《单片机原理、应用及c51程序设计》第8章__MCS-51与DA、AD的接口

第8章MCS-51与D/A、A/D的接口第8章MCS-51与D/A、A/D的接口8.1MCS-51单片机与ADC的接口8.1.1A/D转换器概述一．A/D转换器的类型及原理A/D转换器（ADC）的作用是把模拟量转换成数字量，以便于计算机进行处理。随着超大规模集成电路技术的飞速发展，现在有很多类型的A/D转换器芯片，不同的芯片，它们的内部结构不一样，转换原理也不同，各种A/D转换芯片根据转换原理可分为计数型A/D转换器、逐次比较式、双重积分型和并行式A/D转换器等；按转换方法可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器；按其分辨率可分为4~16位的A/D转换器芯片。1．计数型A/D转换器计数型A/D转换器由D/A转换器、计数器和比较器组成，工作时，计数器由零开始计数，每计一次数后，计数值送往D/A转换器进行转换，并将生成的模拟信号与输入的模拟信号在比较器内进行比较，第8章MCS-51与D/A、A/D的接口若前者小于后者，则计数值加1，重复D/A转换及比较过程，依此类推，直到当D/A转换后的模拟信号与输入的模拟信号相同，则停止计数，这时，计数器中的当前值就为输入模拟量对应的数字量。这种A/D转换器结构简单、原理清楚，但它的转换速度与精度之间存在矛盾，当提高精度时，转换的速度就慢，当提高速度时，转换的精度就低，所以在实际中很少使用。2．逐次逼近型A/D转换器逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、寄存器及控制电路组成部分。与计数型相同，也要进行比较以得到转换的数字量，但逐次逼近型是用一个寄存器从高位到低位依次开始逐位试探比较。转换过程如下：开始时寄存器各位清0，转换时，先将最高位置1，送D/A转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则1保留，如果转换的模拟量比输入模拟量大，则1不保留，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的数字量。一个n位的逐次逼近型A/D转换器转换只须要比较n次，转换时间只取决于位数和时钟周期。逐次逼近型A/D转换器转换速度快，在实际中广泛使用。第8章MCS-51与D/A、A/D的接口双重积分型A/D转换器将输入电压先变换成与其平均值成正比的时间间隔，然后再把此时间间隔转换成数字量，它属于间接型转换器。它的转换过程分为采样和比较两个过程。采样即用积分器对输入模拟电压进行固定时间的积分，输入模拟电压值越大，采样值越大，比较就是用基准电压对积分器进行反向积分，直至积分器的值为0，由于基准电压值固定，所以采样值越大，反向积分时积分时间越长，积分时间与输入电压值成正比，最后把积分时间转换成数字量，则该数字量就为输入模拟量对应的数字量。由于在转换过程中进行了两次积分，因此称为双重积分型。双重积分型A/D转换器转换精度高，稳定性好，测量的是输入电压在一段时间的平均值，而不是输入电压的瞬间值，因此它的抗干扰能力强，但是转换速度慢，双重积分型A/D转换器在工业上应用也比较广泛。3．双重积分型A/D转换器二．A/D转换器的主要性能指标1．分辨率2．转换时间3．量程4．转换精度第8章MCS-51与D/A、A/D的接口8.1.2ADC0809与MCS-51的接口一．ADC0809芯片ADC0809是CMOS单片型逐次逼近型A/D转换器，具有8路模拟量输入通道，有转换起停控制，模拟输入电压范围为0~+5V，转换时间为100s，它的内部结构如图所示。IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADDAADDBADDCALE通道选择开关地址锁存和译码定时和控制逐次逼近寄存器SAR8位三态锁存缓冲器DACOEEOCCLOCKSTARTVCCGNDVREF+VREF-ADC0809D0D1D2D3D4D5D6D7第8章MCS-51与D/A、A/D的接口二．ADC0809的引脚ADC0809芯片有28个引脚，采用双列直插式封装，如图。IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCVREF+GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0VREF-D2123456789101112131428272625242322212019181716152第8章MCS-51与D/A、A/D的接口其中：IN0~IN7：8路模拟量输入端。D0~D7：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选择8路模拟通道中的一路，选择情况见表。ADDCADDBADDA选择通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ALE：地址锁存允许信号，输入，由低电平变高电平锁存。START：A/D转换启动信号，输入，由高电平变低电平启动。第8章MCS-51与D/A、A/D的接口EOC：A/D转换结束信号，输出。当启动转换时，该引脚为低电平，当A/D转换结束时，该线脚输出高电平。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当转换结束后，如果从该引脚输入高电平，则打开输出三态门，输出锁存器的数据从D0~D7送出。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ.REF+、REF-：基准电压输入端。Vcc：电源，接+5V电源。GND：地。三．ADC0809的工作流程START/ALE地址锁存ADDA/B/CEOCOED0~D7启动转换结束读取结果DATA第8章MCS-51与D/A、A/D的接口ADC0809的工作流程如图所示：1．输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中，经地址译码器译码从8路模拟通道中选通一路模拟量送到比较器。2．送START一高脉冲，START的上升沿使逐次逼近寄存器复位，下降沿启动A/D转换，并使EOC信号为低电平。3．当转换结束时，转换的结果送入到输出三态锁存器，并使EOC信号回到高电平，通知CPU已转换结束。4．当CPU执行一读数据指令，使OE为高电平，则从输出端D0~D1读出数据。四．ADC0809与MCS-51单片机的接口下图是一个ADC0809与8051的一个接口电路图。1．硬件连接第8章MCS-51与D/A、A/D的接口P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEWRP2.7RDINTO+++5VGNDD0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTARTOEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7VREF+VREF-ADC08098051分频器2．软件编程设接口电路用于一个8路模拟量输入的巡回检测系统，使用中断方式采样数据，把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H~37H单元中。采样完一遍后停止采集。第8章MCS-51与D/A、A/D的接口汇编语言编程：ORG0003HLJMPINT0ORG0100H；主程序MOVR0，#30H；设立数据存储区指针MOVR2，#08H；设置8路采样计数值SETBIT0；设置外部中断0为边沿触发方式SETBEA；CPU开放中断SETBEX0；允许外部中断0中断MOVDPTR，#0000H；送入口地址并指向IN0LOOP：MOVX@DPTR，A；启动A/D转换，A的值无意义HERE：SJMPHERE；等待中断ORG0200H；中断服务程序INT0：MOVXA，@DPTR；读取转换后的数字量MOV@R0，A；存入片内RAM单元INCDPTR；指向下一模拟通道INCR0；指向下一个数据存储单元DJNZR2，NEXT；8路未转换完，则继续CLREA；已转换完，则关中断CLREX0；禁止外部中断0中断RETI；中断返回NEXT：MOVX@DPTR，A；再次启动A/D转换RETI；中断返回第8章MCS-51与D/A、A/D的接口C语言编程：#includereg51.h#includeabsacc.h//定义绝对地址访问#defineucharunsignedchar#defineIN0XBYTE[0x0000]//定义IN0为通道0的地址staticuchardatax[8];//定义8个单元的数组，存放结果ucharxdata*ad_adr;//定义指向通道的指针uchari=0;voidmain(void){IT0=1;//初始化EX0=1;EA=1;i=0;ad_adr=&IN0;//指针指向通道0*ad_adr=i;//启动通道0转换for(;;){;}//等待中断}第8章MCS-51与D/A、A/D的接口voidint_adc(void)interrupt0//中断函数{x[i]=*ad_adr;//接收当前通道转换结果i++;ad_adr++;//指向下一个通道if(i8){*ad_adr=i;//8个通道未转换完，启动下一个通道返回}else{EA=0;EX0=0;//8个通道转换完，关中断返回}}第8章MCS-51与D/A、A/D的接口8.2MCS-51单片机与DAC的接口8.2.1D/A转换器概述一．D/A转换器的性能指标1．分辨率。2．精度3．线性度4．温度灵敏度5．建立时间二．D/A转换的分类D/A转换器的品种繁多、性能各异。按输入数字量的位数分：8位、10位、12位和16位等；按输入的数码分：二进制方式和BCD码方式；按传送数字量的方式分：并行方式和串行方式；按输出形式分：电流输出型和电压输出型，电压输出型又有单极性和双极性；按与单片机的接口分：带输入锁存的和不带输入锁存的。下面介绍几种常用的D/A转换芯片。第8章MCS-51与D/A、A/D的接口三．D/A转换器与单处机的连接1．数据线的连接D/A转换器与单片机的数据线的连接主要考虑两个问题：一是位数，当高于8位的D/A转换器与8位数据总线的MCS-51单片机接口时，MCS-51单片机的数据必须分时输出，这时必须考虑数据分时传送的格式和输出电压的“毛刺”问题；二是D/A转换器有无输入锁存器的问题，当D/A转换器内部没有输入锁存器时，必须在单片机与D/A转换器之间增设锁存器或I/O接口。2．地址线的连接一般的D/A转换器只有片选信号，而没有地址线。这时单片机的地址线采用全译码或部分译码，经译码器输出来控制D/A转换器的片选信号，也可由某一位I/O线来控制D/A转换器的片选信号。3．控制线的连接D/A转换器主要有片选信号、写信号及启动转换信号等，一般由单片机的有关引脚或译码器提供。第8章MCS-51与D/A、A/D的接口8.2.2MCS-51与8位DAC0832的接口一．DAC0832芯片DAC0832是一种电流型D/A转换器，数字输入端具有双重缓冲功能，可以双缓冲、单缓冲或直通方式输入，它的内部结构如图。与与与DI0~DI7ILECSWR1WR2XFER输入寄存器DAC寄存器D/A转换器LE1LE2VREFRFBIout1Iout2AGNDVCCDGNDDAC0832第8章MCS-51与D/A、A/D的接口二．DAC0832的引脚DAC0832有20引脚，采用双列直插式封装，如图所示。CSWR1AGNDDI3DI2DI2DI0VREFRFBDGNDVCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT21234567891020191817161514131211其中：DI0～DI7（DI0为最低位）：8位数字量输入端。ILE：数据允许控制输入线，高电平有效。：片选信号。：写信号线1。WR1CS第8章MCS-51与D/A、A/D的接口：写信号线2。WR2：数据传送控制信号输入线，低电平有效。XFERIOUT1：模拟电流输出线1。它是数字量输入为“1”的模拟电流输出端。IOUT2：模拟电流输出线2，它是数字量输入为“0”的模拟电流输出端，采用单极性输出时，IOUT2常常接地。Rfb：片内反馈电阻引出线，反馈电阻制作在芯片内部，用作外接的运算放大器的反馈电阻。VREF：基准电压输入线。电压范围为－10V～＋10V。VCC：工作电源输入端，可接＋5V～＋15V电源。AGND：模拟地。DGND：数字地。三．DAC0832的工作