AD DA接口芯片與接口技術(shù)

A/D轉(zhuǎn)換器接口

6.6.1A/D轉(zhuǎn)換器概述

A/D轉(zhuǎn)換器用以實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。按轉(zhuǎn)換原理可分為4種：計(jì)數(shù)式、雙積分式、逐次逼近式及并行式A/D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分式和逐次逼近式。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點(diǎn)為轉(zhuǎn)換精度高、抗干擾性能好、價(jià)格便宜;缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)換速度較慢。因此這種轉(zhuǎn)換器主要用于速度要求不高的場合。常用的產(chǎn)品有ICL7106/ICL7107/ICL7126系列、MC1443以及ICL7135等。另一種常用的A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種速度較快、精度較高的轉(zhuǎn)換器,其轉(zhuǎn)換時(shí)間大約在幾微秒到幾百微秒之間。常用的這類芯片有：

(1)ADC0801~ADC0805型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器;(2)ADC0808/0809型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器;(3)ADC0816/0817型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器。量化間隔和量化誤差是A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)之一。量化間隔可由下式求得：滿量程輸入電壓滿量程電壓(6―2)其中n為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。量化誤差有兩種表示方法：一種是絕對量化誤差；另一種是相對量化誤差。可分別由下式求得：絕對量化誤差量化間隔(6―3)相對量化誤差(6―4)例如，當(dāng)滿量程電壓為5V，采用10位A/D轉(zhuǎn)換器的量化間隔、絕對量化誤差、相對量化誤差分別為：量化間隔：絕對量化誤差：相對量化誤差：

6.6.2典型A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809簡介

ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,采用CMOS工藝制造。

1.ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖6―29所示。圖6―29ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖表6―8ADC0809通道選擇表圖6―30ADC0809的引腳圖

2.ADC0809的引腳

ADC0809芯片為28引腳雙列直插式封裝,其引腳排列見圖6―30。

(1)IN7~IN0：模擬量輸入通道。

(2)ADDA、ADDB、ADDC：模擬通道地址線。

(3)ALE：地址鎖存信號(hào)。

(4)START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。

(5)D7~D0：數(shù)據(jù)輸出線。

(6)OE：輸出允許信號(hào)。

(7)CLK：時(shí)鐘信號(hào)。

(8)EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。

(9)VCC：+5V電源。

(10)Vref：參考電壓。

6.6.3MCS-51單片機(jī)與ADC0809的接口

ADC0809與MCS-51單片機(jī)的一種常用連接方法如圖6―31所示。電路連接主要涉及兩個(gè)問題,一個(gè)是8路模擬信號(hào)的通道選擇,另一個(gè)是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。

1.8路模擬通道選擇

ADDA、ADDB、ADDC分別接系統(tǒng)地址鎖存器提供的末3位地址,只要把3位地址寫入0809中的地址鎖存器,就實(shí)現(xiàn)了模擬通道選擇。圖6―31ADC0809與8031的連接圖啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換只需使用1條MOVX指令。在此之前,要將P2.0清0并將末3位與所選擇的通道號(hào)相對應(yīng)的口地址送入數(shù)據(jù)指針DPTR中。例如要選擇IN0通道時(shí),可采用如下兩條指令,即可啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換：

MOVDPTR,＃FE00H;送入0809的口地址

MOVX@DPTR,A;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換(IN0)

注意：此處的A與A/D轉(zhuǎn)換無關(guān),可為任意值。

2.轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送

A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)為數(shù)字量,這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后,才能進(jìn)行傳送。通?？刹捎孟率?種方式。

1)定時(shí)傳送方式對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說,轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。

2)查詢方式

A/D轉(zhuǎn)換芯片有表示轉(zhuǎn)換結(jié)束的狀態(tài)信號(hào),例如ADC0809的EOC端。

3)中斷方式如果把表示轉(zhuǎn)換結(jié)束的狀態(tài)信號(hào)(EOC)作為中斷請求信號(hào),那么，便可以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式,只要一旦確認(rèn)轉(zhuǎn)換結(jié)束,便可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。所用的指令為MOVX讀指令,仍以圖6―31所示為例,則有

MOVDPTR,＃FE00HMOVXA,@DPTRD/A轉(zhuǎn)換器接口5.4.1D/A轉(zhuǎn)換器概述在設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口之前，一般要根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)選擇D/A轉(zhuǎn)換器芯片。

(1)分辨率。分辨率是D/A轉(zhuǎn)換器對輸入量變化敏感程度的描述。D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為：當(dāng)輸入數(shù)字量發(fā)生單位數(shù)碼變化時(shí)，即LSB位產(chǎn)生一次變化時(shí)所對應(yīng)輸出模擬量的變化量。對于線性D/A轉(zhuǎn)換器來說，其分辨率Δ與輸入數(shù)字量輸出的位數(shù)n呈現(xiàn)下列關(guān)系

(2)建立時(shí)間。建立時(shí)間是描述D/A轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)。一般所指的建立時(shí)間是輸入數(shù)字量變化后，模擬輸出量達(dá)到終值誤差±LSB/2(最低有效位)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。根據(jù)建立時(shí)間的長短，把D/A轉(zhuǎn)換器分成以下幾擋：超高速<100ns

較高速100ns~1μs

高速1~10μs

中速10~100μs

低速≥100μs

(1)DAC0830系列。DAC0830系列是美國NationalSemiconductor公司生產(chǎn)的具有兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的8位D/A轉(zhuǎn)換芯片。該系列產(chǎn)品包括DAC0830、DAC0831、DAC0832，管腳完全相容為20腳雙插直列式封裝。

(2)DAC82。DAC82是B-B公司生產(chǎn)的8位能完全與微處理器兼容的D/A轉(zhuǎn)換器芯片，片內(nèi)帶有基準(zhǔn)電壓和調(diào)節(jié)電阻。無需外接器件及微調(diào)即可與單片機(jī)8位數(shù)據(jù)線相連。芯片工作電壓為±15V，可以直接輸出單極性或雙極性的電壓(0~+10V，±10V)和電流(0~1.6mA,±0.8mA)。

(3)DAC1020/AD7520和DAC1220/AD7521系列。DAC1020/AD7520為10位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成系列芯片。DAC1020系列是美國NationalSemiconductor公司的產(chǎn)品，包括DAC1020、DAC1021、DAC1022，與美國AnalogDevices公司的AD7520及其后繼產(chǎn)品AD7530、AD7533完全兼容。單電源工作，電源電壓為+5~+15V，電流建立時(shí)間為500ns，為16線雙插直列式封裝。與美國AnalogDevices公司的AD7520及其后繼產(chǎn)品AD7530、AD7533完全兼容。單電源工作，電源電壓為+5~+15V，電流建立時(shí)間為500ns，為16線雙插直列式封裝。

(4)DAC1220/AD7521系列。DAC1220/AD7521系列為12位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。DAC1220系列包括DAC1220、DAC1221、DAC1222產(chǎn)品，與AD7521及其后繼產(chǎn)品AD7531管腳完全兼容，為18線雙插直列式封裝。

(5)DAC1208和DAC1230系列。DAC1208和DAC1230系列均為美國NationalSemiconductor公司的12位分辨率產(chǎn)品。兩者不同之處是DAC1230數(shù)據(jù)輸入引腳線只有8根，而DAC1208有12根。DAC1208系列為24線雙插直列式封裝，而DAC1230系列為20線雙插直列式封裝。DAC1208系列包括DAC1208、DAC1209、DAC1210等，DAC1230系列包括DAC1230、DAC1231、DAC1232等。

(6)DAC708/709。DAC708/709是B-B公司生產(chǎn)的16位微機(jī)完全兼容的D/A轉(zhuǎn)換器芯片，具有雙緩沖輸入寄存器，片內(nèi)有基準(zhǔn)電源及電壓輸出放大器。數(shù)字量可并行或串行輸入，模擬量可以電壓或電流輸出。

D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口也具有硬、軟件相依性。各種A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口的方法有些差異，但就其基本連接方法，還是有共同之處：都要考慮到數(shù)據(jù)線、地址線和控制線的連接。就數(shù)據(jù)線來說，D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口要考慮到兩個(gè)問題：一是位數(shù)，當(dāng)高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器與8位數(shù)據(jù)總線的MCS-51單片機(jī)接口時(shí)，MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)必須分時(shí)輸出，這時(shí)必須考慮數(shù)據(jù)分時(shí)傳送的格式和輸出電壓的"毛刺"問題；二是D/A轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部沒有輸入鎖存器時(shí)，必須在單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器之間增設(shè)鎖存器或I/O接口。最常用、也是最簡單的連接是8位帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器和8位單片機(jī)的接口，這時(shí)只要將單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接和D/A轉(zhuǎn)換器的8位數(shù)據(jù)輸入端一一對應(yīng)連接即可。就地址線來說，一般的D/A轉(zhuǎn)換器只有片選信號(hào)，而沒有地址線。這時(shí)單片機(jī)的地址線采用全譯碼或部分譯碼，經(jīng)譯碼器的輸出控制片選信號(hào)，也可由某一位I/O線來控制片選信號(hào)。也有少數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器有少量的地址線，用于選中片內(nèi)獨(dú)立的寄存器或選擇輸出通道(對于多通道D/A轉(zhuǎn)換器)，這時(shí)單片機(jī)的地址線與D/A轉(zhuǎn)換器的地址線對應(yīng)連接。就控制線來說，D/A轉(zhuǎn)換器主要有片選信號(hào)、寫信號(hào)及啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)等，一般由單片機(jī)的有關(guān)引腳或譯碼器提供。一般來說，寫信號(hào)多由單片機(jī)的---WR信號(hào)控制；啟動(dòng)信號(hào)常為片選信號(hào)和寫信號(hào)的合成。5.4.28位D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口1．DAC0830/DAC0831/DAC0832的結(jié)構(gòu)與引腳功能圖5.22DAC0830系列結(jié)構(gòu)框圖2．DAC0830系列D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口圖5.23單路DAC0830/DAC0831/DAC0832與單片機(jī)接口邏輯圖設(shè)分配給DAC0830/DAC0831/DAC0832的地址為7FFFH(P2.7=0)，則執(zhí)行下列三條指令就可以將一個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量：MOVDPTR，#7FFFH ；端口地址送DPTRMOVA，#DATA ；8位數(shù)字量送累加器MOVX@DPTR，A ；向鎖存器寫入數(shù)字量，同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換下面的程序可使DAC0830/DAC0831/DAC0832輸出呈漸升驟降的電壓鋸齒波。

START：MOVDPTR，#7FFFH MOVA，#00LOOP：MOVX@DPTR，A INCA MOVR0，#data ；data為延時(shí)常數(shù)

DJNZR0，$ ；延時(shí)，改變data可改變鋸齒波周期T值

SJMPLOOP o圖5.25由軟件產(chǎn)生的鋸齒波圖5.26兩路DAC0830/DAC0831/DAC0832與單片機(jī)接口邏輯圖如果圖5.26中的模擬輸出分別用于示波器的X、