MCS-51 单片机的系统扩展技术（五） 5 数——模转换接口.PDF

MCS-51 单片机的系统扩展技术（五） 5 数——模转换接口 在工作控制和智能化仪表中，通常由微型计算机进行实时控制及实时数据处理。计算机 所加工的信息总是数字量，而被控制或测量对象的有关参量往往是连续变化的模拟量，如温 度、速度、压力等等，与此对应的电信号是模拟电信号。计算机要处理这种信号，首先必须 将模拟量转换成数字量，这一转换过程就是“模——数转换（A/D ）”。 由计算机运算处理的结果（数字量）往往也需要转换为模拟量，以便控制对象，这一过 程即为“数模转换”（D/A ）。 A/D 、D/A 转换技术发展极为迅速，目前常用的A/D 或D/A 芯片种类也非常多，本教 程介绍的是比较经典的一些芯片的用法，目的在于帮助读教掌握这类芯片接口的一般方法， 以及进一步理解数字系统和模拟系统的区别。当然，这些芯片本身也有一定的实用价值。 一、DAC 电路原理 D/A 转换是将数字量信号转换成模拟量信号的过程。D/A 转换的方法比较多，这里仅举 一种权电阻D/A 转换法的方法，说明D/A 转换的过程。 权电阻D/A 转换电路实质上是一只反相求和放大器，图22 是4 位二进制D/A 转换的示 意图。电路由权电阻、位切换开关、反馈电阻和运算放大器组成。 基准电压 位切换开关 权电阻 D3 R RF D2 2R D1 4R D0 8R 模拟量输出 - + 运算放大器 二进制输入 图22 D/A 转换的原理 权电阻的阻值按8：4 ：2 ：1 的比例配置，按照运放的 “虚地”原理，当开关D3-D0 合 上时，流经各权电阻的电流分别是V /8R 、V /4R 、V /2R 和V /R 。其中V 为基准电压。 R R R R R 而这些电流是否存在则取决于开关的闭合状态。输出电压则是： VO=- （D3/R+D2/2R+D 1/4R+D0/8R ）×VR ×RF 基中D3-D0 是输入二进制的相应位，其取值根据通断分别为0 或 1。显然，当D3-D0 在0000-1111 范围内变化时，输出电压也随这发生变化，这样，数字量的变化就转化成了电 压 （模拟量）的变化了。这里，由于仅有4 位开关，所以这种变化是很粗糙的，从输出电压 为0 到输出电压为最高值仅有16 档。显然，增加开关的个数和权电阻的个数，可以将电压 的变化分得更细。一般，至少要有8 个开关才比较实用。8 个开关，就意味着输出量从最小 （0 ）到最大一共被分成256 档了。 上面的这种 D/A 转换技术对于权电阻的精度要求是相当高的，由于权电阻的大小并不 相同，所以制造很困难，因此，最常用的是另一种结构是被称之为R-2R 型电络DAC 的结 构。关于这种DAC 转换的原理，不再分析，只要知道数字量是可以转换为模拟量就行。 二、DAC 接口电路 D/A 转换器有各种现成的集成电路。对使用者而言，关键是选择好合用的芯片以及掌握 芯片与计算机的正确的连接方法。下面以常用的DAC0832 为例作一说明。 DAC0832 是CMOS 工艺制造的8 位单片D/A 转换器，其引脚图和逻辑图如图23 所示。 DAC0832 主要由两个8 位寄存器和一个8 位D/A 转换器组成。使用两个寄存器的好处 是能简化某些应用中的硬件接口电路设计。 DAC0832 1 VCC 20 数据 8位