A第9章單片機(jī)典型外圍接口技術(shù)

第9章單片機(jī)典型外圍接口技術(shù)單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用內(nèi)容提要★A/D、D/A接口技術(shù)概述★A/D接口技術(shù)★D/A接口技術(shù)

在前一章并行接口的擴(kuò)展中，解決了數(shù)字量或開關(guān)量的檢測(cè)和控制，然而很多應(yīng)用系統(tǒng)中，測(cè)控的對(duì)象是模擬量，計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字量，因此必須進(jìn)行數(shù)字量和模擬量之間的轉(zhuǎn)換，這就需要使用A/D或D/A接口。A/D和D/A接口又有串行接口和并行接口之分。本章主要介紹并行D/A和A/D轉(zhuǎn)換接口。9.1A/D、D/A接口技術(shù)概述9.19.2A/D接口技術(shù)9.2.1A/D概述模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器是一種用來將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的器件。一個(gè)完整的A/D變換器通常包括這樣的一些輸入、輸出信號(hào)：模擬輸入信號(hào)和參考電壓；數(shù)字輸出信號(hào)；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)；轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)；數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)等。高速A/D一般還應(yīng)有采樣保持電路，以減少孔徑誤差（在A/D轉(zhuǎn)換的孔徑時(shí)間內(nèi)，因輸入模擬量的變動(dòng)所引起輸出的不確定性誤差）。

A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有：①分辨率:輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。通常用位數(shù)表示,對(duì)n位的A/D轉(zhuǎn)換器,分辨率為滿刻度電壓的1/2n。②轉(zhuǎn)換誤差:指一個(gè)實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換器量化值與一個(gè)理想的A/D轉(zhuǎn)換器量化值之間的最大偏差，通常以最低有效位的倍數(shù)給出。轉(zhuǎn)換誤差和分辨率一起共同描述A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。值得一提的是，轉(zhuǎn)換誤差或轉(zhuǎn)換精度的概念在國(guó)內(nèi)外不同的參考文獻(xiàn)上含義或形式可能會(huì)有所不一樣，讀者在閱讀時(shí)應(yīng)該注意類別區(qū)別。③轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換速率:A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間為A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率，即1秒種完成轉(zhuǎn)換的次數(shù)。

ADC0809是逐次逼近型八位A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有八路模擬開關(guān)，可對(duì)八路模擬電壓量實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換。典型轉(zhuǎn)換速度100μs

。片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809的引腳見圖9.1，其信號(hào)意義如下：

CLK：時(shí)鐘信號(hào)，典型值為500～640KHZ

VREF+、VREF-

：

基準(zhǔn)電壓輸入，通常VREF+

接＋5V、VREF-接地

ALE:地址鎖存允許，其上升緣鎖存

ADDC～ADDA:地址信號(hào)

9.2.2ADC0809的擴(kuò)展接口ALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKVREF+VREF-VCCIN0IN7GNDADC0809圖9.1START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，上升緣啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。

EOC：轉(zhuǎn)換完成信號(hào)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，EOC輸出低電平，轉(zhuǎn)換完成后輸出高電平。該信號(hào)可用作向單片機(jī)提出中斷申請(qǐng)，或者作為查詢信號(hào)。

OE：數(shù)字量輸出允許信號(hào)，該引腳輸入高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量從D0～D7腳輸出。

IN0～I(xiàn)N7：模擬電壓輸入，八個(gè)引腳可分別接八路模擬信號(hào)。

ADDA、ADDB、ADDC:通道選擇信號(hào)，其輸入電平的組合選擇模擬通道IN0～I(xiàn)N7之一：

ADDC、ADDB、ADDA模擬通道

000IN0001IN1

……111IN7…ALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKVREF+VREF-VCCIN0IN7GNDADC0809圖9.1

轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC根據(jù)不同的方式和單片機(jī)的連結(jié)方式不同：

采用延時(shí)方式：EOC懸空，在啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后延時(shí)100μs，再讀轉(zhuǎn)換結(jié)果；

采用查詢方式：可將EOC接并行口(P1或P3)的某線，檢測(cè)EOC變高后，再讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。

采用中斷方式：可將EOC經(jīng)非門反相接到單片機(jī)的中斷請(qǐng)求端，一旦轉(zhuǎn)換完成EOC變?yōu)楦唠娖?，?XX51提出中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)后讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。如圖9.2是一個(gè)中斷方式的接口電路。圖9.2ADC0809和8XX51的連結(jié)ALE~2731~D0D7Q0Q1Q2373G1INT1P08XX51RDWRCLKQALEDQALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKIN0IN7VREF+VREF-VCCGNDADC080988P2.7+5V11主程序：ORG0000HLJMPMAINORG0013H；INT1中斷入口地址

LJMPINT1ORG0030HMAIN：MOVR0，#60H；置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)首址

MOVR2，#08H；置八路數(shù)據(jù)采集初值

SETBIT1；設(shè)置邊延觸發(fā)中斷

SETBEASETBEX1；開放外部中斷1MOVDPTR，#7FF8H；指向0809通道0RD：MOVX＠DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換HE：MOVA，R2；八路巡回檢測(cè)數(shù)送AJNZHE；等待中斷，八路未完繼續(xù)中斷服務(wù)程序：INT1：MOVXA，＠DPTR；讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV＠R0，A；向指定單元存數(shù)

INCDPTR；輸入通道數(shù)加1INCR0；存儲(chǔ)單元地址加1MOVX＠DPTR，A；啟動(dòng)新通道A/D轉(zhuǎn)換

DECR2；待檢通道數(shù)減1RETI；中斷返回9.2.3AD574的擴(kuò)展接口

AD574是逐位比較式12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于25微秒，可以方便地與8位或16位單片機(jī)接口。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和引腳如圖8.3所示。1）芯片引腳①與外圍器件接口的引腳10VIN：0V～+10V的單極性或-5V～+5V的雙極性輸入線。20VIN：0V～+20V的單極性或-10V～+10V雙極性輸入線。REFOUT：片內(nèi)基準(zhǔn)電壓輸出線。REFIN：片內(nèi)基準(zhǔn)電壓輸入線。BIPOFF：極性調(diào)節(jié)線。圖9.3模擬量從10VIN或20VIN輸入，輸入極性由REFIN，REFOUT和BIPOFF的外部電路確定。不論輸入模擬量是單極性還是雙極性，均按從小到大的順序?qū)⑤斎肽M量變換為數(shù)字量000H～FFFH。對(duì)單極性的模擬量，0伏對(duì)應(yīng)000H,最大電壓值對(duì)應(yīng)FFFH；對(duì)雙極性的模擬量，負(fù)幅值對(duì)應(yīng)0，0伏對(duì)應(yīng)800H，正幅值對(duì)應(yīng)FFFH如果把轉(zhuǎn)換結(jié)果減去800H，可以得到與模擬量極性與大小對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。0-800H=800H(負(fù)幅值)，800H-800H=0（零值）FFFH-800H=7FFH（正幅值）②與單片機(jī)接口的引腳：12位轉(zhuǎn)換或8位轉(zhuǎn)換線。，12位轉(zhuǎn)換結(jié)果同時(shí)輸出到數(shù)據(jù)線上；，則根據(jù)A0的狀態(tài)來確定輸出是高8位或低4位有效。當(dāng)A0＝0，讀出高8位數(shù)據(jù)；當(dāng)A0＝1，讀出低4位數(shù)據(jù)。通常數(shù)據(jù)線低4位連接到數(shù)據(jù)線高4位上：片選線，低電平選通芯片。

A0：端口地址線。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)：A0＝0啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換；A0＝1，啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換；輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時(shí)：A0＝0輸出高8位數(shù)據(jù)；A0＝1輸出低4位數(shù)據(jù)。：讀結(jié)果/啟動(dòng)轉(zhuǎn)換線，高電平讀結(jié)果，低電平啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。

CE：芯片允許線，高電平允許轉(zhuǎn)換。

STS：轉(zhuǎn)換狀態(tài)指示，轉(zhuǎn)換開始變?yōu)楦唠娖剑D(zhuǎn)換結(jié)束后輸出變?yōu)榈碗娖?。圖9.3AT89C51與AD574A的接口電路以中斷方式為例，編程如下：

ORG 0003H LJMP INTS0 ORG 0100H ；主程序

MOV R0,#30H ；設(shè)定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

MOV DPTR,#5FFFH ；AD574A的啟動(dòng)地址

SETB IE.2 ；外部中斷1允許

SETB IE.7 ；開CPU中斷

MOVX @DPTR,A ；啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換

…ORG 1000HINTS0:MOVDPTR，#5FFEH ；準(zhǔn)備數(shù)據(jù)高8位地址

MOVXA,@DPTR ；讀入A/D轉(zhuǎn)換值的高8位

MOV @R0,A ；存A/D轉(zhuǎn)換值的高8位數(shù)據(jù)

INC DPTR ；準(zhǔn)備數(shù)據(jù)低4位地址

INC R0 ；整數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針

MOVX A,@DPTR ；讀入A/D轉(zhuǎn)換值的低4位

MOV @R0,A ；保存低4位數(shù)據(jù)

RETI

；中斷返回9.29.3D/A接口技術(shù)

9.3.1D/A概述數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換器是一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的器件，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)和模擬環(huán)境的連續(xù)信號(hào)之間提供了一種接口。D/A轉(zhuǎn)換器的輸出是由數(shù)字輸入和參考電壓組合進(jìn)行控制的。大多數(shù)常用的D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入是二進(jìn)制或BCD碼形式的，輸出可以是電流也可以是電壓，而多數(shù)是電流。D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)有：①分辨率。指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。或用數(shù)字輸入信號(hào)的有效位表示，如8位、12位等。②轉(zhuǎn)換精度。以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出，用來描述轉(zhuǎn)換后的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性與理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差。該項(xiàng)指標(biāo)在不同的參考文獻(xiàn)中有可能定義的含義或形式不一樣，讀者在閱讀時(shí)應(yīng)該注意區(qū)別。③建立時(shí)間。描述D/A轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)，一般是指輸入數(shù)字量變化后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應(yīng)數(shù)值范圍內(nèi)所經(jīng)歷的時(shí)間。

9.3.2DAC0832的擴(kuò)展接口

DAC0832是八位的D/A轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器：輸入寄存器和DAC寄存器，兩控制端LE1和LE2分別受ILE、CS、WR1和WR2、XFER的控制。DI0～DI7為數(shù)據(jù)輸入線，轉(zhuǎn)換結(jié)果從IOUT1、IOUT2以模擬電流形式輸出。當(dāng)輸入數(shù)字為全“1”，IOUT1最大，全“0”

其IOUT1值最小，IOUT1和IOUT2之和為常數(shù)，當(dāng)希望輸出模擬電壓時(shí)需外接運(yùn)算放大器進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換。下圖中DAC0832接成單緩沖形式和單片機(jī)接口，運(yùn)算放大器組成的模擬電壓輸出電路，完成電流到電壓的轉(zhuǎn)換。tP0P2.7IOUT1IOUT2VREFREF+-XFERCSWR1WR2VCCILED0-D7V0WRAGNDDGND+5V-5V89C51DAC0832＋－

MOVDPTR，#7FFFHDA1：MOVR0，#00HDA2：MOVA，R0MOVX@DPTR，AINCR0ACALLTIMERAJMPDA2TIMER為延時(shí)子程序 單片機(jī)執(zhí)行以下匯編程序可在輸出端得到鋸齒波電壓信號(hào)，

圖中0832地址為7FFFH;

圖9.49.3.3DAC1210的擴(kuò)展接口DAC1210邏輯結(jié)構(gòu)與DAC0832類似，所不同的是DAC1210具有十二