單片機(jī)原理：第七章 數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口

1第七章數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口2D／A與A／D基本概念

被控或被測(cè)量對(duì)象往往是一些連續(xù)變化模擬量，如溫度、壓力、流量、速度等物理量。模數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片已標(biāo)準(zhǔn)化，并由廠家成批大量主產(chǎn)。對(duì)單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，只需要會(huì)合理的選用商品化的A/D、D／A電路芯片，了解它們的功能與接口技術(shù)即可。37.1 D/A轉(zhuǎn)換器47.1.2描述D/A轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)1：分辨率：指D／A轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量，取決于輸入數(shù)字量的二進(jìn)制位數(shù)。一個(gè)n位的DAC所能分辨的最小電壓增量定義為滿量程值的2-n倍。 例如，滿量程為10V的8位DAC芯片的分辨率為

10Vx2-8=39mV52：偏移誤差:指輸入數(shù)字量為零時(shí)，輸出模擬量對(duì)零的偏移值。這種誤差通?？梢酝ㄟ^(guò)DAC的外接VREF和電位計(jì)加以調(diào)整。3：線性度:線性度是指DAC的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想直線之間的最大偏差。通常，線性度不應(yīng)超出士1/2LSB。7.1.2描述D/A轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)64：精度:實(shí)際模擬輸出與理想模擬輸出之間的最大偏差。5：轉(zhuǎn)換速度6：溫度靈敏度輸入不變時(shí)，輸出模擬信號(hào)隨溫度的變化。7.1.2描述D/A轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)77.2MCS-51單片機(jī)與8位D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)一、DAC0832的結(jié)構(gòu)及原理組成：8位輸入寄存器，8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換器8二、接口：兩級(jí)輸入鎖存：輸入鎖存：當(dāng)ILE=1，CS=0，WR1=0時(shí)，LE1=1，允許數(shù)據(jù)輸入；當(dāng)WR1=1時(shí)，LE1=0，數(shù)據(jù)被鎖存。D/A鎖存：當(dāng)WR2=0，XFER=0時(shí)，LE2=1，允許D/A轉(zhuǎn)換；否則LE2=0，將數(shù)據(jù)鎖存于DAC寄存器中。具體應(yīng)用：兩級(jí)鎖存的雙緩沖方式；單緩沖方式（只有一級(jí)輸入鎖存，另一級(jí)始終直通）；完全直通形式。9三、DAC0832管腳功能1：控制信號(hào)引腳CS:片選信號(hào)ILE：輸入鎖存允許信號(hào)WR1：第一級(jí)鎖存讀選通。WR2：第二級(jí)鎖存寫選通。XFER：傳送控制信號(hào)。102:其它管腳功能D0~D7：數(shù)字輸入量VCC：數(shù)字電路供電電壓，一般為+5V~+15VAGND：模擬地；DGND：數(shù)字地（這兩個(gè)地一般連在一起，可提高抗干擾能力）11IOUT1（IO1）：DAC電流輸出1。當(dāng)DAC為全1時(shí)，表示IOUT1位最大值，當(dāng)DAC為全0時(shí)，表示IOUT1為0。IOUT2：DAC電流輸出2。IOUT2為常數(shù)減去IOUT1，在單極性輸出時(shí)，IOUT2通常接地。Rfb：內(nèi)部集成反饋電阻。

Rfb可由內(nèi)部提供，也可由外部提供。VREF：參考電壓輸入。要求外部接一個(gè)精密的電源。12四、8位D/A轉(zhuǎn)換器接口方法單緩沖型接口雙緩沖型接口直通型13單緩沖型接口電路連接特點(diǎn)：把D/A轉(zhuǎn)換器中的兩個(gè)寄存器中的任一個(gè)接成常通狀態(tài)。用途：主要用于一路D/A轉(zhuǎn)換器或多路D/A轉(zhuǎn)換器不同步的情況。14雙緩沖型接口用途：主要應(yīng)用于多路D/A轉(zhuǎn)換器同步系統(tǒng)中。15直通型接口特點(diǎn)：由于直通，故一般不能直接與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，而要通過(guò)P1口或8255的并行口進(jìn)行傳遞，故極少使用。16五、D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式單極性輸出雙極性輸出17單極性輸出當(dāng)Vref=-5V（-10V），V0=0~+5V（10V）。當(dāng)Vref=5V（10V），V0=0~-5V（-10V）。18雙極性輸出當(dāng)Vref=5V時(shí)，第一級(jí)運(yùn)放輸出范圍為0~-5V。第二級(jí)運(yùn)放的輸入范圍為-5V~+5V，故VO2=+5V~-5V。19VO2=

((R2/R3)VO1+(R2/R1)VREF)代入R1、R2、R3的值，可得：

VO2=

(2VO1＋VREF)設(shè)VREF=＋5V當(dāng)VO1=0V時(shí)，VO2=5V；當(dāng)VO1=2.5V時(shí)，VO2=0V；當(dāng)VO1=5V時(shí)，VO2=＋5V。207.4D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)舉例1單緩沖型接口單極性輸出32MROM8MRAM21地址分配RAM：6000H~7FFFH(P2.60)ROM：0000H~7FFFHD/A：0BFFFH(P2.70)22D/A轉(zhuǎn)換器輸出指令MOV DPTR, #0BFFFHMOVX @DPTR, A23D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)舉例2單緩沖接口雙極性輸出24反向鋸齒波程序MSW: MOV DPTR, #0BFFFHDA0: MOV R7, #80HDA1: MOV A, R7 MOVX @DPTR, A DJNZ R7, DA1 AJMP DA025正向鋸齒波程序PSW: MOV DPTR, #0BFFFHDAP0: MOV R7, #80HDAP1: MOV A, R7 MOVX @DPTR, A INC R7 CJNE R7, #255, DAP1 AJMP DAP026雙向鋸齒波程序DSW: MOV DPTR, #0BFFFH MOV R7, #0HDAD0: MOV A, R7 MOVX @DPTR, A INC R7 AJMP DAD027D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)舉例3

——雙路D/A同步控制系統(tǒng)第一級(jí)緩沖U2：0DFFFHU3：0BFFFH第二級(jí)緩沖：7FFFH287.5A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器原理：雙積分A/D轉(zhuǎn)換器逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)8、10、12、16等29雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)：精度高、速度慢30逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器VRVo100001000110010131A/D轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)：1：分辨率與量化誤差2：偏移誤差3：線性誤差4：精度5：轉(zhuǎn)換速度6：電源靈敏度327.6MCS-51單片機(jī)與8位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)337.6.3ADC0808/0809管腳功能INT0~INT7：8個(gè)模擬量輸入端START：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，可供查詢或請(qǐng)求中斷。OE：輸出允許信號(hào)，此信號(hào)可作系統(tǒng)中的片選信號(hào)。34CLK：工作時(shí)鐘，最高允許值為1.2MHZ。ALE：通道地址鎖存允許，上升沿有效，鎖存C，B，A通道地址，選中的通道的模擬輸入送A/D轉(zhuǎn)換器。A，B，C：通道地址輸入，C為最高，A為最低。D0~D7：數(shù)字量輸出線。VREF（+），VREF（-）：正負(fù)參考電壓VCC，GND357.3.48031與ADC0808/0809接口設(shè)計(jì)1：硬件接口設(shè)計(jì)通過(guò)并行I/O口與8031單片機(jī)連接，需占用兩個(gè)并行口。利用ADC0808/0809轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存功能，可以直接與8031的總線連接，系統(tǒng)把ADC0808/0809當(dāng)作外部RAM看待。36A/D硬件連接方法137程序設(shè)計(jì)方法三種軟件編程方式：程序查詢延時(shí)方式中斷方式。381）程序查詢方式發(fā)出啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換命令后，然后查詢EOC（P3.2）腳直到P3.2腳電平為0即可讀數(shù)。這種方法用于檢測(cè)回路較少，而CPU工作不太繁忙的情況下。39例：模擬量由通道0輸入，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量之后存入內(nèi)部RAM的40H單元中。1、程序查詢方式

MOVR0，#40H;數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針

MOVDPTR，#7FF8H;置IN0通道地址

MOVX@DPTR，A;IN0接A/D，并啟動(dòng)A/D

JBP3.2，$;為高，繼續(xù)查詢

MOVXA，@DPTR;為低，數(shù)據(jù)讀入AMOV@R0，A;存入40H單元INT0INT0402）延時(shí)方式無(wú)條件傳送I/O方式。發(fā)出啟動(dòng)命令后，進(jìn)行軟件固定時(shí)間延時(shí)，再?gòu)腁/D轉(zhuǎn)換器中讀取數(shù)據(jù)即為采樣值。41例：若8031的晶振為6MHZ，ALE為1MHZ，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間小于100us，延時(shí)程序如下：MOVRn,#25;延時(shí)常數(shù)DJNZRn,$;重復(fù)執(zhí)行一次4us423）中斷采樣方式例：根據(jù)圖示的接口電路連接圖，采用中斷方式對(duì)IN0通道的模擬輸入量依次采樣16個(gè)點(diǎn)，存放在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器70H~7FH單元中待用。程序分為三部分：1）初始化程序：對(duì)中斷INT0和各單元初始化；2）主程序：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換，控制通道地址/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址修改；3）中斷服務(wù)程序：讀取A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)，送存。43

ORG0 LJMP START ORG 03H LJMP INT0P;初始化程序START：MOVR0，#70H ;RAM首地址

MOVR7，#16 ;計(jì)數(shù)器

MOVSP，#3FH ;設(shè)堆棧區(qū) SETBIT0 ;邊沿觸發(fā) SETBEX0 ;開(kāi)中斷 SETBEA ;CPU開(kāi)中斷MAIN0：MOVDPTR，#7FF8H;通道首址MAIN：CLRF0 ;清F0MOVX@DPTR，A;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換TEST:JNBF0，DONE ;測(cè)試

DJNZR7，MAIN

;16個(gè)點(diǎn)未完，

;則繼續(xù)

…DONE：… ;繼續(xù)執(zhí)行

SJMP TEST

程序；中斷處理程序INT0P：PUSH ACC;進(jìn)棧SETB F0;置位F0MOVX A，@DPTR;讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)MOV @R0，A;A/D數(shù)據(jù)送存RAM

INC R0;地址加1POP ACC;退棧RETI