第十一章ADC與DAC的應用廣東機電職業技術學院-------單片機應用智能電子教研室張永亮一.AD轉換A/D轉換器用以實現模擬量向數字量的轉換。按轉換原理可分為4種:并行式、計數式、逐次逼近式、雙積分式A/D轉換器。逐次逼近式A/D轉換器是一種速度較快,精度較高的轉換器,其轉換時間大約在幾微秒到幾百微秒之間。1.A/D轉換器接口(1)并行式模擬數字轉換

轉換速度快。所需要的電路較復雜，以n個位的并行式模擬-數字轉換為例，則需要2n個精密電阻器、2n-1個比較器，以及一個n位的優先編碼器。(2)逐步逼近式模擬-數字轉換n位的逐步逼近式模擬-數字轉換，其轉換時間為n個時鐘脈波，其轉換速度僅次于并行式模擬-數字轉換。電路較并行式模擬-數字轉換的電路簡單。(3)連續計數式模擬-數字轉換轉換速度依輸入模擬電壓而不同，模擬電壓越高所需轉換時間越長。電路較并行式模擬-數字轉換的電路簡單。(4)雙斜率式模擬-數字轉換

轉換速度最慢。精密度高，穩定性佳。噪聲免疫力良好。2.A/D轉換器基本知識A/D轉換器的主要技術指標分辨率 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1/212*Uref，一個10V滿刻度的12位ADC能分辨,輸入電壓變化最小是:10V×1/212=2.4mV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。2.A/D轉換器基本知識A/D轉換器的主要技術指標偏移誤差

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。滿刻度誤差 滿刻度誤差又稱為增益誤差。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。線性度 線性度有時又稱為非線性度，指轉換器實際的轉換特性與理想直線的最大偏差。2.A/D轉換器基本知識A/D轉換器的主要技術指標絕對精度 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。轉換速率 指ADC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。3.ADC0804芯片介紹

CMOS的逐步逼近式AD轉換器。具有8位分辨力，轉換時間為100微秒，而最大誤差為1個LSB值(最小電壓刻度)。采用差動式模擬電壓輸入，三態式數字輸出。模擬輸入電壓范圍為0到5V(千萬不要輸入過高電壓，一下子就燒毀)。

引腳圖

ADC0804時鐘脈沖電路3.ADC0804芯片介紹ADC0804的連續轉換電路3.ADC0804芯片介紹ADC0804的交互式控制電路3.ADC0804芯片介紹

ADC0804的啟動轉換時序圖3.ADC0804芯片介紹

ADC0804的轉換時序圖3.ADC0804芯片介紹

交互信號3.ADC0804芯片介紹ADC0804與8051連接3.ADC0804芯片介紹

電壓測量實驗4.ADC0804芯片使用-電壓測量電壓測量電路

4.ADC0804芯片使用-電壓測量流程圖

4.ADC0804芯片使用-電壓測量溫度測量實驗

4.ADC0804芯片使用-溫度測量AD590的外觀、底部引腳圖與符號

4.ADC0804芯片使用-溫度測量AD590的特性

輸出電流與開氏溫度成正比，開氏溫度0度時輸出0A，開氏溫度每上升1度電流增加1微安，而開氏溫度與攝氏溫度的關系為開氏溫度等于攝氏溫度加上273。換言之，攝氏溫度每上升1度AD590電流增加1微安。

有效溫度感測范圍為-55℃到150℃。可采用的電源范圍為4V到30V。4.ADC0804芯片使用-溫度測量AD590接口

輸出電壓減去2.732V電路圖4.ADC0804芯片使用-溫度測量AD590與ADC0804的接口電路

4.ADC0804芯片使用-溫度測量加權電阻網絡

1.D/A轉換器基本知識二.DA轉換bit3bit2bit1bit0VObit3bit2bit1bit0VO000001000-50001-0.6251001-5.6250010-1.251010-6.250011-1.8751011-6.8750100-2.51100-7.50101-3.1251101-8.1250110-3.751110-8.750111-4.3751111-9.375電路結構簡單，但不容易制作，因為其中所使用的電阻值，種類太多，差異過大。在IC的內部電路里，很難做出這樣的電路。由于最大與最小的電阻差異太大，非常容易造成誤差，以8位的轉換電路為例，其中最大電阻為最小電阻的256倍，若電阻的誤差為1%，則最大電阻的誤差值就比最小電阻或次小電阻還大了！所以，很難達到較高的精確度。1.D/A轉換器基本知識Ｔ型電阻網絡D/A轉換器的基本原理1.D/A轉換器基本知識D/A轉換器的主要技術指標分辨率 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（常為電壓）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/2n。FS表示滿量程輸入值，n為二進制位數。

例：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。（位數越多分辨率就越高）線性度（非線性誤差） 線性度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。

1.D/A轉換器基本知識D/A轉換器的主要技術指標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。 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百分比表示。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）等幾類。具有兩級輸入數據寄存器的8位單片D/A轉換器，它能直接與單片機89C52相連接，采用二次緩沖方式，可以在輸出的同時，采集下一個數據，從而提高轉換速度，能夠在多個轉換器同時工作時，實現多通道D/A的同步轉換輸出。2.DAC0832結構原理(1)DAC0832的特性分辨率為8位。只需在滿量程下調整其線性度。可與所有的單片機或微處理器直接接口。電流穩定時間為1μs。可雙緩沖、單緩沖或直通數據輸入。功耗低，約為200mW。邏輯電平輸入與TTL兼容。單電源供電（+5V～+15V）。

DAC0832的邏輯結構如下圖所示，由8位鎖存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉換器構成。2.DAC0832結構原理（2）DAC0832的引腳及邏輯結構D0～D7：數字量數據輸入線。ILE：數據鎖存允許信號，高電平有效。CS：輸入寄存器選擇信號，低電平有效。WR1：輸入寄存器的“寫”選通信號，低電平有效。WR2：DAC寄存器的“寫”選通信號，低電平有效。XFER：數據傳送信號，低電平有效。VREF：基準電壓輸入線。RFB：反饋信號輸入線，片內已有反饋電阻。IOUT1和IOUT2：電流輸出線。IOUT1與IOUT2的和為常數，DAC寄存器的內容線性變化。一般在單極性輸出時，IOUT2接地。VCC：工作電源。DGND：數字地。AGND：模擬信號地。2.DAC0832結構原理(3)DAC0832各引腳的功能3.DAC0832與單片機的接口 將ILE接+5V，寄存器選擇信號及數據傳送信號都與地址選擇線相連（圖中為P2.7），兩級寄存器的寫信號都由89C52的WR端控制。當地址線選通DAC0832后，只要輸出控制信號，DAC0832就能一步完成數字量的輸入鎖存和D/A轉換輸出。 階梯波是在一定的時間內每隔一段時間輸出的幅值遞增一個恒定值。如圖所示，每隔1ms輸出增長一個定值，經10ms后循環。用DAC0832的單緩沖方式就可以實現這樣的波形。4.DAC0832應用—階梯波的產生AD轉換-溫度測量工學結合任務八：廣東機電職業技術學院-------單片機應用目的和意義1．掌握AD轉換器的基本工作原理。2.掌握單片機與AD0804的接口方式，電路連接設置。2．掌握C51編寫AD轉換程序。4．掌握PROTEUS仿真，燒寫器的使用，硬件電路設計、焊接、裝配，培養學生利用單片機技術解決生活中的實際問題的能力。一、任務描述1、設計一個單片機溫度測量儀器，采用AD0804進行AD轉換。2、具體要求：實時測量,并采用LCD顯示。3、利用KeilC軟件編寫主函數、AD轉換，顯示，定時器中斷等C程序代碼。二、任務分析

1、任務所需硬件知識

單片機最小系統（晶振，復位電路），數碼管顯示，串行接口電路2、任務所需軟件知識

單片機C語言數據類型，結構，串口通信、顯示等程序設計3、任務所需環境 安裝操作系統的微機1臺、單片機集成開發環境keilC2.0、軟 硬件開發平臺proteus6.9、單片機下載軟件STC_ISP_V3.3、 單片機實驗板、下載線。項目實施過程—理實一體化模式提出項目和任務學生思考老師指點規劃學習內容程序設計安裝與調試單片機基礎知識系統設計規劃二、任務分析要求會使用KeilC開發環境要求文件夾命名規范要求工程項目命名規范要求文件名命名規范要求程序是否功能齊全要求仿真軟件達到設計要求要求硬件電路滿足設計要求要求產品設計文檔充分二、任務分析程序設計要求1、進行功能分析，工作框架搭建，工作分工。2、使用軟硬件開發平臺proteus7.4進行電路仿真。設計要點：新建電路圖設計文件，查找元器件，放置元器件，布局布線，修改元器件屬性，進行仿真單片機程序。3、使用單片機集成開發環境keilC2.0。要點：C程序構成，關鍵詞，運算符與表達式，數據結構，結構化語句。4、使用單片機下載軟件STC_ISP_V3.3，通過串口或USB將單片機程序下載到單片機芯片中進行調試。5、完善單片機產品硬件電路，進行合適的電容、電阻、芯片、傳感器、顯示器件等進行焊接，通電運行后觀察硬件電路是否滿足要求。6、完成實驗文檔編寫，包括：題目、作者、摘要、關鍵詞，緒論，硬件電路，軟件流程、代碼，數據分析。任務實施步驟四、任務設計1）驅動硬件分析１.此電路核心件是MCS-51單片機（AT89C51）。

2.包括時鐘電路、復位電路。

3.AD轉換及數碼管或液晶驅動電路。四、任務設計1、單片機溫度測量硬件電路參考原理圖2）仿真電路圖檢查的標準要求五、檢查反饋序號質量報告內容分數存在問題得分1檢查文件夾命名是否規范52檢查工程項目命名是否規范53檢查文件名命名是否規范54檢查程序是否功能齊全355檢查仿真電路元件型號是否正確、齊全56檢查仿真軟件仿真結果是否達標157檢查硬件電路是否滿足設計要求108檢查產品設計文檔是否完整、簡潔209元件損壞-20,設備損壞-30，人受傷-100。10總分1、交流展示指導學生對產品進行展示，互相交流。2、檢測反饋指導學生對他人產品檢測，提出反饋意見。3、學生評價學生對他人產品進行評價，提出產品的優點和缺點，以及分數。4、教師評價根據教師點評進行分組討論，并對自己的項目進行修改、完善。五、檢查反饋多波形信號發生器工學結合任務九：廣東機電職業技術學院-------單片機應用目的和意義1．掌握DA轉換器的基本工作原理。2.掌握單片機與DAC0832的接口方式，電路連接設置。2．掌握C51編寫DA轉換程序。4．掌握PROTEUS仿真，燒寫器的使用，硬件電路設計、焊接、裝配，培養學生利用單片機技術解決生活中的實際問題的能力。一、任務描述1、設計一個多波形信號發生器，采用DAC0832進行輸出。2、具體要求：可產生正弦波,方波,三角波。3、利用KeilC軟件編寫主函數、DA轉換，定時器中斷等C程序代碼。二、任務分析

1、任務所需硬件知識

單片機最小系統（晶振，復位電路），數碼管顯示，串行接口電路2、任務所需軟件知識

單片機C語言數據類型，結構，串口通信、顯示等程序設計3、任務所需環境 安裝操作系統的微機1臺、單片機集成開發環境keilC2.0、軟 硬件開發平臺proteus6.9、單片機下載軟件STC_ISP_V3.3、 單片機實驗板、下載線。項目實施過程—理實一體化模式提出項目和任務學生思考老師指點規劃學習內容程序設計安裝與調試單片機基礎知識系統設計規劃二、任務分析要求會使用KeilC開發環境要求文件夾命名規范要求工程項目命名規范要求文件名命名規范要求程序是否功能齊全要求仿真軟件達到設計要求要求硬件電路滿足設計要求要求產品設計文檔充分二、任務分析程序設計要求1、進行功能分析，工作框架搭建，工作分工。2、使用軟硬件開發平臺proteus7.4進行電路仿真。設計要點：新建電路圖設計文件，查找元器件，放置元器件，布局布線，修改元器件屬性，進行仿真單片機程序。3、使用單片機集成開發環境