第8《单片机原理及应用》第8章-AD和DA接口转换的接口技术

下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组第八章A/D和D/A接口转换的接口技术A/D、D/A转换器的类型、主要技术指标和用途。ADC0809、DAC0832与MCS－51单片机基本接口技术。借助所学知识和技能，独立设计、开发简单的模拟量数据采集和控制装置。下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组本章主要内容8.1A/D转换器接口8.2D/A转换器接口8.3空调的温度控制案例下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组模拟通道接口技术计算机只能储存和处理二进制形式的数字量，凡遇到有模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量或数字量向模拟量的转换，这就是数/模和模/数转换问题。将模拟量转换成数字量的过程称为A/D转换，将数字量转换成模拟量的过程称为D/A转换，与之有关的接口技术称为模拟通道接口技术。因为在单片机应用系统中，常需要将检测到的连续变化的模拟量如温度、压力、流量、速度等转换成数字信号，才能输入到单片机中进行处理，然后再将处理结果的数字量转换成模拟量输出，实现对被控对象的控制。第八章A/D和D/A接口转换的接口技术下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组8.1A/D转换器接口8.1.1A/D转换基本知识及常用A/D转换器件A/D转换器的作用是将模拟量转换为数字量，以便计算机接收处理。传感器单片机A/D转换下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组1.A/D转换器分类(1)逐次逼近式：逐次逼近式属直接式A/D转换器。(2)双积分式：双积分式是一种间接式A/D转换器。(3)V/F变换式：V/F变换器能够将模拟电压信号转换为频率信号。(4)并行式：并行式也属于直接式A/D转换器，它是所有类型A/D转换器中转换速度最快的。8.1.1A/D转换基本知识及常用A/D转换器件下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组2.A/D转换器主要技术性能指标(1)分辨率：分辨率表示输出数字量变化一个最低有效位（LeastSignificantBit——LSB）所对应的输入模拟电压的变化量。分辨率FSR=2nVn为A/D转换器输出的二进制位数(2)量化误差：模拟量是连续的，而数字量是断续的，当A/D转换器的位数固定后，数字量不能把模拟量所有的值都精确地表示出来，这种由A/D转换器有限分辨率所造成的真实值与转换值之间的误差称为量化误差。一般量化误差为数字量的最低有效位所表示的模拟量，理想的量化误差容限是±1/2LSB。8.1.1A/D转换基本知识及常用A/D转换器件下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组(3)转换精度：转换精度是一个实际的A/D转换器和理想的A/D转换器相比的转换误差。绝对精度一般以LSB为单位给出，相对精度则是绝对精度与满量程的比值。(4)转换时间：指A/D转换器完成一次A/D转换所需时间。转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。其倒数是转换速率。(5)温度系数：是指A/D转换器受温度影响的程度。一般用环境温度变化1℃所产生的相对误差来表示，单位是PPM/℃(10-6/℃)。8.1.1A/D转换基本知识及常用A/D转换器件下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组8.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道、8位逐次逼近式A/D转换器。下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组STARTCLOCKEOCD0D7IN0IN7ADDAADDBADDCALE八位转换器A/D三态输出锁存器VCCGNDOEREF(+)REF(-)38地址锁存与译码八路模拟量开关......1．结构及转换原理（1）八路模拟开关及地址锁存与译码器（2）8位A/D转换器（3）三态输出寄存器8.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组2．引脚功能ADC0809采用DIP-28（双列直插式）封装12345678910111213142827262524232221201918171615IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCREF(+)GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7(MSB)D6D5D4D0(LSB)REF(-)D2ADC08098.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组引脚功能表下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组3．ADC0809的时序8.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术4．ADC0809与MCS-51单片机的接口电路写信号、P2.7有效时，启动AD转换。转换结束后，输出高电平，向CPU发出中断请求读信号、P2.7有效时，允许输出AD转换结果。转换时钟由ALE分频得到。A1A2803174LS373ADC0809分频CLOCKD0~D7≥1≥11GEOCSTARTALEOERDP2.7WRALEP0A0~A7A0REF(+)REF(-)+5VGNDIN0IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1转换结果由此输出ADDAADDBADDCINT1下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组主要功能信号的处理方法(1)时钟信号：当单片机时钟频率高于6MHz时，ALE信号必须经2或4分频后才能接到ADC0809的CLOCK引脚上，否则不能正常工作。(2)地址线和数据线：ADC0809的地址选择信号线和输出数据线均与P0口相接。ADDA～ADDC三根地址线的连接与芯片及模拟通道选择又密切关系，地址线经地址锁存器可提高输入信号的稳定性。(3)控制信号：通过、和P2.7的组合实现对ADC0809控制，显然只有当P2.7为低电平时才能对ADC0809进行操作。转换结束信号EOC通过非门与8031的连接，用来发出中断请求或供CPU查询转换状态。RDWR8.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组各个通道的地址选择的通道000001010011100101110111IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7CBA8031A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00809ST××××××××××××CBA0××××××××××××000……0××××××××××××111设无关地址位为“1”，则模拟通道IN0～IN7的地址依次为7FF8H～7FFFH8.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组5．程序设计单片机的A/D转换编程有两条基本原则：一方面要满足所选A/D转换器的转换时序要求，另一方面要根据具体的接口电路编写具体的转换程序——即应用软件要和硬件协调、统一。对于ADC0809而言，其控制程序的主要任务是如何判断一次A/D转换何时结束，只有以此为前提才能保证取回的转换结果的正确性。8.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组(1)软件延时等待方式完成一次A/D转换的一般流程是：单片机工作寄存器初始化送通道地址及启动转换信号软件延时等待转换结束送读取转换结果信号输出转换结果。其中软件延时时间取决于ADC器件的转换时间，可以通过计算和调试获得。8.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术例8-1要求采用软件延时等待方式采集IN0通道模拟信号，结果存入8031片内RAM的30H单元中。设fOSC=6MHz。ORG0000HLJMPSTART；转A/D转换程序ORG0030HSTART：MOVR1，#30H；R1指向数据区（存A/D结果）MOVDPTR，#7FF8H；DPTR指向0809通道0MOVX@DPTR，A；启动A/D转换MOVR6，#0AH；软件延时100μSDELAY：NOPNOPNOPDJNZR6，DELAYMOVXA，@DPTR；读转换结果MOV@R1，A；转储SJMP$END下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组(2)程序查询方式将A/D转换器的转换结束信号EOC接至单片机的某端口(如接入P3.3，即)，启动转换开始后用程序查询该输入端是否出现转换结束信号，没有则继续查询，一旦出现结束信号即可取回转换结果。INT18.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术例8-2要求采用程序查询方式分别对8路模拟信号轮流采集一遍，将结果存入以30H为首地址的8031片内RAM单元中。设fOSC=12MHz。ORG0000HLJMPSTARTORG0030HSTART：MOVR1，#30H；R1指向数据区首地址MOVDPTR，#7FF8H；DPTR指向0809通道0MOVR7，#08H；置通道数LOOP：MOVX@DPTR，A；启动A/D转换MOVR2，#20H；冗余延时，保证EOC可靠变低DJNZR2，$JBP3.3，$；查询转换结束信号是否产生MOVXA，@DPTR；读转换结果MOV@R1，A；转储INCDPTR；指向下一通道INCR1；修改数据区指针，指向下一结果单元DJNZR7，LOOP；未采完8个通道则继续SJMP$END下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组(3)中断方式将ADC的转换结束信号EOC经一定的逻辑接口引至单片机的外部中断输入端（如接入），用来向单片机提出中断申请。编程时，在主程序中启动A/D转换并继续执行主程序。当接收到ADC的转换结束EOC（即中断请求）信号后立即转去执行中断服务程序，并在其中完成取回转换结果、启动下一次转换等操作。INT18.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术例8-3要求采用中断方式分别对8路模拟信号轮流采集一遍，并将结果存入以30H为首地址的8031片内RAM单元中。设fOSC=12MHz。ORG0000HLJMPMAINORG0013H；外部中断1的中断服务程序入口LJMPINT1；转中断服务程序ORG0030HMAIN：MOVR1，#30H；主程序SETBIT1；设定外部中断1为边沿触发SETBEA；CPU开中断SETBEX1；设定外部中断1开中断MOVR7，#08H；置通道数MOVDPTR，#7FF8H；指向模拟通道0MOVX@DPTR，A；启动A/D转换LOOP：SJMP$；等待中断DJNZR7，LOOP；未采完8个通道则继续……；其他操作下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组中断服务程序ORG0100HINT1：MOVXA，@DPTR；读转换结果MOV@R1，A；转存转换结果INCDPTR；指向下一通道INCR1；修改数据区指针，指向下一结果单元MOVX@DPTR，ARETI；中断返回……；其他应用程序段END8.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组有时为了提高A/D转换精度，可采用高分辨率（如10位、12位或更高位数）的A/D转换器。AD574/AD674/AD1674是美国AD公司生产的12位逐次逼近式A/D转换器系列产品，它们转换精度高、速度快，内部设有时钟电路和参考电压源，其中AD1674还在片内集成了采样保持器，转换速度也最快，是AD574和AD674的升级换代产品。但价格较高，适用于高精度快速采样系统中。8.1.3AD1674及其与MCS-51单片机接口技术下午5时35分58秒广东松山职业技术学院课件制作组1.D1674的结构特点D1674ADC0809（1）12位A/D转换器，完成一次12位转换仅需10μS属于高速A/D器件8位A/D转换器，转换速度为100μS（2）内部集成有转换时钟，参考电压源必须外部提供转换时钟。（3）输入模拟电压既可以是单极性的，也可以是双单极性的，且单极性时为0～+10V或0～+20V，双单极性为