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1、第8章数模与模数转换接口技术本讲稿第一页，共六十三页A/DA/D及及D/AD/A转换器的性能指标转换器的性能指标分辨率（分辨率（ResolutionResolution）分辨率是指A/D转换器能分辨的最小输出模拟增量，取决于输入数字量的二进制位数。转换精度（转换精度（Conversion AccuracyConversion Accuracy）转换精度指满量程时ADC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。量程量程(满刻度范围满刻度范围FULL Scale Range)FULL Scale Range)量程是指输入模拟电压的变化范围。例如某转换器具有10V的单极性范围或-5+5V的双极性范围。则它
2、们的量程都为10V。满刻度只是个名义值，实际的A/D，D/A转换器的最大输出值总是比满刻度值小1/2n，n为转换器的位数。例如12位的A/D转换器，其满刻度值为10V，而实际的最大输出值为:A/DA/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标本讲稿第二页，共六十三页线性度（线性度（LinearityLinearity）线性度是指ADC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。转换时间（转换时间（Conversion Time）从发出启动转换开始直至获得稳定的二进代码所需的时间称为转换时间，转换时间与转换器工作原理及其位数有关，同种工作原理的转换器，通常位数越多，其转换时间越长。本讲稿第三页
3、，共六十三页 D/AD/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 D/A转换器的主要技术指标与A/D转换器基本相同，只是转换时间的概念略有不同，D/A转换器的转换时间又叫建立时间，它是指当输入的二进制代码从最小值突然跳变至最大值时，其模拟输出电压相应的满度跳跃并达到稳定所需的时间。一般而言，D/A的转换时间比A/D要短得多。本讲稿第四页，共六十三页DACDAC芯片类型及接口方法芯片类型及接口方法各种类型的DAC芯片都具有数字量输入端和模拟量输出端及基准电压端。数字输入端有以下几种类型：无数据锁存器，带单数据锁存器，带双数据锁存器，可接收串行数字输入。第1种在与单片机接口时，要外加锁存器，第2
4、种和第3种可直接与单片机接口，第4种与单片机接口十分简单，接收数据较慢，适用于远距离现场控制的场合。模拟量输出有两种方式：电压输出及电流输出。电压输出的DAC芯片相当于一个电压源，其内阻很小，选用这种芯片时，与它匹配的负载电阻应较大。电流输出的芯片相当于电流源，其内阻较大，选用这种芯片时，负载电阻不可太大。本讲稿第五页，共六十三页在实际应用中，常选用电流输出的DAC芯片实现电压输出，如图所示：本讲稿第六页，共六十三页无内部数据锁存器的DAC芯片，尤其是分辩率高于8位的DAC芯片，在设计与8位单片机接口时，要外加数据锁存器作为缓冲器。下图是一种单缓冲器接口。本讲稿第七页，共六十三页在10位DAC
5、芯片与8位单片机之间接入两个锁存器，锁存器A锁存10位数据中的低8位，锁存器B锁存高2位。单片机分两次输出数据，先输出低8位数据到锁存器A，后输出高2位数据到锁存器B。设锁存器A和锁存器B的地址分别为002CH和002DH，则执行下列指令后完成一次D/A转换：MOVDPTR，#002CHMOVA，#DATA8MOVXDPTR，A；输出低8位INCDPTRMOVA，#DATA2MOVXDPTR，A；输出高2位这种接口存在一个问题，就是在输出低8位数据和高2位数据之间，会产生“毛剌”现象，如图3.3(b)所示。假设两个锁存器原来的数据为0001111000，现在要求转换的数据为0100001011
6、，新数据分两次输出，第一次输出低8位，这时DAC将把新的8位数据的与原来数据的高2位一起组成0000001011转换成输出电压，而该电压是不需要的，即所谓“毛刺”。本讲稿第八页，共六十三页避免产生毛刺的方法之一是采用双组缓冲器结构，如下图所示。本讲稿第九页，共六十三页单片机先把低8位数据选通输入锁存器1中，然后将高2位数据选通输入锁存器3中，并同时选通锁存器2，使锁存器2与锁存器3组成10位锁存器向DAC同时送入10位数据由DAC转换成输出电压。当地址如图中所示时，执行以下程序完成一次D/A转换：MOV DPTR，#6000HMOV A，#DATA8MOVX DPTR，A ；输出低8位数据IN
7、C DPTRMOV A，#DATA2MOVX DPTR，A ；输出高2位,并同时输出10位数据本讲稿第十页，共六十三页D/AD/A转换器芯片转换器芯片DAC0832DAC0832 DAC0832是一个8位D/A转换器芯片，单电源供电，从+5V+15V均可正常工作，基准电压的范围为10V，电流建立时间为1s，CMOS工艺，低功耗20mm。其内部结构由1个8位输入寄存器、1个8位DAC寄存器和1个8位D/A转换器组成。本讲稿第十一页，共六十三页DAC0832DAC0832的内部结构的内部结构DAC0832是典型的带内部双数据缓冲器的8位D/A芯片。图中LE是寄存命令，当LE=1时，寄存器输出随输入
8、变化，当LE=0时，数据锁存在寄存器中。当ILE端为高电平，CS与WR1同时为低电平时，使得LE1=1；当WR1变为高电平时，输入寄存器便将输入数据锁存。当XFER与WR2同时为低电平时，使得LE2=1，DAC寄存器的输出随寄存器的输入变化，WR2上升沿将输入寄存器的信息锁存在该寄存器中。本讲稿第十二页，共六十三页DAC0832DAC0832的工作方式的工作方式 DAC0832利用WR1、WR2、ILE、XFER 控制信号可以构成三种不同的工作方式。1)直通方式 WR1=WR2=0时，数据可以从输入端经两个寄存器直接进入D/A转换器。2)单缓冲方式两个寄存器之一始终处于直通，即WR1=0或WR
9、2=0，另一个寄存器处于受控状态。3)双缓冲方式 两个寄存器均处于受控状态。这种工作方式适合于多模拟信号同时输出的应用场合。本讲稿第十三页，共六十三页单缓冲方式的接口与应用单缓冲方式的接口与应用1 1单缓冲方式连接单缓冲方式连接 所谓单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控锁存方式。为使DAC寄存器处于直通方式，应使WR2=0和XFER=0。为此可把这两个信号固定接地，或如电路中把WR2与WR1相连，把XFER与CS相连。为使输入寄存器处于受控锁存方式，应把WR1接8051的WR，ILE接高电平。此外还应把CS接高位地址线或地址译码输出，以便于对输入
10、寄存器进行选择。本讲稿第十四页，共六十三页DAC0832DAC0832单缓冲方式接口单缓冲方式接口 本讲稿第十五页，共六十三页2 2单缓冲方式应用举例单缓冲方式应用举例-波形发生器波形发生器在一些控制应用中，需要有一个线性增长的电压（锯齿波）来控制检测过程、移动记录笔或移动电子束等。对此可通过在DAC0832的输出端接运算放大器，由运算放大器产生锯齿波来实现，其电路连接如图所示。本讲稿第十六页，共六十三页图中的DAC0832工作于单缓冲方式，其中输入寄存器受控，而DAC寄存器直通。假定输入寄存器地址为7FFFH，产生锯齿波的程序清单如下：MOV A，#00H ；取下限值 MOV DPTR，#7
11、FFFH；指向0832口地址MM：MOVX DPTR，A ；输出 INC A；延时 NOP NOP NOP SJMP MM；反复执行上述程序就可得到如下图所示的锯齿波。本讲稿第十七页，共六十三页几点说明：(1)程序每循环一次，A加1，因此实际上锯齿波的上升边是由256个小阶梯构成的，但由于阶梯很小，所以宏观上看就如图中所画的先行增长锯齿波。本讲稿第十八页，共六十三页（2）可通过循环程序段的机器周期数，计算出锯齿波的周期。并可根据需要，通过延时的方法来改变波形周期。若要改变锯齿波的频率，可在AJMP MM指令前加入延迟程序即可。延时较短时可用NOP指令实现（本程序就是如此），需要延时较长时，可以
12、使用一个延长子程序。延迟时间不同，波形周期不同，锯齿波的斜率就不同。（3）通过A加1，可得到正向的锯齿波，反之A减1可得到负向的锯齿波。（4）程序中A的变化范围是0255，因此得到的锯齿波是满幅度的。如要求得到非满幅锯齿波，可通过计算求的数字量的处置和终值，然后在程序中通过置初值和终值的方法实现。本讲稿第十九页，共六十三页产生矩形波电压的产生矩形波电压的参考程序：参考程序：ORG 1100HSTART:MOV DPTR,#7FFFH ；送DAC0832口地址LOOP:MOV A,#dataH ；送高电平数据 MOVX DPTR,A LCALL DELAYH ；调用延时子程序 MOV A,#da
13、taL ；送低电平数据 MOVX DPTR,A LCALL DELAYL ；调用延时子程序 SJMP LCALL 本讲稿第二十页，共六十三页执行上述程序就可得到如下图所示的矩形波执行上述程序就可得到如下图所示的矩形波本讲稿第二十一页，共六十三页几点说明：（1）以上程序产生的是矩形波，其低点平的宽度由延时子程序DELAYL所延时的时间来决定，高电平的宽度则由DELAYH所延时的时间决定。（2）改变延时子程序DELAYL和的DELAYH延时时间，就可改变矩形波上下沿的宽度。若DELAYL=DELAYH（两者延时一样），则输出的是方波。（3）改变上限值或下限值便可改变矩形波的幅值；单极性输出时为0-
14、5V或0+5V；双极性输出时为-5V+5V。本讲稿第二十二页，共六十三页双缓冲方式的接口与应用双缓冲方式的接口与应用 在多路D/A转换的情况下，若要求同步转换输出，必须采用双缓冲方式。DAC0832采用双缓冲方式时，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步进行的。第一，CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中。第二，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各路输入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出。下图为两片DAC0832与8031接实现的双缓冲方式连接电路，能实现两路同步输出。本讲稿第二十三页，共六十三页 80518051与与DAC0832DA
15、C0832的双缓冲方式接口的双缓冲方式接口 本讲稿第二十四页，共六十三页实现两路同步输出的程序如下：实现两路同步输出的程序如下：MOV DPTR，#0DFFFH；送0832（1）输入锁存器地址 MOV A，#data1 ；data1送0832（1）输入锁存器 MOVX DPTR，A；MOV DPTR，#0BFFFH；送0832（2）输入锁存器地址 MOV A，#data2 ；data2送0832（2）输入锁存器 MOVX DPTR，A；MOV DPTR，#7FFFH ；送两路DAC寄存器地址 MOVX DPTR，A ；两路数据同步转换输出 本讲稿第二十五页，共六十三页80518051与与121
16、2位位DACDAC的接口的接口DAC1208的内部结构和原理的内部结构和原理与DAC0832相似，DAC1208也是双缓冲器结构，输入控制线与DAC0832也很相似，和用来控制输入寄存器，和用来控制DAC寄存器，但增加了一条控制线BYTE1/BYTE2，用来区 分 输 入 8位 寄 存 器 和 4位 寄 存 器，当BYTE1/BYTE2=1时，两个寄存器都被选中，BYTE1/BYTE2=0时，只选中4位输入寄存器。本讲稿第二十六页，共六十三页DAC1208DAC1208内部结构框图内部结构框图 本讲稿第二十七页，共六十三页 80518051和和DAC1208DAC1208的连接的连接本讲稿第二
17、十八页，共六十三页MOV40H,#0FFH;模拟电压高8位数据MOV41H,#0FH;模拟电压低4位数据MOVDPTR,#07FFFH;选通1208高8位输入寄存器地址MOVR1,#40HMOVA,R1MOVXDPTR,A;输出高8位数据MOVDPTR,#07EFFH;选通1208低4位输入寄存器地址MOVR1,#41HMOVA,R1MOVXDPTR,A;输出低4位地址数据MOVDPTR,#0FFFFH;选通1208DAC寄存器地址MOVXDPTR,A;完成12位D/A转换SJMP$DAC1208的DAC寄存器地址为FFFFH。DAC1208采用双缓冲器工作方式，送数时应先送高8位数据DI11
18、DI4，再送低4位数据DI3DI0，送完12位数据后再打开DAC寄存器，设12位数据存放在内部RAM区的40H和41H单元中，高8位存于40H，低4位存于41H，转换程序如下：本讲稿第二十九页，共六十三页串行串行DACDAC与与80518051单片机的接口单片机的接口串行接口的DAC芯片MAX517与8051单片机的接口简单，与标准I2C总线兼容，具有高达400kbps的通信速率。基准输入可为双极性，输出放大为双极性工作方式，8引脚DIP封装引脚排列如下：本讲稿第三十页，共六十三页MAX517采用I2C串行总线，大大简化了与单片机的接口电路设计。I2C总线采用位、双向串行数据传送方式，标准传送
19、速率为100kB/s，快速方式下可达400kB/s；同步时钟可以作为停止或重新启动串行口发送的握手方式；连接到同一总线的集成电路数目只受400pF的最大总线电容限制。MAX517数据传输时序如图所示。本讲稿第三十一页，共六十三页MAX517MAX517与与80518051单片机的接口电路单片机的接口电路 本讲稿第三十二页，共六十三页8051单片机的P3.0和P3.1分别定义为I2C串行总线的SCL和SDA信号，采用IO端口模拟方式实现I2C串行总线工作时序。执行驱动程序后连续启动MAX517进行D/A转换，利用示波器可以看到MAX517输出电压的变化波形。本讲稿第三十三页，共六十三页ADCAD
20、C接口技术接口技术阶梯波比较式阶梯波比较式ADC工作原理：工作原理：转换开始时，计数器复0，DAC的输出为Vd=0。若输入电压Vi为正，则比较器输出Vc为正，与门打开，计数器对时钟脉冲进行计数，DAC输出即随计数脉冲的增加而增加，如图所示，当Vd Vi时，比较器输出变负，与门关闭，停止计数。计数器的计数值正比于输入电压，完成了从输入模拟量电压到计数器的计数值数字量的转换。本讲稿第三十四页，共六十三页 ADC0809ADC0809内部逻辑结构内部逻辑结构 ADC0809 ADC0809引脚图引脚图 典型典型A/DA/D转换器芯片转换器芯片ADC0809ADC0809本讲稿第三十五页，共六十三页A
21、DC0809内部多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。通道选择表通道选择表 本讲稿第三十六页，共六十三页ADC0809ADC0809的工作时序图的工作时序图 本讲稿第三十七页，共六十三页 ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列如图所示。主要信号引脚的功能如下：IN7IN0模拟量输入通道 A、B、C地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为 高地址，
22、引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。本讲稿第三十八页，共六十三页 START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST.D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片 机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高 OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。本讲稿第三十九页
23、，共六十三页 CLK 时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态 标志，又可作为中断请求信号使用。Vcc+5V电源。Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进 行 比 较，作 为 逐 次 逼 近 的 基 准。其 典 型 值 为+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V)。本讲稿第四十页，共六十三页80518051单片机与单片机与ADC0809ADC0809的接口的接口本讲稿第四十一页，共六十三页
24、 采用线选法规定其端口地址采用线选法规定其端口地址用单片机的P2.7引脚作为片选信号,因此端口地址为7FFFH。片选信号和信号一起经或非门产生ADC0809的启动信号START和地址锁存信号ALE；片选信号和信号一起经或非门产生ADC0809输出允许信号OE，OE=1时选通三态门使输出锁存器中的转换结果送入数据总线。ADC0809的EOC信号经反相后接到8051的引脚 用于产生转换完成的中断请求信号。ADC0809芯片的3位模拟量输入通道地址码输入端A、B、C分别接到8031的P0.0、P0.1和P0.2，故只要向端口地址7FFFH分别写入数据00H07H，即可启动模拟量输入通道07进行A/D
25、转换。本讲稿第四十二页，共六十三页转换数据的传送转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（1 1）定时传送方式）定时传送方式 对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2 2）查询方式）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例
26、如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可却只转换是否完成，并接着进行数据传送。（3）中断方式）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。本讲稿第四十三页，共六十三页 不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以RD信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。不管使用上述那种方式，只要一旦确认转换结束，便可通过指令进行数据传送。所用的指令为：MOV DPTR,#7FFFH MOVX A ,DPTR该指令在送出有效口地址的同时，发出有效信号RD，使0809的输出
27、允许信号OE有效，从而打开三态门输出，使转换后的数据通过数据总线送入A累加器中。本讲稿第四十四页，共六十三页 需要说明的是，ADC0809的三个地址端A、B、C既可如前所述与数据线相连，也可与地址线相连，例如与A0A2相连。这时启动A/D转换的指令与上述类似，只不过A的内容为任意数。例如当A、B、C分别与A0、A1、A2相连时，启动A/D转换只需要一条MOVX指令。在此之前，要将P2.7清零并将最低三位与所选择的通道对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN7通道时，可采用如下两条指令启动A/D转换：MOVDPTR,#7FFFH；送入0809的口地址MOVXDPTR,A；启动A/D转换
28、（IN7）注意：此处A中内容与A/D转换无关，可为任意值。本讲稿第四十五页，共六十三页A/DA/D转换应用举例转换应用举例采用中断工作方式对8路模拟输入信号依次进行A/D转换并把转换结果存入内部数据存储器的程序，设数据存储器的首地址为30H，采用前面的接口电路。初始化程序：初始化程序：MOVR0，#30H；数据区首地址MOVR4，#08H；八路模拟信号MOVR2，#00H；模拟通道0SETBEA；开中断SETBEX1；允许外中断1SETBIT1；边沿触发MOVDPTR,#7FFFH；ADC0809端口地址MOVA，R2MOVXDPTR，A；启动ADC0809SJMP$；等待本讲稿第四十六页，共
29、六十三页中断服务程序：中断服务程序：MOVXA，DPTR；输入转换结果MOVR0，A；存入内存INCR0；数据区地址加1INCR2；修改输入通道MOVA，R2MOVXDPTR，A；启动下一路通道DJNZR4，LOOP；八路未完，循环CLREX1；八路完毕，关中断LOOP：RETI；中断返回本讲稿第四十七页，共六十三页积分型积分型A/D 转换器工作原理转换器工作原理双积分型双积分型A/D转换器工作原理转换器工作原理 双双积积分分型型A/D转转换换是是一一种种间间接接A/D转转换换技技术术。首首先先将将模模拟拟电电压压转转换换成成积积分分时时间间，然然后后用用数数字字脉脉冲冲计计时时方方法法转转换
30、换成成计计数数脉脉冲冲数数，最最后后将将此此代代表表模模拟拟输输入入电电压压大大小小的的脉脉冲冲数数转转换换成成二二进制或进制或BCD码输出。码输出。本讲稿第四十八页，共六十三页双积分双积分A/D转换电路原理及工作波型图转换电路原理及工作波型图本讲稿第四十九页，共六十三页1.准备期：开关S1、S2、S3断开，S4接通，积分电容C被短路，输出为0。2.采样期：开关S2、S3、S4断开，S1闭合，积分器对输入模拟电压+Vi进行积分，积分时间固定为T1，在采样期结束的t2时刻，积分器输出电压为：式中为被测模拟电压在T1时间内的平均值。3.比较期：从t2时刻开始，开关S1、S2、S4断开，S3闭合，将
31、与被测模拟电压极性相反的标准电压-Er接到积分器的输入端(若被测模拟电压为-Vi，则S1、S3、S4断开，S2闭合，将+Er接到积分器的输入端)，使积分器进行反向积分。当积分器的输出回到0时，比较器的输出发生跳变。设在t3时刻积分器回0，此时有：式中T2=t3-t2为比较周期。本讲稿第五十页，共六十三页在T2周期内对一个周期为的时钟脉冲进行计数，得：由于T1、Er、都是恒定值，从而计数值N就正比于被测模拟电压值，实现了A/D转换。本讲稿第五十一页，共六十三页双积分双积分A/D转换器芯片转换器芯片ICL7135ICL7135是一种常用的4位半BCD码双积分型单片集成ADC芯片,其分辩率相当于14
32、位二进制数，它的转换精度高,转换误差为1LSB，并且能在单极性参考电压下对双极性输入模拟电压进行A/D转换，模拟输入电压范围为01.9999V。芯片采用了自动校零技术,可保证零点在常温下的长期稳定性，模拟输入可以是差动信号,输入阻抗极高。本讲稿第五十二页，共六十三页ICL7135的输出时序图的输出时序图B8、B4、B2、B1：BCD码数据输出，B8为最高位，B1为最低位。D5、D4、D3、D2、D1：BCD码数据的位驱动信号输出端，分别选通万、千、百、十、个位。本讲稿第五十三页，共六十三页ICL7135与单片机与单片机8031的接口电路的接口电路本讲稿第五十四页，共六十三页ICL7135转换结
33、果输出是动态的，因此必须通过并行接口才能与单片机连接。图中74LS157为4位2选1的数据多路开关，74LS157的端输入为低电平时，1A、2A、3A输入信息在1Y、2Y、3Y输出；端为高电平时，1B、2B、3B输入信息在1Y、2Y、3Y输出。因此，当7135的高位选通信号D5输出为高电平时，万位数据B1和极性、过量程、欠量程标志输入到8051单片机的P0.0P0.3，当D5为低电平时，7135的B8、B4、B2、B1输出低位转换结果的BCD码，此时BCD码数据线B8、B4、B2、B1输入到8051单片机的P0.0P0.3。本讲稿第五十五页，共六十三页ICL7135的时钟频率为125kHz，每
34、秒进行3次A/D转换。ICL7135的数据输出选通脉冲线接到8051外部中断INT0端，当ICL7135完成一次A/D转换以后，产生5个数据选通脉冲，分别将各位的BCD码结果和标志D1D5打入8051的P0口。由于ICL7135的A/D转换是自动进行的,完成一次A/D转换后,选通脉冲的产生和8051中断的开放是不同步的。为了保证读出数据的完整性,单片机8051只对最高位(万位)的中断请求作出响应，低位数据的输入则采用查询的方法，A/D转换结果送入单片机8051片内RAM的20H,21H和22H单元。本讲稿第五十六页，共六十三页三积分式三积分式ADC的工作原理的工作原理为了提高双分积式ADC的分
35、辨率，出现了多积分式ADC。下面简单介绍三重积分式ADC的工作原理。它的特点是比较期由两段斜坡组成，当积分器输出电压接近0点时，突然换接数值较小的基准电压，从而降低了积分器输出电压的斜率，延长积分器回0的时间，使比较周期延长以获得更多的计数值，从而提高了分辨率。而积分器在输出电压较高时，接入数值较大的基准电压，积分速度快，因而转换速度也快。本讲稿第五十七页，共六十三页系统中有两个比较器，比较器1的比较电平为0电平，比较器2的比较电平为V，同时有两个基准电压Er和Er/2m。工作过程如下：采样期：Sx接通，Spb、Sps断开，积分器对被测电压Vi积分，积分周期恒定为T1；比较期I：Spb接通，S
36、x、Sps断开，积分器对极性与Vi相反的基准电压Er进行积分，由于Er数值较大，故积分速度较快，积分周期为T21；比较期：当积分器输出达到比较器2的比较电平V时，通过控制电路使开关Sps接通，Spb、Sx断开，积分器对Er/2m积分。由于基准电压减小，因而积分速度按比例降低。当积分器输出电压达到零伏时，比较器1动作，通过控制电路使所有开关断开，积分器停止积分，一次A/D转换结束。本讲稿第五十八页，共六十三页因为比较期的基准电压减小了2m倍，因此如果在两个比较期内计数脉冲频率保持不变，则在比较期内的计数值应乘以2m后才能与比较期内的计数值相加。为此可采用如图所示的计数器结构。在比较期内，与门1打
37、开，计数器从2m位开始计数：在比较期内，与门2开，计数器从20位开始计数。若在比较期内计得N1个钟脉冲，比较期内计得N2个时钟脉冲，则在整个比较期内计数器的计数值为N=2mN1+N2本讲稿第五十九页，共六十三页串行串行ADC与与8051单片机的接口单片机的接口串行接口的ADC芯片TLC549与8051单片机的接口简单，功耗低。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围。TLC549引脚排列如下：本讲稿第六十页，共六十三页TLC549具有片内系统时钟，该时钟与SCLK是独立工作的，无须特殊的速度或相位匹配。其工作时序如下，当CS为高时，数据输出端(SDO)处于高阻状态，此时SCLK不起作用。这种CS控制作用允许在同时使用多片TLC549时共用SCLK，以减少多路A/D并用时的I/O控制端口。通常情况下CS应为低。本讲稿第六十一页，共六十三页TLC549TLC549与与80518051单片机的接口电路单片机的接口电路 本讲稿第六十二页，共六十三页TLC549完成一次A/D转换完成需要17s。在转换过程中，单片机给CS一个高电平，SDO将返回高阻状态，进入下一次A/D转换之前，需要至少延时17s，否则TLC549的转换过程将被破坏。本讲稿第六十三页，共六十三页