《单片机原理与应用》课程教学课件（PPT讲稿）ADDA电机（AT89S51单片机与DAC的接口）

内容概要 在单片机测控系统中，被测量的温度、压力、流量、速度等非电物理量，须经 传感器先转换模拟电信号，必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。 模拟量转换成数字量的器件为A/D转换器(ADC)。 单片机处理完毕的数字量，有时需转换为模拟信号输出。器件称为D转换器 (DAC)。 本章介绍典型的ADC、DAC集成电路芯片，以及与单片机的硬件接口设计及软 件设计

1 内容概要 在单片机测控系统中，被测量的温度、压力、流量、速度等非电物理量，须经 传感器先转换模拟电信号，必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。 模拟量转换成数字量的器件为A/D转换器（ADC）。 单片机处理完毕的数字量，有时需转换为模拟信号输出。器件称为D/A转换器 （DAC）。 本章介绍典型的ADC、DAC集成电路芯片，以及与单片机的硬件接口设计及软 件设计

10.1AT89S51单片机与DAC的接口 介绍单片机系统如何输出模拟量。 目前商品化DAC芯片较多，设计者只需要合理的选用合 适的芯片，了解它们的功能、引脚外特性以及与单片机的 接口设计方法即可。由于现在部分的单片机芯片中集成了 DA转换器，位数一般在10位左右，且转换速度也很快， 所以单片的DAC开始向高的位数和高转换速度上转变。 低端的产品，如8位的D/A转换器，开始面临被淘汰的危 险，但是在实验室或涉及某些工业控制方面的应用，低

2 10.1 AT89S51单片机与DAC的接口 介绍单片机系统如何输出模拟量。 目前商品化DAC芯片较多，设计者只需要合理的选用合 适的芯片，了解它们的功能、引脚外特性以及与单片机的 接口设计方法即可。由于现在部分的单片机芯片中集成了 D/A转换器，位数一般在10位左右，且转换速度也很快， 所以单片的DAC开始向高的位数和高转换速度上转变。 低端的产品，如8位的D/A转换器，开始面临被淘汰的危 险，但是在实验室或涉及某些工业控制方面的应用，低 2

端的8位DAC以其优异性价比还是具有相当大的应用空间 的。 10.1.1D/A转换器简介 1.概述 购买和使用D/A转换器时，要注意D/A转换器选择的几 个问题。 (1)D/A转换器的输出形式 有两种输出形式。一种是电压输出，即给D/A转换器 输入的是数字量，而输出为电压。另一种是电流输出

3 端的8位DAC以其优异性价比还是具有相当大的应用空间 的。 10.1.1 D/A转换器简介 1．概述 购买和使用D/A转换器时，要注意D/A转换器选择的几 个问题。 （1）D/A转换器的输出形式 有两种输出形式。一种是电压输出，即给D/A转换器 输入的是数字量，而输出为电压。另一种是电流输出。 3

对电流输出的D/A转换器，如需要模拟电压输出，可在其 输出端加一个由运算放大器构成的-V转换电路，将电流输 出转换为电压输出。 (2)D/A转换器与单片机的接口形式 单片机与D/A转换器的连接，早期多采用8位数字量并 行传输的并行接口，现在除并行接口外，带有串行口的 D/A转换器品种也不断增多。除了通用的UART串行口外， 目前较为流行的还有2C串行口和SP1串行口等。所以在选 择单片D/A转换器时，要考虑单片机与D/A转换器的接口形 式

4 对电流输出的D/A转换器，如需要模拟电压输出，可在其 输出端加一个由运算放大器构成的I-V转换电路，将电流输 出转换为电压输出。 （2）D/A转换器与单片机的接口形式 单片机与D/A转换器的连接，早期多采用8位数字量并 行传输的并行接口，现在除并行接口外，带有串行口的 D/A转换器品种也不断增多。除了通用的UART串行口外， 目前较为流行的还有I 2C串行口和SPI串行口等。所以在选 择单片D/A转换器时，要考虑单片机与D/A转换器的接口形 式。 4

2.主要技术指标 指标很多，使用者最关心的几个指标如下。 (1)分辨率 指单片机输入给D/A转换器的单位数字量的变化，所引起 的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2n之比(n为 D/A转换器的二进制位数)。习惯上用输入数字量的二进制位 数表示。位数越多，分辨率越高，即DA转换器对输入量变化的 敏感程度越高。 例如，8位的D/A转换器，若满量程输出为10V,根据分辨 率定义，则分辨率为10V/2",分辨率为：

5 2．主要技术指标 指标很多，使用者最关心的几个指标如下。 （1）分辨率 指单片机输入给D/A转换器的单位数字量的变化，所引起 的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2 n之比（n为 D/A转换器的二进制位数）。习惯上用输入数字量的二进制位 数表示。位数越多，分辨率越高，即D/A转换器对输入量变化的 敏感程度越高。 例如，8位的D/A转换器，若满量程输出为10V，根据分辨 率定义，则分辨率为10V/2n，分辨率为: 5

10V/256=39.1mV,即输入的二进制数最低位的变化可引起 输出的模拟电压变化39.1mV,该值占满量程的0.391%，常 用符号1LSB表示。 同理： 10位D/A转换 1LSB=9.77mV=0.1%满量程 12位D/A转换 1LSB=2.44mV=0.024%满量程 16位D/A转换 1LSB=0.076mV=0.00076%满量程 使用时，应根据对D/A转换器分辨率的需要来选定D/A 转换器的位数

6 10V/256=39.1mV ，即输入的二进制数最低位的变化可引起 输出的模拟电压变化39.1mV，该值占满量程的0.391%，常 用符号1LSB表示。 同理： 10位D/A转换 1 LSB = 9.77mV = 0.1%满量程 12位D/A转换 1 LSB = 2.44mV = 0.024%满量程 16位D/A转换 1 LSB = 0.076mV = 0.00076%满量程 使用时，应根据对D/A转换器分辨率的需要来选定D/A 转换器的位数。 6

(2)建立时间 描述D/A转换器转换快慢的一个参数，用于表明转换 时间或转换速度。其值为从输入数字量到输出达到终值误 差±(1/2LSB时所需的时间。 电流输出的转换时间较短，而电压输出的转换器，由 于要加上完成-V转换的运算放大器的延迟时间，因此转换 时间要长一些。快速D/A转换器的转换时间可控制在1μs以 下

7 （2）建立时间 描述D/A转换器转换快慢的一个参数，用于表明转换 时间或转换速度。其值为从输入数字量到输出达到终值误 差(1/2)LSB时所需的时间。 电流输出的转换时间较短，而电压输出的转换器，由 于要加上完成I-V转换的运算放大器的延迟时间，因此转换 时间要长一些。快速D/A转换器的转换时间可控制在1s以 下。 7

(3)转换精度 理想情况下，转换精度与分辨率基本一致，位数越多 精度越高。 但由于电源电压、基准电压、电阻、制造工艺等各种 因素存在着误差。严格讲，转换精度与分辨率并不完全一 致。只要位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转 换器转换精度会有所不同。 例如，某种型号的8位DAC精度为±0.19%，而另一种型 号的8位DAC精度为±0.05%

8 （3）转换精度 理想情况下，转换精度与分辨率基本一致，位数越多 精度越高。 但由于电源电压、基准电压、电阻、制造工艺等各种 因素存在着误差。严格讲，转换精度与分辨率并不完全一 致。只要位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转 换器转换精度会有所不同。 例如，某种型号的8位DAC精度为0.19%，而另一种型 号的8位DAC精度为0.05%。 8

10.1.2AT89S51与8位D/A转换器0832的接口设计 1.DAC0832芯片介绍 (1)DAC0832的特性 美国国家半导体公司的DAC0832芯片是具有两个输入数据寄存 器的8位DAC,它能直接与AT89S51单片机连接，主要特性如下。 ①分辨率为8位。 ②电流输出，建立时间为1μs。 ③可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入。 ④单一电源供电（+5V~+15V)。 ⑤低功耗，20mW

9 10.1.2 AT89S51与8位D/A转换器0832的接口设计 1．DAC0832芯片介绍 （1）DAC0832的特性 美国国家半导体公司的DAC0832芯片是具有两个输入数据寄存 器的8位DAC，它能直接与AT89S51单片机连接，主要特性如下。 ① 分辨率为8位。 ② 电流输出，建立时间为1s。 ③ 可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入。 ④ 单一电源供电（+5V～+15V）。 ⑤ 低功耗，20mW。 9

(2)DAC0832的引脚及逻辑结构 CS 20 Vcc WR1口 2 19 ILE AGND□ 3 18 WR2 DI3□ DAC 17 DI2□ 5 0832 16 ☐DI4 DI1■ 6 15 DI5 LSB)DIO▣ 7 14▣ DI6 VRF口 8 13 DI7(MSB) Rb□ 9 12 Lovrz DGND 10 11 louTi 图10-1DAC0832的引脚图 10

1010 图10-1 DAC0832的引脚图 （2）DAC0832的引脚及逻辑结构