片機(jī)的典型外圍ADC電路.ppt

1、第七章 單片機(jī)的典型外圍接口技術(shù),7.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器及其接口電路的一般特點(diǎn) 7.3.2 D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路 7.4.1 ADC電路 7.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的接口電路,概述,單片機(jī)和被控實(shí)體間的接口示意圖,性能指標(biāo),l分辨率（Resolution）是指轉(zhuǎn)換器對輸出的數(shù)字量與輸入的模擬量或者輸入的數(shù)字量與輸出的模擬量的分辨能力，通常用二進(jìn)制位數(shù)來表示。如獲1/2n l轉(zhuǎn)換時(shí)間指轉(zhuǎn)換器完成一次模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換所花的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間影響系統(tǒng)的速度 L量化誤差指實(shí)際輸出與理論值之間的誤差,D/A轉(zhuǎn)換的一般工作原理: 常用電阻分壓/分流來實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。 D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成與數(shù)值成正

2、比的電壓/電流。有權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)與 T型解碼網(wǎng)絡(luò)兩種構(gòu)建方法,又以T型解碼網(wǎng)絡(luò)最為常用,權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò) 簡單。但隨著D/A轉(zhuǎn)換的位數(shù)增加，權(quán)電阻值跨度增大，在集成電路中難于實(shí)現(xiàn),T 型解碼網(wǎng)絡(luò) 電阻數(shù)量大一倍。但電阻值歸一化程度高,容易集成，精度高。應(yīng)用最為普遍,權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò),I,Iout,R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,若： R0 = R R1 = R/2 R2 = R/4 R3 = R/8 R7 = R/128 從而:I0 = Vref/R I1 = 2 Vref/R I2 = 4 Vref/R I3 = 8 Vref/R I7 =128Vref/R,開關(guān)控制電路,開關(guān)控

3、制電路的作用： 將“0”值對應(yīng)的開關(guān)打到地， 將“1”值對應(yīng)的開關(guān)接通Vref,加法器電路,簡單, 權(quán)電阻值跨度大，在集成電路中難于實(shí)現(xiàn),D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,Vref,Iout,2R,2R,2R,2R,2R,2R,2R,2R,每個(gè)2R支路的電流均為上一支路的1/2： I7 = (Vref/2R) I6 = (Vref/2R)/2 I5 = (Vref/2R)/4 I0 = (Vref/2R)/128,開關(guān)控制電路,開關(guān)控制電路:“0”值將開關(guān)打到地；“1”值將開關(guān)接通Vref,加法器電路,T 型解碼網(wǎng)絡(luò),2R,R,R,R,R,R,R,R,深度負(fù)反饋條件下,運(yùn)放的“虛

4、短特性”: Vd 0 ,(因開環(huán)增益極大,輸入端之間壓差極小) Ii 0 ,(因輸入阻抗極大,輸入電流極小) 從而: 由節(jié)點(diǎn)向下看去阻值均為2R 由節(jié)點(diǎn)向下向右看去阻值均為R,Vref,1,0,I7,I6,I5,I4,I3,I2,I0,I1,電阻數(shù)量增大一倍, 但阻值歸一，集成容易，精度高,D7,D0,7.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器及其接口電路的一般特點(diǎn),將數(shù)字信號(hào),模擬信號(hào),運(yùn)算放大器組成的電流電壓轉(zhuǎn)換器 將電流轉(zhuǎn)化成電壓輸出,數(shù)據(jù)線接法與內(nèi)部是否有鎖存器而不同,內(nèi)部無鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器,目的：數(shù)據(jù)保持，使D/A轉(zhuǎn)換輸出穩(wěn)定,12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 AD7542,7.3.2D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路 1

5、 通過P1、P3等I/O口的接口 12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器_AD7542 AD7542是雙緩沖并行送數(shù)的12位CMOS乘法式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，其功能框圖示于圖7-18。它由三個(gè)4位數(shù)據(jù)寄存器、一個(gè)12位DAC寄存器、地址譯碼邏輯和12位DAC所組成,12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 AD7542,圖7-18 AD7542的功能框圖,12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 AD7542,A0、A1提供各寄存器的地址。 CLR為清零端，當(dāng)其低電平有效時(shí)，使所有的寄存器都復(fù)位為0。 CS為片選端，輸入，低電平有效。 WR為寫信號(hào)，輸入，低電平有效。 各信號(hào)的功能見表7_2,AD7542數(shù)/模轉(zhuǎn)換器信號(hào)的功能,注： 表中1為高電平，0為低電平，

6、為任意電平，表示由低電平轉(zhuǎn)向高電平,12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 AD7542,2)AD7542與80C51的接口 AD7542與80C51的接口電路非常簡單，見圖7-19。用P1口的P1.3P1.0與數(shù)據(jù)線D3D0相連，P1.5、P1.4與A1、A0相連，P1.6用做片選CS，P3.0用做WR信號(hào),圖719 AD7542與80C51的接口電路,第七章單片機(jī)的典型外圍接口技術(shù),編程舉例： 數(shù)據(jù)存放在片內(nèi)RAM的20H21H單元中 寄存器地址存放在R2中 子程序ADDRS將R2中的寄存器地址形成有效的地址向器件加載 子程序DATA用于將數(shù)據(jù)加載到指定的寄存器,ORG 100H DACLOAD： CLR P

7、1.6 MOV R2，#0 MOV R0，#21H LCALL ADDRS MOV A，R0 LCALL DATA INC R2 LCALL ADDRS MOV A，R0 SWAP A LCALL DATA INC R2,ORG 200H ADDRS： CLR P1.5 CLR P1.4 MOV A，R2 SWAP A ORL P1，A RET,DATA： ANL A，#0FH ORL P1，A CLR P3.0 SETB P3.0 RET,LCALL ADDRS DEC R0 MOV A，R0 LCALL DATA INC R2 LCALL ADDRS CLR P3.0 SETB P3.0

8、SETB P1.6 RET,8位CMOS數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC 0832,CS VCC,WR1 ILE,AGND WR2,D3 XFER,D2 D4,D1 D5,D0 D6,Vref D7,Rfb Iout2,DGND Iout1,DAC0832,20 PIN DIP封裝,8位D/A，分辨率=Vref/256 CMOS低功耗器件，+5+15V 單電源供電 電流輸出型器件(需外接運(yùn)放) 具有雙緩沖控制輸出 采用T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 參考電壓源，-10+10V,DAC 0832 引腳定義,CS VCC,WR1 ILE,AGND WR2,D3 XFER,D2 D4,D1 D5,D0 D6,Vref D

9、7,Rfb Iout2,DGND Iout1,DAC0832,20 PIN DIP封裝,D0D7：8位數(shù)字量輸入端 /CS： 片選端，低有效 ILE： 數(shù)據(jù)鎖存允許,高有效 /WR1：鎖存輸入數(shù)據(jù)寫控制信號(hào) /WR2：鎖存輸入寄存器輸出數(shù)據(jù)的寫信號(hào) /XFER： 數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào) Iout1： 電流輸出端1 Iout2： 電流輸出端2 Rfb： 內(nèi)置反饋電阻端 Vref: 參考電壓源,-10+10V DGND： 數(shù)字量地 AGND： 模擬量地 Vcc: +5+15V單電源供電端,DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,1,1,1,1,0,0,0,0,1,1,LE2,ILE,CS,WR1,WR2,XFER

10、,D7 D0,LE1,輸入寄存器,寄存器,DAC,轉(zhuǎn)換器,D/A,Vref,Iout2,Iout1,Rfb,LE=1，Q 跟隨 D LE=0，Q 鎖存 D,D0D7：8位數(shù)字量輸入端 /CS： 片選端，低有效 ILE： 數(shù)據(jù)鎖存允許,高有效 /WR1： 鎖存輸入數(shù)據(jù)寫控制信號(hào) /WR2： 鎖存輸入寄存器輸出數(shù)據(jù)的寫信號(hào) /XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào) Iout1：電流輸出端1（輸入數(shù)據(jù) 為全1時(shí)，電源最大） Iout2：電流輸出端2 Rfb： 內(nèi)置反饋電阻端 Vref: 參考電壓源,-10+10V DGND： 數(shù)字量地 AGND： 模擬量地 Vcc: +5+15V單電源供電端,DAC0832 常

11、見的幾種用法,1,1,1,1,0,0,0,0,1,1,LE2,ILE,CE,WR1,WR2,XFER,D7 D0,LE1,輸入寄存器,寄存器,DAC,轉(zhuǎn)換器,D/A,Vref,Iout2,Iout1,Rfb,LE=1，Q 跟隨 D LE=0，Q 鎖存 D,DAC寄存器直通方式 輸入寄存器直通方式 兩個(gè)寄存器同時(shí)選通及鎖存方式,1,或非門,非與門,輸入任一為“1”輸出皆為“0” 輸入全為“0”，輸出才為“1,輸入全為“0”，輸出才為“1” 輸入任一為“1”輸出皆為“0,單緩沖方式,89C51單片機(jī),DAC 0832,P0.0P0.7,P2.0,8位,DI0DI7,EA,WR,XFER,CS,5V

12、,6MHz,30Px2,由于內(nèi)部有輸入寄存器和DAC寄存器，所以不需外加其它電路便可以與微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接參與相連,WR1,WR2,5V,Vcc,Vref,ILE,uA741,12V,12V,GND,AGND,DGND,Iout1,Iout2,Rfb,接示波器,1、直通方式：/CS、/XFER、/WR1、/WR2接地，ILE接高電平 2、單緩沖方式：一個(gè)寄存器工作直通方式，或是兩個(gè)寄存器同時(shí)選通及鎖存方式,DAC0832 的編程應(yīng)用舉例,例1 產(chǎn)生矩形波,例2 產(chǎn)生鋸齒波,LL:MOV A，#00H ;低電平 MOV DPTR,#0FEFFH MOVX DPTR,A ;送轉(zhuǎn)換 LCALL

13、 DMS1 ;低寬度 MOV A，#0FFH ;高電平 MOVX DPTR,A ;送轉(zhuǎn)換 LCALL DMS2 ;高寬度 SJMP LL,MOV A，#00H ;起始值 MOV DPTR,#0FEFFH MM：MOVX DPTR,A ;送轉(zhuǎn)換 INC A NOP NOP NOP ;決定坡度 SJMP MM,DAC0832編程應(yīng)用舉例：例3產(chǎn)生三角波,MOV A，#00H MOV DPTR,#0FEFFH SS1: MOVX DPTR,A ;送轉(zhuǎn)換 NOP NOP NOP SS2: INC A ;等速上升 JNZ SS1 SS3: DEC A MOVX DPTR，A NOP NOP NOP ;等

14、速下降 JNZ SS3 SJMP SS2,同樣的編程思路，若要產(chǎn)生 如下的梯形波也很容易,三角波,梯形波,DAC0832 的編程應(yīng)用舉例,SE13:MOV SP,#60H MOV 7EH,#00H MOV 7DH,#08H MOV 7CH,#03H MOV 7BH,#02H REPT:MOV R6,#00H JIA1:MOV DPTR,#0FFE0H MOV A,R6 MOVX DPTR,A;送D/A轉(zhuǎn)換 MOV R0,#79H;顯緩最低位 LCALL PTDS ;拆字 MOV R2,#10H XS1:LCALL DIS ;顯示 DJNZ R2,XS1 INC R6 ;加1,顯示緩沖 區(qū)初值,

15、PTDS 單字節(jié)拆字子程序： 功能： 將A中的單字節(jié) 16進(jìn)制數(shù)拆開： 出口： 低4位放進(jìn)R0間接尋址指向的單元（79H） 高4位放進(jìn)R01后指向的單元（7AH,DAC0832 的編程應(yīng)用舉例,SE13:MOV SP,#60H MOV 7EH,#00H MOV 7DH,#08H MOV 7CH,#03H MOV 7BH,#02H REPT:MOV R6,#00H JIA1:MOV DPTR,#0FFE0H MOV A,R6 MOVX DPTR,A;送D/A轉(zhuǎn)換 MOV R0,#79H;顯緩最低位 LCALL PTDS ;拆字 MOV R2,#10H XS1:LCALL DIS ;顯示 DJNZ

16、 R2,XS1 INC R6 ;加1,CJNE R6,#0FFH,JIA1 ;不到0FF則繼續(xù)加 JIAN:MOV DPTR,#0FFE0H DEC R6 MOV A,R6 MOVX DPTR,A ;送轉(zhuǎn)換 MOV R0,#79H LCALL PTDS MOV R2,#10H XS2:LCALL DIS ;顯示 DJNZ R2,XS2 CJNE R6,#00H,JIAN ;不為0繼續(xù)減 SJMP REPT ;循環(huán),顯示緩沖 區(qū)初值,7.4 ADC接口,A/D轉(zhuǎn)換器,A/D轉(zhuǎn)換的一般工作模式常用的有： 逐次逼近式 雙積分式 并行式 -式 尤以前兩種最為普遍,控制邏輯與時(shí)序,D/A轉(zhuǎn)換器,SAR,

17、Vin,比較器,輸出鎖存器,START,CLK,EOC,D0 D7,Vref,Vref,OE,Vst,逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu),D/A轉(zhuǎn)換器的輸出,從二進(jìn)制數(shù)據(jù)的最高位起，依次逐位置1，與待轉(zhuǎn)換的模擬量比較,若前者小于后者，該位置1并保留下來，若前者大于后者，該位 清0;然后再照此 比較下一位, 直至比完最低位。 最后得到的結(jié)果 即A/D轉(zhuǎn)換的值,控制邏輯與時(shí)序,D/A轉(zhuǎn)換器,SAR,Vin,比較器,輸出鎖存器,START,CLK,EOC,D0 D7,Vref,Vref,OE,Vst,逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理,轉(zhuǎn)換速度較快（比較次數(shù)等于A/D的位數(shù)）通常在幾S至幾百S數(shù)量級(jí)。 被轉(zhuǎn)換的

18、模擬量若頻率很高（變化較快）則要加S/H電路。 被轉(zhuǎn)換的模擬量若幅度過?。ㄐ盘?hào)微弱）則需要加信號(hào)調(diào)理電路,逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器特點(diǎn),雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)與工作原理,比較器,積分器,標(biāo)準(zhǔn)電壓,時(shí)鐘,控制邏輯,計(jì)數(shù)器,Vin,T,T,時(shí)間固定,斜率固定,Vin,t,輸出,電路對未知輸入電壓先進(jìn)行固定時(shí)間T的積分(充電),然后對已知標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分(放電)，直至放電為0，放電所花時(shí)間T(正比于輸入電壓,例如：ICL7107,雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器特點(diǎn),轉(zhuǎn)換速度較慢（因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換的過程要兩次積分）通常在幾十mS至幾百mS數(shù)量級(jí)。 適用于轉(zhuǎn)換變化較緩慢的模擬量（頻率較低）輸入端一般不需要在加S

19、/H電路。 抗干擾性強(qiáng)（信號(hào)波動(dòng)對精度影響不大）。 性價(jià)比高，與逐次比較型相比，同樣價(jià)格條件下轉(zhuǎn)換精度較高，常用于數(shù)字多用表,IN3 IN2,IN4 IN1,IN5 IN0,IN6 ADDA,IN7 ADDB,START ADDC,EOC ALE,D3 D7,OE D6,CLK D5,VCC D4,Vref+ D0,GND Vref,D1 D2,ADC0809,8位CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809,8位A/D,量化間隔=Vin/(256-1) CMOS低功耗器件 8 通道多路開關(guān)輸入切換電路 單電源+5,Vref=+5V Vin范圍:單極性0+5V 逐次逼近結(jié)構(gòu) 每次轉(zhuǎn)換時(shí)間：100S 60

20、個(gè)時(shí)鐘周期, fmax=640KHz (推薦CLK=500KHz) 轉(zhuǎn)換結(jié)果讀取方式： 延時(shí)讀數(shù) 查詢EOC=1 EOC申請中斷,IN3 IN2,IN4 IN1,IN5 IN0,IN6 ADDA,IN7 ADDB,START ADDC,EOC ALE,D3 D7,OE D6,CLK D5,VCC D4,Vref+ D0,GND Vref,D1 D2,ADC0809,IN0IN7：8通道模擬量輸入端 D0D7： 8位數(shù)字量輸出端 ADDC、ADDB、ADDA： 接地址鎖存器的低三位地址 ALE： 地址鎖存允許控制信號(hào) START：上升沿清0內(nèi)寄存器,下 降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 OE： 允許讀A/D結(jié)果,高

21、有效 CLK：時(shí)鐘輸入端,應(yīng)640KHz EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高 Vcc：+5V Vref+：參考電壓，+5V Vref-：0V,ADC 0809引腳定義,ADC0809 結(jié)構(gòu)框圖,8 通道多路開關(guān),IN0,IN7,地址譯碼鎖存,ADDA,ADDB,ADDC,ALE,控制邏輯與時(shí)序,D/A轉(zhuǎn)換器,SAR,Vin,比較器,輸出鎖存器,START,CLK,EOC,D0 D7,Vref,Vref,OE,Vst,ADC0809 與單片機(jī)的連接 P.207,89C51單片機(jī),ADC 0809,鎖存器74LS373,P0.0-P0.7,ALE,P2.0,8D,Q0,ALE,CLK,ADDA,D0-D7,G

22、,EA,OE,START,RD,WR,OE,Q1,Q2,ADDB,ADDC,5V,INT1,EOC,1,1,6MHz,30Px2,2,CK Q,D /Q,圖中的2 分頻電路可用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn),口地址可以為：0FE000FE07H 也可為： 0FEF0 0FEF7H,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H ;外部中斷1的中斷矢量 AJMP INT MAIN: MOV R0,#030H ;存結(jié)果的緩沖區(qū):30H-37H MOV R2,#08H ;待采集的通道數(shù)為 8 SETB IT1 ;選擇下降沿觸發(fā)中斷 SETB EA ;開中斷 SETB EX1 MOV DPTR,#0FEF0

23、H ;通道0的地址 MOVX DPTR, A ;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。注意:A=？ HERE：SJMP HERE ;等待中斷,ADC0809八路巡回中斷式數(shù)據(jù)采集,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H AJMP INT MAIN: MOV R0,#0A0H MOV R2,#08H SETB IT1 SETB EA SETB EX1 MOV DPTR,#0FEF0H MOVX DPTR, A HERE：SJMP HERE,INT:MOVX A，DPTR ;讀數(shù)據(jù) MOV R0, A ;數(shù)據(jù)放進(jìn)緩存單元 INC R0 ;指向下一緩存 INC DPTR ;指向下一通道 DJNZ R2，RT

24、N ; 8 次未完就繼續(xù)采集, ;已完就關(guān)中斷、停采集 CLR EA CLR EX1 RETI RTN:MOVX DPTR,A;啟動(dòng)采集 RETI,ADC0809八路巡回中斷式數(shù)據(jù)采集,SE11:MOV SP, #60H ;設(shè)SP堆棧從61H開始 MOV 7EH,#00H MOV 7DH,#08H MOV 7CH,#00H 顯示緩沖區(qū)79H7EH MOV 7BH,#09H 賦初值“0809黑黑” MOV 7AH,#10H MOV 79H,#10H,編程應(yīng)用例子：硬件實(shí)驗(yàn)九,SE11: MOV SP, #60H （顯緩79H7EH賦初值“0809黑黑”略） ADC:LCALL DIS;通過調(diào)顯示

25、也延時(shí)100uS MOV A,#00H ;累加器里任意賦一個(gè)值 MOV DPTR,#0FFE0H ;0809通道0口地址 MOVX DPTR,A ;啟動(dòng)0809的0通道采樣 LCALL DIS ;顯示 連續(xù)轉(zhuǎn)換,編程應(yīng)用例子：硬件實(shí)驗(yàn)九,12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A,可直接與最通用的8位或16位微處理器接口。 短的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在25s時(shí)代間內(nèi)完成一次轉(zhuǎn)換可提供四種不同的輸入范圍： 單極性輸入 0+10 V或0+20 V； 雙極性輸入 -5+5 V或-10+10 V。 自帶參考電壓。該電源除供本身使用外，還可為外部負(fù)載提供1 mA的電流輸出,12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A,圖7-35AD574A的引腳分配和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A,AD574A有兩組控制引腳： 一般控制引腳（CE、CS和R/C） CE=1、CS=0、R/C=0時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；CE=1、CS=0、R/C=1時(shí)，讀允許。 內(nèi)部寄存器