51單片機(jī)與D/A接口設(shè)計(jì)詳解

D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出的是模擬量。有關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)性能指標(biāo)很多，例如絕對(duì)精度、相對(duì)精度、線性度、輸出電壓范圍、溫度系數(shù)、輸入數(shù)字代碼種類(二進(jìn)制或BCD碼)等。

1) 分辯率

分辨率是D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量變化敏感程度的描述，與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)。如果數(shù)字量的位數(shù)為n，則D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為2-n。這就意味著數(shù)/模轉(zhuǎn)換器能對(duì)滿刻度的2-n輸入量作出反應(yīng)。

2) 建立時(shí)間

建立時(shí)間是描述D/A轉(zhuǎn)換速度快慢的一個(gè)參數(shù)，指從輸入數(shù)字量變化到輸出達(dá)到終值誤差±(1/2)LSB(最低有效位)時(shí)所需的時(shí)間。通常以建立時(shí)間來(lái)表示轉(zhuǎn)換速度.

轉(zhuǎn)換器的輸出形式為電流時(shí)，建立時(shí)間較短;輸出形式為電壓時(shí)，由于建立時(shí)間還要加上運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間，因此建立時(shí)間要長(zhǎng)一點(diǎn)。但總的來(lái)說(shuō)，D/A轉(zhuǎn)換速度遠(yuǎn)高于A/D轉(zhuǎn)換速度，快速的D/A轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間可達(dá)1 μs。

3) 接口形式

D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口方便與否，主要決定于轉(zhuǎn)換器本身是否帶數(shù)據(jù)鎖存器。有兩類D/A轉(zhuǎn)換器，一類是不帶鎖存器的，另一類是帶鎖存器的。對(duì)于不帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，為了保存來(lái)自單片機(jī)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，接口時(shí)要另加鎖存器，因此這類轉(zhuǎn)換器必須在口線上;而帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，可以把它看作是一個(gè)輸出口，因此可直接在數(shù)據(jù)總線上，而不需另加鎖存器。

典型D/A轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832

DAC0832是一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器。單電源供電，從+5 V～+15 V均可正常工作?；鶞?zhǔn)電壓的范圍為±10 V;電流建立時(shí)間為1 μs;CMOS工藝，低功耗20 mW。

DAC0832轉(zhuǎn)換器芯片為20引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列圖如圖所示。DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 該轉(zhuǎn)換器由輸入寄存器和DAC寄存器構(gòu)成兩級(jí)數(shù)據(jù)輸入鎖存。使用時(shí)，數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級(jí)鎖存(雙鎖存)形式，或單級(jí)鎖存(一級(jí)鎖存，一級(jí)直通)形式，或直接輸入(兩級(jí)直通)形式。

此外，由三個(gè)與門電路組成寄存器輸出控制邏輯電路，該邏輯電路的功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存控制，當(dāng)=0時(shí)，輸入數(shù)據(jù)被鎖存;當(dāng)=1時(shí)，鎖存器的輸出跟隨輸入的數(shù)據(jù)。

D/A轉(zhuǎn)換電路是一個(gè)R-2R T型電阻網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。對(duì)各引腳信號(hào)說(shuō)明如下：

(1) DI7～DI0：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入。

(2) CS：片選信號(hào)(輸入)，低電平有效。

(3) ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)(輸入)，高電平有效。

(4) WR：第1寫信號(hào)(輸入)，低電平有效。

上述兩個(gè)信號(hào)控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式，當(dāng)ILE=1和 WR1 =1=0時(shí)，為輸入寄存器直通方式;當(dāng)ILE=1和WR1 =1時(shí)，為輸入寄存器鎖存方式。

(5) WR2 =1：第2寫信號(hào)(輸入)，低電平有效。

(6) XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)(輸入)，低電平有效。

上述兩個(gè)信號(hào)控制DAC寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式，當(dāng) WR2=0和XFER=0時(shí)，為DAC寄存器直通方式;當(dāng)WR2=1和XFER=0時(shí)，為DAC寄存器鎖存方式。

(7)  Iout1：電流輸出1。

(8)  Iout2：電流輸出2。

DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是：Iout1+Iout2=常數(shù)。

(9)  Rfb：反饋電阻端。

DAC 0832是電流輸出，為了取得電壓輸出，需在電壓輸出端接運(yùn)算放大器，Rfb即為運(yùn)算放大器的反饋電阻端。運(yùn)算放大器的接法如圖7.31所示。

(10) Vref：基準(zhǔn)電壓，其電壓可正可負(fù)，范圍是-10 V～+10 V。

(11)  DGND：數(shù)字地。

(12)  AGND：模擬地。

單緩沖方式的接口與應(yīng)用

1. 單緩沖方式連接

所謂單緩沖方式就是使DAC 0832的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式，或者說(shuō)兩個(gè)輸入寄存器同時(shí)受控的方式。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖有幾路模擬量但并不要求同步輸出時(shí)，就可采用單緩沖方式。

2. 單緩沖方式應(yīng)用舉例——產(chǎn)生鋸齒波

在許多控制應(yīng)用中，要求有一個(gè)線性增長(zhǎng)的電壓(鋸齒來(lái)控制檢測(cè)過(guò)程，移動(dòng)記錄筆或移動(dòng)電子束等。對(duì)此可通過(guò)在DAC0832的輸出端接運(yùn)算放大器，由運(yùn)算放大器產(chǎn)生鋸齒波來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路連接如圖所示。圖中的DAC8032工作于單緩沖方式，其中輸入寄存器受控，而DAC寄存器直通。

假定輸入寄存器地址為7FFFH，產(chǎn)生鋸齒波的源程序清單如下：

ORG 0200H

DASAW：MOV DPTR，#7FFFH ;輸入寄存器地址，假定P2.7接

MOV A，#00H ;轉(zhuǎn)換初值

WW: MOVX @DPTR，A ;D/A轉(zhuǎn)換

INC A

NOP ;延時(shí)

NOP

NOP

AJMP WW

雙緩沖方式的接口與應(yīng)用

1. 雙緩沖方式連接

所謂雙緩沖方式，就是把DAC0832的兩個(gè)鎖存器都接成受控鎖存方式。雙緩沖DAC0832的連接如圖所示。為了實(shí)現(xiàn)寄存器的可控，應(yīng)當(dāng)給寄存器分配一個(gè)地址，以便能按地址進(jìn)行操作。圖中采用地址譯碼輸出分別接和來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后再給和提供寫選通信號(hào)，這樣就完成了兩個(gè)鎖存器都可控的雙緩沖接口方式。

2. 雙緩沖方式應(yīng)用舉例

雙緩沖方式用于多路D/A轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)同步輸出的目的。例如使用單片機(jī)控制X-Y繪圖儀。X-Y繪圖儀由X、Y兩個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中一個(gè)電機(jī)控制繪圖筆沿X方向運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)電機(jī)控制繪圖筆沿Y方向運(yùn)動(dòng)，從而繪出圖形。因此，對(duì)X-Y繪圖儀的控制有兩點(diǎn)基本要求：一是需要兩路D/A轉(zhuǎn)換器分別給X通道和Y通道提供模擬信號(hào)，二是兩路模擬量要同步輸出。[!--empirenews.page--]