为了对应A，表达式中比例因子P必须有一个模拟基准值。④需将代表每一位数值电流迭加起来。电路组成它由四个基本单元构成：①电阻网络②开关③参考电压④运算放大器1．分辨率2
5、．转换精度(1)转换精度的分类——绝对误差,相对误差D/A变换器的误差主要由下面几部分组成①非线性误差②温度系数误差③电源波动误差(2)绝对误差(3)相对误差3．变换时间当数字信号满刻度变化时，从数码输入到输出电压达到其终值的±1/2LSB所需要的时间称为变换时间。4．动态范围D/A变换电路的最大和最小的电压输出值范围二、D/A转换器的技术性能指标（雷P342）1．不带数据输入锁存器的DAC芯片的使用（雷丽文P344）三、典型D/A变换器芯片举例对于一个DAC器件来说,当数据量加到其输入端时,在输出端将随之
6、建立相应的电流或电压,并随着输入数据的变化而变化。同理,当输入数据消失时,输出电流或电压也会消失。在微机系统中,数据来自CPU。8088执行输出指令后,数据在总线上的保持时间只有2个时钟周期,这样模拟量在输出端的保持时间也很短。但在实际使用中,要求转换后的电流或电压保持到下次数据输入前不发生变化。为此就要求在DAC的前面增加一个数据锁存器,再与总线相连,如上图所示。图中译码器的接法决定了锁存器的端口地址。超过8位的DAC转换器的使用（雷丽文P344）需要二个锁存器和总线相连，工作时，CPU通过两条输出指令往
7、两个锁存器对应的端口地址中输出12位的DAC的数据。第一次执行输出指令后，DAC就得到了一个局部输入，由此输出端会得到一个局部的实际上并不需要的模拟量输出，…DAC通过两级数据缓冲器与8位总线相连（1）DAC0832的引脚及其功能D0～D7:数据线:片选:写输入寄存器信号:写变换寄存器信号ILE:输入寄存器选通命令:允许输入寄存器数据传送到变换寄存器:ANDGND2．带有数据输入锁存器的D/A芯片的使用（2）DAC0832的内部结构①单极性输出电路（4）DAC0832的几种典型输出连接方式工作原理分析由KV
8、L定理知：②双极性输出电路1．直接方式A/D转换①计数式A/D转换(雷P348)工作原理分析:电路优缺点:§10-3A/D转换器一、A/D变换器的基本工作原理及结构速度慢②逐次逼近式A/D转换(雷P349)工作原理分析:电路优缺点:启动信号由高变低时，逐次逼近寄存器清0,DAC的输出电压也为0。当启动信号变高时时开始,转换开始,逐次逼近寄存器开始计数。当第一个时钟脉冲到来时,控制电路把最高位置1送到逐次逼近寄存器
