资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,9-3 A/D转换接口电路,一、,A/D转换的基本概念,A/D转换的功能是把模拟量电压转换为N位数字量。,设D为N位二进制数字量，UA为电压模拟量，UREF为参考电压，无论A/D或D/A，其转换关系为：,U,A,= DU,REF,/ 2,N,（其中：D=D,0,2,0,+D,1,2,1,+ +D,N-1,2,N-1,）,1,1、,A/D转换器的主要性能指标：,转换精度,。转换精度通常用分辨率和量化误差来描述。,分辨率,。分辨率 = U,REF,/ 2,N,表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。,N为A/D转换的位数，N越大，分辨率越高,，习惯上分辨率常以A/D转换位数N表示。,量化误差,。量化误差是指零点和满度校准后，在整个转换范围内的最大误差。,转换时间,。指A/D转换器完成一次A/D转换所需时间。转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。,2、,A/D转换器分类,A/D转换器分类：按,转换原理形式,可分为逐次逼近式、双积分式和V/F变换式；,按,信号传输形式,可分为并行A/D和串行A/D。,2,二、,并行A/D,ADC0809及其接口电路,3,1、,引脚功能和典型连接电路,IN0IN7,：,8路模拟信号输入端,。,C、B、A,：,8路模拟信号转换选择端,。,与低8位地址中A0A2连接。由A0A2地址000111选择IN0IN7八路A/D通道。,CLK,：,外部时钟输入端,。,时钟频率高，A/D转换速度快。允许范围为101280KHz 。,通常由80C51 ALE端直接或分频后与0809 CLK端相连接。,D0D7,：,数字量输出端,。,OE,：,A/D转换结果输出允许控制端,。,OE=1，允许将A/D转换结果从D0D7端输出。通常由80C51的端与0809片选端（例如P2.0）通过或非门与0809 OE端相连接。,ALE,：,地址锁存允许信号输入端,。,0809 ALE信号有效时将当前转换的通道地址锁存。,START,：,启动A/D转换信号输入端,。,当START端输入一个正脉冲时，立即启动0809进行A/D转换。START端与ALE端连在一起，由80C51WR与0809片选端（例如P2.0）通过或非门相连。,EOC,：A/D转换结束信号输出端，高电平有效。,U,REF（+）,、,U,REF（-）,：,正负基准电压输入端,。,Vcc,：,正电源电压,（+5V）。,GND,：,接地端,。,4,2、,ADC 0809应用实例,中断方式,【例9-12】 按图9-20，用中断方式对8路模拟信号依次A/D转换一次，并把结果存入以30H为首址的内RAM中，试编制程序。,解：,ORG 0000H,;复位地址,LJMP STAT,;转初始化程序,ORG 0013H,;中断服务子程序入口地址,LJMP PINT1,;中断,转中断服务子程序;,ORG 0100H,;初始化程序首地址,STAT: MOV R1,#30H,;置数据区首址,MOV R7,#8,;置通道数,SETB IT1,;置边沿触发方式,SETB EX1,;开中,SETB EA,;CPU开中,MOV DPTR,#0FEF8H,;置0809通道0地址,MOVX DPTR,A,;启动0通道A/D,LJMP MAIN,;转主程序,并等待A/D中断,5,ORG 0200H,;中断服务子程序首地址,PINT1: PUSH Acc,;保护现场,PUSH PSW,;,MOVX A,DPTR,;读A/D值,MOV R1,A,;存A/D值,INC DPTR,;修正通道地址,INC R1,;修正数据区地址,MOVX DPTR,A,;启动下一通道A/D,DJNZ R7,GORETI,;判8路采集完否?未完继续,CLR EX1,;8路采集已完,关中,GORETI:POP PSW,;恢复现场,POP Acc,;,RETI,;中断返回,6,查询方式,工作在查询方式时,0809 EOC端可不必通过反相器与或相连，直接与80C51 P1口或P3口中任一端线相连。,【例9-13】 图9-20中，用P1.0直接与0809 EOC端相连，试用查询方式编制程序，对8路模拟信号依次A/D转换一次，并把结果存入以40H为首址的内RAM中。,解：,MAIN: MOV R1,#40H,;置数据区首址,MOV R7,#8,;置通道数,SETB P1.0,;置P1.0输入态,MOV DPTR,#0FEF8H,;置0809通道0地址,LOOP: MOVX DPTR,A,;启动A/D,JNB P1.0,$,;查询A/D转换结束否？未完继续查询等待,MOVX A,DPTR,;A/D已结束,读A/D值,MOV R1,A,;存A/D值,INC DPTR,;修改通道地址,INC R1,;修改数据区地址,DJNZ R7,LOOP,;判8路采集完否?未完继续,RET,;8路采集完毕,返回,7,延时等待方式,工作在延时等待方式时,0809 EOC端可不必与80C51相连,是根据时钟频率计算出A/D转换时间,略微延长后直接读A/D转换值。,【例9-14】 图9-20中，0809 EOC端开路，fosc=6MHz，试用延时等待方式编制程序，对8路模拟信号依次A/D转换一次，并把结果存入以50H为首址的内RAM中。,解：编程如下：,MAIN:MOV R1,#50H,;置数据区首址,MOV R7,#8,;置通道数,MOV DPTR,#0FEF8H,;置0809通道0地址,LOOP:MOVX DPTR,A,;启动A/D,MOV R6,#17,;,DJNZ R6,$,;延时68,S:2机周17=34机周,2,S34=68,S,MOVX A,DPTR,;读A/D值,MOV R1,A,;存A/D值,INC DPTR,;修正通道地址,INC R1,;修正数据区地址,DJNZ R7,LOOP,;判8路采集完否?未完继续,RET,;8路采集完毕,返回,8,三、,串行A/D,ADC0832及其接口电路,ADC 0832是8位串行A/D转换器；,转换速度较高（250KHz时转换时间32,s）；,单电源供电，功耗低（15mw）。,9,1、,引脚功能,V,DD,、,V,SS,：电源接地端，V,DD,同时兼任U,REF,；,CS,：片选端，低电平有效；,DI,：数据信号输入端；,DO,：数据信号输出端；,CLK,：时钟信号输入端，要求低于600KHz；,CH0,、,CH1,：模拟信号输入端（双通道）,；,2、,典型应用电路,P1.0,片选CS；,TXD,发送时钟信号输入ADC0832 CLK；,RXD,与DI、DO端连接在一起。,编码,通道选择,CH0 CH1,00, ,01, ,10,11,表9-3,10,3、,串行A/D转换工作时序,工作时序分为二个阶段：, 起始和通道配置，由CPU发送，从ADC0832 DI端输入；, A/D转换数据串行输出，由ADC 0832从DO端输出，CPU接收。,11,4、,软件编程,【例9-15】按图9-21（b）电路，试编制程序，将CH0、CH1通道输入的模拟信号A/D转换，分别存入30H31H中。,解：,AD0832:MOV SCON,#00H,;置串口方式0,禁止接收,CLR ES,;串口禁中,MOV R0,#30H,;置A/D数据存储区首址,CLR P1.0,;片选0832,MOV A,#06H,;置CH0通道配置,ADC0: MOV SBUF,A,;启动A/D,ADC1: JNB TI,ADC1,;串行发送启动及通道配置信号,CLR TI,;清发送中断标志,SETB REN,;允许(启动)串行接收,ADC2: JNB RI,ADC2,;接收第一字节,CLR RI,;清接收中断标志,同时启动接收第二字节,MOV A,SBUF,;读第一字节数据,MOV B,A,;暂存,12,说明,：, 接收第一字节的8位数据为（注意先接收低位D4）：, 清串行接收中断标志后，启动串行接收第二字节，其数据为：, 组合后的8位数据为：, 高低4位互换后的8位数据为：,ADC3: JNB RI,ADC3,;接收第二字节,CLR RI,;清接收中断标志,MOV A,SBUF,;读第二字节数据,ANL A,#0FH,;第二字节屏蔽高4位,ANL B,#0FOH,;第一字节屏蔽低4位,ORL A,B,;组合,SWAP A,;高低4位互换,组成正确的A/D数据,MOV R0,A,;存A/D数据,INC R0,;指向下一存储单元,MOV A,#0EH,;置CH1通道配置,CJNE R0,#32H,ADC0,;判两通道A/D完毕否?未完继续,CLR REN,;两通道A/D完毕,禁止接收,SETB P1.0,;清0832片选,RET,;,D3,D2,D1,D0,D1,D2,D3,D4,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,D7,D6,D5,D4,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,13,四、,I,2,C串行A/D典型应用电路,I,2,C串行A/D,芯片,PCF8591，,同时具有A/D、D/A转换功能,。,1、,PCF8591引脚功能,SDA,、,SCL,：I,2,C总线数据线、时钟线；,A2,、,A1,、,A0,：引脚地址输入端；,AIN0AIN3,：模拟信号输入端，,OSC,：外部时钟输入端，内部时钟输出端；,EXT,：内外部时钟选择端，EXT=0时选择内部时钟；,V,DD,、,V,SS,：电源、接地端；,AGND,：模拟信号地；,U,REF,：基准电压输入端；,A,OUT,：D/A转换模拟量输出端；,14,该芯片既可用于A/D转换（模拟信号从AIN0AIN3输入），又可用于D/A转换（D/A转换模拟量从A,OUT,输出），器件地址为1001，若A2A1A0接地，D/A转换写寻址字节SLA,W,=90H，A/D转换读寻址字节SLA,R,=91H。,2、,硬件电路设计,15,3、,片内可编程功能,控制命令字,PCF8591内部有一个控制寄存器，用来存放控制命令，其格式如下：,COM,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,D1,、,D0,：,A/D通道编号,00:通道0；01:通道1；10:通道2；11:通道3；,D2,：,自动增量选择,D2=1时，A/D转换将按通道03依次自动转换；,D3,、,D7,：必须为0；,D5,、,D4,：,模拟量输入方式选择位,：,00:,输入方式0（,四路单端输入,）；,01:,输入方式1（,三路差分输入,）；,10:,输入方式2（,二路单端一路差分输入,）；,11:,输入方式3（,二路差分输入,）。,D6,：,模拟输出允许,。D6=1，模拟量输出有效；,16, 输入方式0（四路单端输入）：,ANI0 通道0（单端输入）,ANI1 通道1（单端输入）,ANI2 通道2（单端输入）,ANI3 通道3（单端输入）, 输入方式1（三路差分输入）：,17, 输入方式2（二路单端一路差分输入）：, 输入方式3（二路差分输入）：,18,ADC数据操作格式,S,SLA,W,A,COM,A,S,SLA,R,A,Data0,A,Data1,A,发出控制命令（写操作）,A/D转换（读操作）,其中红色部分由80C51发送，PCF8591接收；,黑色部分由PCF8591发送，80C51接收；,19,4、,软件编程,【例9-16】 按图9-23（b）编程将AIN0AIN3 4个通道的模拟信号A/D转换后，依次存入以50H为首址的内RAM中。设VIIC软件包已装入ROM，VSDA、VSCL、SLA、NUMB、MTD、MRD均已按8.3.2 软件包小结中协议定义。,解：,VADC: MOV SLA,#90H,;置发送寻址字节,MOV MTD,#00000100B,;置A/D转换控制命令,通道自动增量,MOV NUMB,#1,;置发送字节数,LCALL WRNB,;发送控制命令字,MOV R0,#50H,;置A/D数据区首址,VADC0: MOV SLA,#91H,;置接收寻址字节,MOV NUMB,#2,;置接收字节数,LCALL RDNB,;读A/D转换数据,MOV R0,41H,;存A/D转换数据(存在50H53H),INC R0,;修改A/D数据区地址,CJNE R0,#54H,VADC0,;判4通道A/D完成否?未完继续,RET,;,20,9-4 D/A转换接口电路,一、,D/A转换的基本概念,1、D/A转换的基本概念,D/A转换的基本原理是应用电阻解码网络，将N位数字量逐位转换为模拟量并求和，从而实现将N位数字量转换为相应的模拟量。,设D为N位二进制数字量，U,A,为电压模拟量，U,REF,为参考电压，无论A/D或D/A，其转换关系为：,U,A,= DU,REF,/ 2,N,（其中：D=D,0,2,0,+D,1,2,1,+ +D,N-1,2,N-1,）,2、,D/A转换器的主要性能指标,分辨率:,相对分辨率 = 1/2,N,，,N越大，分辨率越高。,线性度,转换精度,建立时间,温度系数,21,二、,DAC0832及其接口电路,DAC 0832是8位D/A芯片，由美国国家半导体公司生产，是目前国内应用最广的8位D/A芯片（请特别注意ADC0832与DAC0832的区别）。,22,1、,结构和引脚功能,DI0DI7,：8位数据输入端。,ILE,：输入数据允许锁存信号，高电平有效。,CS,：片选端，低电平有效。,WR1,：输入寄存器写选通信号，低电平有效。,WR2,：DAC寄存器写选通信号，低电平有效。,XFER,：数据传送信号，低电平有效。,I,OUT1,、,I,OUT2,：电流输出端。,R,FB,：反馈电流输入端。,U,REF,：基准电压输入端。,Vcc,：正电源端；,AGND,：模拟地；,DGND,：数字地。,2、,DAC 0832工作方式,用软件指令控制这5个控制端：ILE、CS、WR1、WR2、XFER，可实现三种工作方式：,直通工作方式,：5个控制端均有效，直接D/A；,单缓冲工作方式,：5个控制端一次选通；,双缓冲工作方式,：5个控制端分二次选通。,23,三、DAC 0832应用实例,1、单缓冲方式,24,【例9-17】电路按图9-27，要求输出锯齿波如图9-29（a）所示，幅度为U,REF,/2=2.5V。,解：程序如下：,START: MOV DPTR,#7FFFH,;置DAC0832地址;,LOOP1: MOV R7,#80H,;置锯齿波幅值; 1机周,LOOP2: MOV A,R7,;读输出值; 1机周,MOVX DPTR,A,;输出; 2机周,DJNZ R7,LOOP2,;判周期结束否? 2机周,SJMP LOOP1,;循环输出; 2机周,25,2、,双缓冲方式,26,【例9-18】按图9-28（a）编程，DAC0832和输出端接运放后，分别接图形显示器X轴和Y轴偏转放大器输入端，实现同步输出，更新图形显示器光点位置。已知X轴信号和Y轴信号已分别存于30H、31H中。,解：,DOUT:MOV DPTR,#0DFFFH,;置DAC0832(1)输入寄存器地址,MOV A ,30H,;取X轴信号,MOVX DPTR,A,;X轴信号0832(1)输入寄存器,MOV DPTR,#0BFFFH,;置DAC0832(2)输入寄存器地址,MOV A,31H,;取Y轴信号,MOVX DPTR,A,;Y轴信号0832(2)输入寄存器,MOV DPTR,#7FFFH,;置0832(1)、(2)DAC寄存器地址,MOVX DPTR,A,;同步D/A,输出X、Y轴信号,RET,;,27,四、,I,2,C串行D/A典型应用电路,1、,典型应用连接电路,2、,写操作数据格式,S,SLA,W,A,COM,A,data,A,其中红色部分由80C51发送，PCF8591接收；,黑色部分由PCF8591发送，80C51接收；,28,3、,软件编程,【例9-19】 按图9-23（b）设计一个D/A转换子程序，已知D/A转换数据已存入内RAM 50H中。设VIIC软件包已装入ROM，VSDA、VSCL、SLA、NUMB、MTD、MRD均已按8.3.2 软件包小结中协议定义。,解：,VDSA:MOV SLA,#90H,;置发送寻址字节,MOV MTD,#40H,;置D/A转换控制命令,MOV 31H,50H,;D/A转换数据装入MTD+1单元,MOV NUMB,#2,;置发送数据字节数,LCALL WRNB,;调用I2C总线发送N字节数据子程序,RET,;,29,
展开阅读全文