基于51單片機(jī)的D/A & A/D 與單片機(jī)接口原理

單片機(jī)屬于數(shù)字芯片內(nèi)部只有0和1表示的。無(wú)法表達(dá)一個(gè)模擬量。電壓值 模擬量是隨意變化的。數(shù)字量就2種變化沒(méi)有變化表示。

如果是一個(gè)8位 D/A芯片  這里是并行口   8跟線跟單片機(jī)連接 就是 從 0到255    0 0 0 0 0 0 0 0   ----

1 1 1 1 1 1 1 1  全部送 1 就是最大的表示范圍 。如果是5V   那么最小的變化范圍就是5V / 255 約等 0.0196.

一、D/A轉(zhuǎn)換器的原理

 T型電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器（如圖）：

工作原理： Vref  是參考電壓的輸入端，下面的 D0 ---D7是數(shù)字控制端上面的開(kāi)關(guān)是控制 0 和 1，后面是運(yùn)算器是把電流轉(zhuǎn)換成電壓的一個(gè)裝置。當(dāng)然D/A 有電流輸出型也有電壓輸出型，如果電流輸出型就不用后面的轉(zhuǎn)換器了。就是一個(gè)流壓的轉(zhuǎn)換。

工作原理：I0 最后有個(gè)2R   如果 D0 置0 跟后面的電阻是并聯(lián)關(guān)系 2R  2R 并聯(lián)等于R 加 前面的 R  又等2R 如D1 也置0 話  2R 和2R 又等R 再加前面R  得 2R 同理 所有的都置為0 最后V = I*R  我們看它的關(guān)系假如我們有數(shù)據(jù)都撥到 1 那么  所有的電流 I01 = I 總電流 = V/R  ，假如只閉合D7  D7 置1 其他全部置0 那么后面所有的電流跟I7 是一樣的 I7=I7 正好等于一半的電流 I01 = V/R *1/2(2分子1) 那么如果D6 也閉合置1 等于 是又加了 2分子1的 2分子1 啊.看下圖是退導(dǎo)下更明白！

有此圖可以看出D7---D0 ） 2的7次方  到 2的0次方   只要這位有1 這位就有數(shù)字否則這位是0就沒(méi)有數(shù)字

若Rfb 這塊是一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換我們先不管。只要知道就是電流轉(zhuǎn)成電壓就行了。其實(shí)內(nèi)部就是電阻的分流再轉(zhuǎn)換成電壓產(chǎn)生一個(gè)變化的過(guò)程。流壓轉(zhuǎn)換就是一個(gè)成正比的關(guān)系就很簡(jiǎn)單了。好了咱們?cè)倏纯碊/A的性能指標(biāo)：

1、分辨率

 分辨率是值輸入數(shù)字量的最低有效位（LSB）發(fā)生變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出模擬量（電壓或電流）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。

分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成F/2的N次冪 這個(gè)寫(xiě)不上去 。FS 表示滿量程輸入值，N 為二進(jìn)制位數(shù)。對(duì)于5V 的滿量程，采用8位的DAC時(shí)，分辨率為5V/256 = 19.5mv;當(dāng)采用12位的DAC 時(shí)，分辨率為5V/4096 = 1.22mv .顯然，位數(shù)越多分辨率越高。當(dāng)然位數(shù)越多對(duì)制作芯片的工藝要求越高，轉(zhuǎn)換時(shí)間越慢，呵呵。也是制作上的瓶頸位數(shù)又高轉(zhuǎn)換還快是相當(dāng)不容易的，尤其是A/D  會(huì)更貴。20位  24位的D/A都有。當(dāng)然貴。

2、線性度

線性度（也稱為非線性誤差）是實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差常以相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。如+/- 1%是指實(shí)際輸出值與理論值之差在滿刻度的 +/- 1%以內(nèi)。當(dāng)然線性度越好，D/A的性能越好。

3、絕對(duì)精度和相對(duì)精度

絕對(duì)精度：（簡(jiǎn)稱精度）是指在整個(gè)刻度范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最大誤差。絕度精度是由DAC的增益誤差（當(dāng)輸入數(shù)碼為全1時(shí)，實(shí)際輸出值與理想輸出值值之差）、零點(diǎn)誤差（數(shù)碼輸入為全0時(shí)，DAC的非零輸出值）、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對(duì)精度（即最大誤差）應(yīng)小于1個(gè)LSB。

相對(duì)精度 ：相對(duì)精度與絕對(duì)精度表示同一個(gè)含義，用最大誤差相對(duì)于滿刻度的百分比表示。（跟線性度差不多）。

4、建立時(shí)間

建立時(shí)間是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時(shí)，輸出模擬信號(hào)達(dá)到滿刻度值的+/- 1/2LSB所需的時(shí)間。是描述D/A轉(zhuǎn)換速率的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。（+/- 1/2LSB  我也不太清楚）�？梢钥纯淳W(wǎng)絡(luò)吧。

電流輸出型DAC的建立時(shí)間短。電壓輸出型DAC的建立時(shí)間主要決定放大器的響應(yīng)時(shí)間根據(jù)建立時(shí)間的長(zhǎng)短，可以將DAC分成超高速（<1us)、高速（10~1us）、中速（100~10us）、低速(>= 100 us)幾檔。

    總結(jié)經(jīng)驗(yàn)：應(yīng)當(dāng)注意，精度和分辨率具有一定的聯(lián)系，但是概念不同。DAC的位數(shù)多時(shí)，分辨率會(huì)提高，對(duì)應(yīng)于影響精度的量化誤差會(huì)減小。但其它誤差（如溫度漂移，線性不良等）的影響仍會(huì)使DAC的精度變差。

DAC0832是使用非常普遍的8位D/A轉(zhuǎn)換器，由于其片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機(jī)接口。DAC0832以電流形式輸出，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時(shí)，可外接運(yùn)算放大器。屬于該系列的芯片還有DAC0830/DAC0831，它們可以相互代換。DAC0832主要特性：

• 分辨率8位
• 電流建立時(shí)間1us
• 數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式
• 輸出電流線性度可在滿量程下調(diào)節(jié)
• 邏輯電平輸入與TTL電平兼容
• 單一電源供電（+5v  ~  +15v）
• 低功耗，20mW

目前我這里是直通方式，下圖為DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳

引腳功能看下圖

下圖為幾種工作方式及跟單片機(jī)連接圖

一、單緩沖

二、雙極性模擬輸出電壓


三、雙緩沖工作方式

而我們采用直通工作方式

當(dāng)DAC0832芯片的片選信號(hào)，寫(xiě)信號(hào)及傳送控制信號(hào)的引腳全部接地，允許輸入鎖存信號(hào)ILE引腳接+5V時(shí)，DAC0832芯片就處于直通工作方式，數(shù)字量一旦輸入，就直接進(jìn)入DAC寄存器，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。