【51单片机】D/A、A/D转换

发布网友发布时间：2024-09-05 19:16

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热心网友时间：2024-11-18 14:59

在单片机测控系统中，非电量如温度、压力、流量、速度等，经传感器转换为连续变化的模拟电信号后，需先将其转换成数字量才能在单片机中进行处理。这一转换过程通常使用称为ADC（A/D转换器）的器件来实现。一旦单片机完成数字量的处理，有时可能需要将处理后的数字量转换为模拟信号输出，这一转换过程则通过称为DAC（D/A转换器）的器件来完成。本章将从应用角度出发，介绍典型的ADC、DAC芯片与AT89S51单片机的硬件接口设计以及相关驱动程序设计。

数/模（D/A）扩展技术概述中，目前市面上集成化的DAC芯片种类繁多。设计者在选择时，需关注芯片性能、引脚外特性以及与单片机的接口设计方法。值得注意的是，由于部分单片机内置DAC功能，位数一般在10位左右，且转换速度较快。因此，单片DAC正逐渐向更高位数和转换速度发展。低端的并行8位DAC虽面临淘汰威胁，但在某些实验室或工业控制应用中，其性价比优势使其仍具有较大应用潜力。

1. D/A转换器简介中，选购和使用D/A转换器时，需注意以下几点关键问题。首先，D/A转换器的输出形式有两种：电压输出和电流输出。电流输出类型的转换器通常需要在输出端加装运算放大器构成的I-V转换电路，以实现电压输出。其次，D/A转换器与单片机的接口形式，早期多采用并行传输接口，但现在也逐渐引入带有串行口的D/A转换器，如SPI接口。在选择单片D/A转换器时，需根据系统结构考虑与单片机的接口形式。

2. 主要技术指标部分，设计者关注的指标包括分辨率、建立时间和转换精度。分辨率定义为输入数字量变化所引起的模拟量输出变化程度，通常用输出满刻度值与2n之比表示，其中n为D/A转换器的二进制位数。例如，8位D/A转换器的分辨率为10V/256 = 39.1mV。建立时间描述了D/A转换器的转换速度，表示从输入数字量到输出达到终值误差所需的时长。转换精度在理想情况下与分辨率基本一致，但实际应用中受到电源电压、基准电压、电阻等多因素影响。

3. 数/模（D/A）扩展技术实例部分，以单片机扩展并行8位DAC的设计为例。以美国国家半导体公司的DAC0832芯片为例，其特性包括分辨率为8位、电流输出、建立时间为1us、双缓冲输入、单缓冲输入或直通输入等。此外，DAC0832支持单一电源供电（+5V～+15V），低功耗，功率为20mW。芯片引脚功能包括数字量输入端DI7～DI0、控制引脚ILE、CS*、WR1*、XFER *、WR2 *、电流输出端IOUT1和IOUT2、外部反馈信号输入端Rfb、参考电压输入端VREF、电源输入端VCC以及数字地DGND和模拟地AGND。在单片机并行扩展DAC0832的程控电压源设计中，通过单片机控制DAC0832实现不同数字量输入以产生不同模拟电压输出。单缓冲方式下，第一级数据寄存器由单片机控制，第二级数据寄存器处于直通状态，实现数字调压功能。具体接口电路和参考程序设计将在后续详细阐述。