D/A&A/D轉換器及其與單片機接口ADC轉換原理及主要技術指標ADC芯片DAC轉換原理及主要技術指標DAC芯片內含ADC的8051芯片溫度傳感器實例模擬信號是一種連續的信號，自然界中的種種現象（如溫度、濕度、光線、高度等）都屬于這類信號。

數字信號則是一種0和1組成的非連續的信號，通常有TTL與CMOS兩種電平。

人類直接感受的是模擬信號，但模擬信號不易存儲、處理與傳輸，且容易失真；而數字信號比較容易存儲與處理，傳輸中葉不易失真，成為目前信號處理的主流。

因此，以傳感器測得的模擬信號，經模數轉換器（ADC）將它轉換成數字信號，這樣可進行較高效率的處理、存儲或傳輸。當處理完成后，再經數模轉換器（DAC）將它轉換成模擬信號，以驅動控制器件（如電熱器、電磁閥和電機等）

ADC轉換器的原理及主要技術指標1.并行式ADC的轉換原理

這種模/數轉換器是以多個比較器并行處理，又稱比較器型模/數轉換。

這種模/數轉換以數個比較器同時檢測輸入的模擬信號，然后予以編碼產生數字信號。如圖所示。其特性：

轉換速度快。需要的電路復雜，n位并行模/數轉換需要2n個精密電阻，2n-1個比較器以及n位優先編碼器。2.逐次逼近式ADC的轉換原理successiveapproximationADC的轉換電路如圖。

首先N位寄存器最高位置1，經D/A轉換器輸出VN，與輸入電壓Vin比較，如果VN<Vin，則高位置1不變，否則高位復0；繼續，直到N位寄存器的每一位確定為止。其特性：轉換速度慢。3.雙積分式ADC的轉換原理

它采用定電流積分器，先用輸入的模擬信號來充電，然后用固定的參考電壓放電，放電期間用計數器計數，放電完畢，計數停止，計數結果就是所要輸出的數字信號。其特點：轉換速度慢。精度高，穩定性好。抗噪聲好。4.A/D轉換器的主要技術指標a.分辨率ADC的分辨率是指使輸出數字量變化一個相鄰數碼所需輸入模擬電壓的變化量。常用二進制的位數表示。例如12位ADC的分辨率就是12位，或者說分辨率為滿刻度FS的1/。一個10V滿刻度的12位ADC能分辨輸入電壓變化最小值是10V×1/=2.4mV。b.量化誤差ADC把模擬量變為數字量，用數字量近似表示模擬量，這個過程稱為量化。量化誤差是ADC的有限位數對模擬量進行量化而引起的誤差。實際上，要準確表示模擬量，ADC的位數需很大甚至無窮大。一個分辨率有限的ADC的階梯狀轉換特性曲線與具有無限分辨率的ADC轉換特性曲線（直線）之間的最大偏差即是量化誤差。

c.偏移誤差偏移誤差是指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值，所以有時又稱為零值誤差。假定ADC沒有非線性誤差，則其轉換特性曲線各階梯中點的連線必定是直線，這條直線與橫軸相交點所對應的輸入電壓值就是偏移誤差。d.滿刻度誤差滿刻度誤差又稱為增益誤差。ADC的滿刻度誤差是指滿刻度輸出數碼所對應的實際輸入電壓與理想輸入電壓之差。e.線性度線性度有時又稱為非線性度，它是指轉換器實際的轉換特性與理想直線的最大偏差。f.絕對精度在一個轉換器中，任何數碼所對應的實際模擬量輸入與理論模擬輸入之差的最大值，稱為絕對精度。對于ADC而言，可以在每一個階梯的水平中點進行測量，它包括了所有的誤差。g.轉換速率ADC的轉換速率是能夠重復進行數據轉換的速度，即每秒轉換的次數。而完成一次A/D轉換所需的時間（包括穩定時間），則是轉換速率的倒數。ADC轉換器模/數轉換器種類很多，而ADC080X系列是教學中最常用的，特別是ADC0804與8X51完全兼容。

1.ADC0804特性：CMOS的逐步逼近式AD轉換器。具有8位，轉換時間100微秒。采用差動式模擬電壓輸入、三態式數字輸出。模擬輸入電壓范圍0-5V。

2.引腳：/CS：片選，接低電平時芯片選中；否則輸出數據DB0-BD7呈高阻。/RD：數據讀取/WR：開始轉換/INTR：完成轉換CLKIN:時鐘脈沖輸入，接100-1460KHz時鐘脈沖。結合CLKR引腳，外接外加的電阻和電容，由內部電路自動產生時鐘脈沖，其頻率為：f=1/(1.1RC)CLKR:時鐘脈沖輸出，可接電阻以產生時鐘脈沖。Vref/2：參考電壓輸入，其電壓值為最大輸入模擬電壓值得一半。Vin+：模擬電壓輸入的正端。Vin-：模擬電壓輸入的負端。VCC：電源正。DGND：數字信號地。AGND：模擬信號地。DB0-DB7：數字輸出引腳，三態輸出。3.電壓校準ADC0804的模擬電壓輸入至Vin+和Vin-，若要調整輸入電壓的輸入水平，可利用一個運放進行電壓水平調整，如圖。4.操作方式

a.連續轉換

如圖所示，/CS與/RD引腳連接到地，/INTR與/WR連接，這樣，微處理器就可以隨時讀取這個數據總線上的數據。b.交互式控制

如圖,/CS接地，/WR和/RD接微處理器的輸出，此信號為START或SOC（startofconvert），微處理器通過輸出口向此輸出一個低電平，ADC0804即可進行模/數轉換。轉換完成后，則由/INTR輸出一個低電平脈沖，此信號稱為IRQ，微處理器可以通過查詢此信號或由此信號引起中斷進行轉換數據讀取。ADC0804的操作時序如圖所示。

當ADC0804的/CS與/WR為低電平時，ADC0804內部開始轉換，轉換期間，/INTR為高電平。當0804內部轉換完畢，/INTR變成低電平，這時若/RD為低電平，則轉換結果將隨/INTR轉為高電平時放至數據總線（DB0-DB7），以供微處理器讀取。5.8051與ADC0804的連接

若ADC0804采用連續轉換方式，直接將DB0-DB7連接8051的任意一個P口即可。

若采用交互式控制，除了數據線，需將其START及IRQ連接8051P口中的任一位。

如果將0804作為8051的外部存儲器，則需將0804的/WR、/RD、/INTR信號分別和8051的/WR、/RD和INTx相連，而DB0-DB7與P0口相連。

要進行AD轉換操作時，若使用匯編語言，可通過專用的外部存儲器存取指令：MOVX@DPTR,A和MOVXA,@DPTR

若使用C51程序，則需將某個變量聲明為xdata存儲器形式，采用如下的程序代碼：unsignedcharxdataadc;……adc=0xff;//startadc……result=adc;//readadcdataDAC轉換原理及主要技術指標

1、D/A轉換器的基本原理及分類基本上DAC轉換器是由電阻網絡所構成的，常見的是加權電阻網絡及R-2R電阻網絡兩種。a.Ｔ型電阻網絡D/A轉換器VO=(D0×I0+D1×I1+D2×I2+D3×I3+D4×I4+……+D7×I7)×Rfb=(D0×I×1/28+……+D7×I×1/21)=VREF/R×2-8×Rfb×D=VREF/256×D(當Rfb=R)當有n位電阻網絡時，VO=VREF/2n×D輸出電壓的大小與數字量具有對應的關系。特點：電路結構簡單，電阻只有兩種，容易實現。b.加權電阻網絡如圖

VO=-IR=-1/8

×(23V1+22V2+21V3+20V4)

其中V1、V2、V3和V4分別為數字數據的數字位的電壓。

特點：電路簡單，但制作不容易，電阻種類多，差異大。容易造成誤差。2、D/A轉換器的主要性能指標a.分辨率分辨率是指輸入數字量的最低有效位（LSB）發生變化時，所對應的輸出模擬量（電壓或電流）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。分辨率與輸入數字量的位數有確定的關系，可以表示成FS/。FS表示滿量程輸入值，n為二進制位數。對于5V的滿量程，采用８位的DAC時，分辨率為5V/256＝19.5mV；當采用12位的DAC時，分辨率則為5V/4096＝1.22mV。顯然，位數越多分辨率就越高。b.線性度線性度（也稱非線性誤差）是實際轉換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。常以相對于滿量程的百分數表示。如±１％是指實際輸出值與理論值之差在滿刻度的±１％以內。c.絕對精度和相對精度絕對精度（簡稱精度）是指在整個刻度范圍內，任一輸入數碼所對應的模擬量實際輸出值與理論值之間的最大誤差。絕對精度是由DAC的增益誤差（當輸入數碼為全1時，實際輸出值與理想輸出值之差）、零點誤差（數碼輸入為全０時，DAC的非零輸出值）、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對精度（即最大誤差）應小于1個LSB。相對精度與絕對精度表示同一含義，用最大誤差相對于滿刻度的百分比表示。d.建立時間建立時間是指輸入的數字量發生滿刻度變化時，輸出模擬信號達到滿刻度值的±1/2LSB所需的時間。是描述D/A轉換速率的一個動態指標。電流輸出型DAC的建立時間短。電壓輸出型DAC的建立時間主要決定于運算放大器的響應時間。根據建立時間的長短，可以將DAC分成超高速（＜1μS)、高速（10～1μS）、中速（100～10μS）、低速（≥100μS）幾檔。

應當注意，精度和分辨率具有一定的聯系，但概念不同。DAC的位數多時，分辨率會提高，對應于影響精度的量化誤差會減小。但其它誤差（如溫度漂移、線性不良等）的影響仍會使DAC的精度變差。DAC芯片

這里以DAC-08系列和DAC0832為例。DAC-08系列1、特性

電流型R-2R電阻網絡的DA轉換器。8位，轉換時間300ns。電源可采用±15V雙電源或+5V到+15V。2、引腳VLC：臨界電壓控制輸入引腳，其功能是設置數字信號電平，接地即可。/IOUT：互補模擬電流輸出引腳，/IOUT=IFS-IOUT，其中的IOUT為模擬輸出電流，IFS為滿刻度電流（約0.2-4mA）IFS=VREF/RREF×255/256VEE：負電源引腳，其電壓范圍-4.5到-18VIOUT：模擬電流輸出引腳IOUT=(2n-1Dn-1+……+20D0)/2n×IREF;IREF=VREF/RREFA1-A8：數字輸入，A1為最高位MSB，A8為最低位LSBVcc：電源+VREF+：正參考電壓VREF-：負參考電壓COPM：補償引腳，外接補償電容，避免高頻振蕩。3、操作方式如圖為DAC-08的基本電路，若VREF=5V，IREF=5KΩRO=5KΩ，則VO=D/256×5V

如果輸出直接接電阻，由于輸出阻抗高，容易造成負載效應，其輸出端一般接運放。

第一個電路中，其轉換結果沒有/VO，若要有VO和/VO對稱性輸出，則采用第二個電路。

4、8051與DAC-08的連接如圖為DAC-08與8051的簡單連接。DAC0832芯片DAC0832是使用非常普遍的８位D/A轉換器，由于其片內有輸入數據寄存器，故可以直接與單片機接口。DAC0832以電流形式輸出，當需要轉換為電壓輸出時，可外接運算放大器。屬于該系列的芯片還有DAC0830、DAC0831，它們可以相互代換。DAC0832主要特性：分辨率８位；電流建立時間１μS；數據輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式；輸出電流線性度可在滿量程下調節；邏輯電平輸入與TTL電平兼容；單一電源供電（＋5V～＋15V）；低功耗，20mＷ。

1、DAC0832內部結構及引腳2、DAC0832與80C51單片機的接口a.單緩沖工作方式

此方式適用于只有一路模擬量輸出，或有幾路模擬量輸出但并不要求同步的系統。雙極性模擬輸出電壓

：

雙極性輸出時的分辨率比單極性輸出時降低1/2，這是由于對雙極性輸出而言，最高位作為符號位，只有7位數值位。b.雙緩沖工作方式多路D/A轉換輸出，如果要求同步進行，就應該采用雙緩沖器同步方式。c.直通工作方式當DAC0832芯片的片選信號、寫信號、及傳送控制信號的引腳全部接地，允許輸入鎖存信號ILE引腳接＋5V時，DAC0832芯片就處于直通工作方式，數字量一旦輸入，就直接進入DAC寄存器，進行D/A轉換。http://www.A/內含ADC的8051芯片大部分51單片機廠商都提供內部ADC的51單片機，以ATMEL公司為例，AT89C5115、AT89C51AC2及AT89C51AC3等，而這些單片機除內部10位ADC外，其內部資源也比標準的89C51強大很多。1、AT89C5115RAM:256BRAM、256BXRAMROM:16KBFlashROM14個中斷源，3個16位定時器/計數器，1個全雙工UART最高工作頻率40MHzI/O口：16或20根數字I/O雙通道16位PCA，可作為8位PWM兩組數據指針寄存器，21位WDT，10位ADC提供Power-Down及Idle等兩種節電方式電源：3-5.5V2、AT89C51AC2RAM:256BRAM、1KBXRAMROM:32KBFlashROM14個中斷源，3個16位定時器/計數器，1個全雙工UART最高工作頻率40MHzI/O口：34根數字I/O雙通道16位PCA，可作為8位PWM兩組數據指針寄存器，21位WDT，10位ADC芯片內置仿真器邏輯即On-chipEmulatorLogic提供Power-Down及Idle等兩種節電方式電源：3-5.5V3、AT89C51AC3RAM:256BRAM、2KBERAMROM:32KBFlashROM14個中斷源，3個16位定時器/計數器，1個全雙工UART最高工作頻率60MHzI/O口：36根數字I/O雙通道16位PCA，可作為8位PWM兩組數據指針寄存器，21位WDT，10位ADC具有SPI接口，芯片內置仿真器邏輯提供Power-Down及Idle等兩種節電方式電源：3-5.5V美國AnalogDevice公司的AD590是體積小、使用方便的溫度傳感器，如圖。其特性如下：其輸出電流與開氏溫度成

正比，K=0時為0A，1μA/K有效測溫范圍-55℃-150℃電源范圍4V到30V

應用方法如圖，傳感器串接一個10KΩ電阻，產生電壓在0℃時VA=2.732V后面電路做減法，減去2.732V，使0℃時，VC=0V。溫度傳感器使用ADC0804將此電壓轉換為數字量，如圖。1、電壓測量——直接讀取方式

如圖，ADC0804接P0，/WR與/INTR相接，/RD和/CS接地，這樣，ADC0804不斷地進行轉換，轉換結果隨時放在數據總線上。8051從P1口讀取轉換數據并適當處理后在4位LED數碼管上顯示此采樣數據。results=adc*196;disp[3]=results/10000;disp[2]=(results/1000)%10;disp[1]=(results/100)%100;disp[0]=results%10;實例#include<reg51.h>CharcodeTAB[10]={0xc0,..,0x98};#defineADCP0#defineSCANPP1#defin