第11章 數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口

9-1D/A轉(zhuǎn)換器接口及應(yīng)用9-2A/D轉(zhuǎn)換器接口及應(yīng)用第9章數(shù)/模及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器接口單片機(jī)擴(kuò)展I/O電路的功能：1、速度協(xié)調(diào)；2、輸出數(shù)據(jù)鎖存；3、輸入數(shù)據(jù)三態(tài)；4、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：模擬量→數(shù)字量：由A/D轉(zhuǎn)換完成；數(shù)字量→模擬量：由D/A轉(zhuǎn)換完成。單片機(jī)和被控實(shí)體間的接口示意圖舉例1：溫度測(cè)控系統(tǒng)舉例2：速度測(cè)控系統(tǒng)舉例3：紅外線自動(dòng)門控制系統(tǒng)原理圖BISS000160K20K1032M10K10u1M1M47K10347u電壓檢測(cè)模塊電機(jī)溫度檢測(cè)P3.3/INT1手動(dòng)/自動(dòng)切換手動(dòng)關(guān)按鈕P3.4P3.02.2uDSG紅外傳感器+5VGND3.3K103103470u+5V330K330K10210nVCVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT220KIBRR1AV0RC1RC2RR2VSS+5V行程開關(guān)2行程開關(guān)3手動(dòng)開按鈕光電隔離電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器J1電機(jī)過熱報(bào)警轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊A/D轉(zhuǎn)換蜂鳴報(bào)警行程開關(guān)4行程開關(guān)1電壓過高報(bào)警速度異常報(bào)警速度變換繼電器J3電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器J2ADC0809P1.0P1.3P1.2P1.1P1.4P1.5P1.6P2.0P2.1P2.3P2.2P3.2/INT0P3.1P0WRRDALEP1.710K×6LEDAT89C51VCC紅外線傳感器集成芯片BISS0001特點(diǎn)（1）用CMOS工藝，功耗低。（2）具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配。（3）雙向鑒幅器可有效抑制干擾信號(hào)。（4）內(nèi)設(shè)延時(shí)和封鎖定時(shí)器，性能穩(wěn)定，調(diào)節(jié)范圍寬。（5）內(nèi)置參考電源。（6）工作電壓范圍寬（3V～5V）。BISS000112345678910111213141516AV0RR1RC1RC2RR2VssVRF/RESETVcIBVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT9-1 D/A轉(zhuǎn)換器接口及應(yīng)用9-1-1D/A轉(zhuǎn)換概述一、D/A（DigittoAnalog）轉(zhuǎn)換器：為把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，在D/A轉(zhuǎn)換芯片中要有解碼網(wǎng)絡(luò)：①權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)；②倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)。T型電阻網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器：D/A轉(zhuǎn)換器的原理：把輸入數(shù)字量中每位都按其權(quán)值分別轉(zhuǎn)換成模擬量，并通過運(yùn)算放大器求和相加。根據(jù)克希荷夫定律，如下關(guān)系成立： I0=20

I1=21I2=22I3=23 n位數(shù)字量與模擬量的關(guān)系式：

VO=—VREF×（數(shù)字碼/2n）

(VREF——參考電壓)二、D/A輸出形式：①電壓；②電流運(yùn)算放大器

電壓。注：因使用反相比例放大器來實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，所以輸出模擬信號(hào)(VO)的極性與參考電壓(VREF)極性相反。三、注意區(qū)分D/A內(nèi)部是否帶有鎖存器：與P1、P2接口：不需加鎖存器，直接接口。無鎖存器與P0接口：因P0的特殊功能，需加鎖存器。D/A內(nèi)如：DAC800、AD7520、AD7521等。

有鎖存器：最好與P0直接接口。如：DAC0832、DAC1230等。四、性能指標(biāo)：1、分辨率（Resolution）是指D/A轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量，取決于輸入數(shù)字量的二進(jìn)制位數(shù)。

2、建立時(shí)間（EstablishingTime）是描述D/A轉(zhuǎn)換速度的快慢。3、轉(zhuǎn)換精度（ConversionAccuracy）指滿量程時(shí)DAC的實(shí)際模擬輸出值和理論值的接近程度。

4、偏移量誤差（OffsetError）偏移量誤差是指輸入數(shù)字量為零時(shí)，輸出模擬量對(duì)零的偏移值。

5、線性度（Linearity）線性度是指DAC的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想直線之間的最大偏移差。主要技術(shù)指標(biāo)：1、分辨率（Resolution）：對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器輸入量變化敏感程度進(jìn)行描述，與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)。若數(shù)字量的位數(shù)為n，則分辨率為2－n。數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率就越高。應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)分辨率的需要選定轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。注：BCD碼輸出的A/D轉(zhuǎn)換器用位數(shù)表示分辨率。2、建立時(shí)間（EstablishingTime）：（轉(zhuǎn)換速度）描述D/A轉(zhuǎn)換速度的快慢。輸出形式為電流的轉(zhuǎn)換器比電壓的建立時(shí)間短。

D/A轉(zhuǎn)換速度遠(yuǎn)高于A/D轉(zhuǎn)換。3、轉(zhuǎn)換精度（ConversionAccuracy）：

指滿量程時(shí)DAC的實(shí)際模擬輸出值和理論值的接近程度。

一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)：DAC0832：8位雙緩沖器結(jié)構(gòu)的D/A轉(zhuǎn)換器。9-1-2D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（請(qǐng)見P242圖9.3）DI0～7：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入（8位）；CS：片選信號(hào)（輸入）；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)（輸入）；XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)（輸入）；WR1：第一寫信號(hào)（輸入），與ILE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；WR2：第2寫信號(hào)（輸入），與XFER共同控制DAC寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式；8位DACDAC寄存器輸入寄存器-+IOUT2IOUT1RfbVODI0～7AGNDILECS與與與WR1WR2XFERLE1LE2LE1（LE2）=0：鎖存；1：直通。DAC的應(yīng)用：l

DAC用作單極性電壓輸出；l

DAC用作雙極性電壓輸出；l

DAC用作控制放大器。雙極性輸出電壓與輸入數(shù)字量的關(guān)系輸入數(shù)字量Bb7b6b5b4b3b2b1b0Vout（理想值）+VREF時(shí)-VREF時(shí)11111111|VREF|-LSB-|VREF|+LSB┆┆┆11000000|VREF|/2-|VREF|/2┆┆┆1000000000┆┆┆01111111-LSBLSB┆┆┆00111111-|VREF|/2-LSB|VREF|/2+LSB┆┆┆00000000-|VREF||VREF|雙極性DAC的接法:雙極性DAC的另一種接法:控制放大器用DAC0832:二、DAC0832與單片機(jī)的接口：有3種工作方法：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。1、直通方式：

輸入寄存器和DAC寄存器共用一個(gè)地址，同時(shí)選通輸出；

WR1和WR2同時(shí)進(jìn)行，并且不與CPU相接。

特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快。MOVP1，A舉例：例：D/A轉(zhuǎn)換程序，用DAC0832輸出0～+5V鋸齒波，電路為直通方式。設(shè)VREF=-5V，若DAC0832地址為00FEH，脈沖周期要求為100ms。100msDACS：MOV DPTR，#00FEH；0832

I/O地址

MOV A，#00H ；開始輸出0VDACL：MOVX @DPTR，A ；D/A轉(zhuǎn)換

INC A ；升壓

ACALL DELAY

；延時(shí)100ms/256：決定鋸齒波的周期 AJMP DACL ；連續(xù)輸出DELAY：… ；延時(shí)子程序2、單緩沖方式：

輸入寄存器和DAC寄存器共用一個(gè)地址，同時(shí)選通輸出，輸入數(shù)據(jù)在控制信號(hào)作用下，直接進(jìn)入DAC寄存器中；

WR1和WR2同時(shí)進(jìn)行，并且與CPU的WR相連，CPU對(duì)0832執(zhí)行一次寫操作，將數(shù)據(jù)直接寫入DAC寄存器中。

適用：只有一路模擬信號(hào)輸出或幾路模擬信號(hào)非同步輸出。單緩沖方式下的DAC083280C51舉例：例：D/A轉(zhuǎn)換程序，用DAC0832輸出0～+5V三角波，電路為單緩沖方式。設(shè)VREF=-5V，若DAC0832地址為00FEH，脈沖周期要求為（100ms）。100ms ORG 2000HSTAR：MOV DPTR，#00FEH；DAC0832地址

MOV A，#00H ；開始輸出0VUP：MOVX @DPTR，A ；D/A轉(zhuǎn)換

INC A ；產(chǎn)生上升段電壓

JNZ UP

；上升到A中為FFH（A≠0跳）DOWN：DEC A ；產(chǎn)生下降段電壓 MOVX

@DPTR，A

JNZ DOWN

；下降到A中為00H

SJMP UP

；重復(fù)注：若想改變波形的周期（頻率），只需在SJMPUP前插入延時(shí)程序即可。C51程序：#include<absacc.h>#include<reg51.h>#defineDAC0832XBYTE[0x00FE] #defineucharunsignedchar#defineunitunsignedint voidstair(void) { uchari; while(1){ for(i=0;i<=255;i=i++)

/*形成鋸齒波輸出值，最大255*/ {DAC0832=i; /*D/A轉(zhuǎn)換輸出*/ } }}3、雙緩沖器方式：

輸入寄存器和DAC寄存器分配有各自的地址，可分別選通用同時(shí)輸出多路模擬信號(hào)。

適用：同時(shí)輸出幾路模擬信號(hào)的場(chǎng)合，可構(gòu)成多個(gè)0832同步輸出電路。舉例：例：用DAC0832實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)繪圖儀，電路為雙緩沖方式。1#和2#DAC0832地址分別為00FEH和00FDH。則繪圖儀的驅(qū)動(dòng)程序?yàn)椋?ORG 2000H MOV DPTR，#00FEH；選中1#0832（的輸入寄存器）：A0=0

MOV A，#Datax MOVX @DPTR，A

；Datax寫入1#0832輸入寄存器

MOV DPTR，#00FDH；選中2#0832（的輸入寄存器）：A1=0

MOV A，#Datay MOVX

@DPTR，A ；Datay寫入2#0832輸入寄存器 MOV DPTR，#00FBH；選中1#和2#0832的DAC寄存器：A2=0 MOVX

@DPTR，A

；1#和2#輸入寄存器的內(nèi)容同時(shí)傳送到DAC寄存器中C51程序：#include<absacc.h>#include<reg51.h>#defineINPUTR1XBYTE[0x00FE]#defineINPUTR2XBYTE[0x00FD] #defineDACRXBYTE[0x00FB] #defineucharunsignedchar voiddac2b(data1,data2) uchardata1,data2;{ INPUTR1=data1; /*數(shù)據(jù)送到一片DAC0832*/ INPUTR2=data2; /*數(shù)據(jù)送到另一片DAC0832*/ DACR=0; /*啟動(dòng)兩路D/A同時(shí)轉(zhuǎn)換*/}三、DAC1208內(nèi)部框圖80C51與DAC1208的接口80C51華工考研題：PC/XT的D/A接口使用DAC0832。其有關(guān)信號(hào)接線如圖所示，其輸出電壓Vo和輸入數(shù)字量DI7-DI0之間呈線性且如表所示?，F(xiàn)要求Vo從零開始按圖示波形周期變化（周期可自定）。試用匯編語言編寫其控制部分程序。9-2 A/D轉(zhuǎn)換器接口及應(yīng)用A/D接口設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1．選擇合適的系統(tǒng)采樣速度；2．減小A/D轉(zhuǎn)換的孔徑誤差；3．合理選用A/D轉(zhuǎn)換器。一、轉(zhuǎn)換原理：A/D轉(zhuǎn)換是把模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化成與其大小成比例的數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換電路主要分成：1、雙積分式（速度慢，精度高：用于速度要求不高的場(chǎng)合）；2、逐次逼近式（速度較快，精度較高：常用）。常用芯片：

MC14433（3?位）雙積分式ICL7135（4?位）

ICL7109（12位）

ADC0808、ADC0809（8位）逐次逼近式ADC1210（12位）

AD574（12位）1、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器工作原理：雙積分型A/D轉(zhuǎn)換是一種間接A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。首先將模擬電壓轉(zhuǎn)換成積分時(shí)間，然后用數(shù)字脈沖計(jì)時(shí)方法轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，最后將此代表模擬輸入電壓大小的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制或BCD碼輸出。因此，雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)，一般要大于40～50ms。雙積分ADC電路原理圖MC14433與80C51直接連接的接口80C51MC14433ICL7109與80C51的接口電路圖80C512、逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換原理：N位寄存器用來存放N位二進(jìn)制數(shù)碼。當(dāng)VX≥VN，則保留DN-1=1，否則清0。其余類推。1、結(jié)構(gòu)：

一個(gè)8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、8路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)、3-8地址鎖存譯碼器和三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器（詳見P249）。2、引腳：（1）8路模擬量分時(shí)輸入信號(hào)端：

IN0～I(xiàn)N7；（2）8位數(shù)字量輸出信號(hào)端：

D0～D7；（3）通道選擇地址信號(hào)輸入端：

ADDA、ADDB、ADDC；（4）基準(zhǔn)參考電壓為VR（+）和VR（-）：

決定輸入模擬量的范圍。典型值分別為+5V和0V。（5）轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC：0：正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

1：一次轉(zhuǎn)換完成。（6）時(shí)鐘信號(hào)輸入端：CLK（其內(nèi)部無時(shí)鐘電路）。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)ABCIN0IN1IN7A/D轉(zhuǎn)換二、ADC0809與單片機(jī)的接口：ADC0809/0808為8路輸入通道、8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可分時(shí)轉(zhuǎn)換8路模擬信號(hào)。3、ADC0809與單片機(jī)連接：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送：①定時(shí)傳送方式；（不需接EOC腳）②查詢方式；（測(cè)試EOC腳的狀態(tài)）③中斷方式。（EOC腳接INT腳）注：（1）不能用無條件方式；（2）2個(gè)ALE不能相接。涉及2個(gè)問題：（1）8路模擬信號(hào)通道選擇；（2）A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。ADC0809的口地址：FEFFH；8路模擬通道的地址：FEF8H～FEFFH。IN0～7AD0～7ALEINTWRP2.0RDD0～7ADDABC

CLKEOCSTARTALEOE≥11MCS-51ADC080983≥1A/D轉(zhuǎn)換程序：（延時(shí)等待方法）MOVDPTR，#0FEFFH ；ADC0809地址MOVA，#00H ；選中IN0MOVX@DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換LCALLDELAY ；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束MOVXA，@DPTR ；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果RET不用接EOC腳，采用定時(shí)傳送方式。例：P252應(yīng)用舉例初始化程序：（中斷方式） MOVR0，#0A0H ；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)首地址 MOVR2，#08H ；8路計(jì)數(shù)器 SETBIT1 ；邊沿觸發(fā)方式 SETBEA ；中斷允許 SETBEX1 ；允許外部中斷1中斷 MOVDPTR，#0FEF8H ；指向ADC0809首地址LOOP：MOVX@DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換HERE：SJMPHERE ；等待中斷DJNZR2，LOOP ；巡回，未完繼續(xù) CLREA ；結(jié)束，關(guān)中斷 SJMP$

；結(jié)束停止設(shè)有一個(gè)8路模擬量輸入的巡回檢測(cè)系統(tǒng)，采樣數(shù)據(jù)依次存放在外部RAM0A0H～0A7H單元中，ADC0809的8個(gè)通道地址為0FEF8H～0FEFFH。中斷服務(wù)程序：MOVX A，@DPTR ；讀數(shù)MOVX @R0，A ；存數(shù)INC DPTR ；指向下一模擬通道INC R0

；指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)下一單元RETIC51程序：#include<absacc.h>#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineIN0XBYTE[0xFEF8] /*設(shè)置ADC0809的通道0地址*/sbitad_busy=P3^3; /*即EOC狀態(tài)*/voidad0809(ucharidata*x) /*采樣結(jié)果放指針中的A/D采集函數(shù)*/{uchari; ucharxdata*ad_adr; ad_adr=&IN0; for(i=0;i<8;i++) /*處理8通道*/ { *ad_adr=0; /*啟動(dòng)轉(zhuǎn)換*/ i=i; /*延時(shí)等待EOC變低*/ i=i; while(ad_busy==0); /*查詢