单片机与数模及模数转换接口课件

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,*,第9章 单片机与数/模及模/数转换接口,9.1 MCS-51,单片机与D/A转换器的接口和应用,9.2 MCS-51,单片机与A/D转换器的接口和应用,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,1.了解掌握单片机与D/A转换器的接口和应用,2.,了解掌握D/A转换器的原理与DAC0832,3.了解掌握单片机与A/D转换器的接口和应用,4.,了解掌握A/D转换器的原理与ADC0809,本章要求1.了解掌握单片机与D/A转换器的接口和应用,2,9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用,一.,D/A 转换器,概述,概述,1.电压与电流输出形式,2.带与不带锁存器的D/A转换器,9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用一.,3,9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用,一.,D/A 转换器,概述,D/A,转换器的主要技术指标,1.分辨率,分辨率指最小输出电压(对应的输入数字量最低有效位为1)与最大输出电压(对应的数字输入量所有位全为1)之比。,例如，对于10位D/A转换器，其分辨率为1/1024,9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用一.,4,2.,转换精度,D/A的转换精度主要取决于D/A转换器的二进制位数。例如，8位的D/A相对误差是1/256，16位的D/A相对误差为1/65 536。显然，二进制位数越多精度越高。,3.,建立时间,D/A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(或模拟信号电流)达到满刻度值(1/2)LSB时所需要的时间。,2. 转换精度,5,2.,带数据锁存器的,D/A,转换器的接口方法,1) DAC0832特性与结构,DAC0832具有两个输入数据寄存器的8位DAC，分辨率为8位，电流稳定时间1 s，可采用单缓冲、双缓冲或直接数字输入工作方式，转换结果为电流型，它能直接与51系列单片机接口。DAC0809是单一电源供电(5 V15 V)，低功耗。图8-18是DAC0832的内部逻辑结构图。,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,7,2) 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) V,REF,：基准电源输入端。,(8) R,fb,：反馈信号输入端(反馈电阻在芯片内部)。,(9) I,OUT1,、I,OUT2,：电流输出端。,(10) V,CC,：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AT89C,11,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VRE,13,START：MOV DPTR，#0FFFEH ；选中0832,STEP：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，#0FFFEH,MOV A，#Xdata,MOVX DPTR，A,；Xdata写入第一片0832的输入寄存器,MOV DPTR，#0FFFDH,MOV 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：,17,MOVX DPTR，A,；Ydata写入第二片0832的输入寄存器,MOV DPTR，#0FBH,MOV 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，A,18,9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用,二. 典型,D/A 转换器,芯片DAC0832,9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用二.,19,9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用,三. 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.,20,8.3 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/D,21,8.3.2 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,-1,2,-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V,CC,，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) V,CC,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 0,0 0 1,0 1 0,0 1 1,1 0 0,1 0 1,1 1 0,1 1 1,IN0,IN1,IN2,IN3,IN4,IN5,IN6,IN7,表8-2 8路模拟开关功能表ADDC A,29,3,AT89C51,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,8.3, 用查询方式分别对8路模拟信号轮流采样一次，并依次把结果转存到以30H为首址的数据存储区，程序如下：,MAIN：MOV R1，#30H；置数据区首址,MOV DPTR，#0FFF8H；指向IN0,MOV R7，#08H ；置通道数,LOOP：MOVX DPTR，；启动A/D转换,MOV R6，#05H；软件延时,DLAY：NOP,DJNZ R6，DLAY,例8.3 用查询方式分别对8路模拟信,32,WAIT：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,RET,WAIT：JNB P3.2，WAIT,33,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 PINT1,MIAN：MOV R1，#30H；置数据区首址,MOV DPTR，#0FEF8H；指向IN0,MOVR7，#08H,例8.4 利用中断方式分别对8路模拟,34,SETB IT0,SETB EX0；开中断,SETB EA,LOOP：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 IT0,35,INC R1；更新存储单元,INC DPTR；更新通道,DJNZ R7，DONE,CLR EXO；关中断,CLR EA,RETI；中断返回,DONE：MOVX DPTR，A,RETI,INC R1；更新存储单元,36,8.3.4 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,37,2,MC14433,引脚介绍,MC14433的引脚如图8-13所示。各引脚功能如下：,(1) V,AG,：被测电压V,X,和基准电压V,R,的接地端(模拟地)。,(2) V,R,：外接基准电压(2 V或200 mV)。,(3) V,X,：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) V,DD,、V,EE,：分别为正电源端(接5 V)和模拟负电源端(接5 V)。,(9) V,SS,：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|V,X,|V,R,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,Q0,Q3,表示的输出结果,DS1,Q3,Q2,Q1,Q0,输出结果状态,1,1,0,千位数为0,1,0,0,千位数为1,1,1,0,输出结果为正值,1,0,0,输出结果为负值,1,0,1,输入信号为过量程,1,1,1,输入信号为欠量程,表8-3 DS1选通时Q0Q3表示的输出结果DS1Q3Q,43,3,AT89C51,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2,46,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：,48,JB ACC.2，PL1 ；结果为正转PL1,SETB 77H ；负数，符号位置1,AJMP PL2,PL1：CLR 77H ；正数，符号位清0,PL2：JB ACC.3，PL3 ；ACC.3=0时，千位数为1,SETB 74H ；千位数置1,AJMP PL4,JB ACC.2，PL1,49,PL3：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DS3,PL3：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2FH,PL6：MOV A，P1,JNB ACC.7，PL6 ；等待个位数选通信号DS4,XCHD 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,51,9.1 MCS-51单片机与D/A 转换器的接口和应用,四. 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.,52,9.2 MCS-51单片机与A/D 转换器的接口和应用,一. 典型A/D 转换器芯片ADC0809,9.2 MCS-51单片机与A/D 转换器的接口和应用一.,53,9.2 MCS-51单片机与A/D 转换器的接口和应用,二,. MCS-51,单片机与,ADC 0809,接口,9.2 MCS-51单片机与A/D 转换器的接口和应用二.,54,9.2 MCS-51单片机与A/D 转换器的接口和应用,三,. MCS-51,单片机与,ADC 0809,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,P253: 一 . 1、4、630,二 . 1、2、4、6、914,作业练习题P253: 一 . 1、4、630二 . 1、,56,