單片機(jī)教案(第8章A-DD-A轉(zhuǎn)換接口)

1、第九章 A/D、D/A轉(zhuǎn)換接口 模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換技術(shù)在數(shù)字測(cè)量和數(shù)字控制技術(shù)中非常重要。本章著重從應(yīng)用角度分析幾種典型的A/D，D/A電路芯片及與8031的接口邏輯以及相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)。9-1 數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換器DAC08329.1.1 DAC0832芯片的結(jié)構(gòu)原理一、芯片結(jié)構(gòu)DAC0832是CMOS工藝制造的8位單片D/A轉(zhuǎn)換器，芯片采用的是雙列直插封裝結(jié)構(gòu)。二、 功能特點(diǎn)1、 分辨率為8位。2、 只需在滿量程下調(diào)整其線性度。3、 可與所有的單片機(jī)或微處理器直接接口，也可單獨(dú)使用。4、 電流穩(wěn)定時(shí)間1ms。 5、 可以雙緩沖(速度快)，單緩沖可直通數(shù)據(jù)輸入。6、 低功耗，200mW。7、 邏輯

2、電平輸入與TTL兼容。8、 單電源供電（+5V或+15V）。三、引腳功能1、 DI0DI7：8位數(shù)字量數(shù)據(jù)輸入端（內(nèi)部為8位數(shù)據(jù)寄存器）。2、 AGND：模擬信號(hào)輸出的接地端。3、 DGND：數(shù)字信號(hào)輸入的接地端。4、 、：模擬電流信號(hào)輸出端，與的和為常數(shù)且與DAC寄存器的內(nèi)容線性變化。5、 ：工作電源。6、 ：反饋信號(hào)輸入端。芯片內(nèi)已有反饋電阻。在片外一般接運(yùn)放的輸出端。7、 ：基準(zhǔn)電壓輸入端。（由外部電路提供的，可在-10V+10V內(nèi)選?。?、 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)輸入端，高電平有效。9、 ：8位數(shù)據(jù)寄存器的選通信號(hào)輸入端，低電平有效。10、：輸入寄存器寫選通信號(hào)輸入端，低電平有效。1

3、1、：DAC寄存器寫選通信號(hào)輸入端，低電平有效。12、：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移控制信號(hào)輸入端，低電平有效。13、：為內(nèi)部?jī)蓚€(gè)寄存器的輸入鎖存端。 當(dāng)=ILE··=0時(shí)，8位輸入寄存器的輸出跟隨輸入變化；當(dāng)=ILE··=1時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存在輸入寄存器中，不再變化。 當(dāng)=·=0時(shí)，8位DAC寄存器的輸出跟隨輸入變化； 當(dāng)=·=1時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存在DAC寄存器中，不再變化。 因此：由ILE、確定，由、確定。四、工作原理1、DAC0832是電流型D/A轉(zhuǎn)換電路，輸入數(shù)字量，輸出模擬量，通過運(yùn)算放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端電壓信號(hào)輸出。2、由于輸出的模擬信號(hào)，極易受到

4、電源和數(shù)字信號(hào)的干擾而發(fā)生波動(dòng)，因此為提高模擬信號(hào)的精度，一方面將“數(shù)地”和“模地”分開(各自獨(dú)立)，另一方面采用了高精度的基準(zhǔn)電源與“模地”配合使用。 MCS-51單片機(jī)與DAC0832的接口 一般有兩種接口方式：1、單緩沖器連接方式；2、雙緩沖器連接方式。一、單緩沖器連接方式DAC0832內(nèi)部的兩個(gè)寄存器 (輸入/DAC) 中的任一個(gè)都是處于常通狀態(tài)的(即共用一個(gè)地址7FFFH0111 1111 1111 1111B)，相當(dāng)于是一個(gè)寄存器。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入了輸入寄存器后，同時(shí)也寫入了DAC寄存器，故稱單緩沖器連接方式。單緩沖器軟件編程實(shí)例 設(shè)計(jì)一個(gè)生成鋸齒波的程序WAVE：MOV DPTR，#7

5、FFFH ；提供一個(gè)地址給輸入/DAC寄存器MOV A，DATA0 ；取數(shù)字量的初值LOOP：MOVX DPTR，A ；將數(shù)字量送入DAC0832進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換CJNE A，DATAEND，MORE；不為最大值就轉(zhuǎn)到MORE處；若為最大值程序往下執(zhí)行SJMP WAVE ；轉(zhuǎn)到WAVE處，繼續(xù)轉(zhuǎn)換MORE：INC A ；數(shù)字量加1，SJMP LOOP ；將增大的數(shù)字量繼續(xù)送入DAC0832進(jìn)行轉(zhuǎn)移二、雙緩沖器連接方式（以兩片DAC0832為例）1、雙緩沖器的工作特點(diǎn) 先將要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量保存在輸入寄存器中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，再由輸入寄存器送至DAC寄存器鎖存并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸出。2、雙緩沖器的連線特點(diǎn)

6、 輸入寄存器和DAC寄存器各占用一個(gè)I/O地址，所以每片DAC0832芯片工作在雙緩沖方式時(shí)需要兩個(gè)地址。 1#DAC0832的輸入寄存器用P2.7選通；（單獨(dú)地址，設(shè)為1#地址7FFFH0111 1111 1111 1111B） 2#DAC0832的輸入寄存器用P2.6選通；（單獨(dú)地址，設(shè)為2#地址0BFFFH1011 1111 1111 1111B） 1#和2#DAC0832的DAC寄存器合用P2.5選通；（共用地址，設(shè)為3#地址0DFFFH1101 1111 1111 1111B）雙緩沖器編程實(shí)例 對(duì)應(yīng)上電路，試編寫一個(gè)輸出一組同步信號(hào)的程序設(shè)計(jì)思路：1、由于上電路的兩個(gè)輸入寄存器不同地

7、址，因此可以將兩組不同的數(shù)字信號(hào)分時(shí)輸入給這兩個(gè)輸入寄存器中；2、又由于上電路的兩個(gè)DAC寄存器同地址，因此又可以同時(shí)將存放在輸入寄存器中的數(shù)據(jù)下傳給各自的DAC寄存器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，同步輸出。 （即：兩路數(shù)字信號(hào)輸入不同步，而轉(zhuǎn)換后的兩路模擬信號(hào)輸出同步）編制程序：MOV DPTR，#7FFFH ；提供1#輸入寄存器的地址(P2.7=0)MOV A，DATA1 ；將一組數(shù)字信號(hào)送入累加器AMOV DPTR，A ；再轉(zhuǎn)送到1#輸入寄存器中MOV DPTR，#0BFFFH ；提供2#輸入寄存器的地址(P2.6=0)MOV A，DATA2 ；將另一組數(shù)字信號(hào)送入累加器AMOV DPTR，A ；再轉(zhuǎn)

8、送到2#輸入寄存器中MOV DPTR，#0DFFH ；提供3#地址(即1#和2#DAC寄存器的地址P2.5=0)MOV DPTR，A ；同時(shí)轉(zhuǎn)換后兩路模擬量，實(shí)現(xiàn)同步輸出9-2模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器ADC08099.2.1 ADC0809芯片的結(jié)構(gòu)原理一、芯片結(jié)構(gòu) ADC0809是COMS工藝、采用逐次逼近法的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，共有28個(gè)引腳，雙列直插式封裝，片內(nèi)除A/D轉(zhuǎn)換部分外，還有多路模擬開關(guān)部分。二、功能特點(diǎn)1、 采用了8路模擬量的分時(shí)輸入(模擬開關(guān))，最多允許8路模擬量分時(shí)輸入。2、 共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。3、 內(nèi)部主要有四大部分組成： 8路模擬開關(guān)； 8位A/D轉(zhuǎn)換器；

9、三態(tài)輸出鎖存器； 地址鎖存譯碼器。三、引腳功能1、 IN0IN7：8個(gè)輸入通道的模擬量輸入端。2、 D0D7：8位數(shù)字量輸出端。3、 START：轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)輸入端。加上正脈沖后，A/D轉(zhuǎn)換才開始進(jìn)行。 (在正脈沖的上升沿，所有內(nèi)部寄存器清0；在正脈沖的下降沿，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在此期間START應(yīng)保持低電平。)4、 ALE：地址鎖存信號(hào)輸入端。高電平時(shí)把3個(gè)地址信號(hào)A、B、C送入地址鎖存器，并經(jīng)過譯碼器得到地址輸出，以選擇相應(yīng)的模擬輸入通道。5、 A、B、C：轉(zhuǎn)換通道的地址(8位模擬開關(guān)的地址)信號(hào)輸入端。ALE鎖存信號(hào)CBA接通的通道1000IN01001IN11010IN21011I

10、N31100IN41101IN51110IN61111IN76、 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端。在START下降沿后10左右，EOC為低電平，表示正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC返回高電平，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。EOC常用于A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)的查詢或作中斷請(qǐng)求信號(hào)。7、 OE：輸出允許控制輸入端。OE直接控制三態(tài)輸出鎖存器輸出數(shù)字信息。OE輸入0，數(shù)字輸出口為高阻態(tài)；OE輸入1，允許轉(zhuǎn)換后結(jié)果輸出。8、 CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。ADC內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，故需外加時(shí)鐘信號(hào)。其最大允許值為640KHz，在實(shí)用中，需將主機(jī)的脈沖信號(hào)降頻后接入。9、 和：A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入端。10、Vcc：芯片的電源電壓輸入

11、端。因?yàn)锳DC0809是CMOS芯片，所以允許的電壓很寬，可以從+5V+15V。11、GND：接地端。9.2.2 MCS-51單片機(jī)與ADC0809芯片的接口一、8051與ADC0809的實(shí)用接口電路1、 ADC0809的時(shí)鐘由8051輸出的ALE信號(hào)二分頻后提供。2、 ADC0809的通道地址A、B、C選由8051的P0口的低3位直接提供。3、 啟動(dòng)ADC0809的工作時(shí)序 先由P0口的低3位給出模擬通道的地址給A、B、C。聯(lián)合(邏輯或)提供一個(gè)信號(hào)給ADC0809芯片的START端和ALE地址鎖存端。 假定選中ADC0809的IN0通道，我們可知此時(shí)的通道地址由P2和P0組成（P2=111

12、1 1110，P0=1111 1000）即為：0FEF8H A/D轉(zhuǎn)換完畢后，再由EOC發(fā)出一個(gè)正脈沖通知8051。 8051在收到EOC的正脈沖信號(hào)后，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)并與P2.0聯(lián)合(邏輯或)提供一個(gè)信號(hào)給ADC0809芯片的OE端。 OE端有效后，打開輸出鎖存器三態(tài)門，8位數(shù)字信息就被讀入CPU。 以上所有的動(dòng)作都是在程序的導(dǎo)引下，一步一步的完成的。二、8051與ADC0809的實(shí)用接口電路的程序 有兩種結(jié)構(gòu)的程序：一種是采用查詢方式結(jié)構(gòu)的程序，另一種是采用中斷方式結(jié)構(gòu)的程序。1、 查詢方式結(jié)構(gòu)的程序 實(shí)例 將6路通道的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換結(jié)果順序存放到以0A0H為首地址的RAM

13、中。 設(shè)：數(shù)據(jù)暫存區(qū)的首地址為0A0H；需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)的通道個(gè)數(shù)N為6（N8）。ADST： MOV R1，#0A0H ；設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的首地址MOV DPTR，#0EF8H ；設(shè)置第一個(gè)模擬信號(hào)通道IN0的地址指針MOV R2，#06H ；設(shè)置待轉(zhuǎn)換的通道個(gè)數(shù)LOOP： MOVX DPTR ，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器 ；延時(shí)至A/D轉(zhuǎn)換完畢(約10)MOVX A，DPTR ；CPU讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV R1，A ；結(jié)果送入0A0H單元中INC DPTR ；指向下一個(gè)模擬信號(hào)通道INC R1 ；修改數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的地址DJNZ R2，LOOP ；若還未轉(zhuǎn)換完6路通道的信號(hào)則轉(zhuǎn)至LOOP處繼

14、續(xù)轉(zhuǎn)換。 以上程序僅對(duì)6路通道的模擬量進(jìn)行了一次A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)用中則要反復(fù)多次的或者定時(shí)的循環(huán)檢測(cè)轉(zhuǎn)換。2、中斷方式結(jié)構(gòu)的程序 由主程序和中斷服務(wù)程序合成，中斷源設(shè)為。主程序(初始化程序) ADST： MOV R1，#0A0H ；設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的首地址MOV R2，#06H ；設(shè)置待轉(zhuǎn)換的通道個(gè)數(shù)SETB IT1 ；將中斷源設(shè)為下降沿觸發(fā)SETB EA ；設(shè)為允許中斷(總允許)SETB EX1 ；設(shè)中斷源為允許中斷MOV DPTR，#0EFF8H；設(shè)置第一個(gè)模擬信號(hào)通道IN0的地址指針MOVX DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器MOV A，R2 ；通道數(shù)送入累加器A中LOOP： JNZ LOOP

15、 ；如果6路通道未轉(zhuǎn)換完畢，則在原地等待中斷服務(wù)子程序MOVX A，DPTR ；CPU讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果MOVX R1，A ；結(jié)果送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的單元中INC DPTR ；指向下一個(gè)模擬信號(hào)通道INC R1 ；修改數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的地址MOVX DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器的下一個(gè)通道DEC R2 ；修改(遞減)通道數(shù)MOV A，R2 ；新的通道數(shù)送入累加器A中RETI ；中斷返回9-2 數(shù)/模D/A與模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)一、分辯率 分辯率是轉(zhuǎn)換器能夠分辯最小信號(hào)的能力。對(duì)于N位轉(zhuǎn)換器，實(shí)際分辯率為模擬量滿量程的。如：用一個(gè)8位的A/D轉(zhuǎn)換器去轉(zhuǎn)換一個(gè)滿量程為5V的模擬電壓，則它能分辯的最小電壓為：。 因此我們稱這樣的轉(zhuǎn)換器為8位或20mV分辯率的轉(zhuǎn)換器。二、轉(zhuǎn)換誤差 轉(zhuǎn)換誤差是反映轉(zhuǎn)換器的實(shí)際轉(zhuǎn)換值與理論值之間的誤差。如： 具有8位分辯