1、1单片机技术及应用教案下载- 样章.doc单元三十六 D/A 原理与应用知识目标：D/A 原理与应用 能力目标：硬件调试，解决问题能力授课时数: 2 学时教学重点：D/A 转换典型芯片 DAC0832 教学难点：DAC0832 引脚及内部结构教学方法手段：讲授结合案例教学新课：一、概述1、后向输出通道的作用分析：数模转换 单片机输出的控制信号是数字信号，需要通过 D/A 转换器把数字量转换成控制对象所需的模拟电压或电流。功率放大驱动 经数模转换得到的模拟电压或电流控制信号，不能满足控制对象的功率要求，必须经功率放大，驱动外部伺服系统。干扰信号 防治后向输出通道接近控制对象，工作环境相对恶劣，会
2、出现伺服驱动系统通过信号通道、电源以及空间电磁场对单片机应用系统的电磁干扰，另外还会出现机械干扰，因此通常采用信号隔离、电源隔离和大功率开关实现过零切换等方法进行干扰防治。2、后向输出通道的结构单片机通过 1/0 接口或数据总线输出的开关量、数字量和频率量可以直接用于开关量、数字量控制系统和频率调制系统，对于模拟量控制系统，需通过 D/A、F/V 转换成模拟量控制信号。下面对后向输出通道中的重要部分 D/A 转换接口进行详细分析。2二、D/A 转换接口D/A 转换接口技术的主要内容是合理选择 D/A 转换器和其他有关器件，实现与微机的正确连接以及编制转换程序。1概述(1)D/A 转换器D/A
3、转换器(Digital to Analog Conver)是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件。在单片机测控系统中经常采用的是 D/A 转换器的集成电路芯片，称为 D/A 接口芯片或DAC 芯片。(2) D/A 转换器的性能指标分辨率(Resolution)指 D/A 接口芯片能分辨的最小输出模拟增量。输人数量发生单位数码变化时，即LSB（最低有效位）产生一次变化时，所对应的输出的模拟量的变化量。对于线性D/A 转换器来说，其分辨率与数字量的位数 n 的关系为在实际使用中，表示分辨率高低更常用的方法是采用输入量的位数，如满量程10V 的 8 位 DAC 芯片的分辨率为 8 位。转换精度(Co
4、nversion Accuracy)指满量程时 DAC 的实际模拟输出量与理论值的接近程度，与 D/A 转换芯片的结构和接口配置电路有关。通常，DAC 的转换精度为分辨率的一半。失调误差指输人数字量为零时，模拟输出量与理想输出量的偏差。偏差值的大小一般用LSB 的份数或用偏差值表示。（3）D/A 转换器的选择要点输人信号的形式。输人信号有并行和串行两种形式，根据实际要求选定。在实际应用中大多数为并行输入。串行输入节省数据线，但速度较慢，适用于远距离数据传输。分辨率和转换精度根据对输出模拟量的精度要求来确定 D/A 转换器的分辨率和转换精度。常用的分辨率有 8 位、10 位和 12 位。在精度指
5、标方面，零点误差和满量程误差可以通过电路调整进行补偿，因此主要看芯片的非线性误差和微分非线性误差。建立时间D/A 转换器的电流建立时间很短，一般为 50-500ns。若是输出电庄形式，加上运算放大器电路，电压建立时间一般为 1us 到几 us，一般都能满足系统要求。3转换结果的输出形式转换结果的输出形式有电流或电压，有单极性或双极性，有不同量程，还有多通道输出方式。这可根据应用系统对模拟量形式的实际要求来确定。2、D/A 转换典型芯片 DAC0832 芯片DAC0832 是微处理器完全兼容的，具有 8 位分辨率的 D/A 转换集成芯片，以其价廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中
6、得到了广泛的应用。(1) DAC0832 的引脚其逻辑结构及管脚号如图所示。它由 8 位输人锁存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 转换电路及转换控制电路构成。为 20 脚双列直插式封装结构。各引脚信号说明如下：DI7 DI0转换数据输入。/CS片选信号（输入） ，低电平有效。ILE数据锁存允许信号（输入） ，高电平有效。/WR1第 1 写信号（输入） ，低电平有效。该信号与 ILE 信号共同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=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。/XFER数据传送控制信号（输入）
7、 ，低电平有效。/WR2第 2 写信号（输入） ，低电平有效。该信号与/XFER 信号合在一起控制DAC 寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式：/WR2=0 和/XFER=0 时，为 DAC 寄存器直通方式；/WR2=1 和/XFER=0 时，为 DAC 寄存器锁存方式。Iout1电流输出“1” ；当数据为全 1 时，输出电流最大；为全 0 时输出电流最小。4Iout2电流输出“2” ；DAC 转换器的特性之一是： Iout1Iout2=常数。Rfb反馈电阻端。即运算放大器的反馈电阻端，电阻已固化在芯片中。因为 DAC0832 是电流输出型D/A 转换器，为得到电压的转换输出，使用时需在两个电
8、流输出端接运算放大器 Rfb即为运算放大器的反馈电阻，运算放大器的接法如图所示。Vref基准电压，是外加高精度电压源。该电压可正可负，范围为10V+10V。DGND数字地。AGND模拟地。（2）DAC0832 内部结构“8 位输人寄存器”用于存放 CPU 送来的数字量，使输人的数字量得到缓冲和锁存，由/LE1 控制。“8 位 DAC 寄存器”用于存放待转换的数字量，由/LE2 控制。“8 位 D/A 转换电路”由 T 型电阻网络和电子开关组成，电子开关受“8 位 DAC寄存器”输出控制。（3）DAC0832 和 MCS-51 单片机的接口方式单缓冲方式连接5所谓单缓冲方式就是使 DAC0832
9、 的两个输入寄存器中有一个（多为 DAC 寄存器）处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式。应用场合：如果只有一路模拟量输出，或虽是多路模拟量输出但并不要求输出同步的情况下，就可采用单缓冲方式。单缓冲方式连接如图 9.4 所示。单缓冲方式应用举例：例 1 产生锯齿波，其电路连接如图所示。图中的 DAC0832 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 5000H，产生锯齿波的程序清单如下：MOV DPTR ，#5000HMOV R0，#00HWW：MOV A，R0MOVX DPTR， AINC R0NOPNOPNOPAJMP WW 例.2 小电机驱动。
10、6分析：对于小功率直流电机驱动，使用单片机极为方便，其方法就是控制电机定子电压接通和断开时间的比值（即占空比） ，以此来驱动电机和改变电机的转速，这种方法称为脉冲宽度调速法（或简称脉宽调速法） 。占空比以及占空比与电机转速的关系如图所示。电压变换周期为 T，电压接通时间为 t，则占空比表示为 D=tT。设电机固定接通电源时的最大转速为 Vmax，则用脉冲宽度调速的电机转速为：VdVmax DVd 与 D 的函数曲线如 9.7(b)所示。可以看出，实际上 Vd 与 D 并不完全是线性关系（如图中实线所表示） ，但可以近似地看成是线性关系，为此我们可以采用控制加电脉冲宽度的办法来驱动电机并调节其转
11、速。按图 99 的连接，DAC0832 输入寄存器的地址为 9000H，则 MCS- 51 电机驱动7程序清单如下：ORG 0000HAJMP DAMOTORG 08100HDAMOT：MOV DPTR ， #9000H；输入寄存器地址MOV A，80HMOVX DPTR ，A；输出 0V 电平ACALL DELAY1，维持 0V 电平MOV A，0FFHMOVX DPTR, A；输出5V 电平ACALL DELAY2；维持 5V 电平AJMP DAMOT说明：按上述程序，改变延时子程序的延迟时间就可以改变电机的转速。如把第二次转换的数字圣从 0FFH 改为 00H，则输出脉冲的极性改变(0V
12、 5V)，从而也就改变了电机的转向。双缓冲方式连接所谓双缓冲方式，就是把 DAC0832 的输入寄存器和 DAC 寄存器都接成受控锁存方式。双缓冲方式 DAC0832 的连接如图 910 所示。应用场合：对于多路 D/A 转换接口，要求同步进行 D/A 转换输出时，必须采用双缓冲器同步方式接法。0832 采用这种接法时，数字量的输人锁存和 D/A 转换输出是分两步完成的，即CPU 的数据总线分时地向各路 D/A 转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中，然后 CPU 对所有的 D/A 转换器发出控制信号，使各个 D/A 转换器输入寄存器中的数据送人 DAC 寄存器，实现同步转换输出。
13、应用举例：下图是一个两路同步输出的 D/A 转换接口电路。8P2.5 和 P2.6 分别选择两路 D/A 转换器的输人寄存器，控制输人锁存；P2.7 连到两路 D/A 转换器的/XFER 端控制同步转换输出； 8031 的/WR 端与所有的/WR1 和/WR2端相连。执行下面 8 条指令就能完成 D/A 的同步转换输出。MOV DPTR,0DFFFH；指向 0832 (1)MOV A，data11；datal 送人 0832 (1）中锁存MOVX DPTR，AMOV DPTR， 0BFFFH；指向 0832 (2)MOV A，data2；data2 送人 0832 (2)中锁存MOVX DPTR，AMOV DPTR， 7FFFH；给 0832（1） 、0832(2)提供信号，同时完成 D/A 转换输出MOVX DPTR，A小结：1、D/A 转换芯片 DAC0832 芯片的结构2、什么是单缓冲方式？什么是双缓冲方式？作业：1、按图 8031 与 DAC0832 的接口编写程序，在运算放大器输出端输出一个三角波电压。DAC0832 单缓冲方式接口电路：92、训练项目 9：后向通道（D/A）的调试
