第 9章 MCS-51与 D/A及 A/D转换器接口
9.1 概述
9.2 D/A转换器及其接口
9.3 A/D转换器及其接口
9.1 概述
图 9-1 单片机和被控实体间的接口示意图
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9.2 D/A转换器及其接口
9.2.1 D/A转换器
9.2.2 MCS-51和 D/A的接口
返回本章首页
9.2.1 D/A转换器
图 9-2 最简单 D/A转换器框图
关系式,Vout=B× VR
式中, VR为常量, 由参考电压 VREF决定； B为
数字量, 常为一个二进制数 。 数字量 B的位数通常
为 8位和 12位等, 由 D/A转换器芯片型号决定 。 B
为 n位时的通式为：
B= bn-1 bn-2… b1 b0= bn-1× 2n-1+ bn-
2× 2n-2+… + b1× 21+ b0× 20
式中, bn-1为 B的最高位； b0为最低位 。
1,D/A转换器的原理
D/A转换器的原理：
把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟
量，并通过运算放大器求和相加（如图 9-3所示）。
根据克希荷夫定律，如下关系成立：
I3==23·
I2==22·
I1==21·
I0==20·
图 9-3 T型电阻网络型 D/A转换器
2,D/A转换器的性能指标
l分辨率 （ Resolution） 辨率是指 D/A转换器能分
辨的最小输出模拟增量, 取决于输入数字量的二
进制位数 。
l转换精度 （ Conversion Accuracy） 指满量程时
DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度 。
l偏移量误差 （ Offset Error） 偏移量误差是指输
入数字量为零时, 输出模拟量对零的偏移值 。
l线性度 （ Linearity） 线性度是指 DAC的实际转
换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差 。
3,DAC0832
lDAC0832内部结构
DAC0832内部由三部分电路组成（如图 9-4所示）。
,8位输入寄存器”、,8位 DAC寄存器”、,8位
D/A转换电路”由 8位 T型电阻网络和电子开关组
成，
l引脚功能
DAC0832共有 20条引脚, 双列直插式封装 。 引脚
连接和命名如图 9-5所示 。
（ 1） 数字量输入线 DI7～ DI0（ 8条 ） ； （ 2） 控制
线 （ 5条 ） ； （ 3） 输出线 （ 3条 ） ； （ 4） 电源线
（ 4条 ） 。
图 9-4 DAC0832原理框图
图 9-5 双极性 DAC的接法
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9.2.2 MCS-51和 D/A的接口
1,DAC的应用
l DAC用作单极性电压输出
l DAC用作双极性电压输出 （ 表 9-1,图 9-6所示 ）
l DAC用作控制放大器 （ 如 图 9-7所示 ）
输入数字量 B
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
Vout（理想值）
+VREF时 -VREF时
1 1 1 1 1 1 1 1 |VREF|-LSB -|VREF|+LSB
┆ ┆ ┆
1 1 0 0 0 0 0 0 |VREF|/2 -|VREF|/2
┆ ┆ ┆
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
┆ ┆ ┆
0 1 1 1 1 1 1 1 -LSB LSB
┆ ┆ ┆
0 0 1 1 1 1 1 1 -|VREF|/2-LSB |VREF|/2+LSB
┆ ┆ ┆
0 0 0 0 0 0 0 0 -|VREF| |VREF|
表 9-1 双极性输出电压与输入数字量的关系
图 9-6 双极性 DAC的另一种接法
图
9-
7
控
制
放
大
器
用DA
C
08
32
2,MCS-51与 8位 DAC的接口
MCS-51和 DAC0832接口时, 有三种连接方式：
直通方式, 单缓冲方式如图 9-8~9-9所示
和双缓冲方式如图 9-10所示 。
图 9-8 单缓冲方式下的 DAC0832
图 9-9 例 9.3所产生的波形
图
9-
10
80
31
和
两
片DA
C
08
32
的
接
口
（
双
缓
冲
方
式
）
3,MCS-51与 12位 DAC的接口
l DAC1208的内部结构和原理 （ 如图 9-11所示 ）
l MCS-51和 DAC1208的连接 （ 图 9-12示 ）
图 9-11 DAC1208内部框图
图 9-12 8031和 DAC1208
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9.3 A/D转换器及其接口
9.3.1 A/D接口设计要点
9.3.2 双积分型 A/D 转换器工作原理
9.3.3 逐次逼近型 A/D转换器接口
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对于一个模拟信号转换成数字信号所要求的基本
部件有：
? 模拟多路转换器与信号调节电路 。
? 采样 /保持电路 。
? A/D转换器 。
? 通道控制电路 。
9.3.1 A/D接口设计要点
1,选择合适的系统采样速度
2,减小 A/D转换的孔径误差
3,合理选用 A/D转换器
返回本节
9.3.2 双积分型 A/D 转换器工作原理
1,双积分型 A/D转换器工作原理
双积分型 A/D转换是一种间接 A/D转换技术 。 首先
将模拟电压转换成积分时间, 然后用数字脉冲计
时方法转换成计数脉冲数, 最后将此代表模拟输
入电压大小的脉冲数转换成二进制或 BCD码输出 。
因此, 双积分型 A/D转换器转换时间较长, 一般
要大于 40～ 50ms。
图 9-13给出了微机控制的双积分电路原理图 。 其
工作原理可由图 9-14所示的工作波型图予以说明 。
图 9-13 双积分 ADC电路原理图
图
9-
14
各
点
输
出
波
形
2,MC14433与 MCS-51单片机的接口
图
9-
15MC
14
43
3
与
80
31
直
接
连
接
的
接
口
方
法
3,7109与 MCS-51单片机接口 图
9-
16I
CL
71
09
与
80
31
的
接
口
电
路
图
图
9-
17I
CL
71
09
工
作
时
序
图
返回本节
9.3.3 逐次逼近型 A/D转换器接口
1,逐次逼近型 ADC基本原理
图 9-18 逐次逼近 ADC原理电路框图
图
9-
19
四
位
逐
次
逼
近
型A/D
转
换
时
序
2,ADC0808/0809与 MCS-51单片机的接口
图
9-
20
08
08/
08
09
与
80
31
接
口
电
路
图 9-21 0808/0809工作时序图
3,AD574A与 MCS-51单片机接口
图 9-22 AD574A与 8031接口电路图
表 9-2 AD574A逻辑控制真值表
（ a） 启动与转换 （ b） 转换结果输出
图 9-23 AD574A控制时序图
REFIN
LIPOFFOFF
REFOUT
AD574+15V
-15V
100K
100K
100
12
100
10
8
图 9-24 AD574的单极性转换
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本章到此结束，
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9.1 概述
9.2 D/A转换器及其接口
9.3 A/D转换器及其接口
9.1 概述
图 9-1 单片机和被控实体间的接口示意图
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9.2 D/A转换器及其接口
9.2.1 D/A转换器
9.2.2 MCS-51和 D/A的接口
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9.2.1 D/A转换器
图 9-2 最简单 D/A转换器框图
关系式,Vout=B× VR
式中, VR为常量, 由参考电压 VREF决定； B为
数字量, 常为一个二进制数 。 数字量 B的位数通常
为 8位和 12位等, 由 D/A转换器芯片型号决定 。 B
为 n位时的通式为：
B= bn-1 bn-2… b1 b0= bn-1× 2n-1+ bn-
2× 2n-2+… + b1× 21+ b0× 20
式中, bn-1为 B的最高位； b0为最低位 。
1,D/A转换器的原理
D/A转换器的原理：
把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟
量，并通过运算放大器求和相加（如图 9-3所示）。
根据克希荷夫定律，如下关系成立：
I3==23·
I2==22·
I1==21·
I0==20·
图 9-3 T型电阻网络型 D/A转换器
2,D/A转换器的性能指标
l分辨率 （ Resolution） 辨率是指 D/A转换器能分
辨的最小输出模拟增量, 取决于输入数字量的二
进制位数 。
l转换精度 （ Conversion Accuracy） 指满量程时
DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度 。
l偏移量误差 （ Offset Error） 偏移量误差是指输
入数字量为零时, 输出模拟量对零的偏移值 。
l线性度 （ Linearity） 线性度是指 DAC的实际转
换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差 。
3,DAC0832
lDAC0832内部结构
DAC0832内部由三部分电路组成（如图 9-4所示）。
,8位输入寄存器”、,8位 DAC寄存器”、,8位
D/A转换电路”由 8位 T型电阻网络和电子开关组
成，
l引脚功能
DAC0832共有 20条引脚, 双列直插式封装 。 引脚
连接和命名如图 9-5所示 。
（ 1） 数字量输入线 DI7～ DI0（ 8条 ） ； （ 2） 控制
线 （ 5条 ） ； （ 3） 输出线 （ 3条 ） ； （ 4） 电源线
（ 4条 ） 。
图 9-4 DAC0832原理框图
图 9-5 双极性 DAC的接法
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9.2.2 MCS-51和 D/A的接口
1,DAC的应用
l DAC用作单极性电压输出
l DAC用作双极性电压输出 （ 表 9-1,图 9-6所示 ）
l DAC用作控制放大器 （ 如 图 9-7所示 ）
输入数字量 B
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
Vout（理想值）
+VREF时 -VREF时
1 1 1 1 1 1 1 1 |VREF|-LSB -|VREF|+LSB
┆ ┆ ┆
1 1 0 0 0 0 0 0 |VREF|/2 -|VREF|/2
┆ ┆ ┆
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
┆ ┆ ┆
0 1 1 1 1 1 1 1 -LSB LSB
┆ ┆ ┆
0 0 1 1 1 1 1 1 -|VREF|/2-LSB |VREF|/2+LSB
┆ ┆ ┆
0 0 0 0 0 0 0 0 -|VREF| |VREF|
表 9-1 双极性输出电压与输入数字量的关系
图 9-6 双极性 DAC的另一种接法
图
9-
7
控
制
放
大
器
用DA
C
08
32
2,MCS-51与 8位 DAC的接口
MCS-51和 DAC0832接口时, 有三种连接方式：
直通方式, 单缓冲方式如图 9-8~9-9所示
和双缓冲方式如图 9-10所示 。
图 9-8 单缓冲方式下的 DAC0832
图 9-9 例 9.3所产生的波形
图
9-
10
80
31
和
两
片DA
C
08
32
的
接
口
（
双
缓
冲
方
式
）
3,MCS-51与 12位 DAC的接口
l DAC1208的内部结构和原理 （ 如图 9-11所示 ）
l MCS-51和 DAC1208的连接 （ 图 9-12示 ）
图 9-11 DAC1208内部框图
图 9-12 8031和 DAC1208
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9.3 A/D转换器及其接口
9.3.1 A/D接口设计要点
9.3.2 双积分型 A/D 转换器工作原理
9.3.3 逐次逼近型 A/D转换器接口
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对于一个模拟信号转换成数字信号所要求的基本
部件有：
? 模拟多路转换器与信号调节电路 。
? 采样 /保持电路 。
? A/D转换器 。
? 通道控制电路 。
9.3.1 A/D接口设计要点
1,选择合适的系统采样速度
2,减小 A/D转换的孔径误差
3,合理选用 A/D转换器
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9.3.2 双积分型 A/D 转换器工作原理
1,双积分型 A/D转换器工作原理
双积分型 A/D转换是一种间接 A/D转换技术 。 首先
将模拟电压转换成积分时间, 然后用数字脉冲计
时方法转换成计数脉冲数, 最后将此代表模拟输
入电压大小的脉冲数转换成二进制或 BCD码输出 。
因此, 双积分型 A/D转换器转换时间较长, 一般
要大于 40～ 50ms。
图 9-13给出了微机控制的双积分电路原理图 。 其
工作原理可由图 9-14所示的工作波型图予以说明 。
图 9-13 双积分 ADC电路原理图
图
9-
14
各
点
输
出
波
形
2,MC14433与 MCS-51单片机的接口
图
9-
15MC
14
43
3
与
80
31
直
接
连
接
的
接
口
方
法
3,7109与 MCS-51单片机接口 图
9-
16I
CL
71
09
与
80
31
的
接
口
电
路
图
图
9-
17I
CL
71
09
工
作
时
序
图
返回本节
9.3.3 逐次逼近型 A/D转换器接口
1,逐次逼近型 ADC基本原理
图 9-18 逐次逼近 ADC原理电路框图
图
9-
19
四
位
逐
次
逼
近
型A/D
转
换
时
序
2,ADC0808/0809与 MCS-51单片机的接口
图
9-
20
08
08/
08
09
与
80
31
接
口
电
路
图 9-21 0808/0809工作时序图
3,AD574A与 MCS-51单片机接口
图 9-22 AD574A与 8031接口电路图
表 9-2 AD574A逻辑控制真值表
（ a） 启动与转换 （ b） 转换结果输出
图 9-23 AD574A控制时序图
REFIN
LIPOFFOFF
REFOUT
AD574+15V
-15V
100K
100K
100
12
100
10
8
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