第11章 數模及模數轉換器接口

1、擴展擴展I/O電路的功能：電路的功能：1、速度協(xié)調；、速度協(xié)調；2、輸出數據鎖存；、輸出數據鎖存；3、輸入數據三態(tài)；、輸入數據三態(tài)；4、數據轉換：、數據轉換： 模擬量模擬量數字量：由數字量：由A/D轉換完成；轉換完成； 數字量數字量模擬量：由模擬量：由D/A轉換完成。轉換完成。單片機和被控實體間的接口示意圖單片機和被控實體間的接口示意圖舉例舉例1：溫度測控系統(tǒng)：溫度測控系統(tǒng)舉例舉例2：速度測控系統(tǒng)：速度測控系統(tǒng)舉例舉例3：紅外線自動門控制系統(tǒng)原理圖：紅外線自動門控制系統(tǒng)原理圖BISS000160K20K1032M10K10u1M1M47K10347u電壓檢測模塊電壓檢測模塊電機溫度檢測電機溫度

2、檢測 P3.3/INT1手動手動/自動切換自動切換手動關按鈕手動關按鈕 P3.4P3.02.2uDSG紅外傳感器紅外傳感器+5VGND3.3K103103470u+5V330K330K10210nVCVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT220KIBRR1AV0RC1RC2RR2VSS+5V行程開關行程開關2行程開關行程開關3手動開按鈕手動開按鈕光光電電隔隔離離電機正轉繼電器電機正轉繼電器J1電機過熱報警電機過熱報警轉速檢測模塊轉速檢測模塊A/ /D轉換轉換蜂鳴報警蜂鳴報警行程開關行程開關4行程開關行程開關1電壓過高報警電壓過高報警速度異常報警速度異常報警速度變換繼電器速度變換繼電器J

3、3電機反轉繼電器電機反轉繼電器J2ADC08090809P1.0P1.3P1.2P1.1P1.4P1.5P1.6P2.0P2.1P2.3P2.2P3.2/INT0P3.1P0WRRDALEP1.710K6LEDAT89C51VCC紅外線傳感器集成芯片紅外線傳感器集成芯片BISS0001特點特點（1）用）用CMOS工藝，功耗低。工藝，功耗低。（2）具有獨立的高輸入阻抗運算放）具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，可與多種傳感器匹配。大器，可與多種傳感器匹配。（3）雙向鑒幅器可有效抑制干擾信）雙向鑒幅器可有效抑制干擾信號。號。（4）內設延時和封鎖定時器，性能）內設延時和封鎖定時器，性能穩(wěn)定，調節(jié)范圍寬。

4、穩(wěn)定，調節(jié)范圍寬。（5）內置參考電源。）內置參考電源。（6）工作電壓范圍寬（）工作電壓范圍寬（3V5V）。）。BISS000112345678910111213141516AV0RR1RC1RC2RR2VssVRF/RESETVcIBVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT9-1-1 9-1-1 D/AD/A轉換概述轉換概述一、一、D/A（Digit to Analog）轉換器：轉換器： 為把數字量轉換成模擬量，在為把數字量轉換成模擬量，在D/AD/A轉換芯片中要有轉換芯片中要有解碼網絡解碼網絡：權電阻網絡；權電阻網絡；倒倒T T型電阻網絡。型電阻網絡。T型電阻網絡型型電阻網絡型D/A轉

5、換器：轉換器： D/A D/A轉換器的原理：轉換器的原理： 把輸入數字量中每位都按其權值分別轉換成模擬量，并通把輸入數字量中每位都按其權值分別轉換成模擬量，并通過運算放大器求和相加。根據克希荷夫定律，如下關系成立：過運算放大器求和相加。根據克希荷夫定律，如下關系成立： I I0 0=2=20 0 I I1 1=2=21 1 I I2 2=2=22 2 I I3 3=2=23 3n位數字量與模擬量的關系式：位數字量與模擬量的關系式：VO =VREF（數字碼（數字碼 / 2n） (VREF 參考電壓參考電壓)二、二、D/AD/A輸出形式：輸出形式：電壓；電壓；電流電流 運算放大器運算放大器 電壓。

6、電壓。注：因使用反相比例放大器來實現電流注：因使用反相比例放大器來實現電流到電壓的轉換，所以輸出模擬信號到電壓的轉換，所以輸出模擬信號(VO)的極性與參考電壓的極性與參考電壓(VREF)極性相反。極性相反。三、注意區(qū)分三、注意區(qū)分D/A內部是否帶有鎖存器：內部是否帶有鎖存器： 與與P1、P2接口：不需加鎖存器，直接接口。接口：不需加鎖存器，直接接口。 無鎖存器無鎖存器 與與P0接口：因接口：因P0的特殊功能，需加鎖存器。的特殊功能，需加鎖存器。D/A內內 如：如：DAC800DAC800、AD7520AD7520、AD7521AD7521等。等。 有鎖存器：最好與有鎖存器：最好與P0直接接口。

7、直接接口。 如：如：DAC0832DAC0832、DAC1230DAC1230等。等。四、性能指標：四、性能指標：1、分辨率分辨率（Resolution）是指是指D/A轉換器能分辨的最轉換器能分辨的最小輸出模擬增量，取決于輸入數字量的二進制位數。小輸出模擬增量，取決于輸入數字量的二進制位數。 2、建立時間建立時間（Establishing Time）是描述是描述D/A轉換速轉換速度的快慢。度的快慢。3、轉換精度轉換精度（Conversion Accuracy）指滿量程時指滿量程時DAC的實際模擬輸出值和理論值的接近程度。的實際模擬輸出值和理論值的接近程度。 4、偏移量誤差偏移量誤差（Offse

8、t Error）偏移量誤差是指輸入偏移量誤差是指輸入數字量為零時，輸出模擬量對零的偏移值。數字量為零時，輸出模擬量對零的偏移值。 5、線性度線性度（Linearity）線性度是指線性度是指DAC的實際轉換特的實際轉換特性曲線和理想直線之間的最大偏移差。性曲線和理想直線之間的最大偏移差。主要技術指標：主要技術指標：1 1、分辨率、分辨率（Resolution）：）： 對對D/AD/A轉換器輸入量變化敏感程度進行描述，轉換器輸入量變化敏感程度進行描述，與輸入數字量的位數有關。與輸入數字量的位數有關。 若數字量的位數為若數字量的位數為n n，則分辨率為則分辨率為2 2n n。 數字量位數越多，分辨率

9、就越高。數字量位數越多，分辨率就越高。 應用時，應根據分辨率的需要選定轉換器的位數。應用時，應根據分辨率的需要選定轉換器的位數。注：注：BCDBCD碼輸出的碼輸出的A/DA/D轉換器用位數表示分辨率。轉換器用位數表示分辨率。2 2、建立時間建立時間（Establishing Time）：）：（轉換速度）轉換速度） 描述描述D/AD/A轉換速度的快慢。轉換速度的快慢。 輸出形式為電流的轉換器比電壓的建立時間短。輸出形式為電流的轉換器比電壓的建立時間短。 D/AD/A轉換速度遠高于轉換速度遠高于A/DA/D轉換。轉換。3 3、轉換精度轉換精度（Conversion Accuracy）：）： 指滿量

10、程時指滿量程時DAC的實際模擬輸出值和理論值的的實際模擬輸出值和理論值的接近程度。接近程度。 8 8位雙緩沖器結構的位雙緩沖器結構的D/AD/A轉換器。轉換器。9-1-2 9-1-2 D/AD/A轉換芯片轉換芯片DAC0832DAC0832DIDI0 07 7：轉換數據輸入（：轉換數據輸入（8 8位）；位）； CSCS：片選信號（輸入）；片選信號（輸入）；ILEILE：數據鎖存允許信號（輸入）；數據鎖存允許信號（輸入）； XFERXFER：數據傳送控制信號（輸入）；數據傳送控制信號（輸入）；WRWR1 1：第一寫信號（輸入），與第一寫信號（輸入），與ILEILE共同控制輸入寄存器是數據直通方式

11、還是共同控制輸入寄存器是數據直通方式還是 數據鎖存方式；數據鎖存方式；WRWR2 2：第第2 2寫信號（輸入），與寫信號（輸入），與XFERXFER共同控制共同控制DACDAC寄存器是數據直通方式還是寄存器是數據直通方式還是 數據鎖存方式；數據鎖存方式；8位位DACDAC寄存器寄存器輸入輸入寄存器寄存器-+IOUT2IOUT1RfbVODI07AGNDILECS與與與WR1WR2XFERLE1LE2DAC的應用：的應用：l l DAC用作單極性電壓輸出用作單極性電壓輸出；l l DAC用作雙極性電壓輸出用作雙極性電壓輸出；l l DAC用作控制放大器。用作控制放大器。雙極性輸出電壓與輸入數字量

12、的關系雙極性輸出電壓與輸入數字量的關系輸入數字量輸入數字量Bb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0Vout（理想值）（理想值）+VREF時時-VREF時時1 1 1 1 1 1 1 1|VREF|-LSB-|VREF|+LSB1 1 0 0 0 0 0 0|VREF|/2-|VREF|/21 0 0 0 0 0 0 0000 1 1 1 1 1 1 1-LSBLSB0 0 1 1 1 1 1 1-|VREF|/2-LSB|VREF|/2+LSB0 0 0 0 0 0 0 0-|VREF|VREF|雙極性雙極性DAC的接法的接法 :雙極性雙極性DAC的另一種接法的另一種接法:控制放大器用

13、控制放大器用DAC0832:有有3 3種工作方法：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。種工作方法：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。 輸入寄存器和輸入寄存器和DACDAC寄存器共用一個地址，同時選通輸出；寄存器共用一個地址，同時選通輸出； WRWR1 1和和WRWR2 2同時進行，并且不與同時進行，并且不與CPUCPU相接。相接。 特點：轉換速度快。特點：轉換速度快。MOV PMOV P1 1，A A舉例：舉例：例：例：D/AD/A轉換程序，用轉換程序，用DAC0832DAC0832輸出輸出0 0+5+5V V鋸齒波，鋸齒波， 電路為電路為直通方式直通方式。設。設V VREFREF=-5V=-5

14、V，若若DAC0832DAC0832地址地址 為為0000FEHFEH，脈沖周期要求為脈沖周期要求為100100msms。100msDACSDACS：MOVMOVDPTRDPTR，#00FEH#00FEH；08320832 I/OI/O地址地址MOVMOVA A，#00H#00H；開始輸出開始輸出0 0V VDACLDACL：MOVXMOVXDPTRDPTR，A A；D/AD/A轉換轉換INCINCA A；升壓升壓ACALLACALL DELAYDELAY；AJMPAJMPDACLDACL；連續(xù)輸出連續(xù)輸出DELAYDELAY：；延時子程序延時子程序 輸入寄存器和輸入寄存器和DACDAC寄存器

15、共用一個地址，同時選通輸出，輸入數據寄存器共用一個地址，同時選通輸出，輸入數據在控制信號作用下，直接進入在控制信號作用下，直接進入DACDAC寄存器中；寄存器中； WRWR1 1和和WRWR2 2同時進行，并且與同時進行，并且與CPUCPU的的WRWR相連，相連，CPUCPU對對08320832執(zhí)行一次寫操執(zhí)行一次寫操作，將數據直接寫入作，將數據直接寫入DACDAC寄存器中。寄存器中。 適用：適用：只有一路模擬信號輸出或幾路模擬信號非同步輸出。只有一路模擬信號輸出或幾路模擬信號非同步輸出。單緩沖方式下的單緩沖方式下的DAC083280C5180C51舉例：舉例：例：例：D/AD/A轉換程序，用

16、轉換程序，用DAC0832DAC0832輸出輸出0 0+5+5V V三角波，三角波， 電路為電路為單緩沖方式單緩沖方式。設。設V VREFREF=-5V=-5V，若若DAC0832DAC0832地地 址為址為0000FEHFEH，脈沖周期要求為（脈沖周期要求為（100100msms）。）。100msORGORG2000H2000HSTARSTAR：MOVMOVDPTRDPTR，#00FEH#00FEH；DAC0832DAC0832地址地址MOVMOVA A，#00H#00H；開始輸出開始輸出0 0V VUPUP： MOVX MOVXDPTRDPTR，A A；D/AD/A轉換轉換INCINCA

17、A；產生上升段電壓產生上升段電壓；上升到上升到A A中為中為FFHFFH（A0A0跳）跳）DOWNDOWN：DECDECA A；產生下降段電壓產生下降段電壓MOVXMOVXDPTRDPTR，A A；下降到下降到A A中為中為0000H H；重復重復C51程序：程序：#include#include#define DAC0832 XBYTE0 x00FE#define uchar unsigned char#define unit unsigned int void stair(void) uchar i; while(1) for(i=0;i=255;i=i+) /*形成鋸齒波輸出值，最大形成

18、鋸齒波輸出值，最大255*/ DAC0832=i; /*D/A轉換輸出轉換輸出*/ 輸入寄存器和輸入寄存器和DACDAC寄存器分配有各自的地址，可分別選通用同時輸出多寄存器分配有各自的地址，可分別選通用同時輸出多路模擬信號。路模擬信號。 適用：適用：同時輸出幾路模擬信號的場合，可構成多個同時輸出幾路模擬信號的場合，可構成多個08320832同步輸出電路。同步輸出電路。舉例：舉例：例：例：用用DAC0832DAC0832實現驅動繪圖儀，電路為實現驅動繪圖儀，電路為雙緩沖方式雙緩沖方式。 1# 1#和和2#2#DAC0832DAC0832地址分別為地址分別為0000FEHFEH和和0000FDHF

19、DH。 則繪圖儀的驅動程序為：則繪圖儀的驅動程序為：ORGORG2000H2000HMOVMOVDPTRDPTR，#00FEH #00FEH ；選中選中1#08321#0832（的輸入寄存器）：（的輸入寄存器）：A A0 0=0=0MOVMOVA A，#Datax#DataxMOVXMOVXDPTRDPTR，A A ；DataxDatax寫入寫入1#08321#0832輸入寄存器輸入寄存器MOVMOVDPTRDPTR，#00FDH #00FDH ；選中選中2#08322#0832（的輸入寄存器）：（的輸入寄存器）：A A1 1=0=0MOVMOVA A，#Datay#DatayMOVXMOVX

20、DPTRDPTR，A A ；DatayDatay寫入寫入2#08322#0832輸入寄存器輸入寄存器MOVMOVDPTRDPTR，#00FBH #00FBH ；選中；選中1#1#和和2#08322#0832的的DACDAC寄存器：寄存器： A A2 2=0=0MOVXMOVXDPTRDPTR，A A ；1#1#和和2#2#輸入寄存器的內容同時輸入寄存器的內容同時 傳送到傳送到DACDAC寄存器中寄存器中C51程序：程序：#include#include#define INPUTR1 XBYTE0 x00FE#define INPUTR2 XBYTE0 x00FD #define DACR XB

21、YTE0 x00FB#define uchar unsigned char void dac2b(data1,data2) uchar data1,data2;INPUTR1=data1; /*數據送到一片數據送到一片DAC0832*/INPUTR2=data2;/*數據送到另一片數據送到另一片DAC0832*/DACR=0; /*啟動兩路啟動兩路D/A同時轉換同時轉換*/三、三、DAC1208內部框圖內部框圖80C51與與DAC1208的接口的接口80C51華工考研題：華工考研題： PC/XT的的D/A接口使用接口使用DAC0832。其有關信號接線。其有關信號接線如圖所示，其輸出電壓如圖所示

22、，其輸出電壓Vo和輸入數字量和輸入數字量DI7-DI0之間呈線之間呈線性且如表所示?，F要求性且如表所示。現要求Vo從零開始按圖示波形周期變化從零開始按圖示波形周期變化（周期可自定）。試用匯編語言編寫其控制部分程序。（周期可自定）。試用匯編語言編寫其控制部分程序。A/D接口設計要點：接口設計要點：1選擇合適的系統(tǒng)采樣速度；選擇合適的系統(tǒng)采樣速度；2減小減小A/D轉換的孔徑誤差；轉換的孔徑誤差；3合理選用合理選用A/D轉換器。轉換器。A/DA/D轉換是把模擬量信號轉化成與其大小成比例的數字信號。轉換是把模擬量信號轉化成與其大小成比例的數字信號。A/DA/D轉換電路主要分成：轉換電路主要分成：1 1

23、、雙積分式、雙積分式（速度慢，精度高：用于速度要求不高的場合）（速度慢，精度高：用于速度要求不高的場合）；2 2、逐次逼近式、逐次逼近式（速度較快，精度較高：常用）。（速度較快，精度較高：常用）。 MC14433MC14433（3 3 位）位） 雙積分式雙積分式 ICL7135ICL7135（4 4 位）位） ICL7109ICL7109（1212位）位） ADC0808ADC0808、ADC0809ADC0809（8 8位）位） 逐次逼近式逐次逼近式 ADC1210ADC1210（1212位）位） AD574AD574（1212位）位） 1、雙積分型、雙積分型A/D轉換器工作原理：轉換器工作

24、原理： 雙積分型雙積分型A/D轉換是一種間接轉換是一種間接A/D轉換技術。首先將模擬電壓轉換成積分時轉換技術。首先將模擬電壓轉換成積分時間，然后用數字脈沖計時方法轉換成計數間，然后用數字脈沖計時方法轉換成計數脈沖數，最后將此代表模擬輸入電壓大小的脈沖數轉換成脈沖數，最后將此代表模擬輸入電壓大小的脈沖數轉換成二進制或二進制或BCD碼輸出。因此，雙積分型碼輸出。因此，雙積分型A/D轉換器轉換時轉換器轉換時間較長，一般要大于間較長，一般要大于4050ms。雙積分雙積分ADC電路原理圖電路原理圖MC14433與與80C51直接連接的接口直接連接的接口80C51MC14433ICL7109與與80C51

25、的接口電路圖的接口電路圖80C512、逐次逼近、逐次逼近A/D轉換原理：轉換原理：N N位寄存器用來存放位寄存器用來存放N N位二進制數碼。位二進制數碼。當當V VXVN，則保留，則保留DN-1=1，否則清，否則清0。其余類推。其余類推。1 1、結構：、結構： 一個一個8 8位逐次逼近式位逐次逼近式A/DA/D轉換器、轉換器、8 8路模擬轉換開關、路模擬轉換開關、3-83-8地址鎖存譯碼地址鎖存譯碼器和三態(tài)輸出數據鎖存器器和三態(tài)輸出數據鎖存器（詳見（詳見P249P249）。2 2、引腳：、引腳：（1 1）8 8路模擬量路模擬量輸入信號端：輸入信號端： IN0IN0IN7IN7；（2 2）8 8

26、位數字量輸出信號端：位數字量輸出信號端： D D0 0D D7 7；（3 3）通道選擇地址信號輸入端：）通道選擇地址信號輸入端： ADDADDA A、ADDADDB B、ADDADDC C；（4 4）基準參考電壓為）基準參考電壓為V VR R（+ +）和和V VR R（- -）： 決定輸入模擬量的范圍。決定輸入模擬量的范圍。 典型值分別為典型值分別為+5+5V V和和0 0V V。（5 5）轉換結束信號）轉換結束信號EOCEOC： 0 0：正在進行轉換；正在進行轉換； 1 1：一次轉換完成。：一次轉換完成。（6 6）時鐘信號輸入端：時鐘信號輸入端：CLKCLK（其內部無時鐘電路）其內部無時鐘電

27、路）。多路多路轉換轉換開關開關A B CIN0IN1IN7A/D轉換轉換 ADC 0809/0808 ADC 0809/0808為為8 8路輸入通道、路輸入通道、8 8位位逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D轉換器，可分時轉換器，可分時轉換轉換8 8路路模擬信號。模擬信號。3 3、ADC 0809ADC 0809與單片機連接：與單片機連接：轉換數據的傳送：轉換數據的傳送：定時傳送方式；定時傳送方式；（不需接（不需接EOCEOC腳）腳）查詢方式；查詢方式；（測試（測試EOCEOC腳的狀態(tài)）腳的狀態(tài)）中斷方式。中斷方式。（EOCEOC腳接腳接INTINT腳）腳）注：注：（1 1）不能用無條件方式；）不

28、能用無條件方式；（2 2）2 2個個ALEALE不能相接。不能相接。涉及涉及2 2個問題：個問題：（1 1）8 8路模擬信號通道選擇；路模擬信號通道選擇；（2 2）A/DA/D轉換完成后轉換數據的傳送。轉換完成后轉換數據的傳送。ADC0809ADC0809的口地址：的口地址：FEFFHFEFFH；8 8路模擬通道的地址：路模擬通道的地址：FEF8HFEF8HFEFFHFEFFH。IN07AD07ALEINTWRP2.0RDD07ADDABC CLKEOCSTARTALEOE11831A/DA/D轉換程序：（延時等待方法）轉換程序：（延時等待方法）MOV DPTRMOV DPTR，#0FEFFH

29、 #0FEFFH ；ADC0809ADC0809地址地址MOV AMOV A，#00H#00H ；選中選中ININ0 0MOVX DPTRMOVX DPTR，A A ；啟動啟動A/DA/D轉換轉換LCALL DELAYLCALL DELAY ；等待轉換結束等待轉換結束MOVX AMOVX A，DPTRDPTR ；讀轉換結果讀轉換結果RETRET不用接不用接EOCEOC腳，采用定時傳送方式。腳，采用定時傳送方式。例：例：P252P252應用舉例應用舉例初始化程序：（中斷方式）初始化程序：（中斷方式） MOV R MOV R0 0，#0A0H #0A0H ；數據存儲區(qū)首地址數據存儲區(qū)首地址 MOV

30、 R MOV R2 2，#08H#08H ；8 8路計數器路計數器 SETB IT1 SETB IT1 ；邊沿觸發(fā)方式邊沿觸發(fā)方式 SETB EA SETB EA ；中斷允許中斷允許 SETB EX1 SETB EX1 ；允許外部中斷允許外部中斷1 1中斷中斷 MOV DPTR MOV DPTR，#0FEF8H#0FEF8H ；指向指向ADC0809ADC0809首地址首地址LOOPLOOP：MOVX DPTRMOVX DPTR，A A ；啟動啟動A/DA/D轉換轉換HEREHERE：SJMP HERESJMP HERE ；等待中斷等待中斷 DJNZ R DJNZ R2 2，LOOPLOOP

31、；巡回，未完繼續(xù)巡回，未完繼續(xù) CLR EA CLR EA ；結束，關中斷結束，關中斷 SJMP $ SJMP $ ；結束停止；結束停止 設有一個設有一個8路模擬量輸入的巡回檢測系統(tǒng)，采樣數據路模擬量輸入的巡回檢測系統(tǒng)，采樣數據依次存放在外部依次存放在外部RAM 0A0HRAM 0A0H0A7H0A7H單元中，單元中，ADC0809ADC0809的的8個個通道地址為通道地址為0 0FEF8HFEF8H0FEFFH0FEFFH。中斷服務程序：中斷服務程序：MOVX MOVX A A，DPTR DPTR ；讀數讀數MOVX MOVX RR0 0，A A ；存數存數INCINCDPTRDPTR ；指

32、向下一模擬通道指向下一模擬通道INCINCR R0 0 ；指向數據存儲區(qū)下一單元指向數據存儲區(qū)下一單元RETIRETIC51程序：程序：#include#include#define uchar unsigned char#define IN0 XBYTE0 xFEF8 /*設置設置ADC0809的通道的通道0地址地址*/sbit ad_busy=P33; /*即即EOC狀態(tài)狀態(tài)*/void ad0809(uchar idata * x) /*采樣結果放指針中的采樣結果放指針中的A/D采集函數采集函數*/ uchar i; uchar xdata * ad_adr; ad_adr=&IN0; for(i=0;i8;i+) /*處理處理8通道通道*/ *ad_adr=0; /*啟動轉換啟動轉換*/i=i; /*延時等待延時等待EOC變低變低*/i=i;while(ad_busy=0); /*查詢等待轉換結束查詢等待轉換結束*/xi=*ad_adr; /*存轉換結果存轉換結果