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第6章思考和練習(xí)解答6.1什么叫A-D轉(zhuǎn)換?為什么要進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換?答:將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過(guò)程稱為A-D轉(zhuǎn)換。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,被檢測(cè)的信號(hào)往往是連續(xù)變化的模擬量,如電壓、溫度、壓力、流量、速度等,對(duì)于這些模擬量,單片機(jī)不能直接進(jìn)行處理,而必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),才能為單片機(jī)所接受和處理。6.2一個(gè)8位A-D轉(zhuǎn)換器的分辨率是多少?若基準(zhǔn)電壓為5V,該A-D轉(zhuǎn)換器能分辨的最小電壓變化是多少?10位和12位呢?答:A-D轉(zhuǎn)換器分辨率=UREF/2N,它表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量,其中N為A-D轉(zhuǎn)換的位數(shù),N越大,分辨率越高,習(xí)慣上常以A-D轉(zhuǎn)換位數(shù)表示。8位A-D轉(zhuǎn)換器的分辨率是1/28=1/256≈3.9‰。基準(zhǔn)電壓5V時(shí),能分辨的最小電壓變化是5V/256≈20mV。10位A-D轉(zhuǎn)換器的分辨率是1/210=1/1024≈0.98‰。基準(zhǔn)電壓5V時(shí),能分辨的最小電壓變化是5V/1024≈4.9mV。12位A-D轉(zhuǎn)換器的分辨率是1/212=1/4096≈0.24‰?;鶞?zhǔn)電壓5V時(shí),能分辨的最小電壓變化是5V/4096≈1.22mV。6.3圖6-1電路中,怎樣啟動(dòng)0809A-D轉(zhuǎn)換?答:參閱教材書P.158。C51程序中:XBYTE[0x7ff8+i]這條指令中包含3份信息,起到3種作用:3份信息:=1\*GB3①片選0809(0x7ff8=0111111111111000,高8位中,P2.7=0,有效);=2\*GB3②當(dāng)前轉(zhuǎn)換的通道地址(低3位)i(當(dāng)前是000,通道地址隨i遞增);=3\*GB3③執(zhí)行該指令(輸出)時(shí),片內(nèi)硬件自動(dòng)使有效。3種作用:=1\*GB3①DPTR=7FF8H最低3位地址A2A1A0(000)輸入到0809模擬信號(hào)通道地址輸入端CBA;=2\*GB3②P2.7有效和有效(均為低電平)或非后,全0出“1”,使0809ALE信號(hào)有效,鎖存從CBA輸入的通道地址000;=3\*GB3③同時(shí)使0809START信號(hào)有效,啟動(dòng)A-D轉(zhuǎn)換。6.4圖6-5電路中,ADC0832數(shù)據(jù)輸入輸出端DI、DO端連接在一起,會(huì)不會(huì)引起沖突?答:根據(jù)ADC0832串行A-D轉(zhuǎn)換工作時(shí)序,DI端在接收主機(jī)起始和通道配置信號(hào)后關(guān)斷,直至再次出現(xiàn)下跳變,DO端在DI端有效期間始終處于三態(tài),因此DI端與DO端可與RXD端連接在一起,不會(huì)引起沖突。6.5什么叫D-A轉(zhuǎn)換?基本原理是什么?若D=65H,UREF=5V,求D-A轉(zhuǎn)換后輸出電壓多少?答:將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的過(guò)程稱為D-A轉(zhuǎn)換。D-A轉(zhuǎn)換的基本原理是應(yīng)用電阻解碼網(wǎng)絡(luò),將N位數(shù)字量逐位轉(zhuǎn)換為模擬量并求和,從而實(shí)現(xiàn)將N位數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量。輸出電壓UO應(yīng)與輸入數(shù)字量D成正比:UO=(D0×20+D1×21+…+DN-1×2N-1)×UREF/2N=101×5/256≈1.973V(65H=101)6.6什么叫單緩沖和雙緩沖工作方式?各有什么功能?答:參閱教材書P.173~174。6.7已知0809A-D轉(zhuǎn)換中DPTR值,試指出其片選端和當(dāng)前A-D的通道編號(hào)。=1\*GB3①DPTR=DFF9H =2\*GB3②DPTR=FDFFH答:=1\*GB3①DPTR=DFF9H;DFF9H=1101111111111001,片選端:P2.5;通道編號(hào):1。=2\*GB3②DPTR=FDFFH;FDFFH=1111110111111111,片選端:P2.1;通道編號(hào):7。6.8已知0809片選端和當(dāng)前A-D的通道編號(hào),試指出A-D轉(zhuǎn)換中DPTR值。=1\*GB3①片選端:P2.4;通道編號(hào):0 =2\*GB3②片選端:P2.0;通道編號(hào):6答:=1\*GB3①片選端:P2.4;通道編號(hào):0;DPTR=1110111111111000=EFF8H。=2\*GB3②片選端:P2.0;通道編號(hào):6;DPTR=1111111011111110=FEFEH。6.9參照任務(wù)18.1,要求用查詢方式實(shí)現(xiàn)A-D轉(zhuǎn)換,試畫出ProteusISIS虛擬電路,編制程序,并仿真調(diào)試。解:查詢方式。0809EOC端可不必通過(guò)反相器與或相連,直接與80C51P1口或P3口中任一端線相連(設(shè)為P1.0),如圖6-24所示,其余部分與圖6-15電路完全相同。圖圖6-24ADC0808查詢方式A-D轉(zhuǎn)換并動(dòng)態(tài)顯示電路8+5V模擬量輸入ALESTARTD0~D7ADC0808CBAIN0~I(xiàn)N7CLKOEUREF+UREF-EOC83A0~A274373D0~D7Q0~Q7G≥1≥18共陽(yáng)數(shù)碼管8CLKQ0~Q7D0~D774LS377Dpgfedcba+5VR2R1R0VT2VT1VT0Vt3R380C51P0ALEP2.7P0P1.4P1.5P1.6P2.6P1.7P1.0C51編程如下:畫出Proteus仿真電路如圖6-25所示。圖圖6-25ADC0808查詢方式A-D(ALE輸出CLK)Proteus仿真電路6.10參照任務(wù)18.1,要求用延時(shí)等待方式實(shí)現(xiàn)A-D轉(zhuǎn)換,試畫出ProteusISIS虛擬電路,編制程序,并仿真調(diào)試。解:延時(shí)等待方式。0809EOC端可不必與80C51相連,而是根據(jù)時(shí)鐘頻率計(jì)算出A-D轉(zhuǎn)換時(shí)間(每路每次A-D需64個(gè)時(shí)鐘周期),略微延長(zhǎng)后直接讀A-D轉(zhuǎn)換值。ADC0808延時(shí)方式A-D電路如圖6-26所示,0808EOC對(duì)外開(kāi)路,其余部分與圖6-15電路完全相同。圖圖6-26ADC0808延時(shí)方式A-D轉(zhuǎn)換并動(dòng)態(tài)顯示電路8+5V模擬量輸入ALESTARTD0~D7ADC0808CBAIN0~I(xiàn)N7CLKOEUREF+UREF-EOC83A0~A274373D0~D7Q0~Q7G≥1≥18共陽(yáng)數(shù)碼管8CLKQ0~Q7D0~D774LS377Dpgfedcba+5VR2R1R0VT2VT1VT0VT3R380C51P0ALEP2.7P0P1.4P1.5P1.6P2.6P1.7C51編程如下:查詢方式與延時(shí)等待方式的區(qū)別是,前者是在啟動(dòng)A-D后,不斷查詢,直到EOC變?yōu)楦唠娖?,表明A-D轉(zhuǎn)換結(jié)束后,讀A-D值;后者是在啟動(dòng)A-D后延遲一段時(shí)間直接讀A-D值,而根本不管EOC是低電平還是高電平,這樣延遲時(shí)間必須大于0809A-D轉(zhuǎn)換時(shí)間,好在0809A-D轉(zhuǎn)換時(shí)間與0809CLK有固定關(guān)系,轉(zhuǎn)換一次需64個(gè)時(shí)鐘周期。而80C51一個(gè)機(jī)周內(nèi)二次發(fā)出ALE信號(hào),即需要延時(shí)大于(64÷2)=32機(jī)周,0809就能完成A-D轉(zhuǎn)換,取延遲等待時(shí)間比0809A-D轉(zhuǎn)換時(shí)間32機(jī)周略長(zhǎng)即可。畫出Proteus仿真電路如圖6-27所示。圖圖6-270808延時(shí)方式A-D(ALE輸出CLK)Proteus仿真電路6.11根據(jù)下列已知條件,試求D/A轉(zhuǎn)換后輸出電壓UA。=1\*GB3①D=80H,UREF=5V,N=8 =2\*GB3②D=345H,UREF=3V,N=12解:=1\*GB3①UA=D×UREF/2N=128×5/256=2.50V (80H→128)=2\*GB3②UA=D×UREF/2N=837×3/4096=0.613V (345H→837)6.12已知0832D-A單緩沖電路如圖6-21所示,要求輸出圖6-23所示連續(xù)鋸齒波,其峰值對(duì)應(yīng)FFH,fOSC=6MHz,試編制程序,畫出ProteusISIS虛擬電路,并仿真調(diào)試。解:C51編程如下:畫出ProteusISIS虛擬電路如圖9-97所示。圖圖9-97ProteusISIS虛擬仿真DAC0832D-A電路ProteusISIS虛擬仿真調(diào)試:左鍵雙擊圖9-97所示電路中AT89C51,裝入Hex文件。全速運(yùn)行后,示波器跳出所求鋸齒波,如圖9-98所示。示波器Y軸(幅度)可選1V/格,若短路RP2(運(yùn)放增益為0),則鋸齒波幅度為UREF=5V。調(diào)節(jié)RP2,可調(diào)節(jié)運(yùn)放增益,從而增加鋸齒波幅度(RP2取10kΩ或以上,運(yùn)放正負(fù)電源取±15V)。示波器X軸(時(shí)間)可選1ms/格。我們看到:在同一設(shè)置條件下,用匯編程序和用C51程序虛擬仿真得出的鋸齒波,周期是不一樣的。匯編程序根據(jù)理論計(jì)算為2560機(jī)器周期,若晶振取6MHz(2s/機(jī)周),則周期為5.12ms;觀測(cè)虛擬仿真示波器鋸齒波周期約5格(5ms)略多些,與理論計(jì)算相符。C51程序因需KeilC51編譯器編譯轉(zhuǎn)換為匯編程序,因此無(wú)法理論計(jì)算鋸齒波周期(若要計(jì)算,可根據(jù)編譯后的匯編程序計(jì)算),從示波器鋸齒波周期上看,C51程序產(chǎn)生的鋸齒波周期明顯大于匯編程序產(chǎn)生的鋸齒波周期,C51約17格(17ms)略少些。此事說(shuō)明:C51程序的實(shí)時(shí)控制性能劣于匯編程序,在要求較高的場(chǎng)合,可能不能滿足需要。a)b)a)
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