单片机与数模及模数转换接口课件

第第9 9章章 单片机与数单片机与数/模及模模及模/数转换接口数转换接口9.1 MCS-519.1 MCS-51单片机片机与D/AD/A转换器的接口和器的接口和应用用 9.2 MCS-519.2 MCS-51单片机片机与A/DA/D转换器的接口和器的接口和应用用第9章 单片机与数/模及模/数转换接口9.1 MCS-51单1本章要求本章要求1.1.了解掌握单片机与了解掌握单片机与D/AD/A转换器的接口和应用转换器的接口和应用 2.2.了解掌握了解掌握D/AD/A转换器的原理与转换器的原理与DAC0832DAC08323.3.了解掌握单片机与了解掌握单片机与A/DA/D转换器的接口和应用转换器的接口和应用4.4.了解掌握了解掌握A/DA/D转换器的原理与转换器的原理与ADC0809ADC0809本章要求1.了解掌握单片机与D/A转换器的接口和应用 29.1 MCS-519.1 MCS-51单片机与单片机与D/A D/A 转换器的接口和应用转换器的接口和应用一一.D/A D/A 转换器器概述概述概述概述1.1.电压与电流输出形式电压与电流输出形式2.2.带与不带锁存器的带与不带锁存器的D/AD/A转换器转换器9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用一.39.1 MCS-519.1 MCS-51单片机与单片机与D/A D/A 转换器的接口和应用转换器的接口和应用一一.D/A D/A 转换器器概述概述D/AD/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.1.分辨率分辨率 分辨率指最小输出电压分辨率指最小输出电压(对应的输入数字量最低对应的输入数字量最低有效位为有效位为1)1)与最大输出电压与最大输出电压(对应的数字输入量所对应的数字输入量所有位全为有位全为1)1)之比。之比。例如，对于例如，对于1010位位D/AD/A转换器，其分辨率为转换器，其分辨率为1/10241/10249.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用一.4 2.2.转换精度转换精度 D/AD/A的的转转换换精精度度主主要要取取决决于于D/AD/A转转换换器器的的二二进进制制位位数数。例例如如，8 8位位的的D/AD/A相相对对误误差差是是1/2561/256，1616位位的的D/AD/A相相对对误误差差为为1/65 1/65 536536。显显然然，二二进进制制位位数越多精度越高。数越多精度越高。3.3.建立时间建立时间 D/A D/A转换器是指从数字输入端发生变化开始，转换器是指从数字输入端发生变化开始，到输出模拟信号电压到输出模拟信号电压(或模拟信号电流或模拟信号电流)达到满刻达到满刻度值度值(1/2)LSB(1/2)LSB时所需要的时间。时所需要的时间。2.转换精度5 2.2.带数据锁存器的带数据锁存器的D/AD/A转换器的接口方法转换器的接口方法 1)1)DAC0832 DAC0832特性与结构特性与结构 DAC0832DAC0832具具有有两两个个输输入入数数据据寄寄存存器器的的8 8位位DACDAC，分分辨辨率率为为8 8位位，电电流流稳稳定定时时间间1 1 ss，可可采采用用单单缓缓冲冲、双双缓缓冲冲或或直直接接数数字字输输入入工工作作方方式式，转转换换结结果果为为电电流流型型，它它能能直直接接与与5151系系列列单单片片机机接接口口。DAC0809DAC0809是是单单一一电电源源供供电电(5 5 V V15 15 V)V)，低低功功耗耗。图图8-188-18是是DAC0832DAC0832的的内内部部逻逻辑辑结结构图。构图。2.带数据锁存器的D/A转换器的接口方法6图8-18 DAC0832的内部结构图图8-18 DAC0832的内部结构图72)DAC0832引脚功能介绍图8-19是DAC0832的引脚图。各引脚功能如下：(1)DI0DI7：数据输入线。(2)ILE：数据锁存允许端，高电平有效。(3)：输入寄存器选择信号端，低电平有效。(4)：输入寄存器的写选通信号端，低电平有效。(5)：DAC寄存器的写选通信号端，低电平有效。(6)：数据转换控制信号线，低电平有效。2)DAC0832引脚功能介绍8图8-19 DAC0832的引脚图图8-19 DAC0832的引脚图9(7)VREF：基准电源输入端。(8)Rfb：反馈信号输入端(反馈电阻在芯片内部)。(9)IOUT1、IOUT2：电流输出端。(10)VCC：电源输入端。(11)AGND：模拟信号地。(12)DGND：数字信号地。(7)VREF：基准电源输入端。10 3)DAC0832与AT89C51的接口 从图8-19可知，只有当和ILE同时有效时，才能够通过 将数据写入输入寄存器。(1)单缓冲工作方式：在应用系统中，当只有一路模拟量输出或虽有多路模拟量但不需要做同步输出时，就可以采用单缓冲工作方式。3)DAC0832与AT89C11图8-20 DAC0832单缓冲方式下的连接方法图8-20 DAC0832单缓冲方式下的连接方法12 在图8-20中，D/A转换器的基准电压 VREF取 自 MC1403的 分 压 输 出，LM324的功能是把电流型输出转换成单极性的电压型输出，由于 、并接到地址锁存器的A0，所以0832的口地址为FFFEH。按照图8-23，产生梯形波的程序如下：在图8-20中，D/A转换器的基准电压VRE13START：MOV DPTR，#0FFFEH ；选中0832STEP：MOV R6，#20H ；置阶跃值 MOV R4，#05H；置阶跃次数 MOV A，#00H；送初值LOOP：MOVX DPTR，A；启动D/A转换 ACALL DELAY；调延时程序 ADD A，R6；加阶跃值 DJNZ R4，LOOP；重复数到否 AJMP STEP START：MOV DPTR，#0FFFEH 14 (2)双缓冲工作方式：双缓冲工作方式用于需要同时输出几路模拟信号的场合。此种方式下，每一路模拟量都需要一片DAC0832，从而构成多个0832同步输出系统，图8-21是两路模拟信号同步输出的电路连接方法。(2)双缓冲工作方式：双缓冲工作方式用于需15图8-21 两路模拟信号同步输出系统图8-21 两路模拟信号同步输出系统16下面是按照图8-21使两路模拟电压同时输出的程序清单：MOV DPTR，#0FFFEHMOV A，#XdataMOVX DPTR，A ；Xdata写入第一片0832的输入寄存器MOV DPTR，#0FFFDHMOV A，#Ydata下面是按照图8-21使两路模拟电压同时输出的程序清单：17MOVX DPTR，A ；Ydata写入第二片0832的输入寄存器MOV DPTR，#0FBHMOV DPTR，A ；两片0832的输入寄存器的数据同时送到各自的DAC寄存器MOVX DPTR，A189.1 MCS-519.1 MCS-51单片机片机与D/A D/A 转换器的接口和器的接口和应用用二二.典型典型D/A D/A 转换器器芯片芯片DAC0832 9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用二.199.1 MCS-519.1 MCS-51单片机片机与D/A D/A 转换器的接口和器的接口和应用用三三.单缓冲方式的接口与应用单缓冲方式的接口与应用 9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用三.208.3 A/D转换器及接口技术 8.3.1 A/D转换器概述 在大规模集成电路高速发展的今天，由于计算机控制技术在工程领域内的广泛应用，A/D转换器在应用系统中占据着重要的地位。为了满足各种不同的检测及控制任务的需要，大量结构不同，性能各异的A/D转换电路应运而生。尽管A/D转换器的种类繁多，但目前广泛使用的还是逐次比较式和双积分式。8.3 A/D转换器及接口技术 8.3.1 A/D21 8.3.2 A/D转换器的主要技术指标 A/D转换器的主要技术指标如下：(1)分辨率：指对输入模拟量变化的灵敏度。习惯上用输出二进制的位数或BCD码位数表示。8.3.2 A/D转换器的主要技术指标22 (2)转换精度：指与数字输出量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之间的差值。精度有绝对精度和相对精度两种表示方法。(3)转换速率：指能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数，而完成一次A/D转换所需的时间(包括稳定时间)，为转换速率的倒数。(2)转换精度：指与数字输出量所对应的模23 8.3.3 AT89C51单片机与ADC0809接口应用 1.ADC0809内部结构及特性 ADC0809是8位逐次比较式A/D转换器，其内部包括8位A/D转换器，8路模拟开关、三态输出锁存器以及地址译码器等。它可分别对8路05 V模拟量输入信号进行转换。输出量有三态锁存缓冲，可直接连到单片机的数据总线上。图8-10是ADC0809的内部结构图。8.3.3 AT89C51单片机与ADC0809接口24图8-10 ADC0809内部结构图图8-10 ADC0809内部结构图25 2.ADC0809引脚功能 图8-11是ADC0809的引脚图，引脚功能如下：(1)IN0IN7：8路模拟量输的入端。(2)2-12-8：8位数字量输出端口，2-1为最高有效位，2-8为最低有效位。(3)START：启动控制输入端，加正脉冲，立即启动A/D转换。2.ADC0809引脚功能26图8-11 ADC0809引脚图图8-11 ADC0809引脚图27 (4)ALE：地址锁存控制端。(5)EOC：转换结束信号输出端。(6)OE：输出允许控制端。(7)CLK：时钟信号输入端。(8)REF()、REF()：参考电压输入端，一般REF()接VCC，REF()接GND。(9)ADDA、ADDB、ADDC：8位模拟开关的3位地址选通输入端，用来选择对应的输入通道，其对应关系如表8-2所示。(10)VCC和GND：电源端和接地端。(4)ALE：地址锁存控制端。28表8-2 8路模拟开关功能表ADDC ADDB ADDA输入通道0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7表8-2 8路模拟开关功能表ADDC A29 3AT89C51与ADC0809接口 ADC0809与AT89C51的连接有三种方式：查询方式、中断方式和定时方式。应用时采用什么方式，应该根据具体情况来选择。图8-12为单片机AT89C51与ADC0809的硬件电路图。该连接图既可作为中断方式，又可作为查询方式，通过软件编程，这两种方式都能够实现。3AT89C51与ADC0809接口30 图8-12 AT89C51与ADC0809的接口图 图8-12 AT89C51与ADC0809的接口图31 例例8.38.3 用用查查询询方方式式分分别别对对8 8路路模模拟拟信信号号轮轮流流采采样样一一次次，并并依依次次把把结结果果转转存存到到以以30H30H为为首址的数据存储区，程序如下：首址的数据存储区，程序如下：MAINMAIN：MOV R1MOV R1，#30H#30H；置数据区首址；置数据区首址 MOV DPTR MOV DPTR，#0FFF8H#0FFF8H；指向；指向IN0IN0 MOV R7 MOV R7，#08H#08H ；置通道数；置通道数 LOOPLOOP：MOVX DPTRMOVX DPTR，；启动；启动A/DA/D转换转换MOV R6MOV R6，#05H#05H；软件延时；软件延时DLAYDLAY：NOPNOP DJNZ R6 DJNZ R6，DLAYDLAY 例8.3 用查询方式分别对8路模拟信32WAIT：JNB P3.2，WAIT ；查询EOC是否为高，高则转换结束 MOVX A，DPTR；读取转换结果 MOV R1，A；存取数据 INC DPTR；指向下一个通道 INC R1；指向下一个存储单元 DJNZ R7，LOOP；巡回检测八个通道 RETWAIT：JNB P3.2，WAIT33 例8.4 利用中断方式分别对8路模拟信号轮流采集一次，转换结果依次存放在首址为30H的片内数据区，程序如下：ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP PINT1MIAN：MOV R1，#30H；置数据区首址 MOV DPTR，#0FEF8H；指向IN0MOVR7，#08H 例8.4 利用中断方式分别对8路模拟34SETB IT0 SETB EX0；开中断 SETB EALOOP：MOVX DPTR，A；启动A/D转换 PINT1：MOVX A，DPTR；读取数据 MOV R1，A；存取数据SETB IT035 INC R1INC R1；更新存储单元；更新存储单元 INC DPTRINC DPTR；更新通道；更新通道 DJNZ DJNZ R7R7，DONE DONE CLR CLR EXOEXO；关中断；关中断 CLR CLR EAEA RETIRETI；中断返回；中断返回DONEDONE：MOVX MOVX DPTRDPTR，A ARETI RETI INC R1；更新存储单元 368.3.4 AT89C51与MC14433接口应用 1.MC14433的结构及特性 MC14433是3 位双积分A/D转换器，它具有抗干扰性能好、转换精度高、自动校零、自动极性输出、自动量程控制信号输出、动态高位扫描BCD码输出、单基准电压、过量欠量程输出标志等特点，但其转换速度慢，在不要求高速转换的场合被广泛地应用。8.3.4 AT89C51与MC14433接口应用37 2MC14433引脚介绍 MC14433的引脚如图8-13所示。各引脚功能如下：(1)VAG：被测电压VX和基准电压VR的接地端(模拟地)。(2)VR：外接基准电压(2 V或200 mV)。(3)VX：被测电压输入端。(4)R1，R1/C1，C1：外接积分电阻和外接积分电容端。(5)CO1，CO2：外接失调补偿电容，典型值为0.1 F。2MC14433引脚介绍38 (6)DU：更新输出的A/D转换数据结果的输入端，当DU与EOC相连时，每次的A/D转换结果都被更新。(7)CLK1，CLK0：时钟信号输入、输出端。(8)VDD、VEE：分别为正电源端(接5 V)和模拟负电源端(接5 V)。(9)VSS：数字地或系统地。(10)EOC：转换周期结束标志，每当一个A/D转换周期结束，输出一个宽度为时钟周期二分之一的正脉冲。(6)DU：更新输出的A/D转换数据39(11)(11)OR：过量程标志，平时为高电平，当|VX|VR时，为低电平。(12)DS1DS4：多路选通脉冲输出端，DS1对应千位，DS4对应个位，每个选通脉冲宽度为18个时钟周期，两个相邻脉冲之间间隔2个时钟周期，其脉冲时序图见图8-14。(11)(11)OR：过量程标志，平40图8-14 MC14433选通脉冲时序图图8-14 MC14433选通脉冲时序图41 (13)Q0Q3：BCD码数据输出端，其中Q0为最低位，Q3为最高位。在DS2、DS3和DS4选通期间，分别输出三位完整的BCD码，即09这10个数码中的任何一个。但在DS1选通期间，Q0Q3输出除了表示千位的0或1外，还表示了正负极性及欠过量程，其含义见表8-3。(13)Q0Q3：BCD码数据输出端42表8-3 DS1选通时Q0Q3表示的输出结果DS1Q3Q2Q1Q0输出结果状态110千位数为0100千位数为1110输出结果为正值100输出结果为负值101输入信号为过量程111输入信号为欠量程表8-3 DS1选通时Q0Q3表示的输出结果DS1Q3Q43 3AT89C51与MC14433的接口 由于MC14433的A/D转换结果是动态分时输出BCD码。Q0Q3和DS1DS4都不是总线式的，因此，单片机只能通过并行口或扩展并行口与其相连。图8-15为AT89C51与MC14433的硬件接口图。3AT89C51与MC14433的接口44图8-15 AT89C51与MC14433接口图图8-15 AT89C51与MC14433接口图45 图8-15中，MC14433用集成精密2.5 V电压基准源经电位器分压作为A/D转换的基准电压。EOC与DU相连，用来选择连续转换方式，每次转换结果都送至输出寄存器，并且由EOC作为查询或中断方式读取转换结果的输入信号。用MC14433设计的A/D转换电路中，在程序设计时，因为要对符号位进行位处理，所以要将数据保存在能够进行位处理的单元。下面的程序是在中断程序中用查询方式读取MC14433的BCD码扫描输出值，并将读取的数据存在能进行位寻址的2EH、2FH单元，数据存放格式如图8-16所示。图8-15中，MC14433用集成精密246图8-16 数据存放格式图8-16 数据存放格式47程序如下：MAIN：SETB IT1 ；INT1为边沿触发方式 MOV IE，#10000100B ；CPU开 中 断，允许INT1中断中断服务程序：PINT1：MOV A，P1 JNB ACC.4，PINT1 ；等待DS1信号 JB ACC.0，PER ；过欠量程转PER程序如下：48JB ACC.2，PL1 ；结果为正转PL1 SETB 77H ；负数，符号位置1 AJMP PL2PL1：CLR 77H ；正数，符号位清0PL2：JB ACC.3，PL3 ；ACC.3=0时，千位数为1 SETB 74H ；千位数置1 AJMP PL4JB ACC.2，PL1 49PL3：CLR 74H ；千位数清零PL4：MOV A，P1 JNB ACC.5，PL4 ；等 待 百 位BCD码的选通信号 MOV R0，#2EH XCHD A，R0 ；百位数送入2EH低4位PL5：MOV A，P1 JNB ACC.6，PL5 ；等待十位数选通信号DS3PL3：CLR 74H 50 SWAP A ；高低4位交换 INC R0 ；指向2FH单元 MOV R0，A ；十位数送入2FHPL6：MOV A，P1 JNB ACC.7，PL6 ；等待个位数选通信号DS4XCHD A，R0 ；个位数送入2FH低4位RETI PER：SETB 10H ；置过欠量程标志RETI SWAP A ；高519.1 MCS-519.1 MCS-51单片机片机与D/A D/A 转换器的接口和器的接口和应用用四四.双缓冲方式的接口与应用双缓冲方式的接口与应用 9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用四.529.2 MCS-519.2 MCS-51单片机片机与A/D A/D 转换器的接口和器的接口和应用用一一.典型典型A/D A/D 转换器芯片器芯片ADC0809ADC08099.2 MCS-51单片机与A/D 转换器的接口和应用一.539.2 MCS-519.2 MCS-51单片机片机与A/D A/D 转换器的接口和器的接口和应用用二二.MCS-51.MCS-51单片机与单片机与ADC 0809ADC 0809接口接口9.2 MCS-51单片机与A/D 转换器的接口和应用二.549.2 MCS-519.2 MCS-51单片机片机与A/D A/D 转换器的接口和器的接口和应用用三三.MCS-51.MCS-51单片机与单片机与ADC 0809ADC 0809接口应用接口应用9.2 MCS-51单片机与A/D 转换器的接口和应用三.55作业练习题作业练习题P253:一一.1、4、630二二.1、2、4、6、914作业练习题P253:一.1、4、630二.1、56