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1、课程主讲人：第第10章章 DA、AD转换的接口转换的接口2 2第第1010章章 AT89S52单片机与单片机与DAC、 ADC的接口的接口 23 3 3第第10章章 AT89S52单片机与单片机与DAC、ADC的接口的接口10.1 单片机扩展单片机扩展D/A转换器概述转换器概述10.2 单片机扩展并行单片机扩展并行8位位DAC0832的设计的设计 10.2.1 DAC0832简介简介 10.2.2 单片机与单片机与8位位D/A转换器转换器0832的接口设计的接口设计10.3 AT89S52单片机与单片机与12位位D/A转换器转换器AD667的接口设计的接口设计 10.3.1 12位位D/A转换
2、器转换器AD667简介简介 10.3.2 AD667与与AT89S51单片机的接口设计单片机的接口设计 10.3.3 AD667使用中的技术细节使用中的技术细节10.4 AT89S51与串行输入的与串行输入的12位位D/A转换器转换器AD7543的接的接 口设计口设计4 4 10.4.1 AD7543简介简介 10.4.2 单片机扩展单片机扩展AD7543的接口设计的接口设计10.5 单片机扩展单片机扩展A/D转换器概述转换器概述10.6 单片机扩展并行单片机扩展并行8位位A/D转换器转换器ADC0809 10.6.1 ADC0809简介简介 10.6.2 单片机与单片机与ADC0809的接口
3、设计的接口设计10.7 AT89S52单片机扩展单片机扩展12位串行位串行ADC-TLC2543的设计的设计 10.7.1 TLC2543的特性及工作原理的特性及工作原理 10.7.2 单片机扩展单片机扩展TLC2543的设计的设计10.8 AT89S52与双积分型与双积分型A/D转换器转换器MC14433的接口的接口 10.8.1 MC14433 A/D转换器简介转换器简介5 5 10.8.2 单片机与单片机与MC14433的接口设计的接口设计10.9 AT89S52单片机与单片机与V/F转换器的接口转换器的接口 10.9.1 用用V/F转换器实现转换器实现A/D转换的原理转换的原理 10.
4、9.2 常用常用V/F转换器转换器LMX31简介简介 10.9.3 V/F转换器与单片机的接口设计转换器与单片机的接口设计 10.9.4 V/F转换的应用设计转换的应用设计6 6内容概要内容概要 在单片机测控系统中，对非电物理量如温度、压力、流量等的测量，在单片机测控系统中，对非电物理量如温度、压力、流量等的测量，须经传感器先转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），然后再将模须经传感器先转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），然后再将模拟电信号转换成数字量后才能在单片机中进行处理。实现模拟量转换成数拟电信号转换成数字量后才能在单片机中进行处理。实现模拟量转换成数字量的器件称为字量的器件称为
5、ADC（A/D转换器）。转换器）。单片机处理完毕的数字量，有时要根据控制需求转换为模拟信号输出。单片机处理完毕的数字量，有时要根据控制需求转换为模拟信号输出。数字量转换成模拟量的器件称为数字量转换成模拟量的器件称为DAC（D/A转换器）。本章从应用的角度，转换器）。本章从应用的角度，介绍典型的介绍典型的ADC、DAC芯片与芯片与AT89S52单片机的接口设计。单片机的接口设计。7 710.1 单片机扩展单片机扩展D/A转换器概述转换器概述单片机只能输出数字量，但是对于某些控制场合，常常需要输出模拟量，单片机只能输出数字量，但是对于某些控制场合，常常需要输出模拟量，例如直流电动机的转速控制。下面
6、介绍单片机如何扩展例如直流电动机的转速控制。下面介绍单片机如何扩展DAC。目前集成化的目前集成化的DAC芯片种类繁多，设计者只需要合理选用芯片，了解它芯片种类繁多，设计者只需要合理选用芯片，了解它们的性能、引脚外特性以及与单片机的接口设计方法即可。由于现在部分单们的性能、引脚外特性以及与单片机的接口设计方法即可。由于现在部分单片机芯片中集成了片机芯片中集成了DAC，位数一般在，位数一般在10位左右，且转换速度也很快，所以单位左右，且转换速度也很快，所以单片的片的DAC开始向高的位数和高转换速度上转变。而低端的并行开始向高的位数和高转换速度上转变。而低端的并行8位位DAC，开，开始面临被淘汰的危
7、险，但是在实验室或涉及某些工业控制方面的应用，低端始面临被淘汰的危险，但是在实验室或涉及某些工业控制方面的应用，低端8位位DAC以其优异的性价比还是具有较大的应用空间。以其优异的性价比还是具有较大的应用空间。78 81D/A转换器简介转换器简介 购买和使用购买和使用D/A转换器时，要注意有关转换器时，要注意有关D/A转换器选择的几个问题。转换器选择的几个问题。（1）D/A转换器的输出形式转换器的输出形式 D/A转换器有两种输出形式：转换器有两种输出形式：电压输出电压输出和和电流输出电流输出。电流输出的。电流输出的D/A转换转换器在输出端加一个运算放大器构成的器在输出端加一个运算放大器构成的I-
8、V转换电路，即可转换为电压转换电路，即可转换为电压输出。输出。（2）D/A转换器与单片机的接口形式转换器与单片机的接口形式 单片机与单片机与D/A转换器的连接，早期多采用转换器的连接，早期多采用8位的并行传输的接口，现在除位的并行传输的接口，现在除了并行接口外，带有串行口的了并行接口外，带有串行口的D/A转换器品种也不断增多，目前多采用较为转换器品种也不断增多，目前多采用较为流行流行SPI串行接口。在选择单片串行接口。在选择单片D/A转换器时，要根据系统结构考虑单片机89 9与与D/A转换器的接口形式。转换器的接口形式。 2主要技术指标主要技术指标D/A转换器的指标很多，设计者最关心的几个指标
9、如下。转换器的指标很多，设计者最关心的几个指标如下。（1）分辨率）分辨率 分辨率指单片机输入给分辨率指单片机输入给D/A转换器的单位数字量的变化，所引起的模转换器的单位数字量的变化，所引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2n之比（之比（n为为D/A转换器的二转换器的二进制位数），习惯上用输入数字量的位数表示。显然，二进制位数越多，进制位数），习惯上用输入数字量的位数表示。显然，二进制位数越多，分辨率越高，即分辨率越高，即D/A转换器输出对输入数字量变化的敏感程度越高。例如，转换器输出对输入数字量变化的敏感程度越高。例如，8位的位的D/A转换器
10、，若满量程输出为转换器，若满量程输出为10V，根据分辨率定义，则分辨率为，根据分辨率定义，则分辨率为101010V/2n，分辨率为，分辨率为10V/256=39.1mV，即输入的二进制数最低位数字量的变，即输入的二进制数最低位数字量的变化可引起输出的模拟电压变化化可引起输出的模拟电压变化39.1mV，该值占满量程的，该值占满量程的0.391%，常用符号，常用符号1LSB表示。表示。 同理：同理：10位位D/A转换转换1 LSB=9.77mV=0.1%满量程满量程12位位D/A转换转换1 LSB=2.44mV=0.024%满量程满量程16位位D/A转换转换1 LSB=0.076mV=0.0007
11、6%满量程满量程 使用时，应根据对使用时，应根据对D/A转换器分辨率的需要来选定转换器分辨率的需要来选定D/A转换器的位数。转换器的位数。 （2）建立时间）建立时间 建立时间是描述建立时间是描述D/A转换器转换速度的参数，用于表明转换时间长短。其转换器转换速度的参数，用于表明转换时间长短。其值为从输入数字量到输出达到终值误差值为从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)LSB（最低有效位）时所需的（最低有效位）时所需的101111时间。电流输出的转换时间较短，而电压输出的转换器，由于要加上完时间。电流输出的转换时间较短，而电压输出的转换器，由于要加上完成成I-V转换的时间，因此建立时间要长一些。
12、快速转换的时间，因此建立时间要长一些。快速D/A转换器的建立时间可转换器的建立时间可控制在控制在1s以下。以下。（3）转换精度）转换精度 理想情况下，转换精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。但由理想情况下，转换精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。但由于电源电压、基准电压、电阻、制造工艺等各种因素存在误差，严格地讲，于电源电压、基准电压、电阻、制造工艺等各种因素存在误差，严格地讲，转换精度与分辨率并不完全一致。两个相同位数的不同的转换精度与分辨率并不完全一致。两个相同位数的不同的DAC，分辨率，分辨率则相同，但转换精度会有所不同。例如，由于制作工艺上的差异，某种型则相同，但转换精度会有所
13、不同。例如，由于制作工艺上的差异，某种型号的号的8位位DAC精度为精度为0.19%，而另一种型号的，而另一种型号的8位位DAC精度为精度为0.05%。10.2 单片机扩展并行单片机扩展并行8位位DAC0832的设计的设计 美国国家半导体公司的美国国家半导体公司的DAC0832芯片是具有两级输入数据寄存器的芯片是具有两级输入数据寄存器的8111212位位DAC，它能直接与，它能直接与AT89S52单片机连接。单片机连接。10.2.1 DAC0832简介简介1DAC0832芯片介绍芯片介绍（1）DAC0832的特性的特性其主要特性如下。其主要特性如下。 分辨率为分辨率为8位。位。 电流输出，建立时
14、间为电流输出，建立时间为1s。 可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入。可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入。 单一电源供电（单一电源供电（+5V+15V）。）。12131313图图10-1 DAC0832的引脚的引脚 （2）DAC0832的引脚及逻辑结构的引脚及逻辑结构 DAC0832的引脚如的引脚如图图10-1，DAC0832的片内逻辑结构如的片内逻辑结构如图图10-2。1414图图10-2 DAC0832的逻辑结构的逻辑结构 1515各引脚的功能如下。各引脚的功能如下。lDI0DI7：8位数字信号输入端，与单片机的数据总线位数字信号输入端，与单片机的数据总线P0端口相连，用端口相连，用
15、于接收单片机送来的待转换为模拟量的数字量，于接收单片机送来的待转换为模拟量的数字量，DI7为最高位。为最高位。lILE=1，CS*=0， WR1*=0时，即时，即M1=1（LE1*=0），待转换的数字量），待转换的数字量被锁存到第一级被锁存到第一级“8位输入寄存器位输入寄存器”中。中。lXFER*=0， WR2*=0时，即时，即M3=1（ LE2*= 0），待转换的第一级），待转换的第一级8位位输入寄存器中数字量被锁存到第二级的输入寄存器中数字量被锁存到第二级的“8位位DAC寄存器寄存器”中，并经中，并经“8位位D/A转换电路转换电路” 转换为电流输出。转换为电流输出。lIOUT1：D/A转换
16、器电流输出转换器电流输出1端，输入数字量全为端，输入数字量全为“1”时，时，IOUT1最最大，输入数字量全为大，输入数字量全为“0”时，时，IOUT1最小。最小。lIOUT2：D/A转换器电流输出转换器电流输出2端，端，IOUT2 + IOUT1 = 常数。常数。lRfb：外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻Rfb，根据需要也可外，根据需要也可外接反馈电阻。接反馈电阻。151616lVCC：电源输入端，在电源输入端，在+5V+15V范围内。范围内。lDGND：数字信号地。数字信号地。lAGND：模拟信号地，最好与基准电压（为模拟信号）共地。：模拟信号地，最好
17、与基准电压（为模拟信号）共地。 DAC0832内部的三部分电路如内部的三部分电路如图图10-2所示。所示。“8位输入寄存器位输入寄存器”用于存放单片机送来的数字量，使输入数字量得到缓用于存放单片机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由冲和锁存，由LE1*=0（M1=1）加以控制；）加以控制；“8位位DAC寄存器寄存器” 为第二级寄存器，由为第二级寄存器，由LE2*= 0（M3=1）控制，用于）控制，用于将将“8位输入寄位输入寄存器”输出的数字量锁存，并送入“8位D/A转换电路”转换，输出和数字量成正比的模拟电流。因此，DAC0832通常需要外接I-V转换的运算放大器电路，才能得到模拟输出
18、电压。16171710.2.2 AT89S52单片机与单片机与8位位D/A转换器转换器0832的接口设计的接口设计 设计设计AT89S52单片机与单片机与DAC0832的接口电路时，常用单缓冲方式或双的接口电路时，常用单缓冲方式或双缓冲方式的单极性输出。缓冲方式的单极性输出。（1）单缓冲方式）单缓冲方式 单缓冲方式是指单缓冲方式是指DAC0832内部的两个寄存器有一个处于直通方式，另内部的两个寄存器有一个处于直通方式，另一个处于受一个处于受AT89S52单片机控制的锁存方式。在实际应用中，如果只有一路单片机控制的锁存方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽是多路模拟量输出但并不要求多路
19、输出同步的情况下，就模拟量输出，或虽是多路模拟量输出但并不要求多路输出同步的情况下，就可采用单缓冲方式。可采用单缓冲方式。单缓冲方式的接口电路如单缓冲方式的接口电路如图图10-3所示。所示。1818图图10-3所示的是单极性模拟电压输出电路，由于所示的是单极性模拟电压输出电路，由于DAC0832是是8位位（28=256）的）的D/A转换器，由基尔霍夫定律列出德方程组可解得转换器，由基尔霍夫定律列出德方程组可解得DAC0832输出电压输出电压vo与输入数字量与输入数字量B的关系为的关系为:18 显然，显然，DAC0832输出的模拟电压输出的模拟电压vo的绝对值与输入的数字量的绝对值与输入的数字量
20、B以及基以及基准电压准电压VREF成正比，且成正比，且B为为0时，时，vo也为也为0，B为为255时，时，vo为最大的绝对为最大的绝对值输出，且不会大于值输出，且不会大于VREF 。1919图图10-3 单缓冲方式下单缓冲方式下AT89S52单片机与单片机与DAC0832的接口电路的接口电路202020图图10-3中，中，DAC0832的的WR2*和和XFER*接地，故接地，故DAC0832第二级的第二级的“8位位DAC寄存器寄存器”（见（见图图10-2）工作于直通方式。）工作于直通方式。“8位输入寄存器位输入寄存器”受和端控制（受和端控制（ILE 已经为高），而且由译码器输入为已经为高），而
21、且由译码器输入为FEH时，输出端为低时，输出端为低来控制（也可由来控制（也可由P2口的某一条口线来控制）。因此，口的某一条口线来控制）。因此，AT89S52单片机执单片机执行如下两条指令就可在和上产生低电平信号，使行如下两条指令就可在和上产生低电平信号，使DAC0832接收单片机送接收单片机送来的数字量。来的数字量。MOVR0，#0FEH ；DAC的的8位输入寄存器端口地址位输入寄存器端口地址FEHR0MOVXR0，A ；AT89S51单片机将待转换的数字量送单片机将待转换的数字量送DAC， ；且和译码器；且和译码器FEH输出端有效输出端有效现举例说明单缓冲方式下现举例说明单缓冲方式下DAC0
22、832的应用。的应用。212121【例例10-1】 DAC0832用作波形发生器。试根据用作波形发生器。试根据图图10-3的电路，分别写出的电路，分别写出产生锯齿波、三角波和矩形波的程序段。产生锯齿波、三角波和矩形波的程序段。 在在图图10-3中，运算放大器中，运算放大器A输出端输出端Vout直接反馈到直接反馈到Rfb，故这种接线，故这种接线产生的模拟输出电压是单极性的。产生的模拟输出电压是单极性的。 锯齿波的产生锯齿波的产生 ORG2000HSTARTSTART：MOVMOVR0R0，#0FEH#0FEH；DACDAC地址地址FEHFEH R0 R0MOVMOVA A，#00H#00H；数字
23、量；数字量A ALOOPLOOP：MOVXMOVXR0R0，A A ；数字量；数字量D/AD/A转换器转换器 INCINCA A ；数字量逐次加；数字量逐次加1 1SJMPSJMP LOOP LOOP2222当输入数字量从0开始，逐次加1进行D/A转换，模拟量与其成正比输出。当A = FFH时，再加1则溢出清0，模拟输出又为0，然后又重新重复上述过程，如此循环，输出的波形就是锯齿波，如图10-4所示。实际上，每一上升斜边要分成实际上，每一上升斜边要分成256256个小台阶个小台阶，每个，每个小台阶暂留时间小台阶暂留时间为为执行执行后三条指令所需要的时间后三条指令所需要的时间。因此。因此 “ “
24、INC AINC A”指令后插入指令后插入NOPNOP指令或指令或延时程序，则可改变锯齿波频率。延时程序，则可改变锯齿波频率。22图图10-4 DAC0832产生的锯齿波输出产生的锯齿波输出2323 三角波的产生三角波的产生 输出的三角波如输出的三角波如图图11-5所示。所示。 23图图11-5 DAC0832产生的三角波输出产生的三角波输出参考程序如下。参考程序如下。242424vO 矩形波矩形波的产生的产生 输出的矩形波如输出的矩形波如图图10-610-6所示。所示。2525图图10-6 DAC0832产生的矩形波输出产生的矩形波输出2626 输出的输出的矩形波如矩形波如图图10-6所示所
25、示。 DELAY1、DELAY2为两个延时程序，分为两个延时程序，分别决定输出的矩形波高、低电平时的持续宽度。矩形波频率也可用延时方别决定输出的矩形波高、低电平时的持续宽度。矩形波频率也可用延时方法改变。法改变。262727（2 2）双缓冲方式）双缓冲方式 多路的多路的D/AD/A转换转换要求要求同步输出同步输出时，时，必须采用双缓冲同步方式必须采用双缓冲同步方式。此方式工。此方式工作时，数字量的输入锁存和作时，数字量的输入锁存和D/AD/A转换输出是转换输出是分两步分两步完成的。单片机必须通完成的。单片机必须通过过LE1LE1* *来锁存待转换的数字量，通过来锁存待转换的数字量，通过LE2L
26、E2* *来启动来启动D/AD/A转换（见转换（见图图10-210-2）。）。 因此，双缓冲方式下，因此，双缓冲方式下，DAC0832DAC0832应该为单片机提供两个应该为单片机提供两个I/OI/O端口。端口。AT89S52AT89S52单片机和单片机和DAC0832DAC0832在在双缓冲方式双缓冲方式下的连接如下的连接如图图10-710-7所示。所示。 由由图图10-7可见，译码器的可见，译码器的FDH（即译码器输入为（即译码器输入为FDH时）和时）和FEH分别分别为为1#与与2#DAC0832的第一级的第一级“8位输入寄存器位输入寄存器”的端口地址，而的端口地址，而FFH共共同控制同控
27、制1#和和2#DAC0832进行进行D/A转换的第二级转换的第二级“8位位DAC寄存器寄存器”端口端口地址。地址。27282828 图图10-7 单片机和两片单片机和两片DAC0832的双缓冲方式接口电路的双缓冲方式接口电路2929若把若把图图10-7中中DAC输出的模拟电压输出的模拟电压Vx和和Vy来控制来控制X-Y绘图仪，则应把绘图仪，则应把Vx和和Vy分别加到分别加到X-Y绘图仪的绘图仪的X通道和通道和Y通道，而通道，而X-Y绘图仪由绘图仪由X、Y两个方向的两个方向的步进电机驱动，其中一个电机控制绘笔沿步进电机驱动，其中一个电机控制绘笔沿X方向运动；另一个电机控制绘笔方向运动；另一个电机
28、控制绘笔沿沿Y方向运动。方向运动。 因此对因此对X-Y绘图仪的控制有一基本要求：就是两路模拟信号绘图仪的控制有一基本要求：就是两路模拟信号要同步输出，使绘制的曲线光滑。如果不同步输出，例如先输出X通道的模拟电压，再输出Y通道的模拟电压，则绘图笔先向X方向移动，再向Y方向移动，此时绘制的曲线就是阶梯状的。通过本例，也就不难理解为什么DAC设置双缓冲方式的目的所在。293030【例例10-2】设设AT89S52单片机内部单片机内部RAM中有两个长度为中有两个长度为20的数据块，其的数据块，其起始地址为分别为起始地址为分别为addr1和和addr2，根据，根据图图10-7，编写把，编写把addr1和
29、和addrr2中的中的数据从数据从1#和和2#DAC0832同步输出的程序。程序中同步输出的程序。程序中addr1和和addr2中的数据，中的数据，即为绘图仪所绘制曲线的即为绘图仪所绘制曲线的x、y坐标点。坐标点。由由图图10-7可知，可知，DAC0832各端口地址为：各端口地址为：lFDH：1#DAC0832第一级第一级“8位输入寄存器位输入寄存器”的端口地址的端口地址lFEH：2#DAC0832第一级第一级“8位输入寄存器位输入寄存器”的端口地址的端口地址lFFH：1#和和2#DAC0832共同的第二级共同的第二级“8位位DAC寄存器寄存器”端口地址端口地址程序首先使单片机工作寄存器程序首
30、先使单片机工作寄存器0区的区的R1指向指向addr1；1区的区的R1指向指向addr2；0区工作寄存器的区工作寄存器的R2存放数据块长度；存放数据块长度；0区和区和1区工作寄存器区的区工作寄存器区的R0指向指向DAC端口地址。参考程序如下：端口地址。参考程序如下： 3131313232323DAC0832的双极性的电压输出的双极性的电压输出除了需要除了需要DAC0832为单极性模拟电压输出外，在有些场合则要求为单极性模拟电压输出外，在有些场合则要求DAC0832双极性模拟电压输出，只需改变双极性模拟电压输出，只需改变DAC0832的外部连线，即可实现的外部连线，即可实现双极性模拟电压输出，下面
31、简单介绍。双极性模拟电压输出，下面简单介绍。3333 在需要双极性电压输出的场合下，可以按照在需要双极性电压输出的场合下，可以按照图图10-8所示接线。图中，所示接线。图中，DAC0832 的的8位数字量由单片机送来，位数字量由单片机送来，A1和和A2均为运算放大器，均为运算放大器，vo通过通过2R电阻反馈到运算放大器电阻反馈到运算放大器A2 的的“-”输入端，输入端，G点为虚拟地，其他的电路连接如点为虚拟地，其他的电路连接如图图10-8所示。由基尔霍夫定律列出的方程组可解得：所示。由基尔霍夫定律列出的方程组可解得：33图图10-8 双极性双极性DAC的接法的接法343434 由上式可知，当单
32、片机输出给由上式可知，当单片机输出给DAC0832的数字量的数字量B128时，即数字量最时，即数字量最高位高位b7为为“1” ，输出的模拟电压，输出的模拟电压vo为正；当单片机输出给为正；当单片机输出给DAC0832的数的数字量字量B128时，即数字量最高位为时，即数字量最高位为“0”，则，则vo的输出电压为负。的输出电压为负。353510.3 AT89S52单片机与单片机与12位位D/A转换器转换器AD667的接口设计的接口设计 当当8位位DAC分辨率不够时，可采用高于分辨率不够时，可采用高于8位分辨率的位分辨率的DAC，例如，例如，10位、位、12位、位、14位和位和16位（例如位（例如A
33、D669）的）的DAC。 AD667是一种分辨率为是一种分辨率为12位的并行输入、为双缓冲输入，电压输出型位的并行输入、为双缓冲输入，电压输出型D/A转换器，建立时间转换器，建立时间3s；通过改变片外引脚的连接连接，可输出模拟电；通过改变片外引脚的连接连接，可输出模拟电压压+5V、+10V、2.5V、5V和和10V；内含高稳定的基准电压源，可方便；内含高稳定的基准电压源，可方便地与地与4位、位、8位或位或16位微处理器接口；双电源工作电压为位微处理器接口；双电源工作电压为12V15V。35363610.3.1 12位位D/A转换器转换器AD667简介简介1引脚介绍引脚介绍 AD667为标准为标
34、准28脚双列直插式封装，脚双列直插式封装，图图10-9所示为双列直插式封装引所示为双列直插式封装引脚图。脚图。 图图10-9 AD667引脚图引脚图 373737CSCS表表10-1为为AD667的引脚功能说明的引脚功能说明 38382. 内部功能结构内部功能结构 图图10-10所示为所示为AD667内部功能结构框图。内部功能结构框图。38图图10-10 AD667内部功能结构框图内部功能结构框图3939AD667的总线接口逻辑由的总线接口逻辑由4个独立的可寻址锁存器组成，其中第一级个独立的可寻址锁存器组成，其中第一级锁存器由锁存器由3个个4位的锁存器组成，第二级锁存器为位的锁存器组成，第二级
35、锁存器为1个个“12位位DAC锁存锁存器器”，可以直接从，可以直接从4位、位、8位或位或16位微处理器总线分一次或几次加载位微处理器总线分一次或几次加载12位位数字量；一旦数字量被装入第一级的数字量；一旦数字量被装入第一级的12位（位（3个个4位）输入数据锁存器，位）输入数据锁存器，就可以控制把就可以控制把12位数字量一次送入第二级的位数字量一次送入第二级的“12位位DAC锁存器锁存器”并输出，并输出，这种双缓冲结构可以避免仅一级寄存器时，这种双缓冲结构可以避免仅一级寄存器时，3个个4位锁存器的不同步的输位锁存器的不同步的输入，而产生错误的入，而产生错误的“毛刺毛刺”模拟量输出。模拟量输出。4
36、个锁存器由个锁存器由4个地址输入个地址输入A0A3以及共同控制，所有的控制信号都以及共同控制，所有的控制信号都是低电平有效，对应关系如是低电平有效，对应关系如表表10-2所示。所示。39404040414110.3.2 AD667与与AT89S52单片机的接口设计单片机的接口设计【例例10-3】图图10-11为为AT89S52单片机与单片机与AD667的接口电路。的接口电路。41图图10-11 AD667与与AT89S52单片机的接口电路单片机的接口电路4242 单片机把单片机把AD667所占的所占的3个端口地址（第一级的低个端口地址（第一级的低4位和中位和中4位锁存器，高位锁存器，高4位锁存
37、器，第二级的位锁存器，第二级的12位锁存器）视为外部数据存储器的位锁存器）视为外部数据存储器的3个单元，对其个单元，对其进行选通，完成对进行选通，完成对AD667数据传送锁存及转换的功能。假定低数据传送锁存及转换的功能。假定低8位数据存于位数据存于20H单元，高单元，高4位数据存入位数据存入21H的低的低4位，实现位，实现D/A转换的参考程序段：转换的参考程序段：42上述程序中，待转换的上述程序中，待转换的12位数字量中的低位数字量中的低8位数据，高位数据，高4位数据已经被位数据已经被存于片内存于片内RAM的的20H单元和单元和21H的低的低4位。位。434310.4 AT89S51与串行输入
38、的与串行输入的12位位D/A转换器转换器AD7543的接口设计的接口设计10.4.1 AD7543简介简介 AD7543是美国是美国AD公司的专为通用异步串行口（公司的专为通用异步串行口（UART）设计的）设计的12位价廉位价廉的的D/A转换器。转换器。AD7543可直接与可直接与AT89S52的串行口相连，其内部结构如的串行口相连，其内部结构如图图10-12所示。所示。 AD7543片内由片内由12位串行输入并行输出移位寄存器（寄存器位串行输入并行输出移位寄存器（寄存器A）和）和12位位DAC输入寄存器（寄存器输入寄存器（寄存器B）组成。在选通信号的前沿或后沿（可选择）定）组成。在选通信号的
39、前沿或后沿（可选择）定时把时把SRI引脚上的串行数据装入寄存器引脚上的串行数据装入寄存器A，一旦寄存器，一旦寄存器A装满，在加载脉冲的装满，在加载脉冲的43444444图图10-12 AD7543的片内结构的片内结构 4545控制下，寄存器控制下，寄存器A的数据便装入寄存器的数据便装入寄存器B中，并转换为模拟量输出。中，并转换为模拟量输出。 AD7543的的DIP封装形式的引脚如封装形式的引脚如图图10-13所示。所示。45图图10-13 AD7543的引脚的引脚 4646各引脚功能如下各引脚功能如下: l OUT1：AD7543的电流输出引脚的电流输出引脚1。l OUT2：AD7543的电流
40、输出引脚的电流输出引脚2。l AGND：模拟地。：模拟地。l STB1、STB2 、STB*、STB4：寄存器：寄存器A的的4个选通控制信号。个选通控制信号。l LD1*、LD2*：寄存器寄存器B加载加载1与加载与加载2输入。当输入。当LD1*和和LD2*为低电平为低电平时，寄存器时，寄存器A的内容送到寄存器的内容送到寄存器B。l SRI：单片机输入到寄存器单片机输入到寄存器A的串行数据输入引脚。的串行数据输入引脚。l DGND：数字地。数字地。l CLR*：寄存器：寄存器B清除输入，用于异步地将寄存器清除输入，用于异步地将寄存器B复位至复位至000H。l VDD：+5V电源。电源。l VRE
41、F：基准电压输入。基准电压输入。l Rfb：DAC反馈电阻输入引脚。反馈电阻输入引脚。 474710.4.2 AT89S52扩展扩展AD7543的接口设计的接口设计【例例10-4】 AT89S52与与AD7543的接口电路如的接口电路如图图10-14所示。所示。47图图10-14 AD7543与与AT89S51的接口电路的接口电路 4848 图图10-14中的中的单片机串行口直接与单片机串行口直接与AD7543相连相连，串行口选用，串行口选用方式方式0，其，其TXD端移位脉冲的负跳变端移位脉冲的负跳变将将RXD输出输出的串行位数据移入的串行位数据移入AD7543，利用地，利用地址译码器的输出信
42、号产生址译码器的输出信号产生 ，从而将，从而将AD7543移位寄存器移位寄存器A中的内容移入到中的内容移入到寄存器寄存器B中，并中，并启动启动D/A转换转换。 由于由于AD7543的的12位数据是高至低位数据是高至低逐位串行输入的，而逐位串行输入的，而AT89S52的的串行串行口方式口方式0是低至高是低至高逐位串行输出的，因此在数据传输到逐位串行输出的，因此在数据传输到AD7543之前必须重之前必须重新装配。新装配。下面是下面是单片机单片机的驱动程序的驱动程序，假设，假设AD7543的端口地址为的端口地址为“addrH”，数据，数据缓冲器单元地址为缓冲器单元地址为dbufh(高高4位位)和和d
43、bufl(低低8位位)。48494949505010.5 单片机扩展单片机扩展A/D转换器概述转换器概述 A/D转换器（转换器（ADC）把模拟量转换成数字量，单片机才能进行数据处理。）把模拟量转换成数字量，单片机才能进行数据处理。随着超大规模集成电路技术的飞速发展，大量结构不同、性能各异的随着超大规模集成电路技术的飞速发展，大量结构不同、性能各异的A/D转转换芯片应运而生。换芯片应运而生。1A/D转换器简介转换器简介 目前单片目前单片ADC芯片较多，对设计者来说，只需合理的选择芯片即可。现芯片较多，对设计者来说，只需合理的选择芯片即可。现在部分的单片机片内也集成了在部分的单片机片内也集成了A/
44、D转换器，位数为转换器，位数为8位、位、10位或位或12位，且转位，且转换速度也很快，但是在片内换速度也很快，但是在片内A/D转换器不能满足需要的情况下，还是需要外转换器不能满足需要的情况下，还是需要外扩。因此，作为外部扩展扩。因此，作为外部扩展A/D转换器的基本方法，还是应当掌握。转换器的基本方法，还是应当掌握。 尽管尽管A/D转换器的种类很多，但目前广泛应用在单片机应用转换器的种类很多，但目前广泛应用在单片机应用系统中的主要505151有逐次比较型转换器和双积分型转换器，此外有逐次比较型转换器和双积分型转换器，此外-式转换器也逐渐得到重视式转换器也逐渐得到重视和应用。和应用。 逐次比较型逐
45、次比较型A/D转换器，在精度、速度和价格上都适中，是最常用的转换器，在精度、速度和价格上都适中，是最常用的A/D转换器。双积分型转换器。双积分型A/D转换器，具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，转换器，具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，与逐次比较型与逐次比较型A/D转换器相比，转换速度较慢，近年来在单片机应用领域中转换器相比，转换速度较慢，近年来在单片机应用领域中已得到广泛应用。已得到广泛应用。-式式ADC具有积分式与逐次比较型具有积分式与逐次比较型ADC的双重优点。它的双重优点。它对工业现场的串模干扰具有较强的抑制能力，不亚于双积分对工业现场的串模干扰具有较强的抑制能力，不亚于双积
46、分ADC，它比双，它比双积分积分ADC有较高的转换速度，与逐次比较型有较高的转换速度，与逐次比较型ADC相比，有较高的信噪比，相比，有较高的信噪比，分辨率高，线性度好。由于上述优点，分辨率高，线性度好。由于上述优点，-式式ADC也逐渐得到重视，已有多也逐渐得到重视，已有多种种-式式A/D芯片可供用户选用。芯片可供用户选用。5252A/D转换器按照输出数字量的有效位数分为转换器按照输出数字量的有效位数分为4位、位、8位、位、10位、位、12位、位、14位、位、16位并行输出以及位并行输出以及BCD码输出的位、位、位等多种。码输出的位、位、位等多种。目前，除了并行的目前，除了并行的A/D转换器外，
47、带有同步转换器外，带有同步SPI串行接口的串行接口的A/D转换器转换器的使用也逐渐增多。串行接口的的使用也逐渐增多。串行接口的A/D转换器具有占用单片机的端口线少、转换器具有占用单片机的端口线少、 使用方便、接口简单等优点，已经得到广泛的使用。较为典型的串行使用方便、接口简单等优点，已经得到广泛的使用。较为典型的串行A/D转换器为美国转换器为美国TI公司的公司的TLC549（8位）、位）、TLC1549（10位）以及位）以及TLC1543（10位）和位）和TLC2543（12位）等。位）等。 A/D转换器按照转换速度可大致分为超高速（转换时间转换器按照转换速度可大致分为超高速（转换时间1ns）
48、、高速）、高速（转换时间（转换时间1s）、中速（转换时间）、中速（转换时间1ms）、低速（转换时间）、低速（转换时间1s）等）等几种不同转换速度的芯片。目前许多新型的几种不同转换速度的芯片。目前许多新型的A/D转换器已将多路转换开转换器已将多路转换开 525353关、时钟电路、基准电压源、二关、时钟电路、基准电压源、二/十进制译码器和转换电路集成在一个芯十进制译码器和转换电路集成在一个芯片内，为用户提供了极大方便。片内，为用户提供了极大方便。 2A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标（1）转换时间或转换速率）转换时间或转换速率。转换时间是指。转换时间是指A/D转换器完成一次转换所需转换
49、器完成一次转换所需要的时间。转换时间的倒数为转换速率。要的时间。转换时间的倒数为转换速率。 （2）分辨率。）分辨率。分辨率是衡量分辨率是衡量A/D转换器能够分辨出输入模拟量最小变化转换器能够分辨出输入模拟量最小变化程度的技术指标。分辨率取决于程度的技术指标。分辨率取决于A/D转换器的位数，所以习惯上用输出的二转换器的位数，所以习惯上用输出的二进制位数表示。进制位数表示。例如，某型号例如，某型号A/D转换器的满量程输入电压为转换器的满量程输入电压为5V，可输出，可输出12位二进制数，位二进制数，535454即用即用212个数进行量化，分辨能力为个数进行量化，分辨能力为1LSB，即，即5V/212
50、=1.22mV，其，其分辨率为分辨率为12位，或能分辨出输入电压位，或能分辨出输入电压1.22mV的变化。的变化。但是对于双积分型但是对于双积分型BCD码输出的码输出的A/D转换器转换器MC14433，其满量程转，其满量程转换电压为换电压为2V档时，其输出的十进制数范围为档时，其输出的十进制数范围为00001999，能分辨出，能分辨出1mv的变化。如果把分辨率换算成二进制位数表示，的变化。如果把分辨率换算成二进制位数表示，3（1/2）位的）位的A/D转换器（千位仅有转换器（千位仅有0和和1两个十进制数字，称其为半位，而百、十、个位两个十进制数字，称其为半位，而百、十、个位均可能有均可能有10个