單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)課件(最新版)

1、第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)2n模擬量：可以是電壓、電流等電信號，也可以是聲、光、模擬量：可以是電壓、電流等電信號，也可以是聲、光、壓力、溫度、濕度等隨時間連續(xù)變化的非電氣量。壓力、溫度、濕度等隨時間連續(xù)變化的非電氣量。n非電量的模擬量可以通過傳感器（如光電傳感器、壓力傳非電量的模擬量可以通過傳感器（如光電傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器）轉(zhuǎn)換成電信號。感器、溫度傳感器）轉(zhuǎn)換成電信號。n模擬量只有轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被單片機(jī)采集模擬量只有轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被單片機(jī)采集、分析分析、計算計算。n經(jīng)處理的數(shù)字量必須轉(zhuǎn)換成模擬量才能去驅(qū)動被控對象。經(jīng)處理的數(shù)字量必須轉(zhuǎn)換成模擬量才能去

2、驅(qū)動被控對象。11.0 概述概述被控被控對象對象傳感器傳感器MCS-51單片機(jī)單片機(jī)非電量非電量模擬電量模擬電量數(shù)字量數(shù)字量數(shù)字量數(shù)字量模擬電量模擬電量控制操作控制操作A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器執(zhí)行執(zhí)行元件元件D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)3一、一、D/A轉(zhuǎn)換器的原理及主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的原理及主要技術(shù)指標(biāo)p數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量(電壓或電流電壓或電流)，使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比。使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比。11.1 數(shù)數(shù)/模模(D/A)轉(zhuǎn)換接口轉(zhuǎn)換接口被控被控對象對象模擬模擬傳感器傳感器MCS-

3、51單片機(jī)單片機(jī)非電量非電量模擬電量模擬電量數(shù)字量數(shù)字量數(shù)字量數(shù)字量模擬電量模擬電量控制操作控制操作A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器執(zhí)行執(zhí)行元件元件D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)4)2D2D2(D2RVRV0066778REFFB01. D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器：10101010101010102RD7R2R2R2R2R2R2R2R2RRRRI7I7I- -+ +VREFI6I5I4I3I2I1I0I6I5I4I3I2I1I0RFBI01I02D6D5D4D3D2D1D0VoRRR特殊用法特殊用法: : T型電阻

4、網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器可用作轉(zhuǎn)換器可用作數(shù)字電位器數(shù)字電位器。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)52. DAC主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)分辨率分辨率 當(dāng)輸入數(shù)字量發(fā)生單位數(shù)碼變化時所對應(yīng)輸出模擬量當(dāng)輸入數(shù)字量發(fā)生單位數(shù)碼變化時所對應(yīng)輸出模擬量的變化量。對于線性的變化量。對于線性D/A轉(zhuǎn)換器來說：轉(zhuǎn)換器來說： 它反映了輸出模擬量的最小變化值，位數(shù)它反映了輸出模擬量的最小變化值，位數(shù)n越多分辨越多分辨率就越高。率就越高。經(jīng)常也用位數(shù)表示分辨率經(jīng)常也用位數(shù)表示分辨率。 若滿量程為若滿量程為5V：8位位DAC：分辨率為：分辨率為 5V/25519.6mV；12位位DAC：分辨率為

5、：分辨率為 5V/40951.22mV。12n模擬量輸出的滿量程值分辨率第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)6線性度線性度 也稱非線性誤差，是實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特也稱非線性誤差，是實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。性之間的最大偏差。 常以相對于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。常以相對于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。絕對精度和相對精度絕對精度和相對精度 絕對精度絕對精度(簡稱精度簡稱精度)是指在整個刻度范圍內(nèi)，任一輸是指在整個刻度范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)碼所對應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最入數(shù)碼所對應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最大誤差。大誤差。 相對精度與絕對精度表示同一含

6、義，用最大誤差相對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。于滿刻度的百分比表示。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)7建立時間建立時間 是描述是描述D/A轉(zhuǎn)換速率的一個動態(tài)指標(biāo)。轉(zhuǎn)換速率的一個動態(tài)指標(biāo)。 建立時間是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時，輸出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(dá)到滿刻度值的模擬信號達(dá)到滿刻度值的1/2 LSB所需的時間。所需的時間。 根據(jù)建立時間的長短，可以將根據(jù)建立時間的長短，可以將DAC分成：分成：超高速超高速 1 s高速高速110 s中速中速10100 s低速低速100 s第第11章章 單片機(jī)的模擬

7、接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)83. DAC0832芯片介紹芯片介紹p片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器 可直接與單片機(jī)接口，可直接與單片機(jī)接口，p芯片以電流形式輸出芯片以電流形式輸出，當(dāng)需要電壓輸出時可外接運(yùn)，當(dāng)需要電壓輸出時可外接運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)。放來實(shí)現(xiàn)。p主要特性：主要特性： 分辨率分辨率8位位 電流建立時間電流建立時間 1 s 數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式 邏輯電平輸入與邏輯電平輸入與TTL電平兼容電平兼容 單一電源供電單一電源供電 (+5V+15V) 低功耗，低功耗，20mW第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)9(1)

8、 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳DAC0832的結(jié)構(gòu)框圖的結(jié)構(gòu)框圖 8位位輸入輸入鎖存器鎖存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器&D3D0ILECSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGNDVCCLE1LE2RFBD7D4DGND第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)10DAC0832的引腳圖的引腳圖DAC08321202193184176158139121011AGNDD3VREFRFBDGNDVccILEIOUT2751614 CSWR1D2D1D0 WR2XFERD4D5D6D7IOUT1第第11章章 單片機(jī)的模擬接口

9、技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)11(2) 各引腳意義各引腳意義D7 D0：數(shù)字量輸入引腳：數(shù)字量輸入引腳CS：片選，低有效：片選，低有效WR1：輸入鎖存器輸入鎖存器寫信號，低有效寫信號，低有效ILE：輸入鎖存器輸入鎖存器選通信號，高有效。選通信號，高有效。由由ILE、CS、WR1共同控制共同控制輸入鎖存器輸入鎖存器的選通；的選通；當(dāng)當(dāng)CS、WR1均為低，而均為低，而ILE為高時，為高時，LE1=1，輸入數(shù)，輸入數(shù)據(jù)被送至據(jù)被送至輸入鎖存器輸入鎖存器的輸出端；的輸出端；當(dāng)上述三個控制信號任一個無效時，當(dāng)上述三個控制信號任一個無效時，LE1變低，變低，輸入輸入鎖存器鎖存器將數(shù)據(jù)鎖存。將數(shù)據(jù)鎖存。輸入輸入

10、鎖存器鎖存器&D3D0ILECSWR1LE1D7D4第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)12 XFER：從：從輸入鎖存器輸入鎖存器向向DAC寄存器寄存器傳送傳送D/A轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的控制信號，低有效。據(jù)的控制信號，低有效。 WR2：DAC寄存器寄存器的寫信號，低有效。的寫信號，低有效。當(dāng)當(dāng)XFER和和WR2同時有效時，同時有效時，輸入鎖存器輸入鎖存器的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)裝入裝入DAC寄存器寄存器，并進(jìn)行，并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。WR2DAC寄存器寄存器&XFERLE2輸入輸入鎖存器鎖存器&D3D0ILECSWR1LE1D7D4第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)

11、單片機(jī)的模擬接口技術(shù)13 XFER：從：從輸入鎖存器輸入鎖存器向向DAC寄存器寄存器傳送傳送D/A轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的控制信號，低有效。據(jù)的控制信號，低有效。 WR2：DAC寄存器寄存器的寫信號，低有效。的寫信號，低有效。當(dāng)當(dāng)XFER和和WR2同時有效時，同時有效時，輸入鎖存器輸入鎖存器的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)裝入裝入DAC寄存器寄存器，并進(jìn)行，并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 RFB：內(nèi)部反饋電阻引腳，：內(nèi)部反饋電阻引腳，可外接電阻來調(diào)整輸出增益?？赏饨与娮鑱碚{(diào)整輸出增益。 Vcc：芯片電源，：芯片電源，+5 +15V。 AGND：模擬地。：模擬地。 DGND：數(shù)字地。：數(shù)字地。D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2

12、IOUT1RFBAGNDVCCRFBDGND第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)14 VREF：基準(zhǔn)電壓，：基準(zhǔn)電壓，10 +10V。 IOUT1：D/A輸出電流輸出電流1，與，與DAC寄存器內(nèi)容成線性。寄存器內(nèi)容成線性。當(dāng)輸入全當(dāng)輸入全1時，時， IOUT1最大，約為最大，約為 ；當(dāng)輸入為全當(dāng)輸入為全0時，時， IOUT1最小，即為最小，即為0。 IOUT2：D/A輸出電流輸出電流2，IOUT1+IOUT2=常數(shù)。常數(shù)。D/A轉(zhuǎn)換不需要啟動信號，也沒有轉(zhuǎn)換結(jié)束信號；轉(zhuǎn)換不需要啟動信號，也沒有轉(zhuǎn)換結(jié)束信號；只要將數(shù)據(jù)寫入只要將數(shù)據(jù)寫入DAC寄存器寄存器即執(zhí)行即執(zhí)行D/A轉(zhuǎn)換；

13、轉(zhuǎn)換；D/A轉(zhuǎn)換的過程很快，可忽略其轉(zhuǎn)換時間。轉(zhuǎn)換的過程很快，可忽略其轉(zhuǎn)換時間。 FBREFRV256255第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)15(3) 電壓輸出電路的連接電壓輸出電路的連接pDAC0832是以是以電流形式電流形式輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。p要得到電壓形式的輸出，常外加運(yùn)放實(shí)現(xiàn)要得到電壓形式的輸出，常外加運(yùn)放實(shí)現(xiàn)I/V轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。p對于單極性輸出電路：對于單極性輸出電路：REFOUTV256DV式中式中D為輸入數(shù)字量為輸入數(shù)字量(十進(jìn)制十進(jìn)制)。p若若VREF = +5V，當(dāng)，當(dāng)D=0 255時，時，VOUT=0 -4.98V；p若若VREF = -5V，

14、當(dāng)，當(dāng)D=0 255時，時，VOUT=0 +4.98V。DAC0832RFBIOUT1IOUT2R *VOUT-+第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)16p對于雙極性輸出電路：對于雙極性輸出電路： REFOUTV128128DVp若若VREF = +5Vp當(dāng)當(dāng)D=0時，時，VO=0，VOUT = 5V；p當(dāng)當(dāng)D=128時，時，VO= 2.5 V，VOUT=0；p當(dāng)當(dāng)D=255時，時，VO= 4.98 V，VOUT = 4.96 V。p雙極性輸出分辨率要犧牲一位作符號位。雙極性輸出分辨率要犧牲一位作符號位。VREF+5V- -+ +RFBVOUTIOUT1IOUT22RD0D7

15、DGND- -+ +VO2RRA2AGND數(shù)字量數(shù)字量A1DAC0832第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)174. DAC0832與單片機(jī)接口與單片機(jī)接口p DAC0832內(nèi)部有兩個寄存器，能實(shí)現(xiàn)三種工作方式：內(nèi)部有兩個寄存器，能實(shí)現(xiàn)三種工作方式：雙緩沖、單緩沖和直通方式。雙緩沖、單緩沖和直通方式。 8位位輸入輸入鎖存器鎖存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器&D3D0ILECSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGNDVCCLE1LE2RFBD7D4DGND第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)18(1)直通工作方

16、式直通工作方式p把把DAC0832的所有控制信號引腳全部接有效電平，的所有控制信號引腳全部接有效電平，即即輸入鎖存器輸入鎖存器和和DAC寄存器寄存器均處于選通狀態(tài)；均處于選通狀態(tài)；p數(shù)字量一旦輸入到數(shù)字量一旦輸入到D7D0就直接被轉(zhuǎn)換。就直接被轉(zhuǎn)換。輸入輸入鎖存器鎖存器DAC寄存器寄存器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器&D3D0ILECSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGNDVCCLE1LE2RFBD7D4DGND+5V第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)19(2)單緩沖工作方式單緩沖工作方式 p輸入鎖存器輸入鎖存器和和DAC寄存器寄存器，一個處于選通，另一

17、個被控；，一個處于選通，另一個被控；p或兩者控制信號并接，同時被控，兩個寄存器共用一個地或兩者控制信號并接，同時被控，兩個寄存器共用一個地址，如下圖所示。址，如下圖所示。輸入輸入鎖存器鎖存器DAC寄存器寄存器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器&D3D0ILECSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGNDVCCLE1LE2RFBD7D4DGND+5V第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)20p適用于只有一路模擬量輸出，或多路模擬量輸出但不適用于只有一路模擬量輸出，或多路模擬量輸出但不要求同步的場合。要求同步的場合。 80C51P2.7P0P3.6CSXFERWR1WR

18、2ILELEVCCCC+5V-+RFBFBVoutIOUT1IOUT2D0D7DGNDVSSDAC0832CLR P2.7MOV P0，ACLR P3.6SETB P3.6下面的程序會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？下面的程序會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？CLR P2.7CLR P3.6MOV P0，A第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)21(3) 雙緩沖工作方式雙緩沖工作方式(電路電路1：三總線：三總線) p把把輸入鎖存器輸入鎖存器和和DAC寄存器寄存器分開來控制；分開來控制；p兩個寄存器地址各自分開。兩個寄存器地址各自分開。p適用于多路適用于多路D/A輸出，且輸出，且要求要求同步同步進(jìn)行的場合。進(jìn)行的場

19、合。CSXFERWR1WR2ILEVCCDAC0832_1D7D0+5V80C51P2.7P0WRP2.6P2.5CSXFERWR1WR2ILEVCCDAC0832_2D7D0輸入輸入鎖存器鎖存器DAC寄存器寄存器&D7D0ILECSWR1WR2XFERLE1LE2第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)22n由圖可知：由圖可知：0832_1輸入鎖存器輸入鎖存器地址為地址為DFFFH，0832_2輸入輸入鎖存器鎖存器地址為地址為BFFFH，DAC寄存器寄存器地址為地址為7FFFH。完成兩路完成兩路D/A同步輸出的程序如下：同步輸出的程序如下：MOV DPTR，#0DFFF

20、H;指向指向0832_1輸入鎖存器輸入鎖存器MOV A，#data1MOVX DPTR，A;送入送入0832_1輸入鎖存器輸入鎖存器MOV DPTR，#0BFFFH;指向指向0832_2輸入鎖存器輸入鎖存器MOV A，#data2MOVX DPTR，A;送入送入0832_2輸入鎖存器輸入鎖存器MOV DPTR，#7FFFH;同時啟動同時啟動0832_1、0832_2MOVX DPTR，A;完成完成D/A轉(zhuǎn)換輸出轉(zhuǎn)換輸出第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)23n采用采用I/O口線做控制來編程。程序如下：口線做控制來編程。程序如下：MOV P0，#data1;0832_1待轉(zhuǎn)換的

21、數(shù)據(jù)待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)CLR P2.5;鎖存到鎖存到0832_1輸入鎖存器輸入鎖存器CLR P3.6SETB P2.5SETB P3.6MOV P0，#data2;0832_2待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)CLR P2.6;鎖存到鎖存到0832_2輸入鎖存器輸入鎖存器CLR P3.6SETB P2.6SETB P3.6CLR P2.7;同步啟動同步啟動0832_1和和_2，完成，完成D/A轉(zhuǎn)換輸出轉(zhuǎn)換輸出SETB P2.7第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)24(3) 雙緩沖工作方式雙緩沖工作方式(電路電路2：I/O口線控制口線控制) 程序如下：程序如下：MOV P0, A;DA1待轉(zhuǎn)換

22、的數(shù)字量待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量CLR P2.5SETB P2.5;鎖存到鎖存到DA1輸入鎖存器輸入鎖存器MOV P0, A;DA2待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量CLR P2.6SETB P2.6;鎖存到鎖存到DA2輸入鎖存器輸入鎖存器CLR P2.7;同時啟動同時啟動DA1和和DA2SETB P2.7;完成完成D/A轉(zhuǎn)換輸出轉(zhuǎn)換輸出CSXFERWR1WR2ILEVCCDA_1D7D0+5V80C51P2.7P0P3.6P2.6P2.5CSXFERWR1WR2ILEVCCDA_2D7D0第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)2511.2 模模/數(shù)數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換接口轉(zhuǎn)換接口一、一、A/D

23、轉(zhuǎn)換器的原理及主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的原理及主要技術(shù)指標(biāo)pA/D轉(zhuǎn)換即將模擬電量轉(zhuǎn)換即將模擬電量(電壓或電流電壓或電流)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。字量與輸入的模擬電量成正比。pA/D轉(zhuǎn)換器的主要類型：逐位逼近型、雙積分型、計數(shù)型、轉(zhuǎn)換器的主要類型：逐位逼近型、雙積分型、計數(shù)型、并行比較型、并行比較型、V/F型等。型等。p常用的是雙積分式和逐次逼近式常用的是雙積分式和逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 雙積分式雙積分式A/D優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，價格優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，價格便宜；但轉(zhuǎn)換速度較慢，適用于低速場合。便宜；但轉(zhuǎn)換速度較慢，適用于低速

24、場合。 逐次逼近式逐次逼近式A/D是一種速度較快精度較高的轉(zhuǎn)換器，其是一種速度較快精度較高的轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間大約在幾微秒到幾百微秒之間。轉(zhuǎn)換時間大約在幾微秒到幾百微秒之間。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)261. 逐次逼近式逐次逼近式ADC的轉(zhuǎn)換原理的轉(zhuǎn)換原理(以以8位位A/D為例為例)p逐位試逐位試1(類似稱重，砝碼為類似稱重，砝碼為1、2、4、8、128)；pD/A轉(zhuǎn)換的模擬值與輸入的模擬值比較；轉(zhuǎn)換的模擬值與輸入的模擬值比較；若大于輸入則該位清若大于輸入則該位清0若小于輸入則保留該位若小于輸入則保留該位1p8位試完即為位試完即為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，并存于輸出緩沖器中。

25、轉(zhuǎn)換結(jié)果，并存于輸出緩沖器中。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)272. A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率分辨率 輸出的數(shù)字量變化單位數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變輸出的數(shù)字量變化單位數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量?；?。 常用二進(jìn)制的位數(shù)表示。常用二進(jìn)制的位數(shù)表示。 例如例如12位位ADC的分辨率就是的分辨率就是12位，或者說分辨率為位，或者說分辨率為滿刻度值滿刻度值FS的的1/212。 滿刻度為滿刻度為10V的的12位位ADC能分辨輸入電壓變化最小能分辨輸入電壓變化最小值是值是10V1/212=2.4mV。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技

26、術(shù)28量化誤差量化誤差 指指ADC的有限位數(shù)對模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。的有限位數(shù)對模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。 分辨率有限的分辨率有限的ADC轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線與理想ADC轉(zhuǎn)換特性曲轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差即是量化誤差。線之間的最大偏差即是量化誤差。 第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)29偏移誤差偏移誤差 指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值，所以有時指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值，所以有時又稱為零值誤差。又稱為零值誤差。滿刻度誤差滿刻度誤差 又稱為增益誤差，指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實(shí)際輸又稱為增益誤差，指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實(shí)際輸入電壓與理想輸入

27、電壓之差。入電壓與理想輸入電壓之差。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)30線性度線性度 指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。絕對精度絕對精度 在一個轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對應(yīng)的實(shí)際模擬量輸入在一個轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對應(yīng)的實(shí)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。與理論模擬輸入之差的最大值，稱為絕對精度。轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。完成一次每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間則是轉(zhuǎn)換所需的時間則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)313. ADC

28、0809芯片介紹芯片介紹 逐位逼近型逐位逼近型8位、位、8通道通道A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片 雙列直插式雙列直插式28引腳封裝引腳封裝 單極性輸入，量程為單極性輸入，量程為0 +5V 典型的轉(zhuǎn)換速度為典型的轉(zhuǎn)換速度為100 s 片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與CPU總線接口總線接口第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)32(1) ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖與引腳的結(jié)構(gòu)框圖與引腳 18172120198151416OE9C23B24A25ALE22265IN743212827START6CLOCK108路路模擬開關(guān)模擬開關(guān)地址鎖存地址鎖存與譯碼與譯碼SA

29、R控制與定時控制與定時樹狀開關(guān)樹狀開關(guān)三態(tài)三態(tài)輸出輸出鎖存鎖存緩沖器緩沖器11VCC13GND7EOCVREF(+)12D7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0VREF(-)D6D5D4D3D2D1D0電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)33IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLKVCCVR(+)GNDD1IN2IN1IN0ABCALED7D6D5D4D0VR(-)D212345678910111213142827262524232221201918171615ADC0809ADC0809引腳引腳 第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單

30、片機(jī)的模擬接口技術(shù)34 IN0IN7：8路模擬量輸入端路模擬量輸入端 D7D0：8位數(shù)字量輸出端位數(shù)字量輸出端 ALE：地址鎖存允許信號輸入端：地址鎖存允許信號輸入端 START：啟動：啟動A/D轉(zhuǎn)換控制信號。轉(zhuǎn)換控制信號。上升沿上升沿復(fù)位內(nèi)部逐次逼復(fù)位內(nèi)部逐次逼近寄存器近寄存器SAR，下降沿下降沿后開始后開始A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 CLK：外接時鐘信號：外接時鐘信號 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。轉(zhuǎn)換期間：轉(zhuǎn)換期間：EOC=0;轉(zhuǎn)換結(jié)束后：轉(zhuǎn)換結(jié)束后：EOC1。 OE：輸出允許控制端，控制輸出鎖存器的三態(tài)門。：輸出允許控制端，控制輸出鎖存器的三態(tài)門。 C、B、A：8路模

31、擬開關(guān)的選擇端，對應(yīng)接通路模擬開關(guān)的選擇端，對應(yīng)接通IN0IN7。 VR(+)、VR(-)：基準(zhǔn)電壓源的正、負(fù)輸入端。：基準(zhǔn)電壓源的正、負(fù)輸入端。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)35(2) ADC0809主要性能：主要性能： 分辨率為分辨率為8位；位； 精度：小于精度：小于1LSB； 單單+5V供電，模擬輸入電壓范圍為供電，模擬輸入電壓范圍為0+5V； 具有鎖存控制的具有鎖存控制的8路輸入模擬開關(guān)；路輸入模擬開關(guān)； 可鎖存三態(tài)輸出，與可鎖存三態(tài)輸出，與TTL電平兼容；電平兼容； 功耗為功耗為15mW； 不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整；不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整； 轉(zhuǎn)換速度取決于外接時

32、鐘頻率。轉(zhuǎn)換速度取決于外接時鐘頻率。時鐘頻率范圍：時鐘頻率范圍：101280KHz。典型值。典型值640KHz時，轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)換時間約換時間約100s。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)36ADC0809輸出與輸入之間的關(guān)系：輸出與輸入之間的關(guān)系：A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量轉(zhuǎn)換的數(shù)字量D(十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù))與模擬量輸入值與模擬量輸入值VIN之間之間的關(guān)系如下：的關(guān)系如下： 8)REF()REF()REF(IN2VVVVD通常通常VREF()=0 V，所以，所以 256VVD)REF(IN取取VREF(+)= 5V，VREF()= 0V當(dāng)輸入模擬量在當(dāng)輸入模擬量在04.98V變化時，數(shù)字

33、量在變化時，數(shù)字量在0255變化。變化。 第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)37(3) 注意的問題注意的問題 啟動信號啟動信號電平啟動和脈沖啟動電平啟動和脈沖啟動 電平啟動：整個電平啟動：整個A/D轉(zhuǎn)換過程必須保證啟動信號有效，轉(zhuǎn)換過程必須保證啟動信號有效，一旦中途撤走，就會停止轉(zhuǎn)換而得到錯誤結(jié)果。一旦中途撤走，就會停止轉(zhuǎn)換而得到錯誤結(jié)果。 脈沖啟動：脈沖啟動：CPU執(zhí)行輸出指令時所發(fā)出的片選信號和寫執(zhí)行輸出指令時所發(fā)出的片選信號和寫信號即可作為啟動脈沖，從而開始轉(zhuǎn)換。信號即可作為啟動脈沖，從而開始轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)換結(jié)束與轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取轉(zhuǎn)換結(jié)束與轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時會

34、對外輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束時會對外輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束信號信號EOC。 讀取數(shù)據(jù)的方式：讀取數(shù)據(jù)的方式： 程序查詢方式程序查詢方式 中斷方式中斷方式 固定的延遲程序方式固定的延遲程序方式第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)38(4) ADC0809與單片機(jī)的接口與單片機(jī)的接口查詢方式查詢方式下圖是下圖是3總線方式總線方式AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 EOCADC0809D0D774LS373OEGALE80C31D7:D0Q7:Q0P3.3EAP0ABCCKQDQ1+STARTALEOECLKWRP2.7RDIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片

35、機(jī)的模擬接口技術(shù)39例：對例：對8路模擬信號輪流采樣一次，并依次把轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲路模擬信號輪流采樣一次，并依次把轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲到片內(nèi)到片內(nèi)RAM以以DATA為起始地址的連續(xù)單元中。為起始地址的連續(xù)單元中。MAIN: MOV R1，#DATA;置數(shù)據(jù)區(qū)首地址置數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOV DPTR，#7FF8H;指向指向0通道通道MOV R7，#08H;置通道數(shù)置通道數(shù)LOOP: MOVX DPTR，A;啟動啟動A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換HER: JB P3.3，HER;查詢查詢A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束MOVX A，DPTR;讀取讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV R1，A;存儲數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)INC DPTR;指向下一個通道指

36、向下一個通道INC R1;修改數(shù)據(jù)區(qū)指針修改數(shù)據(jù)區(qū)指針DJNZ R7，LOOP;8個通道轉(zhuǎn)換完否？個通道轉(zhuǎn)換完否？ 第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)40EOCADC0809D0D7ALE80C31P3.3EAP0ABCCKQDQ1STARTALEOECLKP3.6P2.2P3.7IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0P2.1P2.0以下是采用以下是采用I/O端口形式與端口形式與A/D芯片連接芯片連接第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)41上例程序如下：上例程序如下：MAIN: MOV R1，#DATA;置數(shù)據(jù)區(qū)首地址置數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOV R7，

37、#08H;置通道數(shù)置通道數(shù)用用CLR清清P3.6、P3.7、P2.0P2.2，此處省略，指向此處省略，指向IN0LOOP: SETB P3.6CLR P3.6;啟動啟動A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換HER: JB P3.3，HER;查詢查詢A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束SETB P3.7;讀取讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV R1，P0;存儲數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)CLR P3.7INC P2;指向下一個通道指向下一個通道INC R1;修改數(shù)據(jù)區(qū)指針修改數(shù)據(jù)區(qū)指針DJNZ R7，LOOP;8個通道轉(zhuǎn)換完否？個通道轉(zhuǎn)換完否？ 第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)42中斷中斷方式方式(3總線總線)EOCADC080

38、9D0D774LS373OEGALE80C31D7:D0Q7:Q0INT1EAP0ABCCKQDQ1+STARTALEOECLKWRP2.7RDIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)43例：讀取例：讀取IN0通道的模擬量轉(zhuǎn)換結(jié)果，并送至片內(nèi)通道的模擬量轉(zhuǎn)換結(jié)果，并送至片內(nèi)RAM以以DATA為首地址的連續(xù)單元中。為首地址的連續(xù)單元中。ORG 0013H;中斷服務(wù)程序入口中斷服務(wù)程序入口AJMP PINT1ORG 2000HMAIN: MOV R1, #DATA;置數(shù)據(jù)區(qū)首地址置數(shù)據(jù)區(qū)首地址SETB IT1;為邊沿觸發(fā)方式為邊沿觸發(fā)方

39、式SETB EX1;允許允許INT1中斷中斷SETB EA;開總中斷開總中斷MOV DPTR，#7FF8H;指向指向IN0通道通道MOVX DPTR，A;啟動啟動A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換LOOP: SJMP LOOP;等待中斷等待中斷第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)44ORG 2100H;中斷服務(wù)程序入口中斷服務(wù)程序入口PINT1: PUSH PSW;保護(hù)現(xiàn)場保護(hù)現(xiàn)場PUSH ACCMOVX A，DPTR;讀取轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)讀取轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)MOV R1，A;數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存入DATA為首址為首址RAMINC R1;修改數(shù)據(jù)區(qū)指針修改數(shù)據(jù)區(qū)指針I(yè)NC DPTRMOV A，DPLCJNE A，

40、#00H，NXTCLR EASJMP GONXT: MOVX DPTR，A;再次啟動再次啟動A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換GO： POP ACC;恢復(fù)現(xiàn)場恢復(fù)現(xiàn)場POP PSWRETI第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)454. ADC574芯片及其與單片機(jī)的接口芯片及其與單片機(jī)的接口(1) 主要性能：主要性能： 逐次逼近逐次逼近ADC，可選擇工作于，可選擇工作于8位或位或12位。位。 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)有兩種讀出方式：轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)有兩種讀出方式：12位一次讀出、位一次讀出、8位和位和4位位分兩次讀出。分兩次讀出。 三態(tài)輸出緩沖器，邏輯電平為三態(tài)輸出緩沖器，邏輯電平為TTL電平，容易接口。電平，容

41、易接口。 非線性誤差：非線性誤差：AD574AJ為1LSB，AD574AK為1/2LSB。 轉(zhuǎn)換時間：最大轉(zhuǎn)換時間為轉(zhuǎn)換時間：最大轉(zhuǎn)換時間為25s(中檔速度中檔速度)。 模擬信號輸入：模擬信號輸入：單極性：范圍為單極性：范圍為0V+10V和和0V+20V, 從不同引腳輸入。從不同引腳輸入。雙極性：范圍為雙極性：范圍為-5V+5V和和-10V+10V,從不同引腳輸入。從不同引腳輸入。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)46 輸出碼制：輸出碼制：單極性輸入：單極性輸入：輸出數(shù)字量為原碼輸出數(shù)字量為原碼雙極性輸入：雙極性輸入：輸出為偏移二進(jìn)制碼輸出為偏移二進(jìn)制碼 內(nèi)部有內(nèi)部有+10

42、.000V高精度基準(zhǔn)源，只需外接一只適當(dāng)阻值高精度基準(zhǔn)源，只需外接一只適當(dāng)阻值的電阻，便可向的電阻，便可向DAC部分的解碼網(wǎng)絡(luò)提供參考輸入。部分的解碼網(wǎng)絡(luò)提供參考輸入。 內(nèi)部具有時鐘產(chǎn)生電路，不須外部接線。內(nèi)部具有時鐘產(chǎn)生電路，不須外部接線。 電源需三組：電源需三組：+5V、Vcc(+12V+15V)、VEE(-12V-15V)。 典型功耗為典型功耗為390mW。 28引腳雙列直插式封裝。引腳雙列直插式封裝。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)47(2) AD574A引腳功能引腳功能 DB11DB0：數(shù)據(jù)輸出線。是輸出還是高阻由邏輯決定。：數(shù)據(jù)輸出線。是輸出還是高阻由邏輯決定

43、。 12/8：數(shù)據(jù)模式選擇。：數(shù)據(jù)模式選擇。接高電平：接高電平：12位數(shù)據(jù)并行輸出；位數(shù)據(jù)并行輸出；接低電平：與引腳接低電平：與引腳A0配合，把配合，把12位數(shù)據(jù)分兩次輸出。位數(shù)據(jù)分兩次輸出。此引腳與此引腳與TTL不兼容！要么接不兼容！要么接1腳腳(高高)，要么接，要么接15腳腳(低低)。 A0：字節(jié)選擇控制。決定：字節(jié)選擇控制。決定A/D是是12位還是位還是8位或輸出數(shù)據(jù)是位或輸出數(shù)據(jù)是高高8位還是低位還是低4位。位。若若A0=0：12位轉(zhuǎn)換；若位轉(zhuǎn)換；若A0=1：僅進(jìn)行：僅進(jìn)行8位轉(zhuǎn)換。位轉(zhuǎn)換。若若A0=0：高：高8位數(shù)據(jù)有效；若位數(shù)據(jù)有效；若A0=1：低：低4位有效，中間位有效，中間4位

44、為位為“0”，高，高4位為高阻狀態(tài)。位為高阻狀態(tài)。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)4812822732642552462372282192010191118121713161415AD574STSDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4VLOG12/8CSA0R/CCEVccREFOUTAGREFIN20VINVEEBIPOFF10VINDB3DB1DB2DB0DG第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)49 CS：芯片選擇。：芯片選擇。 R/C：讀：讀/轉(zhuǎn)換選擇。轉(zhuǎn)換選擇。 R/C=1：允許讀取結(jié)果：允許讀取結(jié)果 R/C=0：允許：允許A/D轉(zhuǎn)

45、換轉(zhuǎn)換 CE：芯片啟動信號。：芯片啟動信號。當(dāng)當(dāng)CE=1時，允許讀取結(jié)果，到底是轉(zhuǎn)換還是讀取結(jié)果與時，允許讀取結(jié)果，到底是轉(zhuǎn)換還是讀取結(jié)果與R/C有關(guān)。有關(guān)。 STS：狀態(tài)信號。：狀態(tài)信號。STS=1表示正在進(jìn)行表示正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，STS=0表表示轉(zhuǎn)換已完成。示轉(zhuǎn)換已完成。 REFOUT：+10V基準(zhǔn)電壓輸出?；鶞?zhǔn)電壓輸出。 REFIN：基準(zhǔn)電壓輸入。：基準(zhǔn)電壓輸入。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)50 BIPOFF：雙極性補(bǔ)償。此引腳適當(dāng)連接，可實(shí)現(xiàn)單極性：雙極性補(bǔ)償。此引腳適當(dāng)連接，可實(shí)現(xiàn)單極性或雙極性輸入?；螂p極性輸入。 10VIN：10V量程模擬信號輸入

46、端。對單極性信號為量程模擬信號輸入端。對單極性信號為10V量量程輸入端，對雙極性信號為程輸入端，對雙極性信號為5V輸入腳。輸入腳。 20VIN：20V量程輸入端。單極性信號為量程輸入端。單極性信號為20V量程輸入端，量程輸入端，對雙極性信號為對雙極性信號為10V量程輸入腳。量程輸入腳。 DG：數(shù)字地。：數(shù)字地。 AG：模擬地。：模擬地。 VLOG：邏輯電路供電輸入端，：邏輯電路供電輸入端，+5V。 Vcc：正電源端，：正電源端，Vcc=+12V+15V。 VEE：負(fù)電源端，：負(fù)電源端，VEE=-12V-15V。第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片機(jī)的模擬接口技術(shù)51第第11章章 單片機(jī)的模擬接口技術(shù)單片