第8章MCS51與DA和AD的接口

1單片機(jī)原理及其應(yīng)用第8章MCS-51與D/A、A/D接口主要內(nèi)容8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)單片機(jī)各種現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)量傳感器1傳感器2傳感器3放大器1放大器2放大器3多路模擬開關(guān)8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口8.1.1A/D轉(zhuǎn)換器概述實(shí)現(xiàn)模擬量變換成數(shù)字量的器件稱A/D轉(zhuǎn)換器.常用的有逐次比較式A/D和雙積分式A/D.常用的逐次比較式A/D有ADC0809、ADC574、ADC1210等.常用的雙積分式A/D有MC14433(3位半)、ICL7135(4位半)、ICL7109(12位二進(jìn)制)、ICL7104(16位二進(jìn)制)等等8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口2、A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)①分辨率：指A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的最小電壓，是反映A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)最小模擬輸入值的敏感度.通常是用A/D的位數(shù)來(lái)表示，比如8位、10位、12位等，所以，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量越多。其分辨率越高。如：8位ADC滿量程為5V,則分辨率為5000mV/256=20mV，也就是說(shuō)當(dāng)模擬電壓小于20mV，ADC就不能轉(zhuǎn)換了

所以分辨率一般表示式為：分辨率=Vref/2位數(shù)（單極性）或分辨率=（V+ref-V-ref)/2位數(shù)（雙極性）8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口②轉(zhuǎn)換時(shí)間：指從輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出的時(shí)間。一般轉(zhuǎn)換速度越快越好（特別是動(dòng)態(tài)信號(hào)采集）。超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間<1ns）、高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間<1μs）、中速（轉(zhuǎn)換時(shí)間<1ms）低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間<1s)等。如果采集對(duì)象是動(dòng)態(tài)連續(xù)信號(hào)，要求f采≥2f信，也就是說(shuō)必須在信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)采集2個(gè)以上的數(shù)據(jù)，才能保證信號(hào)形態(tài)被還原，這就是“最小采樣”原理。若f信=20kHz，則f采≥40kHz，其轉(zhuǎn)換時(shí)間要求≤25μs.8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口③轉(zhuǎn)換精度：有絕對(duì)精度和相對(duì)精度絕對(duì)精度——指實(shí)際需要的模擬量與理論上的模擬量之差。相對(duì)精度——指當(dāng)滿刻度值校準(zhǔn)后，任意數(shù)字量對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬量與理論值之差。精度和分辨率不能混淆.8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口④線性度：當(dāng)模擬量變化時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量，按比例變化的程度⑤量程：指能夠轉(zhuǎn)換的電壓的范圍0～5V0～10V⑥工作溫度范圍較好的A／D轉(zhuǎn)換器工作溫度范圍為-40--85℃較差的A／D轉(zhuǎn)換器工作溫度范圍為0--70℃8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口8.1.2ADC0809與單片機(jī)接口1、ADC0809是一種常用的8位逐次比較式A/D.下圖是ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2、引腳圖8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

START

EOC

D3

OE

CLOCK

VCC

VREF+

GND

D1

IN2

IN1

IN0

ADDA

ADDB

ADDC

ALE

D7

D6

D5

D4

D0

VREF-

D2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

2

ADDCADDBADDA選擇通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN78.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口3ADC0809的工作流程

START/ALE

地址鎖存

ADDA/B/C

EOC

OE

D0~D7

轉(zhuǎn)換結(jié)束

讀取結(jié)果

DATA

啟動(dòng)8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口①

輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中，經(jīng)地址譯碼器譯碼從8路模擬通道中選通一路模擬量送到比較器。②

送START一高脈沖，START的上升沿使逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并使EOC信號(hào)為低電平。③

當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入到輸出三態(tài)鎖存器，并使EOC信號(hào)回到高電平，通知CPU已轉(zhuǎn)換結(jié)束。④

當(dāng)CPU執(zhí)行一讀數(shù)據(jù)指令，使OE為高電平，則從輸出端D0~D7讀出數(shù)據(jù)。8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口4、ADC0809與8051接口P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEWR

P2.7RDINTO+++5VGNDD0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTARTOEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

VREF+VREF-ADC08098051分頻器00011100110IN0:0000HIN1:0001HIN2:0002HIN3:0003HIN4:0004HIN5:0005HIN6:0006HIN7:0007H8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口設(shè)接口電路用于一個(gè)8路模擬量輸入的巡回檢測(cè)系統(tǒng)，使用中斷方式采樣數(shù)據(jù)，把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi)RAM的30H~37H單元中。采樣完一遍后停止采集。匯編語(yǔ)言編程：ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPINT0ORG0100H；主程序MAIN:MOVR0，#30H；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針MOVR2，#08H；設(shè)置8路采樣計(jì)數(shù)值SETBIT0；設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式SETBEA；CPU開放中斷SETBEX0；允許外部中斷0中斷MOVDPTR，#0000H；送入口地址并指向IN08.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口LOOP：MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，A的值無(wú)意義HERE：SJMPHERE；等待中斷ORG0200H；中斷服務(wù)程序INT0：MOVXA，@DPTR；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量MOV@R0，A；存入片內(nèi)RAM單元INCDPTR；指向下一模擬通道INCR0；指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DJNZR2，NEXT；8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù)CLREA；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷CLREX0；禁止外部中斷0中斷RETI；中斷返回NEXT：MOVX@DPTR，A；再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換RETI；中斷返回8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口C語(yǔ)言編程：#include<reg51.h>#include<absacc.h>//定義絕對(duì)地址訪問(wèn)#defineucharunsignedchar#defineIN0XBYTE[0x0000]//定義IN0為通道0的地址staticuchardatax[8];//定義8個(gè)單元的數(shù)組，存放結(jié)果ucharxdata*ad_adr;//定義指向通道的指針uchari=0;8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口voidmain(void){IT0=1;//初始化EX0=1;EA=1;i=0;ad_adr=&IN0;//指針指向通道0*ad_adr=i;//啟動(dòng)通道0轉(zhuǎn)換for(;;){;}//等待中斷}8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口voidint_adc(void)interrupt0//中斷函數(shù){x[i]=*ad_adr;//接收當(dāng)前通道轉(zhuǎn)換結(jié)果i++;ad_adr++;//指向下一個(gè)通道if(i<8){*ad_adr=i;//8個(gè)通道未轉(zhuǎn)換完，啟動(dòng)下一個(gè)通道返回}else{EA=0;EX0=0;//8個(gè)通道轉(zhuǎn)換完，關(guān)中斷返回}}8.2.1D/A轉(zhuǎn)換器概述一．D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)1．分辨率2．精度3．線性度4．溫度靈敏度5．建立時(shí)間二．D/A轉(zhuǎn)換的分類按輸入數(shù)字量的位數(shù)分：8位、10位、12位和16位等；按輸入的數(shù)碼分：二進(jìn)制方式和BCD碼方式；按傳送數(shù)字量的方式分：并行方式和串行方式；按輸出形式分：電流輸出型和電壓輸出型，電壓輸出型又有單極性和雙極性；按與單片機(jī)的接口分：帶輸入鎖存的和不帶輸入鎖存的。8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口分辨率是指D/A轉(zhuǎn)換器所能產(chǎn)生的最小模擬量的增量，是數(shù)字量最低有效位(LSB)所對(duì)應(yīng)的模擬值。例：8位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為滿量程信號(hào)值的1/256。建立時(shí)間是指從數(shù)字量輸入端發(fā)生變化開始，即從全0變?yōu)槿?，到模擬輸出穩(wěn)定在滿量程的±1/2LSB時(shí)所需要的時(shí)間，它是描述D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)參數(shù)。三．D/A轉(zhuǎn)換器與單處機(jī)的連接1．?dāng)?shù)據(jù)線的連接

D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線的連接主要考慮兩個(gè)問(wèn)題：①位數(shù):當(dāng)高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器與8位數(shù)據(jù)總線的MCS-51單片機(jī)接口時(shí)，MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)必須分時(shí)輸出，這時(shí)必須考慮數(shù)據(jù)分時(shí)傳送的格式和輸出電壓的“毛刺”問(wèn)題；

②D/A轉(zhuǎn)換器有無(wú)輸入鎖存器:當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部沒有輸入鎖存器時(shí)，必須在單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器之間增設(shè)鎖存器或I/O接口。2．地址線的連接一般的D/A轉(zhuǎn)換器只有片選信號(hào)，而沒有地址線。這時(shí)單片機(jī)的地址線采用全譯碼或部分譯碼，經(jīng)譯碼器輸出來(lái)控制D/A轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)，也可由某一位I/O線來(lái)控制D/A轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)。3．控制線的連接

D/A轉(zhuǎn)換器主要有片選信號(hào)、寫信號(hào)及啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)等，一般由單片機(jī)的有關(guān)引腳或譯碼器提供。8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口8.2.2MCS-51與8位DAC0832的接口一．DAC0832芯片

DAC0832是一種電流型D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)字輸入端具有雙重緩沖功能，可以雙緩沖、單緩沖或直通方式輸入，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖。8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口與與與DI0~DI7ILECSWR1WR2XFER輸入寄存器DAC寄存器D/A轉(zhuǎn)換器LE1LE2VREFRfbIOUT1IOUT2AGNDVCCDGNDDAC0832二．DAC0832的引腳DAC0832有20引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。CSWR1AGNDDI3DI2DI2DI0VREFRFBDGNDVCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT21234567891020191817161514131211其中：DI0～DI7（DI0為最低位）：8位數(shù)字量輸入端。ILE：數(shù)據(jù)允許控制輸入線，高電平有效。片選信號(hào)。寫信號(hào)線1。8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口：寫信號(hào)線2。：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。IOUT1：模擬電流輸出線1。它是數(shù)字量輸入為“1”的模擬電流輸出端。IOUT2：模擬電流輸出線2，它是數(shù)字量輸入為“0”的模擬電流輸出端，采用單極性輸出時(shí)，IOUT2常常接地。Rfb：片內(nèi)反饋電阻引出線，反饋電阻制作在芯片內(nèi)部，用作外接的運(yùn)算放大器的反饋電阻。VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線。電壓范圍為－10V～＋10V。VCC：工作電源輸入端，可接＋5V～＋15V電源。AGND：模擬地。DGND：數(shù)字地。三．DAC0832的工作方式DAC0832有三種方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口1．直通方式：Vout-VCCILECSWR1DI0~DI7WR2XFERDGNDAGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V--5V--A+-P2.7WRP1.0~P1.780512．單緩沖方式：8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口Vout-VCCILECSWR1DI0~DI7WR2XFERDGNDAGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V--5V--A+-P2.7WRP0.0~P0.78051DA轉(zhuǎn)換器的地址：7FFFH3．雙緩沖方式：8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口P2.7P2.6WRP0.0~P0.78051

Vout-VCCILECSXFERWR1WR2DI0~DI7DGNDAGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V--5V--A+-單片機(jī)對(duì)DA轉(zhuǎn)換器的操作分兩步進(jìn)行：①使8位輸入鎖存器導(dǎo)通地址：7FFFH②使8位DAC寄存器導(dǎo)通地址：BFFFH四．DAC0832的應(yīng)用

D/A轉(zhuǎn)換器在實(shí)際中經(jīng)常作為波形發(fā)生器使用，通過(guò)它可以產(chǎn)生各種各樣的波形。

基本原理如下：利用D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比這一特點(diǎn)，通過(guò)程序控制CPU向D/A轉(zhuǎn)換器送出隨時(shí)間呈一定規(guī)律變化的數(shù)字，則D/A轉(zhuǎn)換器輸出端就可以輸出隨時(shí)間按一定規(guī)律變化的波形。8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口例1:根據(jù)單緩沖的方式連接，編程從DAC0832輸出端分別產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波。DAC0832的口地址為7FFFH。鋸齒波MOVDPTR，#7FFFHCLRALOOP：MOVX@DPTR，AINCASJMPLOOP三角波MOVDPTR，#7FFFHCLRALOOP1：MOVX@DPTR，AINCACJNEA，#0FFH，LOOP1LOOP2：MOVX@DPTR，ADECAJNZLOOP2SJMPLOOP1方波MOVDPTR，#7FFFHLOOP：MOVA，#00HMOVX@DPTR，AACALLDELAYMOVA，#FFHMOVX@DPTR，AACALLDELAYSJMPLOOPDELAY：MOVR7，#0FFHDJNZR7，$RET8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口C語(yǔ)言編程：鋸齒波：#include<absacc.h>//定義絕對(duì)地址訪問(wèn)#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]voidmain(){uchari;while(1){for(i=0;i<0xff;i++)

{DAC0832=i;}}}8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口#include<absacc.h>//定義絕對(duì)地址訪問(wèn)#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]voidmain(){uchari;while(1){for(i=0;i<0xff;i++)

{DAC0832=i;}for(i=0xff;i>0;i--){DAC0832=i;}}}8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口三角波：方波：#include<absacc.h>//定義絕對(duì)地址訪問(wèn)#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]voiddelay(void);voidmain(){uchari;while(1){8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口DAC0832=0;//輸出低電平delay();//延時(shí)DAC0832=0xff;//輸出高電平delay();//延時(shí)}}voiddelay()//延時(shí)函數(shù){uchari;for(i=0;i<0xff;i++){;}}8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口習(xí)題：利用DAC0832芯片，采用單緩沖方式，產(chǎn)生梯形波，分別用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。梯形波MOVDPTR，#7FFFHCLRALOOP1：MOVX@DPTR，AINCACJNEA，#0FFH，LOOP1MOVX@DPTR,AACALLDELAYLOOP2：MOVX@DPTR，ADECAJNZLOOP2ACALLDELAYSJMPLOOP1DELAY：MOVR7，#0FFHDJNZR7，$RET梯形波：#include<absacc.h>//定義絕對(duì)地址訪問(wèn)#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]voiddelay(void);voidmain(){uchari;while(1){

for(i=0;i<0xff;i++)

{DAC0832=i;}

delay();//延時(shí)

8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口for(i=0xff;i>0;i--){DAC0832=i;

}delay();}}voiddelay()//延時(shí)函數(shù){uchari;for(i=0;i<0xff;i++){;}}設(shè)計(jì)實(shí)例多路數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)1多路數(shù)字電壓表的原理及功能①多路數(shù)字式電壓表應(yīng)用系統(tǒng)主要利用A/D轉(zhuǎn)換器②處理過(guò)程如下：先用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)各路電壓值進(jìn)行采樣，得到相應(yīng)的數(shù)字量，再按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運(yùn)算得到對(duì)應(yīng)的模擬電壓值，然后把模擬值通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。③設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)待測(cè)的輸入電壓為8路，電壓值的范圍為0～5V，要求能在四位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。測(cè)量的最小分辨率為0.019V，測(cè)量誤差為0.02V。

設(shè)計(jì)實(shí)例多路數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，