第8章MCS-51與DA、AD的接口

1、第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口第第8章章 MCS-51與與D/A、A/D的接口的接口8.1 MCS-51單片機(jī)與單片機(jī)與ADC的接口的接口8.1.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述一一A/D轉(zhuǎn)換器的類型及原理轉(zhuǎn)換器的類型及原理 A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）的作用是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在有很多類型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片，不同的芯片，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一樣，轉(zhuǎn)換原理也不同，各種A/D轉(zhuǎn)換芯片根據(jù)轉(zhuǎn)換原理可分為計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次比較式、雙重積分型和并行式A/D轉(zhuǎn)換器等；按轉(zhuǎn)換方法可分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間

2、接A/D轉(zhuǎn)換器；按其分辨率可分為416位的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。1計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器由D/A轉(zhuǎn)換器、計(jì)數(shù)器和比較器組成，工作時(shí)，計(jì)數(shù)器由零開(kāi)始計(jì)數(shù)，每計(jì)一次數(shù)后，計(jì)數(shù)值送往D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將生成的模擬信號(hào)與輸入的模擬信號(hào)在比較器內(nèi)進(jìn)行比較，第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口若前者小于后者，則計(jì)數(shù)值加1，重復(fù)D/A轉(zhuǎn)換及比較過(guò)程，依此類推，直到當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)與輸入的模擬信號(hào)相同，則停止計(jì)數(shù)，這時(shí)，計(jì)數(shù)器中的當(dāng)前值就為輸入模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。這種A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原理清楚，但它的轉(zhuǎn)換速度與精度之間存在

3、矛盾，當(dāng)提高精度時(shí)，轉(zhuǎn)換的速度就慢，當(dāng)提高速度時(shí)，轉(zhuǎn)換的精度就低，所以在實(shí)際中很少使用。 2逐次逼近型逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器及控制電路組成部分。與計(jì)數(shù)型相同，也要進(jìn)行比較以得到轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，但逐次逼近型是用一個(gè)寄存器從高位到低位依次開(kāi)始逐位試探比較。轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：開(kāi)始時(shí)寄存器各位清0，轉(zhuǎn)換時(shí)，先將最高位置1，送D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量小，則1保留，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入模擬量大，則1不保留，然后從第二位依次重復(fù)上述過(guò)程直至最低位，最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。一

4、個(gè)n位的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換只須要比較n次，轉(zhuǎn)換時(shí)間只取決于位數(shù)和時(shí)鐘周期。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，在實(shí)際中廣泛使用。 第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口 雙重積分型A/D轉(zhuǎn)換器將輸入電壓先變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，然后再把此時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，它屬于間接型轉(zhuǎn)換器。它的轉(zhuǎn)換過(guò)程分為采樣和比較兩個(gè)過(guò)程。采樣即用積分器對(duì)輸入模擬電壓進(jìn)行固定時(shí)間的積分，輸入模擬電壓值越大，采樣值越大，比較就是用基準(zhǔn)電壓對(duì)積分器進(jìn)行反向積分，直至積分器的值為0，由于基準(zhǔn)電壓值固定，所以采樣值越大，反向積分時(shí)積分時(shí)間越長(zhǎng)，積分時(shí)間與輸入電壓值成正

5、比，最后把積分時(shí)間轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，則該數(shù)字量就為輸入模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。由于在轉(zhuǎn)換過(guò)程中進(jìn)行了兩次積分，因此稱為雙重積分型。雙重積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，穩(wěn)定性好，測(cè)量的是輸入電壓在一段時(shí)間的平均值，而不是輸入電壓的瞬間值，因此它的抗干擾能力強(qiáng)，但是轉(zhuǎn)換速度慢，雙重積分型A/D轉(zhuǎn)換器在工業(yè)上應(yīng)用也比較廣泛。3雙重積分型雙重積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器二二A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)1分辨率分辨率2轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間3量程量程4轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口8.1.2 ADC0809與與MCS-51的接口的接口一一

6、ADC0809芯片芯片ADC0809是CMOS單片型逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，具有8路模擬量輸入通道，有轉(zhuǎn)換起停控制，模擬輸入電壓范圍為0+5V，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADDAADDBADDCALE通道選擇開(kāi)關(guān)地址鎖存和譯碼定時(shí)和控 制逐次逼近寄存器SAR8 位三 態(tài)鎖 存緩沖器DACOEEOCCLOCKSTARTVCCGNDVREF+VREF-ADC0809D0D1D2D3D4D5D6D7第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口二二ADC0809的引腳的引腳ADC0809芯片有28個(gè)引

7、腳，采用雙列直插式封裝，如圖。 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLOCK VCC VREF+ GND D1 IN2 IN1 IN0 ADDA ADDB ADDC ALE D7 D6 D5 D4 D0 VREF- D2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 2 第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口其中：IN0IN7：8路模擬量輸入端。D0D7：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址

8、輸入線，用于選擇8路模擬通道中的一路，選擇情況見(jiàn)表。 ADDCADDBADDA選擇通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，由低電平變高電平鎖存。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，由高電平變低電平啟動(dòng)。第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出。當(dāng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，該引腳為低電平，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，該線腳輸出高電平。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，如果從該引腳輸入高電平，則打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出鎖存器的數(shù)據(jù)從D0

9、D7送出。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ.REF+、REF-：基準(zhǔn)電壓輸入端。Vcc：電源，接+5V電源。GND：地。三三ADC0809的工作流程的工作流程START/ALE 地址鎖存 ADDA/B/C EOC OE D0D7 啟動(dòng) 轉(zhuǎn)換結(jié)束 讀取結(jié)果 D A T A 第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口ADC0809的工作流程如圖所示：1輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中，經(jīng)地址譯碼器譯碼從8路模擬通道中選通一路模擬量送到比較器。2送START一高脈沖，START的上升沿使逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A

10、/D轉(zhuǎn)換，并使EOC信號(hào)為低電平。3當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入到輸出三態(tài)鎖存器，并使EOC信號(hào)回到高電平，通知CPU已轉(zhuǎn)換結(jié)束。4當(dāng)CPU執(zhí)行一讀數(shù)據(jù)指令，使OE為高電平，則從輸出端D0D1讀出數(shù)據(jù)。四四ADC0809與與MCS-51單片機(jī)的接口單片機(jī)的接口下圖是一個(gè)ADC0809與8051的一個(gè)接口電路圖。1硬件連接硬件連接第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALE WR P2.7RDINTO+5VGNDD0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTART

11、OEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7 VREF+VREF-ADC08098051分頻器2軟件編程軟件編程設(shè)接口電路用于一個(gè)8路模擬量輸入的巡回檢測(cè)系統(tǒng)，使用中斷方式采樣數(shù)據(jù)，把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi)RAM的30H37H單元中。采樣完一遍后停止采集。第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口匯編語(yǔ)言編程：匯編語(yǔ)言編程：ORG 0003HLJMP INT0ORG 0100H ；主程序；主程序MOV R0，#30H ；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針MOV R2，#08H ；設(shè)置；設(shè)置8路采樣計(jì)數(shù)值路采樣計(jì)數(shù)值SETB I

12、T0 ；設(shè)置外部中斷；設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式為邊沿觸發(fā)方式 SETB EA ；CPU開(kāi)放中斷開(kāi)放中斷SETB EX0 ；允許外部中斷；允許外部中斷0中斷中斷MOV DPTR，#0000H ；送入口地址并指向；送入口地址并指向IN0LOOP： MOVX DPTR，A ；啟動(dòng)；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，A的值無(wú)意義的值無(wú)意義HERE： SJMP HERE ；等待中斷；等待中斷ORG 0200H ；中斷服務(wù)程序；中斷服務(wù)程序INT0： MOVX A，DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量MOV R0，A ；存入片內(nèi)；存入片內(nèi)RAM單元單元INC DPTR ；指向下一模擬通道；指向下一模

13、擬通道INC R0 ；指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DJNZ R2，NEXT ；8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù)路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù)CLR EA ；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷CLR EX0 ；禁止外部中斷；禁止外部中斷0中斷中斷RETI ；中斷返回；中斷返回NEXT： MOVX DPTR，A ；再次啟動(dòng)；再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換RETI ；中斷返回；中斷返回第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口C語(yǔ)言編程：#include #include /定義絕對(duì)地址訪問(wèn)#define uchar unsigned char#define IN0 X

14、BYTE0 x0000 /定義IN0為通道0的地址static uchar data x8; /定義8個(gè)單元的數(shù)組，存放結(jié)果uchar xdata *ad_adr; /定義指向通道的指針uchar i=0;void main(void)IT0=1; /初始化EX0=1;EA=1;i=0;ad_adr=&IN0; /指針指向通道0*ad_adr=i; /啟動(dòng)通道0轉(zhuǎn)換for (;) ; /等待中斷第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口void int_adc(void) interrupt 0 /中斷函數(shù)xi=*ad_adr; /接收當(dāng)前通道轉(zhuǎn)換結(jié)果i

15、+;ad_adr+; /指向下一個(gè)通道if (i8)*ad_adr=i; /8個(gè)通道未轉(zhuǎn)換完，啟動(dòng)下一個(gè)通道返回elseEA=0;EX0=0; /8個(gè)通道轉(zhuǎn)換完，關(guān)中斷返回第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口8.2 MCS-51單片機(jī)與單片機(jī)與DAC的接口的接口8.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述一一D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)1分辨率。分辨率。2精度精度3線性度線性度4溫度靈敏度溫度靈敏度5建立時(shí)間建立時(shí)間二二D/A轉(zhuǎn)換的分類轉(zhuǎn)換的分類D/A轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異。按輸入數(shù)字量的位數(shù)分：8位、10位、12位和16位等；按輸入的數(shù)碼

16、分：二進(jìn)制方式和BCD碼方式；按傳送數(shù)字量的方式分：并行方式和串行方式；按輸出形式分：電流輸出型和電壓輸出型，電壓輸出型又有單極性和雙極性；按與單片機(jī)的接口分：帶輸入鎖存的和不帶輸入鎖存的。下面介紹幾種常用的D/A轉(zhuǎn)換芯片。第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口三三D/A轉(zhuǎn)換器與單處機(jī)的連接轉(zhuǎn)換器與單處機(jī)的連接1數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接 D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線的連接主要考慮兩個(gè)問(wèn)題：一是位數(shù)，當(dāng)高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器與8位數(shù)據(jù)總線的MCS-51單片機(jī)接口時(shí)，MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)必須分時(shí)輸出，這時(shí)必須考慮數(shù)據(jù)分時(shí)傳送的格式和輸出電壓的“毛刺”

17、問(wèn)題；二是D/A轉(zhuǎn)換器有無(wú)輸入鎖存器的問(wèn)題，當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部沒(méi)有輸入鎖存器時(shí)，必須在單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器之間增設(shè)鎖存器或I/O接口。 2地址線的連接地址線的連接 一般的D/A轉(zhuǎn)換器只有片選信號(hào)，而沒(méi)有地址線。這時(shí)單片機(jī)的地址線采用全譯碼或部分譯碼，經(jīng)譯碼器輸出來(lái)控制D/A轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)，也可由某一位I/O線來(lái)控制D/A轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)。 3控制線的連接控制線的連接 D/A轉(zhuǎn)換器主要有片選信號(hào)、寫信號(hào)及啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)等，一般由單片機(jī)的有關(guān)引腳或譯碼器提供。 第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口8.2.2 MCS-51與8位DAC0832的接口一一D

18、AC0832芯片芯片 DAC0832是一種電流型D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)字輸入端具有雙重緩沖功能，可以雙緩沖、單緩沖或直通方式輸入，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖。 與 與 與 DI0DI7 ILE CS WR1 WR2 XFER 輸入 寄 存 器 DAC 寄 存 器 D/A 轉(zhuǎn) 換 器 LE1 LE2 VREF RFB Iout1 Iout2 AGND VCC DGND DAC0832 第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口二二DAC0832的引腳的引腳DAC0832有20引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。CSWR1AGNDDI3DI2DI2DI0VREF RFB D

19、GNDVCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT21234567891020191817161514131211其中：DI0DI7（DI0為最低位）：8位數(shù)字量輸入端。ILE：數(shù)據(jù)允許控制輸入線，高電平有效。：片選信號(hào)。 ：寫信號(hào)線1。WR1 CS 第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口：寫信號(hào)線2。 WR2 ：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。 XFER IOUT1：模擬電流輸出線1。它是數(shù)字量輸入為“1”的模擬電流輸出端。IOUT2：模擬電流輸出線2，它是數(shù)字量輸入為“0”的模擬電流輸出端，采用單極性輸出時(shí)，IOUT2

20、常常接地。Rfb：片內(nèi)反饋電阻引出線，反饋電阻制作在芯片內(nèi)部，用作外接的運(yùn)算放大器的反饋電阻。VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線。電壓范圍為10V10V。VCC：工作電源輸入端，可接5V15V電源。AGND：模擬地。DGND：數(shù)字地。三三DAC0832的工作方式的工作方式DAC0832有三種方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。1直通方式：直通方式：第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口 、 、 、 直接接地，ILE接電源，DAC0832工作于直通方式，此時(shí)，8位輸入寄存器和8位DAC寄存器都直接處于導(dǎo)通狀態(tài)，8位數(shù)字量到達(dá)DI0DI7，就立即進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換

21、，從輸出端得到轉(zhuǎn)換的模擬量。 WR1 WR2 CS XFER 當(dāng)引腳2單緩沖方式：?jiǎn)尉彌_方式： WR1 WR2 CS XFER 當(dāng)連接引腳 、 、 、 ，使得兩個(gè)鎖存器的一個(gè)處于直通狀態(tài)，另一個(gè)處于受控制狀態(tài)，或者兩個(gè)被控制同時(shí)導(dǎo)通，DAC0832就工作于單緩沖方式，例如下圖就是一種單緩沖方式的連接 對(duì)于下圖的單緩沖連接，只要數(shù)據(jù)DAC0832寫入8位輸入鎖存器，就立即開(kāi)始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)輸出端輸出。第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口Vout-VCCILECSWR1DI0DI7WR2 XFERDGND AGNDVREFRfbIOUT1IOUT2

22、+5V-5V-A+ -P2.7WRP0.0P0.780513雙緩沖方式：雙緩沖方式：當(dāng)8位輸入鎖存器和8位DAC寄存器分開(kāi)控制導(dǎo)通時(shí)，DAC0832工作于雙緩沖方式，雙緩沖方式時(shí)單片機(jī)對(duì)DAC0832的操作分兩步，第一步，使8位輸入鎖存器導(dǎo)通，將8位數(shù)字量寫入8位輸入鎖存器中；第二步，使8位DAC寄存器導(dǎo)通，8位數(shù)字量從8位輸入鎖存器送入8位DAC寄存器。第二步只使DAC寄存器導(dǎo)通，在數(shù)據(jù)輸入端寫入的數(shù)據(jù)無(wú)意義。下圖就是一種雙緩沖方式的連接。第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口P2.7P2.6WRP0.0P0.7 8051 Vout-VCCILEC

23、SXFERWR1WR2DI0DI7DGND AGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V-5V-A+ -四四DAC0832的應(yīng)用的應(yīng)用 D/A轉(zhuǎn)換器在實(shí)際中經(jīng)常作為波形發(fā)生器使用，通過(guò)它可以產(chǎn)生各種各樣的波形。它的基本原理如下：利用D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比這一特點(diǎn)，通過(guò)程序控制CPU向D/A轉(zhuǎn)換器送出隨時(shí)間呈一定規(guī)律變化的數(shù)字，則D/A轉(zhuǎn)換器輸出端就可以輸出隨時(shí)間按一定規(guī)律變化的波形。第第8 8章章 MCS-51MCS-51與與D/AD/A、A/DA/D的接口的接口【例【例8-1】 根據(jù)圖8.9編程從DAC0832輸出端分別產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波。 根據(jù)單緩沖方式圖的連接，DAC0832的口地址為7FFFH。匯編語(yǔ)言編程：鋸齒波MOV DPTR，#7FFFHCLR ALOOP：MOVX DPTR，AINC ASJMP LOOP三角波：MOV DPTR，#7FFFHCLR ALOOP1：MOVX DPTR，AINC ACJNE A，#0FFH，LOOP1LOOP1：MOVX DPTR，ADEC AJNZ LOOP2 SJMP LOOP1方波：MOV DPTR，