單片機(jī)：AD、DA轉(zhuǎn)換接口技術(shù)

A/D、D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)

1A/D、D/A轉(zhuǎn)換單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有很多場(chǎng)合是用于信號(hào)的檢測(cè)和對(duì)外部設(shè)計(jì)進(jìn)行控制，在很多時(shí)候是需要對(duì)模擬量進(jìn)行采集，或者處理，這些模擬量涉及溫度、速度、壓力、電流、電壓等量。由于單片機(jī)以及計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算處理能力，可以將這些模擬量采集到單片機(jī)或者計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，這便需要用到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件，也就是A/D（Analogue/Digital）轉(zhuǎn)換器將單片機(jī)內(nèi)部輸出的數(shù)字量控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成期望的電壓或電流等模擬信號(hào)。D/A（Digital/Analogue）轉(zhuǎn)換器就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。

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A/D轉(zhuǎn)換目前使用較多的有逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器兩類(lèi)。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度比較快；雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是精度高、抗干擾性好。由于A/D轉(zhuǎn)換只能是間斷性地進(jìn)行，因此輸出的數(shù)字量在時(shí)間上就是斷續(xù)的，稱(chēng)為離散量。每一次選取要轉(zhuǎn)換的模擬量就稱(chēng)為信號(hào)采樣，相鄰兩次采樣的間隔時(shí)間稱(chēng)為采樣周期，為了保證輸出量能充分反映輸入量的變化情況，采樣周期要根據(jù)輸入信號(hào)的周期來(lái)確定，一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間應(yīng)該小于采樣周期。將模擬量表示成相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量稱(chēng)之為量化，由于模擬量在幅值大小上是連續(xù)變化的，而數(shù)字量則是離散的，所以在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，不可能對(duì)于每一個(gè)任意大小的模擬量都會(huì)有一個(gè)數(shù)字量與之相對(duì)應(yīng)，這就會(huì)有誤差，稱(chēng)為量化誤差。

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A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)：分辨率量程轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換時(shí)間和速率溫度系數(shù)

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D/A轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換進(jìn)行的是數(shù)字量到模擬量之間的轉(zhuǎn)換，也稱(chēng)為數(shù)/模轉(zhuǎn)換，能實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的器件稱(chēng)為D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器的基本功能是將一個(gè)用二進(jìn)制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的基本方式是，將二進(jìn)制的每一個(gè)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電源或電流，而這個(gè)電壓或電流量的大小正比于相應(yīng)的二進(jìn)制的權(quán)，最后將這些電壓或者電流相加并輸出按照D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字量的位數(shù)可以將D/A轉(zhuǎn)換器分為8位、10位、12位、16位等類(lèi)型，位數(shù)越高，則D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率就越高。

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D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率轉(zhuǎn)換精度建立時(shí)間

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2波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生三角波、鋸齒波、方波和正弦波四種信號(hào)，可以通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)控制輸出信號(hào)的切換。任務(wù)分析及方案的制定信號(hào)的產(chǎn)生可以通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)單片機(jī)向DAC0832發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，就可以使DAC0832輸出相對(duì)應(yīng)的模擬量信號(hào)，從而得到期望得到的波形。方波信號(hào)的產(chǎn)生鋸齒波的產(chǎn)生三角波的產(chǎn)生4、正弦波的產(chǎn)生

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正弦波的產(chǎn)生

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//波形發(fā)生器程序//波形依次為：鋸齒波、方波、正弦波、三角波//由按鍵選擇信號(hào)波形輸出//單片機(jī)晶振主頻為6MHz#include<reg51.h>#include<mytest.h>#defineWRP3.6//定義P3.6為DAC0832的輸入寄存器的寫(xiě)信號(hào)WR1，

#defineCSP3.0//定義P3.6為DAC0832的片選信號(hào)CSunsignedchark,t;//k為輸出信號(hào)狀態(tài)標(biāo)志，t為發(fā)送數(shù)據(jù)值

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//建立一個(gè)周期的正弦波數(shù)據(jù)表，共70個(gè)數(shù)據(jù)

unsignedcharcodeTable[]={0x7f,0x89,0x94,0x9f,0xaa,0xb4,0xbe,0xc8,0xd1,0xd9,0xe0,0xe7,0xed,0xf2,0xf7,0xfa,0xfc,0xfe,0xff,0xfe,0xfc,0xfa,0xf7,0xf2,0xed,0xe7,0xe0,0xd9,0xd1,0xc8,0xbe,0xb4,0xaa,0x9f,0x94,0x89,0x7f,0x76,0x6b,0x60,0x55,0x4b,0x41,0x37,0x2e,0x26,0x1f,0x18,0x12,0x0d,0x08,0x05,0x01,0x00,0x01,0x05,0x08,0x0d,0x12,0x18,0x1f,0x26,0x2e,0x37,0x41,0x4b,0x55,0x60,0x6b,0x76};voidDelay(intTime_ms);//延時(shí)子程序說(shuō)明voidInt0();//外部中斷INT0中斷服務(wù)函數(shù)說(shuō)明

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voidmain(){unsignedchari;//初始化

k=0;//啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入鋸齒波狀態(tài)

EX0=1;//外部中斷INT0允許

IT0=1;//中斷信號(hào)觸發(fā)方式為下降沿有效

EA=1;//總中斷允許

P3_0=0;//DAC0832片選信號(hào)有效

while(1){if(k==0)//發(fā)送鋸齒波

{P1=0x01;//鋸齒波狀態(tài)指示燈量

t++;//發(fā)送數(shù)據(jù)加1P3_6=1;//寫(xiě)信號(hào)變高，數(shù)據(jù)可以打入DAC0832的數(shù)據(jù)輸入寄存器中

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P0=t;//發(fā)送數(shù)據(jù)

P3_6=0;//數(shù)據(jù)鎖存，等待D/A轉(zhuǎn)換

Delay(2);//延時(shí)，可以修改延時(shí)系數(shù)，調(diào)整信號(hào)周期

}elseif(k==1)//發(fā)送方波信號(hào)

{P1=0x02;//方波指示燈亮

P3_6=1;P0=0xff;//輸出高電平

P3_6=0;Delay(100);P3_6=1;P0=0x00;//輸出低電平

P3_6=0;Delay(100);//延時(shí)

}

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elseif(k==2)//發(fā)送正弦波信號(hào)

{P1=0x04;//正弦波指示燈亮

P3_6=1;P0=Table[t];//發(fā)送正弦波數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)

P3_6=0;Delay(1);t++;if(t==69)t=0;//如果是表中的最后一個(gè)數(shù)據(jù)，從頭開(kāi)始下一個(gè)周期

}

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elseif(k==3)//發(fā)送三角波信號(hào)

{P1=0x08;//三角波指示燈亮

if(t==0)i=0;//設(shè)置上升標(biāo)志

elseif(t==0xff)i=1;if(i==0)//數(shù)據(jù)遞增

{P3_6=1;P0=t++;P3_6=0;Delay(1);}

if(i==1)//數(shù)據(jù)遞減

{P3_6=1;P0=t--;P3_6=0;Delay(1);}}}}

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//外部中斷服務(wù)程序，設(shè)置輸出信號(hào)狀態(tài)標(biāo)識(shí)，每按下一次鍵，狀態(tài)標(biāo)志加1

voidInt0()interrupt1{k++;t=0;if(k==4)k=0;return;}

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仿真與調(diào)試

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3多路信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)采集兩路模擬數(shù)據(jù)信號(hào)，并用數(shù)碼管顯示器顯示兩路經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。具體要求如下：1、兩路模擬量電壓信號(hào)由兩個(gè)可調(diào)電阻模擬產(chǎn)生，電壓信號(hào)在0~5V之間；2、用一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)選擇采集的模擬信號(hào)通道；3、顯示數(shù)據(jù)位為3位數(shù)據(jù)，范圍為0~255。

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任務(wù)分析及方案的制定

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//多路數(shù)據(jù)采集與顯示程序//單片機(jī)晶振主頻為12MHz#include<reg51.h>#include<mytest.h>

#defineCLOCKP2_4//定義P2.4為ADC0808的時(shí)鐘信號(hào)線

#defineSTARTP2_5//定義P2.5為ADC0808的啟動(dòng)信號(hào)線

#defineEOCP2_6//定義P2.6和ADC0808的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)線相連

#defineOEP2_7//P2.7和ADC080的OE相連

#defineS1P2_0//定義P2.0作為顯示器第2數(shù)碼管的位選線

#defineS2P2_1//定義P2.1作為顯示器第3數(shù)碼管的位選線#defineS3P2_2//定義P2.2作為顯示器第4數(shù)碼管的位選線

#defineSLCP3_0//模擬信號(hào)通道選擇線

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//建立共陰極顯示碼表

unsignedcharcodeDispTable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};voidDelay(intTime_ms);//延時(shí)子程序說(shuō)明

voidDisplay(unsignedcharData);//顯示子程序說(shuō)明

voidTimer0();//定時(shí)器中斷服務(wù)子程序說(shuō)明

voidmain(){unsignedcharVal;//Val為采集到的數(shù)字量

TMOD=0X02;//設(shè)置定時(shí)器T0工作在定時(shí)器方式2TH0=0xf6;//加載時(shí)間常數(shù)

TL0=0xf6;IE=0x82;//定時(shí)器中斷允許，總中斷允許

TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器T0P3=0xff;//關(guān)顯示

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while(1){if(!P3_5)SLC=1;//選擇模擬通道1elseSLC=0;//選擇模擬通道0

START=0;START=1;START=0;//發(fā)送ADC0808的啟動(dòng)信號(hào)

while(!EOC);//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束

OE=1;Val=P1;//讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量

OE=0;Delay(200);Display(Val);//顯示結(jié)果

}}

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//定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序，主要功能是ADC0808得到一個(gè)頻率為50KHz的時(shí)鐘信號(hào)

voidTimer0()interrupt1{CLOCK=!CLOCK;}//顯示子程序，負(fù)責(zé)將顯示緩沖區(qū)中的三個(gè)單元的數(shù)值送顯示

voidDisplay(unsignedcharData){unsignedcharDispData1,DispData2,DispData3;

DispData1=Data/100;//取顯示數(shù)據(jù)的百位數(shù)

DispData2=(Data%100)/10;//取顯示數(shù)據(jù)的十位數(shù)

DispData3=Data%10;//取顯示數(shù)據(jù)的個(gè)位數(shù)

//顯示百位數(shù)

P0=(DispTable[DispData1]);S1=0;S2=1;S3=1;Delay(3);S1=1;S2=1;S3=1;

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//顯示十位數(shù)

P0=DispTable[DispData2];S1=1;S2=0;S3=1;Delay(3);S1=1;S2=1;S3=1;//顯示個(gè)位數(shù)

P0=DispTable[DispData3];S1=1;S2=1;S3=0;Delay(3);S1=1;S2=1;S3=1;return;}

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A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的選擇要點(diǎn)1、A/D轉(zhuǎn)換器選擇要點(diǎn)A/D轉(zhuǎn)換器的選擇主要考慮以下幾個(gè)方面：（1）根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集精度的要求，合理確定A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和精度，同時(shí)要考慮到整個(gè)模擬信號(hào)傳輸通道的誤差。一般而言，選擇分辨率高的A/D轉(zhuǎn)換器能提高系統(tǒng)采集精度。（2）為了不失真地再現(xiàn)原信號(hào)，采樣頻率應(yīng)大于或等于被測(cè)信號(hào)最高頻率的2倍。因此在設(shè)計(jì)采樣周期時(shí)，要考慮到A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間，特別是在采樣高頻信號(hào)時(shí)，低速的A/D轉(zhuǎn)換器可能不能完成任務(wù)。（3）根據(jù)輸入模擬電壓的實(shí)際情況，如是單路還是多路、單極性還是雙極性以及信號(hào)幅值的大小，來(lái)選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器。（4）根據(jù)系統(tǒng)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)形式的要求，選擇是并行還是串行A/D轉(zhuǎn)換器。

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2、D/A轉(zhuǎn)換器選擇要點(diǎn)D/A轉(zhuǎn)換器的選擇主要考慮以下幾個(gè)方面：（1）考慮輸入數(shù)字信號(hào)的的形式是串行還是并行的，通常情況下采用并行輸入的比較多，而串行數(shù)據(jù)輸入常用在單片機(jī)系統(tǒng)輸出口線比較緊張的情況下，但是串行D/A速度比較慢。（2）根據(jù)系統(tǒng)對(duì)輸出模擬量的精度要求，合理選擇D