单片机原理-第09章-单片机与数模及模数转换器的接口(教学PPT)

1单片机与模数及数模转换器接口第九章2概述数模转换将数字量转换为模拟电量(电压或电流)，输出模拟量与输入数字量成正比关系。实现这种转换功能的电路叫数模转换器，简称DAC。3概述模数转换将模拟电量转换为数字量，使输出数字量与输入模拟电量成正比。实现这种转换功能的电路叫模数转换器，简称ADC。4目前常见D/A和A/D转换电路类型D/A转换电路类型•权电阻网络D/A转换器；•梯形电阻网络转换器；•倒梯形电阻网络转换器等。5目前常见D/A和A/D转换电路类型A/D转换电路类型1.A/D转换器：输入的模拟信号直接被转换成相应的数字信号；2.间接A/D转换器：将输入的模拟信号先转换成某个中间变量（如时间T、频率f等），然后再将中间变量转换为最后的数字量等。6典型数字控制系统框图79.1D/A转换器DAC将数字量转换为模拟量，基本要求是输出Vo与输入数字量D成正比，即：Vo=D·VR这里，VR为参考电压。D=dn-12n-1+dn-22n-2+…+d121+d020uo或io输出D/Ad0d1dn－1输入…8D/A转换基本组成T型解码网络、模拟电子开关和求和放大器。VoS3S2S1S0D0D1D2D3++-R2R2R2R2R2R2RRRVREFRf9输出电压Vo12101210(22...22)23ffnnRnnnVoIrRRVddddR10D/A输入、输出转换特性★每一个二进制代码的数字信号，通过位数（位权值）的计算，都可以对应一个相应的十进制数。★相邻两个数字信号转换出来的数值是不连续的，说明转换电路存在转换误差。这个误差也就是D/A转换电路所能分解的最小量，通常称为量化级。001122222)(DDDivOO7654321000001010011100101110111000VO/VDD2D1D0VO/V0000001101020113100410151106111711DAC的主要技术指标(1)分辨率：输入数字量最低有效位为1时，对应输出可分辨的电压变化量△V与最大输出电压Vm之比。121nmVV分辨率＝分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越灵敏。而分辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率越高。12DAC的主要指标(2)偏移误差：输入数字量为0时，输出模拟量对0的偏移量。(3)线性度：D/A转换器的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏差。通常线性度不应超出±1/2LSB。(4)精度：实际模拟输出与理想模拟输出之间的最大偏差。13DAC的主要指标(5)转换速度：从数字信号输入DAC，到输出电流(或电压)达到稳定值所需的时间称为建立时间。建立时间的大小决定了转换速度的快慢。目前10~12位单片集成D/A转换器(不包括运放)的建立时间可以在1μs以内。14DAC的主要指标(6)温度灵敏度：保持输入不变，输出模拟信号随温度变化的灵敏度，一般DAC的温度灵敏度为±5×10-5/oC。15影响DAC精度的因素增大输入数字量位数。但位数越高，器件价格越贵；高稳定度的基准电压VR；低漂移运算放大器。169.2MCS-51与DAC的接口DAC0832引脚图功能ILE＆＆＆8位D/A转换器8位DAC寄存器8位数据输入寄存器VCC20IOUT212IOUT111Rfb93AGND1013141516567LsbD0D1D2D3D4D5D6D74VSS(DGND)Vref817181912XFER2WRCS1WR1LE2LEDAC0832的内部结构CS1WRAGNDDI3DI2DI1DI0VrefRfbDGNDVccILE2WRDI4DI5DI6DI7Iout2Iout1XFER1234567891011121314151617181920DAC083217DAC0832的主要控制引脚定义ILE输入锁存允许WR1控制输入寄存器数据写入WR2控制DAC寄存器数据写入XFER控制数据从输入寄存器到DAC寄存器的传送189.2.2DAC0832与MCS-51的连接单缓冲方式两个8位数据寄存器中有一个处于数据接收状态，另外一个受微机的控制信号控制；双缓冲方式两个8位数据寄存器都不处于数据接收状态，单片机必须送两次写信号才能完成一次D/A转换。用于要求D/A转换同步输出的场合。19单缓冲方式MOVR0,#data8MOVX@R0,AMOVDPTR,#data16MOVX@DPTR,A启动转换指令锁存器译码器WRP0.7~P0.08051ALEEAWR1WR2XFERCSILEDI7~DI0DAC0832+EG20单缓冲方式74LS373GDI7~DI0VCCILEVrefRfb＋－ACSXFERWR1WR2P0ALEP2.7WR8051DAC0832＋5VVoutIout1Iout2AGNDDGND21双缓冲方式DAC0832看作是外部RAM的两个单元，二个地址分别分配给输入寄存器和DAC寄存器。锁存器译码器WRP0.7~P0.08031ALEEAWR1WR2XFERCSILEDI7~DI0DAC0832＋5V229.2.4D/A转换器的应用-产生阶梯波START:MOVA,#00HMOVR0,#20HMOVR1,#10LOOP:MOVX@R0,AACALLDELAYDJNZR1,NEXTSJMPSTARTNEXT:ADDA,#10SJMPLOOP23D/A转换器的应用－产生三角波START:CLRAMOVR0,#20HUP:MOVX@R0,AINCAJNZUPMOVA,#254DOWN:MOVX@R0,ADECAJNZDOWNSJMPUP249.3A/D转换器A/D转换器用来将模拟量转换为数字量。按转换原理可分：计数式、双积分式、逐次逼近式以及并行式A/D转换器4种。其中最常用的有：双积分式ADC：主要优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜。缺点是转换速度较慢，这种转换器主要用于速度要求不高的场合。逐次逼近式ADC：是速度较快，精度较高的转换器，转换时间约在几μs到几百μs之间。25ADC的主要技术指标1.分辨率ADC对输入模拟信号的分辨能力。从理论上讲，一个n位二进制数输出的A/D转换器应能区分输入模拟电压的2n个不同量级，能区分输入模拟电压的最小差异为（满量程输入的1/2n）。如果，A/D转换器的输出为12位二进制数，最大输入模拟信号为10V，分辨率为：FSRn2112110102.4424096VVmV26ADC的主要技术指标2.转换速度完成一次转换所需的时间。转换时间是从接到转换启动信号开始，到输出端获得稳定的数字信号所经过的时间。A/D转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型，不同类型A/D转换器的转换速度相差很大。27ADC的主要技术指标3.相对精度理想情况下，输入模拟信号所有转换点应当在一条直线上，但实际的特性不能做到输入模拟信号所有转换点在一条直线上。相对精度是指实际的转换点偏离理想特性的误差，一般用最低有效位来表示。28ADC的主要技术指标4.采样保持电路保证在A/D转换过程中，使模拟电压稳定，减小误差。5.接口方式并行方式、串行方式299.4MCS-51与ADC的接口9.4.1ADC0809ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺。多路开关选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，公用一个A/D转换器进行转换。30ADC0809内部逻辑结构三态锁存输出缓冲器8位A/D转换器8路模拟开关STARTCLOCKD0D7IN0IN7VCCGNDOEVR(+)VR(-)38地址锁存与译码器ABCALEEOCSTART转换启动信号。上跳沿时，所有内部寄存器清0；下跳沿时，A/D转换；转换期，保持低电平。ALE地址锁存，选择通道。EOC转换结束信号，高电平有效。CLOCK时钟信号，最高允许640KHz。OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，数据输出。A、B、CA为低位地址，C为高位地址，用于对模拟通道进行选择。32DAC0809的时序339.4.2ADC0809与MCS-51连接方法CLOCK34ADC0809与MCS-51连接方法ADC0809作为一个外部扩展的并行I/O口，直接由P2.0和WR脉冲进行启动。端口地址为0FE00H。用中断方式读取转换结果，模拟量输入通道选择端ADDA、ADDB、ADDC分别与P0.0、P0.1、P0.2直接相连，CLK由8031的ALE提供。35程序设计方法ORG0000HLJMPMAINORG0013HAJMPBINT1ORG1000HMAIN:MOVR1,#30H;数据区首地址MOVR4,#08H；通道数SETBEASETBEX1SETBIT1MOVDPTR,#0FE00HMOVX@DPTR,ASJMP$BINT1:MOVXA,@DPTRMOV@R1,AINCR1INCDPTRMOVX@DPTR,ADJNZR4,LOOPCLREX1；关中断LOOP:RETI