第七章 数字量与模拟量的 转换技术7.1 数模转换原理 7.2 方便实用的数模转换器件 7.3 实例：简易函数发生器 7.4 模数转换原理 7.5 模数转换器接口电路 7.6 实例：典型的模数转换电路 7.7 动量矩定理演示仪电路设计7.1 数模转换原理主要转换方式（1）梯形电阻网络型（2）数字电位器梯形电阻网络图7.1 D/A转换器内部结构示意图倒梯形电阻网络RI2I3I1RR2R2R2R2R2RI0+URIR0011 22 33 RRRRIR = UR /RI3 = IR 21=21UR RI2 = IR 41=22UR RI1 = IR 81=23UR RI0 = IR 161=24UR RIO1IO1=d3I3+ d2I2+ d1I1+ d0I0+ +-AuoRFIOIO1+URRS2S3S1001RR2R2R2R2R2RS000111IRd0d1d2d3IO1=d3I3+ d2I2+ d1I1+ d0I0I1I2I3I0= （d323+ d2 22 + d1 21 + d0 20）24UR RUO1=-IO1RF= （d323+ d2 22 + d1 21 + d0 20）24-UR RF RUO1=-IO1RF= （d323+ d2 22 + d1 21 + d0 20）24-UR RF R若为n位二进制数，则UO1= （dn-12n-1+ dn-2 2n-2 + + d0 20）2n-UR RF R 若RF=R，则UO1= （dn-12n-1+ dn-2 2n-2 + + d0 20）2n-UR即输出电压的大小正比于输入二进制数的大小， 实现了数字量和模拟量的转换7.2 方便实用的数模转换器 件主要分类（1）按分辨率分：8、12、14、16位（2）按通道数分：单、多通道（最多32）（3）按接口形式分：并行、串行SPI/I2C（4）按是否内置基准电源：有内置、外接、或2者均可（5）按输出极性分：单极性、双极性D/A0832转换器1、单极性输出输出于数字量DATA相对应 模拟量： MOVDPTR，#7FFFH MOVA，#DATA MOVXDPTR,A（1） DAC0832（2）AD7801并行接口，单电源2.7V 5.5V，可工作于睡眠模式参考电压可外接，也可使用内部自带的（非精密电源）输出极性与参考电压相同（3）AD73032 通道，性能同AD7801，SPI输入接口，使用更为方便（4）AD7304/7305（SPI) 4通道4通道， AD7305（并行接口）1、8位D/A转换器图7.3 8位电压输出型并行接口D/A转换器AD7801结构简图图7.4 AD7303与MPU的接口（1）DAC8512（ADI公司）SPI接口，单电源5V，可工作于睡眠模式，有满摆输出的缓冲放大器基准电压内置2.5V（2）MAX5532/5533/5534/5535 （Maxim公司）SPI接口 ，单电源1.8V5.5V，2通道基准电压 MAX5533/5535内置MAX5532/5534外接2、12位D/A转换器12位D/A转换器的电源必须经良好滤波及退耦图7.5 数模转换器DAC8512的电源滤波12位D/A转换器 4096=2的12次方，内置2.5V基准电压 图7.6 电压输出型D/A转换器的双极型输出2、双极性输出双极性输出D/A关系 输入数字量模 拟 量 输 出VO2MSB LSB+ VREFVREF1 1 1 1 1 1 1 1VREF1LSB| VREF |+1LSB1 1 0 0 0 0 0 0VREF /2| VREF |/21 0 0 0 0 0 0 0000 1 1 1 1 1 1 11LSB+1LSB0 0 1 1 1 1 1 1| VREF |/21LSB| VREF |/2+1LSB0 0 0 0 0 0 0 0| VREF |+| VREF |数字量与模拟量的转换关系（1）并行/串行接口，双电源5V（2）参考电压内置基准电压3V，也可外接（3）高速、高精度3、14位D/A转换器AD7840-3V+2.9996V（1）SPI接口，双电源5V（2）参考电压外接 （3）适合做低频函数发生器 （4）多片AD7849共同使用时，可以使用串行级联方式，以 简化接口电路。其内部结构也很具代表性： D/A转换器分两级，前级为分十六级的数字电位器，以及十六个缓冲 放大器，后级使用梯形电阻网络D/A转换器，总分辨率达到16位。4、16位D/A转换器AD7849AD7849单极性输出5V5V注意Rofs接法AD7849双极性输出5V5V注意Rofs接法与单片机的连接16位D/A转换器AD7849与单片机连接图 LDAC引脚为DA转换引脚5. 16位的MAX5204-MAX5207的接口、退耦、双极性输 出电路对接地的安排对接地的安排：1.1.对对AGND,AGND,使用尽可能粗的接地线，远离高频干扰源，不能接近感性使用尽可能粗的接地线，远离高频干扰源，不能接近感性 负载；负载；2.2. AGNDAGND和和DGNDDGND分开布线，并尽可能在该集成块附近用一点相接；分开布线，并尽可能在该集成块附近用一点相接； 3.3.对双层板，对双层板， AGNDAGND和和DGNDDGND独立成块，在该集成块附近相接后再接于公共独立成块，在该集成块附近相接后再接于公共AGNDAGND； 4.4.避免使避免使AGNDAGND和和DGNDDGND与公共与公共AGNDAGND的连接部分成为其他集成电路的接地回路。的连接部分成为其他集成电路的接地回路。图7.9 MAX5204-MAX5207的接口、退耦、双极性输出6.多通道D/A转换器的两种工作方式v独立的D/A通道组合： 速度快，适用于高速的D/A输出，部分产品支持多通 道同步输出。v采样保持输出：只有一个D/A转换器件，速度相对 较慢，适用于低频应用。采样保持输出方式的16通道D/A转换器图7.11 使用采样保持方式的多通道D/A转换器7.3实例：简易函数发生器1、函数发生器的基本结构幅值发生器波形发生器偏移电压发生器微处理和 控制电路信号显示 键盘输入参考输入+-+缓冲输出加法器2、波形发生器1）器件选用AD转换器12b以上 （AD7849A-14b）微处理器高速（P89LPC938）、片上系统、ARM2）波形的产生 V0=Vref*N/16384( 14b)方波 三角波 正弦波（1）方波：按周期的一半时间定时中断，输出全0或全1 （2）三角波：按周期的1/1024定时中断，输出全0或全1 增 程时每次增加214(16384)/29(512)=32 ，16384/1024=16减程时每次减去32 频率较高时，可增加步长到256，但会引起波形畸变， 可在输出端加电容进行平滑处理频率低于4HZ时，可减小步长，以此来增加平滑度V0=Vref*N/256 (4) 三角波程序清单SSW： MOV DPTR，#80BFFFHDAS0：MOV R7，#80HDAS1：MOV A，R7MOVX DPTR，AINC R7CJNE R7，#255，DAS1DAS2: DEC R7MOV A，R7MOVX DPTR，ACJNE R7，#80H，DAS2AJMP DAS0+5V-5V0(d)函数发生器的波形发生器电路图7.13 函数发生器的波形发生器电路图7.15 信号合成电路（3）正弦波：（2048点）与三角波类似，每次增加或减小的值通过查表获取（2B）由于对称性，正弦表存储1/4周期，应为512个数据 点(2048/4)，1024B,表中数据由下式计算得出，存放 在ROM中(2的14次方=16384对应14位D/A)(5) 正弦波电压输出正弦波电压输出为双极性电压，最简单的办法是将一个周期内电压 变化的幅值(-5V+5V)按8位D/A分辨率分为256个数值列成表格，然后 依次将这些数字量送入D/A转换输出。只要循环不断地送数，在输出端 就能获得正弦波输出。SIN： MOV R7，#00HDAS0：MOV A，R7 ；MOV DPTR，#TABH；设指针MOVC A，A+DPTR ；取数据MOV DPTR，#8000H ；MOVX DPTR，A ；送D/A转换INC R7 ；修改偏移量AJMP DAS0 ；TAB： DB 80H，83H，86H，89H，8DH，90HDB93H，96H，99H，9CH，9FH，0A2HDB 0A5H，0A8H，0ABH，0AEHDB 6FH，72H，76H，79H，7CH，80H3、信号合成和输出工作于级联方式end7.4 模数转换原理（1）双积分式：抗干扰能力强（2）逐次逼近式：速度快（3） -式主要类型7.5 模数转换器接口电路（1）双积分式ICL7135（2）逐次逼近式AD1674（3） -式 7.6 实例：典型的模式转换电路7.7 实例：动量矩定理演示仪电路设计7.4 模数转换原理1 . 双积分式模数转换器信号积分（定时）、参考电压积分（定时计数）二 个阶段。计数脉冲个数与电压成正比对分辨率较高的A/D，常加入一个自动校零阶段主要类型双积分A/D转换器原理图7.16 双积分A/D转换器原理2. 逐次逼近式模数转换器组成：寄存器控制逻辑、D/A转换器和比较器组成。逐次逼近：从MSB 开始逐位置1，其 余清零，输出到 D/A转换器，若 D/A输出大于外部 模拟输入，则该位 清零，否则保留。 以此类推，直到 LSB。图7.18 AD1674的内部结构7.5 模数转换器接口电路（1）双积分式ICL7135（2）逐次逼近式AD1674（主要 ）（3） -式（略）1、双积分式模数转换器的接口主要用于3位半到4位半的数字电压表。注：3位半仪表又名3又2分之1仪表，其显示最大值为1999，分辨率为0.001；3又4分之3仪表：其显示最大值为3999，分辨率为0.001；4位半仪表显示最大值为19999，分辨率为0.0001。ICL7135 4位半 双积分式（1）双电源：5V（2）单极性基准电压+1V，能对双极性输入电压进行转换（3）单基准电压（4） BCD码输出（5）自动量程控制信号输出ICL7135 电路连接与参数选择（1）基准电源外接精密基准电压，或直接从5V电压分压得到，VREF为满量程电压值的1/2，不宜超过1.5V（2）时钟信号输入利用单片机系统时钟分频或定时得到,或外接RC振荡器单极性：最高1MHZ 双极性：最高125KHZ（3）积分电阻和积分电容根据满量程电压值计算得到积分电容按0.47u F， 推荐选择聚丙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯电容应用：共阳极LED组成的4位半电压表图7.23 使用共阳极LED组成的4位半数字电压表2、逐次逼近式模数转换器的接口经典产品：AD1674（8/12位）（1）并行接口，三电源：5V, 12V或15V（2）片内集成高精度基准电压源（10.00V）（3）带输出三态缓冲器（4）片内集成时钟电路和采样保持器（5）采样速率100k（6）单极性和双极性两种工作方式1）逐次逼近式是动态数据采集的主流产品单极性输入时增益和失调调