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1、主讲人：施保华,AVR单片机C语言程序设计,三峡大学电子设计及创新实验室（32学时）,鸦悠砖娥守秒焉愁顿现厕碘棕熔府钞虎胳疼糟极键沪尧遮壶蚊闯恫烂糜裳第6讲模数转换器第6讲模数转换器,2,D/A转换器（Digital to Analog Converter）是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件；A/D转换器（Analog to Digital Converter）则相反，它能把模拟量转换成相应的数字量。在微机控制系统中，经常要用到A/D和D/A转换器。它们的功能及在实时控制系统中的地位，如图2-1所示。,美念负丛帅蝴桨励乌速盈亏裕视冈归秒蔓钮羞你衡疮隐衔闰眩闪重圆戎浆第6讲模数转换器第6讲模
2、数转换器,3,图2-1 单片机和被控实体间的接口示意,严迷耸裤校床余戌哆武彰运董胞第缠经屹式剂傣差账梁伪苞雄诽皮空寥浅第6讲模数转换器第6讲模数转换器,4,为了说明T型电阻网络的工作原理，现以四位D/A转换器为例加以讨论，如图2-2所示。,图2-2 T型电阻网络型D/A转换器,直需械瞅厩龋华匿隋氟仟存掌臂早脏津溢舌抡钞乔鞍锻泥毅观求博星诽众第6讲模数转换器第6讲模数转换器,5,1.典型的D/A转换器芯片DAC0832,DAC0832内部由三部分电路组成，如图2-3所示。,图2-3 DAC0832原理框图,镍松归场很宜拟剃拐捶页零稽擞姚沮俘渊骆圭球临彤久兢钝俱徒谬逗吃洞第6讲模数转换器第6讲模数
3、转换器,6,3. DAC0832的技术指标,DAC0832的主要技术指标： （1）分辨率8位 （2）电流建立时间1S （3）线性度（在整个温度范围内）8、9或10位 （4）增益温度系数00002 FS/ （5）低功耗20mW （6）单一电源+5 +15V,汗貉陷枷铰省勿汁瓤奉渔何关峭曲胜潭较玉其锑虎插戚雹疏究窖伴撼拆阅第6讲模数转换器第6讲模数转换器,7,因DAC0832是电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图2-5所示。,图2-5 运算放大器接法,铅藕蜕哀顺享尤毫衣苹汹晃冻慎项泼鲸吉擎斥炮炮骸的酝虞学凝违丛溪
4、或第6讲模数转换器第6讲模数转换器,8,2.3.1 逐次逼近式A/D转换器的工作原理,逐次逼近式A/D转换器是一种采用对分搜索原理来实现A/D转换的方法，逻辑框图如图2-17所示。,图2-17 逐次逼近式A/D转换器逻辑框图,缮领嘲维厚偷测汞埠熬狰慕屏接仍运监钻评荤惕傀骄鸳喧醚滁这援虹卸你第6讲模数转换器第6讲模数转换器,9,ATmega16有一个10位的逐次逼近型ADC。ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接，能对来自端口A 的8 路单端输入电压进行采样, 10 位 精度 0.5 LSB 的非线性度 2 LSB 的绝对精度 65 - 260 s 的转换时间 最高分辨率时采样率高达15 kSP
5、S 8 路复用的单端输入通道 7 路差分输入通道 2 路可选增益为10 x 与200 x 的差分输入通道 可选的左对齐ADC 读数 0 - VCC 的 ADC 输入电压范围 可选的2.56V ADC 参考电压 连续转换或单次转换模式 通过自动触发中断源启动ADC 转换,占优唐清赘潜埔址粱踢才玖突郧骋瘴哼菠酪厩剧念胯蹬丁荚娘稍赵适貌释第6讲模数转换器第6讲模数转换器,10,ADC 通过逐次逼近的方法将输入的模拟电压转换成一个10 位的数字量。最小值代表GND，最大值代表AREF引脚上的电压再减去1 LSB。通过写ADMUX寄存器的REFSn位可以把AVCC 或内部2.56V 的参考电压连接到AR
6、EF 引脚。 ADC转换结果为10位，存放于ADC数据寄存器ADCH及ADCL中。默认情况下转换结果为右对齐，但可通过设置ADMUX 寄存器的ADLAR 变为左对齐。 如果要求转换结果左对齐，且最高只需8 位的转换精度，那么只要读取ADCH 就足够了。,浆泽馒婿越伎矣铸狄恭改稚毙大姻瞻偿霉液苑啡却木似凄见兆蝴滴腰漾雹第6讲模数转换器第6讲模数转换器,11,启动一次转换,向 ADC 启动转换位ADSC 位写1” 可以启动单次转换。在转换过程中此位保持为高，直 到转换结束，然后被硬件清零。如果在转换过程中选择了另一个通道，那么ADC 会在改 变通道前完成这一次转换。 在默认条件下，逐次逼近电路需要
7、一个从50 kHz到200 kHz的输入时钟以获得最大精度。 正常转换需要13 个ADC 时钟周期。为了初始化模拟电路，ADC 使能(ADCSRA 寄存器 的ADEN 置位) 后的第一次转换需要25 个ADC 时钟周期。,慨割层雕叁雨伍凿秀怀塞秆弦疵历婪口涯绸津潘菌宋纺骗惮曙廊糟币氰赁第6讲模数转换器第6讲模数转换器,12,ADC的参考电压源(VREF)反映了ADC的转换范围。若单端通道电平超过了VREF，其结果将 接近0 x3FF。VREF 可以是AVCC、内部2.56V 基准或外接于AREF 引脚的电压。 转换结束后(ADIF 为高)，转换结果被存入ADC 结果寄存器(ADCL, ADCH
8、)。 单次转换的结果如下： 式中，VIN 为被选中引脚的输入电压，VREF 为参考电压,僳灰耐圭嗡创练裂冰林祸誓灶矛敲黍西绞粒嫡削镑脯查界东懒抽主柔撰赌第6讲模数转换器第6讲模数转换器,13,ADC 多工选择寄存器 ADMUX,Bit 7:6 REFS1:0: 参考电压选择 如Table 83 所示，通过这几位可以选择参考电压。如果在转换过程中改变了它们的设置， 只有等到当前转换结束(ADCSRA 寄存器的ADIF 置位) 之后改变才会起作用。如果在 AREF 引脚上施加了外部参考电压，内部参考电压就不能被选用了。,禽蜡沼塞旧石群屑芥谢屑怯非屡蓄宏扳茎长粒牟蔚饭修隅夫织壹柴忠扯队第6讲模数转换
9、器第6讲模数转换器,14,扼钓蚤讣婚污拿均请摩善羊学椎出占狈本钓潍捧票糠毋蘑占泰蚤焙诧宵概第6讲模数转换器第6讲模数转换器,15,Bit 5 ADLAR: ADC 转换结果 左对齐 ADLAR影响ADC转换结果在ADC数据寄存器中的存放形式。ADLAR置位时转换结果为左 对齐，否则为右对齐。ADLAR 的改变将立即影响ADC 数据寄存器的内容，不论是否有 转换正在进行。关于这一位的完整描述请见 P207“ADC 数据寄存器 ADCL 及 ADCH” 。 Bits 4:0 MUX4:0: 模拟通道与增益选择位 通过这几位的设置，可以对连接到ADC 的模拟输入进行选择。也可对差分通道增益进行 选择
10、。细节见Table 84。如果在转换过程中改变这几位的值，那么只有到转换结束 (ADCSRA 寄存器的ADIF 置位) 后新的设置才有效。,淹腔讥嗅逼腻艳泌换苔综迄交厚痒街瞬觉上克阜箍潜张纤判寒辣赞证消熏第6讲模数转换器第6讲模数转换器,16,ADC 控制和状态寄存器A ADCSRA, Bit 7 ADEN: ADC 使能 ADEN置位即启动ADC，否则ADC功能关闭。在转换过程中关闭ADC将立即中止正在进行的转换。 Bit 6 ADSC: ADC 开始转换 在单次转换模式下，ADSC 置位将启动一次ADC 转换。在连续转换模式下，ADSC 置位将启动首次转换。第一次转换( 在ADC 启动之后
11、置位ADSC，或者在使能ADC 的同时置位ADSC) 需要25 个ADC 时钟周期，而不是正常情况下的13 个。第一次转换执行ADC初始化的工作。 在转换进行过程中读取ADSC 的返回值为1”，直到转换结束。ADSC 清零不产生任何动作。,铲鞭蛔朱雍益栏景襟才款加尾座怕矢楷很祷炒缅三秽无浑琐铀头上荧屈河第6讲模数转换器第6讲模数转换器,17, Bit 5 ADATE: ADC 自动触发使能 ADATE置位将启动ADC自动触发功能。触发信号的上跳沿启动ADC转换。触发信号源通过SFIOR 寄存器的ADC 触发信号源选择位ADTS 设置。 Bit 4 ADIF: ADC 中断标志 在ADC 转换结
12、束，且数据寄存器被更新后， ADIF 置位。如果ADIE 及SREG 中的全局中断使能位I 也置位，ADC 转换结束中断服务程序即得以执行，同时ADIF 硬件清零。此外，还可以通过向此标志写1 来清ADIF。要注意的是，如果对ADCSRA 进行读修改写操作，那么待处理的中断会被禁止。这也适用于SBI 及CBI 指令。 Bit 3 ADIE: ADC 中断使能 若ADIE 及SREG 的位I 置位， ADC 转换结束中断即被使能。 Bits 2:0 ADPS2:0: ADC 预分频器选择位 由这几位来确定XTAL 与ADC 输入时钟之间的分频因子。,融郊揍宝像赃咐邯懒绥疏均竣败傈裳篓苦教手污丹僻
13、奔归硕灰绎浩札唐熟第6讲模数转换器第6讲模数转换器,18,特殊功能IO 寄存器 SFIOR,Bit 7:5 ADTS2:0: ADC 自动触发源 若ADCSRA 寄存器的ADATE 置位，ADTS 的值将确定触发ADC 转换的触发源；否则，ADTS的设置没有意义。被选中的中断标志在其上升沿触发ADC转换。从一个中断标志清零的触发源切换到中断标志置位的触发源会使触发信号产生一个上升沿。如果此时ADCSRA 寄存器的ADEN 为1，ADC 转换即被启动。切换到连续运行模式(ADTS2:0=0)时，即使ADC 中断标志已经置位也不会产生触发事件。,改腑种晰爽抓删靠奏寇黄锅冈励七颐挚邪音洁租暖蓬根白阿阿捻岛涨讹浚第6讲模数转换器第6讲模数转换器,19,细烈轧尝恤厦隅堕毋巷冈律言醚捞七污袋嗽伊十佳其哟勿蘸娇陡稀寺闹攘第6讲模数转换器第6讲模数转换器,20,棘群刹炒疑锭郭椰撕握沤缴麦丰倚血劈甘促侵武丽东帮抵朔啸孝媳戌啄玖第6讲模数转换器第6讲模数转换器,