單元六AD和DA轉(zhuǎn)換課件

1、 A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元六學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握A/D和D/A轉(zhuǎn)換的概念。 掌握常用電路的使用原則。 熟練掌握AT89S52外圍芯片擴(kuò)展方法技能目標(biāo)： 能夠利用89C52和A/D典型芯片 ADC0809制作一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)用電路。 能夠利用89S52和A/D典型芯片 DAC0832制作一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)用電路單元六 A/D和D/A轉(zhuǎn)換任務(wù)一 液位控制器第一部分 項(xiàng)目要求 在水塔中經(jīng)常要根據(jù)水面的高低進(jìn)行水位的自動(dòng)控制，同時(shí)進(jìn)行水位壓力的檢測(cè)和控制。要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有水位檢測(cè)、報(bào)警、自動(dòng)上水和排水（上水用電機(jī)正轉(zhuǎn)模擬，下水用電機(jī)反轉(zhuǎn)模擬）、壓力檢測(cè)功能的液位器。該液位控制器主要由89C52單片機(jī)，0809A/D轉(zhuǎn)換

2、器，A、B、C三點(diǎn)水位檢測(cè)電路，壓力檢測(cè)電路、數(shù)碼顯示電路、鍵盤和電源電路組成。單元六 A/D和D/A轉(zhuǎn)換 第二部分 相關(guān)知識(shí)傳感器變送器模擬量模擬電量開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字量單片機(jī) 模擬量輸入通道一般由傳感器、放大器、多路模擬開關(guān)、采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器組成。 大信號(hào)模擬電壓，能直接滿足A/D轉(zhuǎn)換輸入要求，則可直接送入A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后再送入單片機(jī)。也可通過V/F轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)送入單片機(jī)。 小信號(hào)模擬電壓，則首先應(yīng)將該信號(hào)電壓放大，放大到能滿足A/D轉(zhuǎn)換、V/F轉(zhuǎn)換要求的輸入電壓。 以電流為輸出信號(hào)的傳感器或傳感儀表則首先應(yīng)通過I/V轉(zhuǎn)換，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 轉(zhuǎn)換精度 A

3、/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度反映了一個(gè)實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上與一個(gè)理想A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的差值，由模擬誤差和數(shù)字誤差組成。 模擬誤差是比較器、解碼網(wǎng)絡(luò)中電阻值以及基準(zhǔn)電壓波動(dòng)等引起的誤差； 數(shù)字誤差主要包括丟失碼誤差和量化誤差，丟失碼誤差屬于非固定誤差，由器件質(zhì)量決定。 轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換速率 A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率是轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。 二、A/D轉(zhuǎn)換典型芯片ADC0809 ADC0809是8路8位逐次逼近式A/D，可實(shí)現(xiàn)8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集。典型時(shí)鐘頻率為500kHz。每一通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間需要6673個(gè)時(shí)鐘脈沖，約l00s?？梢院虯T89S52RC單片機(jī)通過

4、總線直接接口。START 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)：START上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清“0”；START下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。D7D0 數(shù)據(jù)輸出線：為三態(tài)緩沖輸出形式。OE 輸出允許信號(hào)：用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻； OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。CLK 時(shí)鐘信號(hào)：ADC 0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供。通常使用頻率為500kHz的時(shí)鐘信號(hào)。EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)：EOC=0，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。Vcc： 5V電源Vref 參考電源：參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比

5、較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為5V（Vref（）5V，Vref（一）=0V）。2單片機(jī)與ADC0809接口需解決三個(gè)問題：要給START線送一個(gè)100ns寬的起動(dòng)正脈沖。 獲取EOC線上的狀態(tài)信息，因?yàn)樗茿/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束標(biāo)志。要經(jīng)“三態(tài)輸出鎖存器”輸出一個(gè)端口地址，也就是給OE端送一個(gè)輸出轉(zhuǎn)換得到數(shù)據(jù)的信號(hào)。 AT89S52RC和ADC接口通?？梢圆捎枚〞r(shí)、查詢和中斷三種方式。 AT89S52和ADC0809的接口 ADDA，ADDB，ADDC分別接數(shù)據(jù)線中的低3位P0.0P0.2，則指向IN7通道的相應(yīng)程序指令為 MOV DPH，# 0E0H ；送A/D轉(zhuǎn)換器端口地址 MOV A，#

6、07H ；IN7地址送A MOVX DPTR，A ；送地址并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換1)定時(shí)傳送方式MAIN：MOV R1，data MOV DPTR，7FF8H ；P2.7=0,且指向通道0 MOV R7，08H；置通道數(shù)LOOP：MOVX DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 MOV R6，0AHDLAY：NOP NOP NOP NOP DJNZ R6，DLAY MOVX A，DPTR； 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R1，A INCDPTR；指向下一個(gè)通道 INC R1；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DJNZ R7，LOOP3)中斷方式 SETB IT1 SETBEX1 SETB EA MOVDPTR，7FF8H MOV A，

7、0 MOVX DPTR，A EINT1：MOV DPTR，7FF8H MOVX A，DPTR MOV 30H，A MOV A，00 MOVX DPTR，A RETI第三部分 項(xiàng)目實(shí)施一、硬件電路分析 液位控制器主要由89C52單片機(jī)，0809A/D轉(zhuǎn)換器，A、B、C三點(diǎn)水位檢測(cè)電路，壓力檢測(cè)電路、數(shù)碼顯示電路、鍵盤和電源電路組成。三路“傳感器”（三根插入水中的導(dǎo)線）檢測(cè)液位的變化，89C52控制液位的顯示及電泵的抽放水，ADC0809采集水位壓力的變化并由數(shù)碼管顯示壓力。電路如圖6.5所示（教材）。 1液位采集電路 三路液位檢測(cè)均采用簡(jiǎn)單的三極管檢測(cè)電路檢測(cè)液位變化，將電平信號(hào)分別送入單片機(jī)。

8、實(shí)際檢測(cè)時(shí)，從P3焊接出四根導(dǎo)線，分別將接A、B、C和VCC的導(dǎo)線放入水杯（模擬水塔）中，位置如圖6.6所示。圖6.6 液位檢測(cè)位置2壓力檢測(cè)電路 該電路主要由LM324運(yùn)放組成測(cè)量放大器，放大器可分為前后兩級(jí)。測(cè)量的模擬信號(hào)經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳輸給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后送數(shù)碼管顯示。二、電路功能介紹1液位檢測(cè)的調(diào)試 接通電源，改變液位使檢測(cè)點(diǎn)變化，當(dāng)液位在A點(diǎn)以下時(shí)紅燈連續(xù)亮并且發(fā)出頻率較高的報(bào)警聲，顯示00，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)A液位B時(shí)，顯示0A，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)B液位C時(shí)，顯示0B，電機(jī)不轉(zhuǎn)；液位在C點(diǎn)及以上時(shí)，綠燈連續(xù)亮并且發(fā)出報(bào)警聲，顯示0C，電機(jī)反轉(zhuǎn)。2按鍵電路調(diào)試 按鍵S2

9、切換到液位檢測(cè)，按下S3切換到壓力顯示。任務(wù)二 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路第一部分 項(xiàng)目要求 利用AT89S52單片機(jī)和DAC0832設(shè)計(jì)一個(gè)小功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。第二部分 相關(guān)知識(shí) 在以單片機(jī)為核心組成的測(cè)控系統(tǒng)中，單片機(jī)要通過后向輸出通道輸出控制信號(hào)對(duì)控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)控制操作。對(duì)于模擬量控制系統(tǒng)，需通過D/A、F/V轉(zhuǎn)換成模擬量控制信號(hào)。 D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)的主要內(nèi)容是合理選擇D/A轉(zhuǎn)換器和其他有關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)與AT89S52的正確連接以及編制轉(zhuǎn)換程序。 2. D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)（1）分辨率 分辨率是D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量在最低位上變化1位時(shí)輸出模擬量的最小變化。 如滿量程10V的8位DAC芯片的分辨率為8

10、位。 （2）轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換精度為實(shí)際模擬輸出與理想（理論）模擬輸出之間最大偏差。（3）失調(diào)誤差 指輸入數(shù)字量為零時(shí)，模擬輸出量與理想輸出量的偏差。3. D/A轉(zhuǎn)換器的選擇要點(diǎn) 輸入信號(hào)的形式 分辨率和轉(zhuǎn)換精度 建立時(shí)間 轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出形式1. DAC0832的引腳 D7D0: 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入。 /CS: 片選信號(hào)（輸入），低電平有效。 ILE: 數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)（輸入），高電平有效。 /WR1: 第1信號(hào)（輸入），低電平有效。該信號(hào)與ILE 信號(hào)共同控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式：當(dāng)ILE=1和/WR1=0時(shí)，為輸入寄存器直通方式；當(dāng)ILE=1和/WR1 =1時(shí)，為輸入寄存器鎖存方

11、式。/XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)(輸入),低電平有效 。 /WR2 ：第2寫信號(hào)(輸入),低電平有效.該信號(hào)與/XFER信號(hào)合在一起控制DAC寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式:當(dāng) /WR2=0和/XFER=0時(shí),為DAC寄存器直通方式; 當(dāng)/WR2=1和/XFER=0時(shí),為DAC寄存器鎖存方式。 Iout1：電流輸出“1”。當(dāng)數(shù)據(jù)為全“1”時(shí)，輸出電流最大；為全“0”時(shí)輸出電流最小。 Iout2：電流輸出“2”。DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是： Iout1 +Iout2=常數(shù)。 Rfb：反饋電阻端 即運(yùn)算放大器的反饋電阻端，電阻（15K）已固化在芯片中。因?yàn)镈AC0832是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器

12、，為得到電壓的轉(zhuǎn)換輸出，使用時(shí)需在兩個(gè)電流輸出端接運(yùn)算放大器，Rfb 即為運(yùn)算放大器的反饋電阻。 Vref：基準(zhǔn)電壓，是外加高精度電壓源，與芯片內(nèi)的電阻網(wǎng)絡(luò)相連接，該電壓可正可負(fù)，范圍為-10V+10V. DGND：數(shù)字地 AGND：模擬地2. DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu) DAC0832是一個(gè)8位單片D/A轉(zhuǎn)換器，它的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示。3、DAC0832和AT89S52接口方式 根據(jù)對(duì)DAC0832的輸入寄存器和DAC寄存器的不同的控制方法，DAC0832有3種工作方式： 單緩沖方式：兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式。 雙緩沖方式：把DAC0832的輸入寄存器和D

13、AC寄存器都接成受控鎖存方式。 直通：即輸入數(shù)據(jù)直接送D/A轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，3種工作方式連接如圖所示。雙緩沖器連接方式單緩沖器連接方式直通連接方式 （1）單緩沖方式應(yīng)用場(chǎng)合：如果只有一路模擬量輸出，或雖是多路模擬量輸出但并不要求輸出同步的情況下，就可采用單緩沖方式。DAC0832按單緩沖方式與89S52的連接89S52【例】產(chǎn)生鋸齒波。 DAC0832工作于單緩沖方式，其中輸入寄存器受控，而DAC寄存器直通。假定輸入寄存器地址為5000H， 鋸齒波的程序如下。 ORG 2000HSTART：MOV DPTR，#5000H ；選中DAC0832 MOV A， #00H LP：MOVX DPTR

14、，A ；向DAC0832 輸出數(shù)據(jù) INC A ；累加器加1 SJMP LP產(chǎn)生矩形波矩形波程序如下 ORG 2000HSTART：MOV DPTR， #FFFEH LP： MOV A，#dataH ;置輸出矩形波上限 MOVX DPTR，A LCALL DELHH；調(diào)用高電平延時(shí)程序。 MOV A，#dataL ;置輸出矩形波下限 MOVX DPTR，A LCALL DELL ；調(diào)用低電平延時(shí)程序。 SJMP LP三角波的程序如下 ORG 2000HSTART：MOV DPTR，#FFFEH ；選中DAC0832 MOV A， #00HUP： MOVX DPTR，A INC A JNZ UP

15、 ；上升到A中為FFHDOWN： DEC A MOVX DPTR，A JNZ DOWN ；下降到A中為00H SJMP UP ；重復(fù)梯形波程序如下 ORG 2000HSTART：MOV DPTR， #FFFEH L1： MOV A，#dataL ;置下限 UP： MOVX DPTR，A INC A CLR C SUBB A， #dataH ;與上限比較 JNC DOWN ADD A，#dataH ；恢復(fù) SJMP UPDOWN：LCALL DEL ；調(diào)上限延時(shí)程序L2： MOVX DPTR，A DEC A SUBB A，# dataL ；與下限比較 JC L1 ADD A，#dataL ；恢復(fù)

16、 SJMP L2（2）雙緩沖方式應(yīng)用場(chǎng)合：對(duì)于多路D/A轉(zhuǎn)換接口，要求同步進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸出時(shí)，必須采用雙緩沖器同步方式接法。 DAC0832采用雙緩沖方式時(shí)，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分兩步進(jìn)行的。 第一，CPU分時(shí)向各路D/A轉(zhuǎn)換器輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量并鎖存在各自的輸入寄存器中。 第二，CPU對(duì)所有的D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)出控制信號(hào)，使各路輸入寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)入DAC寄存器，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換輸出。 此時(shí)，每一路模擬量輸出需一片DAC0832芯片，構(gòu)成多個(gè)DAC0832同步輸出電路。 89S52DAC0832雙緩沖方式接口電路MOV DPTR,0DFFFH；指向0832 (1)MOV A，data

17、11；datal送入0832 (1）中鎖存MOVX DPTR，AMOV DPTR，0BFFFH；指向0832 (2)MOV A，data2；data2送入0832 (2)中鎖存MOVX DPTR，AMOV DPTR，7FFFH；給0832（1）、 0832(2)提供信號(hào)， 同時(shí)完成D/A轉(zhuǎn)換輸出MOVX DPTR，A第三部分 項(xiàng)目實(shí)施 一、硬件電路分析：對(duì)于小功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使用單片機(jī)極為方便，其方法就是控制電機(jī)定子電壓接通和斷開時(shí)間的比值（即占空比），以此來驅(qū)動(dòng)電機(jī)和改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種方法稱為脈沖寬度調(diào)速法（或簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)速法）。 占空比以及占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系，如圖所示。 電壓變換周期為T，電壓接通時(shí)間為t，則占空比表示為D=t