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1、第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口第八章第八章 MCS-51与与D/A、A/D的接口的接口8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口8.1.1 A/D转换器概述一一A/D转换器的类型及原理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
2、接A/D转换器；按其分辨率可分为416位的A/D转换器芯片。1计数型计数型A/D转换器转换器 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，第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口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
3、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逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器 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
4、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。 第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口 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，
5、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双重积分型双重积分型A/D转换器转换器二二A/D转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标1分辨率分辨率2转换时间转换时间3量程量程4转换精度转换精度第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口8.1.2 ADC0809与与MCS-51的接口的接口一一ADC
6、0809芯片芯片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，模拟输入电压范畴为0+5V，转换时间为100s，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第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口二二ADC0809的引脚的引脚ADC0809芯片有28个引脚，采用
7、双列直插式封装，如图。 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLOCK VCC VREF+ GND D1 IN2 IN1 IN0 ADDA ADDB ADDC ALE D7 D6 D5 D4 D0 VREF- D2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 2 第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口其中：IN0IN7：8路模拟量输入端。D0D7：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用
8、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，高电平有效。START：A/D转换启动信号，输入，高电平有效。第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口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D0D7送出。CLK：时钟脉冲输入端
9、。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。三三ADC0809的工作流程的工作流程START/ALE 地址锁存 ADDA/B/C EOC OE D0D7 启动 转换结束 读取结果 D A T A 第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口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。
10、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D0D1读出数据。四四ADC0809与与MCS-51单片机的接口单片机的接口下图是一个ADC0809与8051的一个接口电路图。1硬件连接硬件连接第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALE WR P2.7RDINTO+5VGNDD0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTARTOEEOCIN0IN1IN2IN3I
11、N4IN5IN6IN7 VREF+VREF-ADC08098051分频器2软件编程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30H37H单元中。采样完一遍后停止采集。第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口汇编语言编程：汇编语言编程：ORG 0003HLJMP INT0ORG 0100H ；主程序；主程序MOV R0，#30H ；设立数据存储区指针；设立数据存储区指针MOV R2，#08H ；设置；设置8路采样计数值路采样计数值SETB IT0 ；设置外部中断；设置外部中断0为
12、边沿触发方式为边沿触发方式 SETB EA ；CPU开放中断开放中断SETB EX0 ；允许外部中断；允许外部中断0中断中断MOV DPTR，#0000H ；送入口地址并指向；送入口地址并指向IN0LOOP： MOVX DPTR，A ；启动；启动A/D转换，转换，A的值无意义的值无意义HERE： SJMP HERE ；等待中断；等待中断ORG 0200H ；中断服务程序；中断服务程序INT0： MOVX A，DPTR ；读取转换后的数字量；读取转换后的数字量MOV R0，A ；存入片内；存入片内RAM单元单元INC DPTR ；指向下一模拟通道；指向下一模拟通道INC R0 ；指向下一个数据存
13、储单元；指向下一个数据存储单元DJNZ R2，NEXT ；8路未转换完，则继续路未转换完，则继续CLR EA ；已转换完，则关中断；已转换完，则关中断CLR EX0 ；禁止外部中断；禁止外部中断0中断中断RETI ；中断返回；中断返回NEXT： MOVX DPTR，A ；再次启动；再次启动A/D转换转换RETI ；中断返回；中断返回第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口C语言编程：#include #include /定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define IN0 XBYTE0 x0000 /定义IN0为通
14、道0的地址static uchar data x8; /定义8个单元的数组，存放结果uchar xdata *ad_adr; /定义指向通道的指针uchar i=0;void main(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 (;) ; /等待中断第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口void int_adc(void) interrupt 0 /中断函数xi=*ad_adr; /接收当前通道转换结果i+;ad_adr+; /指向下一个通道if
15、 (i8)*ad_adr=i; /8个通道未转换完，启动下一个通道返回elseEA=0;EX0=0; /8个通道转换完，关中断返回第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口8.2.1 D/A转换器概述转换器概述一一D/A转换器的性能指标转换器的性能指标1分辨率。分辨率。2精度精度3线性度线性度4温度灵敏度温度灵敏度5建立时间建立时间二二D/A转换的分类转换的分类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
16、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。第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口三三D/A转换器与单处机的连接转换器与单处机的连接1数据线的连接数据线的连接 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
17、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。 第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口8.2.2 MCS-51与8位DAC0832的接口一一DAC0832芯片芯片 DAC0832是一种电流型
18、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DI0DI7ILECSWR1WR2X F ER输入寄存器DAC寄存器D/A转换器LE1LE2VREFRfbIOUT1IOUT2AGNDVCCDGNDDAC0832第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口二二DAC0832的引脚的引脚DAC0832有20引脚，采用双列直插式封装，如图所示。CSWR1AGNDDI3DI2DI2DI0VREF R F B DGNDVCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT212345678910201
19、91817161514131211其中：DI0DI7（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。WR1 CS 第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口：写信号线2。 WR2 ：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 XFER IOUT1：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
20、准电压输入线。电压范围为10V10V。VCC：工作电源输入端，可接5V15V电源。AGND：模拟地。DGND：数字地。三三DAC0832的工作方式的工作方式DAC0832有三种方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。1直通方式：直通方式：第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口 、 、 、 直接接地，ILE接电源，DAC0832工作于直通方式，此时，8位输入寄存器和8位DAC寄存器都直接处于导通状态，8位数字量到达DI0DI7，就立即进行D/A转换，从输出端得到转换的模拟量。 WR1 WR2 CS XFER 当引脚2单缓冲方式：单缓冲方式： WR1 WR
21、2 CS XFER 当连接引脚 、 、 、 ，使得两个锁存器的一个处于直通状态，另一个处于受控制状态，或者两个被控制同时导通，DAC0832就工作于单缓冲方式，例如下图就是一种单缓冲方式的连接 对于下图的单缓冲连接，只要数据DAC0832写入8位输入锁存器，就立即开始转换，转换结果通过输出端输出。第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口Vout-VCCILECSWR1DI0DI7WR2 XFERDGND AGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V-5V-A+ -P2.7WRP0.0P0.780513双缓冲方式：双缓冲方式：当8位输入锁存器和8位DA
22、C寄存器分开控制导通时，DAC0832工作于双缓冲方式，双缓冲方式时单片机对DAC0832的操作分两步，第一步，使8位输入锁存器导通，将8位数字量写入8位输入锁存器中；第二步，使8位DAC寄存器导通，8位数字量从8位输入锁存器送入8位DAC寄存器。第二步只使DAC寄存器导通，在数据输入端写入的数据无意义。下图就是一种双缓冲方式的连接。第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口P2.7P2.6WRP0.0P0.7 8051 Vout-VCCILECSXFERWR1WR2DI0DI7DGND AGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V-5V-A+ -四四
23、DAC0832的应用的应用 D/A转换器在实际中经常作为波形发生器使用，通过它可以产生各种各样的波形。它的基本原理如下：利用D/A转换器输出模拟量与输入数字量成正比这一特点，通过程序控制CPU向D/A转换器送出随时间呈一定规律变化的数字，则D/A转换器输出端就可以输出随时间按一定规律变化的波形。第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口【例【例8-1】 根据图8.9编程从DAC0832输出端分别产生锯齿波、三角波和方波。 根据单缓冲方式图的连接，DAC0832的口地址为7FFFH。汇编语言编程：锯齿波MOV DPTR，#7FFFHCLR ALOOP：MOV
24、X DPTR，AINC ASJMP LOOP三角波：MOV DPTR，#7FFFHCLR ALOOP1：MOVX DPTR，AINC ACJNE A，#0FFH，LOOP1LOOP1：MOVX DPTR，ADEC AJNZ LOOP2SJMP LOOP1方波：MOV DPTR，#7FFFHLOOP：MOV A，#00HMOVX DPTR，AACALL DELAYMOV A，#FFHMOVX DPTR，AACALL DELAYSJMP LOOPDELAY：MOV R7，#0FFHDJNZ R7，$RET第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口C语言编程：锯
25、齿波：#include /定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7FFFvoid main()uchar i;while(1)for (i=0;i0 xff;i+)DAC0832=i;第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口三角波：#include /定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7FFFvoid main()uchar i;while(1)for (i=0;i0;i-)DAC0832=i;第八章第八章 MCS-51MCS-51与与D/AD/A、A/DA/D的接口的接口方波：#include /定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7FFFvoid delay(void);void main()uchar i;while(1)DAC0832=0; /输出低电平delay(); /延时DAC0832=0 xff; /输出高电平delay(); /延时void delay() /延时函数uchar i;for (i=0;i0 xff;i+) ;