內容提要

并行接口I/O擴展器件8255A

模數轉換器MAX114與51機接口電路設計

數模轉換器DAC08329.4數模轉換器的擴展9.4.1D/A轉換器的技術性能指標

D/A轉換器的技術性能指標是實際工程中選型的依據，主要有：

1）轉換范圍。DAC的出輸可在電壓（或電流）的最小值與最大值之間的范圍。

2）分辨率。DAC的分辨率為2-n與ADC定義相同。n為D/A轉換器的位數。 如圖9-16所示。由于有限的分辨率，用DAC產生的模擬量就不可能是連續的。因此，用實際DAC生成的電信號波形，與希望的波形在成份存在著差異，一般含有更多的高次諧波成份。實用中，在DAC輸出端之后，常加濾波器對輸出信號進行平滑處理。

3）精度 精度（精度誤差）指DAC輸出在整個工作范圍內，與其設計值的最大偏差。此精度的定義包含了以下成份：

（1）偏移誤差。它指零代碼作用于DAC的數字輸入時，任何非零值的模擬量輸出，也稱為零點誤差。

（2）增益誤差。在偏移誤差為零時，理想DAC與實際DAC的傳遞函數之間在滿量程值處的輸出模擬量的差值。

DAC的增益或比例因子是一個數，它反映了轉換器的數字輸入碼與模擬量之間的比例關系，其幾何意義是DAC傳遞函數的斜率。見圖9-16。

（3）線性誤差：在偏移誤差和增益誤差已調零的條件下，在零點和滿量程之間連一條線，DAC的傳遞函數與此直線之間的最大差值。一般用LSB表示。幾何可參考圖9-10所示 理想DAC的傳遞函數是直線方程。但實際DAC的增益多少將偏離理想直線。由此給轉換器還來的誤差稱為線性誤差。

（4）溫度變化引起的誤差：環境溫度的變化會引起轉換器的偏移、增益和線性誤差的變化。用每℃滿量程范圍的百萬分之一（ppm）表示。 無論ADC還是DAC，精度誤差均指相對精度，其定義是：任一數字量所對應的模擬量的實際值與理論值之差，占模擬量轉換范圍的比例。

（5）電源靈敏度：PSSI

其定義為：電源電壓每變化1%時，輸出模擬量的變化相當于滿量程輸出的百分數。

3）建立時間 也稱穩定時間。是描述D/A轉換速度快慢的一個參數。指從輸入數字量輸出，達到離終值±1/2LSB時所需的時間，用來表明轉換速度。

5）輸出模擬量類型

DAC可以是電壓或電流輸出兩類。 輸出模擬量的極性。DAC模擬量輸出有單極性和雙極性兩種。對于需要正負電壓控制的設備，就需要選用雙極性DAC。9.4.2D/A轉換器應用中一般要考慮的問題在DAC選型時，除了9.4.1中性能指標外，一般還要考慮以下問題：

1）模擬量輸出極性。有單極性和雙極性兩種。對于需要正負電壓信號的系統，就需要選用雙極性輸出型DAC。

2）外圍電路配置。DAC工作時需要參考電壓。內部帶參考電源的DAC，其外圍電路配置簡單、方便。需外部參考電源的DAC，轉換范圍調整方便。

3）通道數。DAC芯片有單通道和多通道產品。當轉換速度滿足要求時，使用多通道DAC比用多個單通道DAC更為經濟。

4）輸入碼制。DAC能接收不同碼制的數字量輸入。有二進制、BCD及偏移二進制碼或補碼四種。 5）電源。有三個與電源有關的問題需要考慮：器件工作電源的個數、數值和功率。電源的個數多，會給系統生產、維護帶來諸多不便。

6）接口形式。DAC與計算機接口有并行總線（μP總線）及串行總線接口方式（見第10章）。

7）封裝形式。應用系統的研發階段，標準DIP封裝比較方便。作為產品，表面貼封裝所需電路板的面積更小，電路制造成本低。9.4.2數模轉換器DAC0832的內部結構與外部特

1.DAC0832的特性

DAC0832是美國國家半導體(NSC)公司的產品。主要特性參數如下：

·

8位分辯率。

·

電流輸出型DAC，電流建立時間為1μs。

·

相對精度：1/2LSB。

·

單電源供電：+5~+15V。

·

基準電壓的范圍為±10V。

·

CMOS工藝,低功耗20mW；

·

具有鎖存功能的8位三態輸入數據線。

1）DAC0832的引腳功能

DAC0832的引腳配置如圖9-17。引腳功能為： （1）D7~D0：8位轉換數據輸入端，帶鎖存。

（2）控制線（輸入） 片選信號輸入，低電平有效；

ILE數據鎖存允許信號，高電平有效； 寫信號1，低電平有效。以上三個信號控制8位輸入寄存器。 寫信號2，低電平有效； 數據傳送控制信號，低電平有效。 它們控制8位DAC寄存器；

（3）輸出信號

IOUT1：電流輸出1，當DAC寄存器中各位為全“1”時，電流最大；為全“0”時，電流為0。

IOUT2：電流輸出2，電路中保證IOUT1+IOUT2=常數。

Rfb：反饋電阻端，片內集成的電阻為15kΩ。

Vref：參考電壓，可正可負，范圍-10~+10V；

（4）電源

Vcc工作電源輸入端，范圍+5~+15V；

DGND：數字量地；

AGND：模擬量地。 擬和數字地應各自形成自己的接地點，最后匯聚于系統電源地上。可減少數字信號對模擬信號的干擾。2）DAC0832的內部結構

DAC0832通常采用20引腳、雙列直插封裝。 DAC0832的內部結構如圖9-18所示。 0832內部的R-2R梯形網絡示意于圖9-19中。 DAC0832的數據手冊中指出：（9-3）（9-4）（9-5）所以：

2.DAC0832的控制方式

DAC0832有多種受控方式，在不同需求的應用場合，使用靈活。

1）單緩沖方式

DAC0832的兩個輸入寄存器中，有一個處于直通方式，而另一個處于受控的鎖存方式，也可使兩個寄存器同時選通及鎖存。

圖9-20為DAC0832的3種單緩沖連接方式，其中 （a）DAC寄存器直通方式，即控制DAC寄存器的兩個信號 、 接地，使他們常有效，DAC寄存器常開，DAC只受 引腳上信號的控制；

（b）輸入寄存器直通方式。

兩者有什么區別呢？ （c）兩個寄存器同時選通及鎖存方式：兩個寄存器的選通控制端與鎖存控制端接在一起的控制方式。

2）雙緩沖方式

DAC0832的兩個鎖存器都接成受控鎖存方式。如圖9-21所示。 由于兩個鎖存器分別占據兩個地址，因此在程序中需要使用兩條傳送指令，才能完成一個數字量的模擬轉換。設輸入寄存器地址為7FFFH，DAC寄存器地址為BFFFH，則完成一次D/A轉換的程序段應為： MOV A，＃DATA MOV DPTR，＃7FFFH ；指向輸入寄存器

MOVX @DPTR，A ；轉換數據送輸入寄存器

MOV DPTR，＃0BFFFH ；指向DAC寄存器

MOVX @DPTR，A；數據進入DAC寄存器并進行D/A轉換

3.DAC0832單極性編碼與模擬量輸出的關系 目前為止，所討論的DAC0832的應用電路，模擬量輸入都是單極性的，其數字量輸入編碼與模擬量輸出的關系由式9-5計算，即：

設 ，按式9-5計算出輸入與輸出對應關系成表9-3。9-5

9.4.4DAC0832與51機的接口電路與程序設計

1.μP（微控制/處理器）總線方式 由于DAC0832芯片內置有鎖存器，可以與51直接以總線方式接口。 以兩個寄存器同時選通的單緩沖方式為例，一路模擬量輸出的DAC0832與8031的接口電路如圖9-22所示。圖中DAC0832擴展于圖8-20的51機總線系統上，、 與片選線IOCS2連接，其地址范圍為E400~E7FFH。

【例9-8】以圖9-22電路為基礎，若希望在其輸出端Vout上得到0~5V單極性、對稱、斜鋸齒波輸出，要求以單片機的最高速度控制，以達到最高信號頻率輸出，試編寫51機的控制程序。

解：鋸齒波的周期由fosc及單片機的類型決定。對DAC0832控制方式以先選通，后寫入的原則，參考程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0040HMAIN： CLR F0 MOV SP，#5FH MOV DPTR，#0E400H MOV A，#00HAGAIN： JBC F0，STOP DS： MOVX @DPTR，A INC A CJNE A，#0FFH，DS；輸出鋸齒波LS： MOVX @DPTR，A DEC A CJNE A，#00H，LS SJMP AGAINSTOP： …… ；程序的其他部分

END

討論：程序中用F0作為輸出停止標志。F0由程序的某個部分觸發，如外部中斷或定時中斷。實用中要根據系統工作過程要求具體編程。

2.I/O方式 用I/O方式對DAC0832進行控制，對工作于I/O方式的單片機有實際意義。 由于DAC0832沒有地址線，所以總線與I/O方式在電路上沒有區別。但兩種控制方式有本質上的不同。

總線方式下，編程者站在指揮高度，下達命令，系統協調三總線執行命令；而I/O方式下，完全要通過I/O指令，由CPU產生控制時序。

【例9-9】設計一個二路模擬量輸出的DAC0832與51機的接口電路。要求兩路DAC能同時啟動轉換（如果兩個器件性能迫近，由輸出就同步），試編寫對兩片DAC0832進行同步轉換的51機控制程序。

解：為達到兩個DAC同步輸出的目標，DAC0832應工作于雙緩沖方式。其原理是：選將每個DAC的數據通過輸入寄存器并鎖存于輸出端，之后同時啟動兩個芯片的DAC轉換，實現同步輸出。兩個DAC的同步轉換的工作時序如圖9-23所示。

I/O方式參考程序如下： CS1 EQU P2.6 CS2 EQU P2.7 WR1XF EQU P3.6 WR2XF EQU P3.7 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0040HMAIN： MOV SP，#5FHAGAIN： JBC F0，STOP

MOV R0，#ADDR1 MOV R1，#ADDR2 MOV R7，#NUMLOOP： CLR CS1 ；選中1#DAC輸入寄存器 MOV P0，@R0 CLR WR1XF INC R0 SETB WR1XF ；數據1寫入DAC1

SETB CS1 CLR CS2 ；選中2#DAC輸入寄存器 MOV P0，@R1

CLR WR1XF INC R1 SETB WR1XF ；數據2寫入DAC2輸入寄存器

SETB CS2 CLR WR2XF SETB WR2XF ；同步輸出

DJNZ R7，LOOP

SJMP AGAINSTOP： SJMP $ END

程序中ADDR1、ADDR2為兩部分圖形數據區在片內的首地址，NUM為數據長度。程序將圖形數據連續不斷地反復輸出，若將兩個DAC輸出分別接到示波器X、Y軸輸入端，可觀查到模擬運動合成圖象（李薩如圖形）。注意，本例兩個輸出信號頻率相同。 同樣的任務，同樣的電路用總線方式控制，參考的匯編控制程序如下：

ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0040HMAIN： MOV SP，#5FHAGAIN： JBC F0，STOP

MOV R0，#ADDR1 MOV R1，#ADDR2 MOV R7，#NUMLOOP： MOV DPTR，#0BFFFH；選中1#DAC輸入寄存器 MOV A，@R0 MOVX @DPTR，A ；數據1寫入DAC1輸入寄存器

INC R0 MOV DPTR，#7FFFH ；選中2#DAC輸入寄存器 MOV A，@R1 MOVX @DPTR，A ；數據寫入DAC2輸入寄存器

INC