51单片机与D/A接口设计详解 转换器, 分辨率, 二进制, 接口

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D/A转换器输入的是数字量，经转换后输出的是模拟量。有关D/A转换器的技术性能指标很多，例如绝对精度、相对精度、线性度、输出电压范围、温度系数、输入数字代码种类(二进制或BCD码)等。
1) 分辩率
分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n，则D/A转换器的分辨率为2-n。这就意味着数/模转换器能对满刻度的2-n输入量作出反应。
2) 建立时间
建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出达到终值误差±(1/2)LSB(最低有效位)时所需的时间。通常以建立时间来表示转换速度.
转换器的输出形式为电流时，建立时间较短;输出形式为电压时，由于建立时间还要加上运算放大器的延迟时间，因此建立时间要长一点。但总的来说，D/A转换速度远高于A/D转换速度，快速的D/A转换器的建立时间可达1 μs。
3) 接口形式
D/A转换器与单片机接口方便与否，主要决定于转换器本身是否带数据锁存器。有两类D/A转换器，一类是不带锁存器的，另一类是带锁存器的。对于不带锁存器的D/A转换器，为了保存来自单片机的转换数据，接口时要另加锁存器，因此这类转换器必须在口线上;而带锁存器的D/A转换器，可以把它看作是一个输出口，因此可直接在数据总线上，而不需另加锁存器。
典型D/A转换器芯片DAC0832

DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5 V～+15 V均可正常工作。基准电压的范围为±10 V;电流建立时间为1 μs;CMOS工艺，低功耗20 mW。
DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，其引脚排列图如图所示。DAC0832内部结构框图如图所示。 该转换器由输入寄存器和DAC寄存器构成两级数据输入锁存。使用时，数据输入可以采用两级锁存(双锁存)形式，或单级锁存(一级锁存，一级直通)形式，或直接输入(两级直通)形式。

此外，由三个与门电路组成寄存器输出控制逻辑电路，该逻辑电路的功能是进行数据锁存控制，当=0时，输入数据被锁存;当=1时，锁存器的输出跟随输入的数据。
D/A转换电路是一个R-2R T型电阻网络，实现8位数据的转换。对各引脚信号说明如下：
(1) DI7～DI0：转换数据输入。
(2) CS：片选信号(输入)，低电平有效。
(3) ILE：数据锁存允许信号(输入)，高电平有效。
(4) WR：第1写信号(输入)，低电平有效。
上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式，当ILE=1和 WR1 =1=0时，为输入寄存器直通方式;当ILE=1和WR1 =1时，为输入寄存器锁存方式。
(5) WR2 =1：第2写信号(输入)，低电平有效。
(6) XFER：数据传送控制信号(输入)，低电平有效。
上述两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式，当 WR2=0和XFER=0时，为DAC寄存器直通方式;当WR2=1和XFER=0时，为DAC寄存器锁存方式。
(7)  Iout1：电流输出1。
(8)  Iout2：电流输出2。
DAC转换器的特性之一是：Iout1+Iout2=常数。
(9)  Rfb：反馈电阻端。
DAC 0832是电流输出，为了取得电压输出，需在电压输出端接运算放大器，Rfb即为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图7.31所示。
(10) Vref：基准电压，其电压可正可负，范围是-10 V～+10 V。
(11)  DGND：数字地。
(12)  AGND：模拟地。
单缓冲方式的接口与应用
1. 单缓冲方式连接
所谓单缓冲方式就是使DAC 0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式，或者说两个输入寄存器同时受控的方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽有几路模拟量但并不要求同步输出时，就可采用单缓冲方式。

2. 单缓冲方式应用举例——产生锯齿波
在许多控制应用中，要求有一个线性增长的电压(锯齿来控制检测过程，移动记录笔或移动电子束等。对此可通过在DAC0832的输出端接运算放大器，由运算放大器产生锯齿波来实现，电路连接如图所示。图中的DAC8032工作于单缓冲方式，其中输入寄存器受控，而DAC寄存器直通。
假定输入寄存器地址为7FFFH，产生锯齿波的源程序清单如下：




ORG
0200H
DASAW：MOV
DPTR，#7FFFH
；输入寄存器地址，假定P2.7接


MOV
A，#00H


；转换初值



WW: MOVX @DPTR，A
；D/A转换
INC
A


NOP



；延时


NOP


NOP


AJMP WW

双缓冲方式的接口与应用
1. 双缓冲方式连接
所谓双缓冲方式，就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲DAC0832的连接如图所示。为了实现寄存器的可控，应当给寄存器分配一个地址，以便能按地址进行操作。图中采用地址译码输出分别接和来实现，然后再给和提供写选通信号，这样就完成了两个锁存器都可控的双缓冲接口方式。

2. 双缓冲方式应用举例
双缓冲方式用于多路D/A转换系统，以实现多路模拟信号同步输出的目的。例如使用单片机控制X-Y绘图仪。X-Y绘图仪由X、Y两个方向的步进电机驱动，其中一个电机控制绘图笔沿X方向运动，另一个电机控制绘图笔沿Y方向运动，从而绘出图形。因此，对X-Y绘图仪的控制有两点基本要求：一是需要两路D/A转换器分别给X通道和Y通道提供模拟信号，二是两路模拟量要同步输出。