ADDA單片機教程PPT課件

1、19.1 D/A轉換器及其與單片機接口 9.1.1 D/A9.1.1 D/A轉換器的原理及主要技術指標一、D/AD/A轉換器的基本原理及分類型電阻網(wǎng)絡D/AD/A轉換器 ：第1頁/共53頁2輸出電壓 的大小與數(shù)字量具有對應的關系。 第2頁/共53頁3二、D/AD/A轉換器的主要性能指標2n1 1、分辨率分辨率是指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSBLSB）發(fā)生變化時，所對應的輸出模擬量（常為電壓）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關系，可以表示成FS FS / / 。FSFS表示滿量程輸入值，n n為二進制位數(shù)。對于5V5V的滿量程，采用位的DACDAC時，分

2、辨率為5V/2565V/25619.5mV19.5mV；當采用1212位的DACDAC時，分辨率則為5V/40965V/40961.22mV1.22mV。顯然，位數(shù)越多分辨率就越高。2 2、線性度線性度（也稱非線性誤差）是實際轉換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。常以相對于滿量程的百分數(shù)表示。如是指實際輸出值與理論值之差在滿刻度的以內。第3頁/共53頁43、絕對精度和相對精度v絕對精度（簡稱精度）是指在整個刻度范圍內，任一輸入數(shù)碼所對應的模擬量實際輸出值與理論值之間的最大誤差。絕對精度是由DAC的增益誤差（當輸入數(shù)碼為全1時，實際輸出值與理想輸出值之差）、零點誤差（數(shù)碼輸入為全時，DAC的

3、非零輸出值）、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對精度（即最大誤差）應小于1個LSB。v相對精度與絕對精度表示同一含義，用最大誤差相對于滿刻度的百分比表示。第4頁/共53頁54、建立時間建立時間是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時，輸出模擬信號達到滿刻度值的1/2LSB所需的時間。是描述D/A轉換速率的一個動態(tài)指標。電流輸出型DAC的建立時間短。電壓輸出型DAC的建立時間主要決定于運算放大器的響應時間。根據(jù)建立時間的長短，可以將DAC分成超高速（1S)、高速（101S）、中速（10010S）、低速（100S）幾檔。 應當注意，精度和分辨率具有一定的聯(lián)系，但概念不同。DAC的位數(shù)多時，分辨率會提高，對應于

4、影響精度的量化誤差會減小。但其它誤差（如溫度漂移、線性不良等）的影響仍會使DAC的精度變差。第5頁/共53頁69.1.2 DAC08329.1.2 DAC0832芯片及其與單片機接口 DAC0832 DAC0832是使用非常普遍的位D/AD/A轉換器，由于其片內有輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機接口。DAC0832DAC0832以電流形式輸出，當需要轉換為電壓輸出時，可外接運算放大器。屬于該系列的芯片還有DAC0830DAC0830、DAC0831DAC0831，它們可以相互代換。DAC0832DAC0832主要特性：v分辨率位；v電流建立時間SS；v數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式；

5、v輸出電流線性度可在滿量程下調節(jié)；v邏輯電平輸入與TTLTTL電平兼容；v單一電源供電（5V5V15V15V）；v低功耗，20m20m。 第6頁/共53頁7一、DAC0832內部結構及引腳第7頁/共53頁8第8頁/共53頁9二、DAC0832與80C51單片機的接口、單緩沖工作方式 此方式適用于只有一路模擬量輸出，或有幾路模擬量輸出但并不要求同步的系統(tǒng)。 第9頁/共53頁10雙極性模擬輸出電壓 ： 雙極性輸出時的分辨率比單極性輸出時降低1/2，這是由于對雙極性輸出而言，最高位作為符號位，只有7位數(shù)值位。第10頁/共53頁112、雙緩沖工作方式 多路D/A轉換輸出，如果要求同步進行，就應該采用雙

6、緩沖器同步方式 。第11頁/共53頁12完成兩路D/A同步輸出的程序如下：MOVDPTR，#0DFFFH ；指向0832（）輸入鎖存器MOV A，#data1 MOVX DPTR，A ；data1送入0832（）輸入鎖存器MOV DPTR，#0BFFFH ；指向DAC0832（）輸入鎖存器MOV A，#data2MOVX DPTR，A ；data2送入0832（2）輸入鎖存器MOV DPTR，#7FFFH ；同時啟動0832 (1)、0832(2)MOVX DPTR，A ；完成D/A轉換輸出第12頁/共53頁133、直通工作方式當DAC0832芯片的片選信號、寫信號、及傳送控制信號的引腳全部接

7、地，允許輸入鎖存信號ILE引腳接5V時，DAC0832芯片就處于直通工作方式，數(shù)字量一旦輸入，就直接進入DAC寄存器，進行D/A轉換。第13頁/共53頁149.2 /轉換器及其與單片機接口9.2.1 9.2.1 轉換器的原理及主要技術指標一、逐次逼近式ADC的轉換原理第14頁/共53頁15二、雙積分式ADC的轉換原理第15頁/共53頁16三、A/D轉換器的主要技術指標1221、分辨率vADC的分辨率是指使輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。常用二進制的位數(shù)表示。例如12位ADC的分辨率就是12位，或者說分辨率為滿刻度FS的1/ 。一個10V滿刻度的12位ADC能分辨輸入電壓變化

8、最小值是10V1/ =2.4mV。122第16頁/共53頁172、量化誤差ADC把模擬量變?yōu)閿?shù)字量，用數(shù)字量近似表示模擬量，這個過程稱為量化。量化誤差是ADC的有限位數(shù)對模擬量進行量化而引起的誤差。實際上，要準確表示模擬量，ADC的位數(shù)需很大甚至無窮大。一個分辨率有限的ADC的階梯狀轉換特性曲線與具有無限分辨率的ADC轉換特性曲線（直線）之間的最大偏差即是量化誤差。 第17頁/共53頁183、偏移誤差偏移誤差是指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值，所以有時又稱為零值誤差。假定ADC沒有非線性誤差，則其轉換特性曲線各階梯中點的連線必定是直線，這條直線與橫軸相交點所對應的輸入電壓值就是偏移誤差。、

9、滿刻度誤差v滿刻度誤差又稱為增益誤差。ADC的滿刻度誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對應的實際輸入電壓與理想輸入電壓之差。第18頁/共53頁195、線性度線性度有時又稱為非線性度，它是指轉換器實際的轉換特性與理想直線的最大偏差。6、絕對精度v在一個轉換器中，任何數(shù)碼所對應的實際模擬量輸入與理論模擬輸入之差的最大值，稱為絕對精度。對于ADC而言，可以在每一個階梯的水平中點進行測量，它包括了所有的誤差。7、轉換速率vADC的轉換速率是能夠重復進行數(shù)據(jù)轉換的速度，即每秒轉換的次數(shù)。而完成一次A/D轉換所需的時間（包括穩(wěn)定時間），則是轉換速率的倒數(shù)。第19頁/共53頁20主要性能為：分辨率為位；精度：ADC0

10、809小于1LSB（ADC0808小于1/2LSB）；單+5V供電，模擬輸入電壓范圍為05V；具有鎖存控制的路輸入模擬開關；可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL電平兼容；功耗為15mW；不必進行零點和滿度調整；轉換速度取決于芯片外接的時鐘頻率。時鐘頻率范圍：101280KHz。典型值為時鐘頻率640KHz，轉換時間約為100S。9.2.2 ADC08099.2.2 ADC0809芯片及其與單片機的接口第20頁/共53頁21一、ADC0809的內部結構及引腳功能第21頁/共53頁221 1、IN0IN0IN7IN7，路模擬量輸入端。2 2、D7D7D0D0，位數(shù)字量輸出端。3 3、ALEALE， 地址鎖

11、存允許信號輸入端。通常向此引腳輸入一個正脈沖時，可將三位地址選擇信號A A、B B、C C鎖存于地址寄存器內并進行譯碼，選通相應的模擬輸入通道。4 4、STARTSTART，啟動A/DA/D轉換控制信號輸入端。一般向此引腳輸入一個正脈沖，上升沿復位內部逐次逼近寄存器，下降沿后開始A/DA/D轉換。5 5、CLKCLK，時鐘信號輸入端。6 6、EOCEOC，轉換結束信號輸出端。A/DA/D轉換期間EOCEOC為低電平，A/DA/D轉換結束后EOCEOC為高電平。7 7、OEOE，輸出允許控制端，控制輸出鎖存器的三態(tài)門。當OEOE為高電平時，轉換結果數(shù)據(jù)出現(xiàn)在D7D7D0D0引腳。當OEOE為低電

12、平時，D7D7D0D0引腳對外呈高阻狀態(tài)。8 8、C C、B B、A A，路模擬開關的地址選通信號輸入端，3 3個輸入端的信號為000000111111時，接通IN0IN0IN7IN7對應通道。9 9、VRVR（）、VRVR（）：分別為基準電源的正、負輸入端。第22頁/共53頁23二、ADC0809與單片機的接口1、查詢方式 第23頁/共53頁24例：對路模擬信號輪流采樣一次，并依次把轉換結果存儲到片內RAM以DATA為起始地址的連續(xù)單元中。MAIN：MOV R1，#DATA ；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOV DPTR，#7FF8H；指向通道 MOV R7，#08H；置通道數(shù)LOOP：MOVX DPT

13、R，A；啟動A/D轉換HER：JB P3.3，HER ；查詢A/D轉換結束 MOVX A，DPTR；讀取A/D轉換結果 MOV R1，A；存儲數(shù)據(jù) INC DPTR；指向下一個通道 INC R1 ；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DJNZ R7，LOOP ；個通道轉換完否？ 第24頁/共53頁252、中斷方式 讀取IN0通道的模擬量轉換結果，并送至片內RAM以DATA為首地址的連續(xù)單元中。 ORG 0013H；中斷服務程序入口 AJMP PINT1 ORG 2000HMAIN：MOV R1, #DATA ；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址 SETB IT1 ；為邊沿觸發(fā)方式 SETB EA ；開中斷 SETB EX1；允許中斷

14、 MOV DPTR，#7FF8H；指向IN0通道 MOVX DPTR，A；啟動A/D轉換LOOP：NOP；等待中斷 AJMP LOOP 第25頁/共53頁26 ORG 2100H ；中斷服務程序入口PINT1：PUSH PSW；保護現(xiàn)場 PUSH ACC PUSH DPL PUSH DPH MOV DPTR, #7FF8H MOVX A，DPTR ；讀取轉換后數(shù)據(jù) MOV R1，A ；數(shù)據(jù)存入以DATA為首地址的RAM中 INC R1 ；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 MOVX DPTR，A ；再次啟動A/D轉換 POP DPH ；恢復現(xiàn)場 POP DPL POP ACC POP PSW RETI ；中斷返回

15、第26頁/共53頁27主要性能為：逐次逼近ADC，可選擇工作于12位，也可工作于8位。轉換后的數(shù)據(jù)有兩種讀出方式：12位一次讀出；位、位兩次讀出。具有可控三態(tài)輸出緩沖器，邏輯電平為TTL電平。非線性誤差：AD574AJ為1LSB，AD574AK為1/2LSB。9.2.3 ADC5749.2.3 ADC574芯片及其與單片機的接口v轉換時間：最大轉換時間為25S（屬中檔速度）。v輸入模擬信號，單極性時，范圍為0V10V和0V20V，從不同引腳輸入。雙極性輸入時，范圍為0V5V和0V10V，從不同引腳輸入。第27頁/共53頁28輸出碼制：單極性輸入時，輸出數(shù)字量為原碼，雙極性輸入時，輸出為偏移二進

16、制碼。具有10.000V的高精度內部基準電壓源，只需外接一只適當阻值的電阻，便可向DAC部分的解碼網(wǎng)絡提供參考輸入。內部具有時鐘產(chǎn)生電路，不須外部接線。v需三組電源：5V、VCC（12V15V）、VEE（12V15V）。由于轉換精度高，所提供電源必須有良好的穩(wěn)定性，并進行充分濾波，以防止高頻噪聲的干擾。v低功耗：典型功耗為390mW。第28頁/共53頁29一、AD574A引腳功能第29頁/共53頁30第30頁/共53頁31第31頁/共53頁32二、AD574A的單極性和雙極性輸入 單極性輸入 雙極性輸入 第32頁/共53頁331、單極性輸入電路 當輸入電壓為VIN=0V+10V時，應從引腳10

17、VIN輸入，當VIN=0V+20V，應從20VIN引腳輸入。輸出數(shù)字量D為無符號二進制碼，計算公式為： D=4096 VIN/VFS 或 ： VIN=D VFS / 4096 式中VIN為輸入模擬量（V），VFS是滿量程，如果從10VIN引腳輸入，VFS =10V，1LSB=10/4096=24（mV)；若信號從20VIN 引腳輸入，VFS =20V，1LSB=20/4096=49（mV)。 第33頁/共53頁342、雙極性輸入電路 R1用于調整雙極性輸入電路的零點。如果輸入信號VIN在5V5V之間，應從10VI引腳輸入；當VI在10V10V之間，應從20 VI引腳輸入。雙極性輸入時輸出數(shù)字量

18、D與輸入模擬電壓VI之間的關系： D2048（1+2VI/ VFS） 或 ： VI（D/2048-1）VFS /2 式中VFS的定義與單極性輸入情況下對VFS的定義相同。 由上式求出的數(shù)字量D是12位偏移二進制碼。把D的最高位求反便得到補碼。補碼對應模擬量輸入的符號和大小。同樣，從AD574A讀到的或應代到式中的數(shù)字量D也是偏移二進制碼。例如，當模擬信號從10 VIN引腳輸入，則VFS10V，若讀得DFFFH，即111111111111B4095，代入式中可求得VIN4.9976 V。第34頁/共53頁35三、AD574A與單片機的接口第35頁/共53頁36v采用雙極性輸入方式，可對5V或10

19、V的模擬信號進行轉換。當AD574A與80C31單片機配置時，由于AD574A輸出12位數(shù)據(jù)，所以當單片機讀取轉換結果時，應分兩次進行：當0=0時，讀取高8位；當0=1時，讀取低4位。v轉換結果的讀取有三種方式：（a） STS空著不接，單片機就只能在啟動AD574A轉換后延時25S以上再讀取轉換結果，即延時方式；（b）STS接到80C31的一條端口線上，單片機就可以采用查詢方式。當查得STS為低電平時，表示轉換結束；(c) STS接到80C31的端，則可以采用中斷方式讀取轉換結果。圖中AD574A的STS與80C31的P1.0線相連，故采用查詢方式讀取轉換結果。第36頁/共53頁37AD574

20、A的轉換程序段如下：AD574A：MOV DPTR，#0FFF8H ；送端口地址入DPTR MOVX DPTR，A ；啟動AD574A SETB P1.0 ；置P1.0為輸入方式 LOOP：JB P1.0，LOOP ；檢測P1.0口 INC DPTR ；使R/C為1 MOVX A，DPTR ；讀取高8位數(shù)據(jù) MOV 41H，A ；高8位內容存入41H單元 INC DPTR ；使、A0均為1 INC DPTR ； MOVX A，DPTR ；讀取低4位 MOV 40H ，A ；將低4位內容存入40H單元 . . 上述程序是按查詢方式設計，也可按中斷方式設計中斷服務程序。 第37頁/共53頁38 M

21、C14433是美國Motorola公司生產(chǎn)的3位半雙積分A/D轉換器，是目前市場上廣為流行的典型的A/D轉換器。MC14433具有抗干擾性能好，轉換精度高（相當于11位二進制數(shù)），自動校零，自動極性輸出，自動量程控制信號輸出，動態(tài)字位掃描BCD碼輸出，單基準電壓，外接元件少，價格低廉等特點。但其轉換速度約110次/秒。在不要求高速轉換的場合，如溫度控制系統(tǒng)中，被廣泛采用。5G14433與MC14433完全兼容，可以互換使用。9.2.4 MC144339.2.4 MC14433芯片及其與單片機的接口第38頁/共53頁39一、MC14433的內部結構及引腳功能 第39頁/共53頁40v模擬電路部分

22、有基準電壓、模擬電壓輸入部分。被轉換的模擬電壓輸入量程為199.9mV或1.999V，與之對應的基準電壓相應為200mV或2V兩種。v數(shù)字電路部分由邏輯控制、BCD碼及輸出鎖存器、多路開關、時鐘以及極性判別、溢出檢測等電路組成。MC14433采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個位BCD碼輪流地在Q0Q3端輸出，同時在DS1DS4端出現(xiàn)同步字位選通信號。v主要的外接器件是時鐘振蕩器外接電阻RC、外接失調補償電容C0和外接積分阻容元件R1、C1。 第40頁/共53頁41MC14433芯片的引腳功能如下：（1）VAG：被測電壓VX和基準電壓VR的接地端（模擬地）。（2）VR：外接輸入基

23、準電壓（2V或200mV）。（3）VX：被測電壓輸入端。（4）R1、R1/C1、C1：外接積分電阻R1和積分電容C1元件端，外接元件典型值為：當量程為2V時，C1=0.1F，R1=470k；當量程為200mV時，C1=0.1F，R1=27k。（5）C01、C02：外接失調補償電容C0端， C0的典型值為0.1F。第41頁/共53頁42（6）DU：更新輸出的A/D轉換數(shù)據(jù)結果的輸入端。當DU與EOC連接時，每次的A/D轉換結果都被更新。（7）CLK1和CLK0：時鐘振蕩器外接電阻RC端。時鐘頻率隨RC的增加而下降。RC的值為300k時，時鐘頻率為147 kHz（每秒約轉換9次）。（8）VEE：模

24、擬部分的負電源端，接5V。（9）VSS：除CLK0端外所有輸出端的低電平基準（數(shù)字地）。當VSS接VAG （模擬地）時，輸出電壓幅度為VAGVDD（05V）；當VSS接VEE（5V）時，輸出電壓幅度為VEEVDD（5V5V），10V的幅度。實際應用時一般是VSS接VAG，即模擬地和數(shù)字地相連。（10）EOC：轉換周期結束標志輸出。每當一個A/D轉換周期結束，EOC端輸出一個寬度為時鐘周期二分之一寬度的正脈沖。第42頁/共53頁43v（11） ：過量程標志輸出，平時為高電平。當 大于VR時（被測電平輸入絕對值大于基準電壓）， 端輸出低電平。v（12）DS1DS4：多路選通脈沖輸出端。DS1對應千

25、位，DS4對應個位。每個選通脈沖寬度為18個時鐘周期，兩個相鄰脈沖之間間隔2個時鐘周期。 ORVxOR第43頁/共53頁44（13）Q0Q3：BCD碼數(shù)據(jù)輸出線。其中Q0為最低位，Q3為最高位。當DS2、DS3和DS4選通期間，輸出三位完整的BCD碼，即09十個數(shù)字任何一個都可以。但在DS1選通期間，數(shù)據(jù)輸出線Q0Q3除了千位的0或1外，還表示了轉換值的正負極性和欠量程還是過量程，其含義見表。 第44頁/共53頁45vQ3表示千位（1/2）數(shù)的內容，Q3 =“0”（低電平）時，千位數(shù)為1；Q3 =“1”（高電平）時，千位數(shù)為0；vQ2 表示被測電壓的極性，Q2 =“1”表示正極性，Q2 =“0

26、”表示負極性；vQ0 “1”表示被測電壓在量程外（過或欠量程），可用于儀表自動量程切換。當Q3=“0”時，表示過量程；當Q3=“1”時，表示欠量程。（14）VDD：正電源端，接5V。第45頁/共53頁46二、MC14433與80C51單片機的接口 第46頁/共53頁47v盡管MC14433需外接的元件很少，但為使其工作與最佳狀態(tài)，也必須注意外部電路的連接和外接元器件的選擇。由于片內提供時鐘發(fā)生器，使用時只需外接一個電阻；也可采用外部輸入時鐘或外接晶體振蕩電路。MC14433芯片工作電源為5V，正電源接VDD，模擬部分負電源端接VEE，模擬地VAG與數(shù)字地VSS相連為公共接地端。為了提高電源的抗

27、干擾能力，正、負電源分別經(jīng)去耦電容0.047F、0.02F與VSS（VAG）端相連。vMC14433芯片的基準電壓須外接，可由MC1403通過分壓提供2V或200mV的基準電壓。在一些精度不高的小型智能化儀表中，由于5V電源是經(jīng)過三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓的，工作環(huán)境又比較好，這樣就可以通過電位器對5V直接分壓得到。第47頁/共53頁48vEOC是A/D轉換結束的輸出標志信號，每一次A/D轉換結束時，EOC端都輸出一個1/2時鐘周期寬度的脈沖。當給DU端輸入一個正脈沖時，當前A/D轉換周期的轉換結果將被送至輸出鎖存器，經(jīng)多路開關輸出，否則將輸出鎖存器中原來的轉換結果。所以DU端與EOC端相連，以選擇連續(xù)轉換方式，每次轉換結果都送至輸出寄存器。v由于MC14433的A/D轉換結果是動態(tài)分時輸出的BCD碼，Q0Q3和DS1DS4都不是總線式的。因此，80C51單片機只能通過并行I/O接口或擴展I/O接口與其相連。對于80C31單片機的應用系統(tǒng)來說，MC14433可以直接和其P1口或擴展I/O口8155/8255相連。第48頁/共53頁49 80C51讀取A/D轉換結果可以采用中斷方式