第9章--MCS51与AD、DA的接口

9.1A/D转换器的接口技术9.2MCS-51单片机与8位D/A转换器接口技术9.3MCS-51与12位D/A转换器的接口技术教学目的和要求本章主要介绍A/D和D/A转换的原理，几种典型的A/D和D/A电路以及MCS－51单片机的接口方法，包括硬件电路和硬件应用实例。重点掌握A/D和D/A的转换原理及与MCS－51系列单片机接口的设计。A/D转换器的接口技术能够把模拟量变成数字量的器件称为模数转换器(A/D)。能够把数字量变成模拟量的器件称为数模转换器(D/A)。A/D转换器的接口技术目前常用单片A/D转换器的输出形式大致可分为并行、串并行和串行输出三种。并行输出A/D转换器接口以位并行的形式输出通过I/O口与微机连接，其接口包括三态缓冲器、状态应答和地址选择等部分，这些部分可以集成于A/D转换器之内，也可以包含在由CPU、I/O端口及内存等组成的单片机内。A/D转换器的接口技术并行输出ADC接口框图A/D转换器的接口技术8位并行输出A/D转换器ADC0809接口(1)ADC0809的结构ADC0809是一种8路模拟输入8位数字输出的A/D转换芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D转换的。完成一次转换约需要100us。A/D转换器的接口技术0~5V三个地址信号A、B和C决定是哪一路模拟信号被选中并送到内部A/D转换器中进行转换，完成一次转换约需100µs可对8路0~5V的输入模拟电压信号分时进行转换输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接接到单片机数据总线上。A/D转换器的接口技术(2)ADC0809的引脚ADC0809是28脚双列直插式封装各引脚功能如下：IN0～IN7：8路模拟量输入引脚。START：A／D转换启动信号输入端。当START为高电平时，A/D开始转换。ALE：通道地址锁存允许信号输入端，上升沿有效。EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。A/D转换器的接口技术OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端。A、B、C：地址输入线，经译码后可选通IN0～IN7八通道中的一个通道进行转换。A为最低，C为最高。D7～D0：8位数字量输出引脚。VR(＋)：参考电压正端。一般接+5V高精度参考电源。VR(－)：参考电压负端。一般接模拟地。Vcc，GND：电源电压Vcc接+5V，GND为数字地。A/D转换器的接口技术ADC0809的操作时序如图9-5所示。转换结束允许输出A/D转换器的接口技术（3）ADC0809与8051的接口电路A/D转换器的接口技术（4）ADC0809接口控制程序图9-6所示接口可以采用定时采样、查询和中断三种控制方式，其程序如下。例9-1：下面的程序是采用软件延时的方法，分别对8路模拟信号轮流采样一次，并依次把结果转储到数据存储区20H开始的单元。MAIN：MOVR1，＃20H；置数据区首地址MOVDPTR，#0FEF8H；?MOVR7，#08H；置通道数LOOP：MOVX@DPTR，A；启动A/D转换MOVR6，＃0AH；软件延时，等待转换结束A/D转换器的接口技术DLAY：NOPNOPNOPDJNZR6，DLAYMOVXA，@DPTR；读取转换结果MOV@R1，A；转储INCDPTR；指向下一个通道INCR1；修改数据区指针DJNZR7，LOOP；8个通道全采样完了吗?RETA/D转换器的接口技术例9-2：用查询方式控制程序完成一次A/D启动并读取转换结果。读取数据存储于内部存储单元30H中。ADCON：MOVDPTR，#0FEF8HMOVX@DPTR，AWAIT：JBP3.3，WAIT；0,waitWAIT1：JNBP3.3，WAIT1；1，wait1MOVXA，@DPTRMOV30H，ARETA/D转换器的接口技术例9-3：ADC0809中断接口控制程序。ADC0809的EOC脚经过一非门连接到8051的INTl脚，程序如下：ORG0000HAJMPADCNORG0013HAJMPPINTIORG1000HADCN:SETBIT1；外部中断1初始化编程SETBEASETBEX1MOVDPTR，#0FEF8H；启动0809的IN0MOVA，＃00HMOVX@DPTR，AADED:SJMPADENA/D转换器的接口技术中断服务程序：PINTI：MOVDPTR，#0FEF8H；读取A／D结果MOVXA，@DPTRMOV30H，AMOVA，#00H；启动0809对IN0的转换MOVX@DPTR,A；RETIDAC0832的结构原理MCS-51单片机与8位D／A转换器接口技术DAC0832的结构原理1．DAC0832的特性分辨率为8位；电流输出，稳定时间为1µs；可双缓冲、单缓冲或直接数字输入；只需在满量程下调整其线性度；单一电源供电（+5~+15V）；低功耗，20mW。DAC0832的结构原理DAC0832的逻辑结构DAC0832主要由一个8位输入寄存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器组成。在D/A转换器中采用的是T型R-2R电阻网络。DAC0832的结构原理工作原理内部结构框图0锁存，1转换DAC0832的结构原理DAC0832芯片为20脚双列直插式封装，各管脚的功能如下：CS：片选信号引脚(低电平有效)。ILE：数据锁存允许控制信号输入线(高电平有效)。WRl：第一级锁存写选通(低电平有效)。XFER：数据传输控制信号输入线,低电平有效。WR2：第二级锁存写选通(低电平有效)。当XFER=0，WR2=0时，可使输入寄存器中的数据传送到DAC寄存器中。DAC0832的结构原理D0~D7：数据输入线。D0是最低位(LSB)，D7是最高位(MSB)。Iout1(IO1)：DAC电流输出线。当DAC寄存器为全1时，表示Ioutl为最大值，当DAC寄存器为全0时，表示Ioutl为0。Iout2(IO2)：DAC电流输出线。Iout2为常数减去Iout1，或者Iout1+Iout2=常数。在单极性输出时，Iout2通常接地。Rfb：内部集成反馈电阻，为外部运算放大器提供一个反馈电压。Rfb可由内部提供，也可由外部提供。DAC0832的结构原理VREF：参考电压输入，要求外部接一个精密的电源。当VREF为±10V／(或±5V)时，可获得满量程四象限的可乘操作。Vcc：数字电路供电电压，一般为＋5V／5V~+15V。AGND：模拟地。DGND：数字地。这是两种不同的地，但在一般情况下，这两个地最后总有一点接在一起，以便提高抗干扰能力。8位D/A转换器的接口方法8位D/A转换器的接口方法1．单缓冲型接口方法把D/A转器中的两个寄存器中任一个接成常通状态。2．双缓冲型接口方法双缓冲方式的接口主要应用在多路D／A转换器同步输出系统中。这种接口电路主要是把0832的输入寄存器的锁存信号和DAC寄存器的锁存信号分别进行控制。3．直通型的接口方法直通型电路与单缓冲接法比较相似，只是要把两级缓冲器接成常通。8位D/A转换器的接口方法图9-20(a)的接口电路是把DAC寄存器接成常通状态；即ILE接高电平，WR2和XFER接地，CS与P2.7口连接，WRl与单片机的WR端连接。8位D/A转换器的接口方法图9-20(b)接口电路是将输入寄存器接成常通状态：即将ILE接高电平，CS和WR1接地，WR2接单片机的WR，XFER与P2.7口连接。8位D/A转换器的接口方法图9-20(c)的接口电路使两个寄存器同时选通及锁存；即将ILE接高电平，WRl和WR2与单片机的WR连接，CS和XFER与P2.7口连接。8位D/A转换器的接口方法可以编出许多种波形输出的D/A转换程序，如锯齿波、三角波、梯形波、矩形波等。例9-6：利用DAC0832产生各种波形。产生锯齿波程序如下：DAADREQU7FFFHORG2000HSTAR：MOVDPTR，#DAADR；选中DAC0832MOVA，#00HLP：MOVX@DPTR，A；向0832输出数据INCASJMPLP8位D/A转换器的接口方法三角波程序如下：STAR：MOVDPTR，#DAADRDAS0：MOVA，#00HDASl：MOVX@DPTR，AINCAJNZDASlDAS2：DECAMOVX@DPTR，AJNZDAS2AJMPDAS08位D/A转换器的接口方法梯形波程序如下：ORG2000HSTAR：MOVDPTR，#DAADR；选中D/ALP1：MOVA，#dataL；置下限LP2：MOVX@DPTR，AINCACLRCSUBBA，#dataH；与上限比较JNCDOWNADDA，#dataH；恢复原值SJMPLP28位D/A转换器的接口方法DOWN：LCALLDEL；调上限延时程序LP3：MOVX@DPTR，ADECASUBBA，#dataL；与下限比较JCLP1ADDA，#dataLSJMPLP38位D/A转换器的接口方法双缓冲型接口方法图9-21为0832按双缓冲工作方式与8051连接形成的二路模拟信号同步输出的图形显示应用系统。该接口电路中，两个D/A转换器的第一级寄存器分别用两个地址控制，使单片机能分时的把数据传送到两个D/A转换器的输入寄存器中。两个D/A转换器的第二级寄存器的控制端XFER接在一起用一个地址控制，当XFER有效时，完成将输入寄存器中内容锁存到DAC寄存器，使这两个D/A转换器能同时进行转换并输出电压。8位D/A转换器的接口方法DAC0832按双缓冲方式与8051的连接图8位D/A转换器的接口方法例9-7：要使图形显示器的光点更新位置，可执行下面的程序：ORG2000HMOVDPTR，#00FEHMOVA，#datax；datax写入1#0832输入寄存器MOVX@DPTR，AMOVDPTR，#00FDHMOVA，#datay；datay写入2#0832输入寄存器MOVX@DPTR，AMOVDPTR，#00FBHMOVX@DPTR，A；1#和2#输入寄存器的内容同时送到DAC寄存器中。8位D/A转换器的接口方法直通型的接口方法直通型电路与单缓冲接法比较相似，只是要把两级缓冲器接成常通。即将CS、WRl、WR2和XFER接地，而ILE端必须保持高电平，DAC0832的数据线D0~D7可接微机系统独立的并行输出端口，如MCS-51的P1口或8255的PA、PB或PC口，一般不能接微机系统的数据总线，所以很少使用直通接口方法。D/A转换器的输出方式D/A转换器的输出方式D／A转换器输出分为单极性和双极性两种输出形式。其转换器的输出方式只与模拟量输出端的连接方式有关，而与其位数及其它控制信号无关。1．单极性输出在单极性输出方式下，当VREF接－5V(或+5V)时，输出电压范围是0~+5V(或0~－5V)。若VREF接－10V(或+10V)时，输出电压范围为0～+10V(或0～－10V)。其中数字量与模拟量的转换关系VOUT=－VREF×（数字码/256），如表9-4所示。D/A转换器的输出方式表9－4单极性输出D/A关系输入数字量模拟量输出（V）MSB…LSB1111111110000010100000000111111100000000－VREF×（255/256）－VREF×（130/256）－VREF×（128/256）－VREF×（127/256）－VREF×（0/256）D/A转换器的输出方式2．双极性输出在随动系统中(例如电机控制系统)，由偏差产生的控制量不仅与其大小有关，而且与控制量的极性有关。这时，如要求D/A转换器输出为双极性，则需在图9-20的基础上增加一个运算放大器即可，其电路如图9-22所示。D/A转换器的输出方式在图9-22中，运算放大器A2的作用是把运算放大器A1的单极性输出电压转变成双向输出。其原理是将A2的输入端（运放的反向输入端）通过电阻R1与参考电压VREF相连，因此运算放大器A2的输出电压：VOUT2=-（×VOUT1+×VREF）代入R1、R2、R3的值，可得：VOUT2=－(