第五章單片機外部資源擴充-1 AD轉(zhuǎn)換zxl

1、 隨著數(shù)字技術，特別是計算機技術的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代控制、通信及檢 測領域中，為提高系統(tǒng)性能指標，對信號的處理無不廣泛地采用了數(shù)字 計算機技術。由于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量（如：溫度、速 度、壓力、電壓、電流、圖像等），要使計算機或數(shù)字儀表能識別、處 理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；而經(jīng)計算機分 析、處理后輸出的數(shù)字量往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應的模擬信號才能為執(zhí) 行機構(gòu)所接收。這樣就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作 用的電路模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D:Analog to Digital Converter)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器 (D/A: Digital to Analog

2、Converter)。也就出現(xiàn)了單片機的模/數(shù)轉(zhuǎn)換 （A/D）和數(shù)/模轉(zhuǎn)換（D/A）的接口問題。 物理量 電 信號 電壓 信號 數(shù)字信號 nn 212 滿量程輸入電壓滿量程輸入電壓 A/D轉(zhuǎn)換器與單 片機接口具有硬、 軟件相依性。 一般來說，A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機的 接口主要考慮的是 數(shù)字量輸出線的連 接、ADC啟動方式、 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號處理 方法以及時鐘的連 接等。 START CLOCK START CLOCK 對ADC0809來說，當Vref=5V時，3.5V模擬量對應 的數(shù)字量是多少？ 對ADC0809來說，當Vref=5V時，若轉(zhuǎn)換到的數(shù)字 量為0 x7A，則對應的模擬量是多少？ 設計

3、轉(zhuǎn)換電路時，ADC0809應如何與8051連接？ WR RD P2.7 ALE WR RD P2.7 ALE #include reg51.h #include absacc.h #include “intrins.h #define IN0 XBYTE0 x0000 sbit AD_BUSY=P33; void main(void) while(1) IN0=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); while(AD_BUSY=0); a=IN0; 外部RAM尋址方式 lunsigned char xdata AIN0 _at_ 0 x7FFF0 x7FFF; l#incl

4、ude #include absacc.habsacc.h l#define AIN0 XBYTE0 x7FFF#define AIN0 XBYTE0 x7FFF l/ /* *將將AIN0AIN0定義為外部定義為外部I IO O口，地址為口，地址為0 x7FFF,0 x7FFF,長度為長度為8 8 位位* */ / lAIN0=0; /寫操作寫操作 產(chǎn)生產(chǎn)生WR信號信號 la=AIN0; /讀操作讀操作 產(chǎn)生產(chǎn)生RD信號信號 l對某通道A/D轉(zhuǎn)換的通用函數(shù) #define IN0 XBYTE0 x7FFF sbit ad_busy=P33; uchar i; uchar xdata *ad_

5、adr; ad_adr= for(i=0;i8;i+) *ad_adr=0; _nop_(); _nop_(); while(ad_busy=0); xi=*ad_adr; ad_adr+; static uchar idata ad10; ad0809(ad); #define IN0 XBYTE0 x7FFF sbit AD_BUSY=P33; unsigned char a; void INT0_ISR(void) interrupt 0 a=IN0; 二、89S51單片機與V/F轉(zhuǎn)換器的接口 目前，利用A/D轉(zhuǎn)換技術制成的各種測試儀器得到了廣泛 應用。在某些要求數(shù)據(jù)長距離傳輸，精確度要

6、求較高的場合 ，采用一般的A/D轉(zhuǎn)換技術有多不便，可使用V/F轉(zhuǎn)換器代替 A/D器件。 V/F轉(zhuǎn)換器是把電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號的器件，有良好 的精度、線性和積分輸入特點，此外，它的應用電路簡單， 外圍元件性能要求不高，適應環(huán)境能力強，轉(zhuǎn)換速度不低于 一般的雙積分型A/D器件，且價格低，因此V/F轉(zhuǎn)換技術廣泛 用于非快速的A/D轉(zhuǎn)換過程中。 n V/F轉(zhuǎn)換器與單片機接口有以下特點： （1）接口簡單、占用單片機硬件資源少。產(chǎn)生的頻率信號可 輸入單片機的一根I/O口線或作為中斷信號輸入及計數(shù)信號輸 入等。 （2）抗干擾性能好。用V/F轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，就是頻率計 數(shù)的過程，相當于在計數(shù)時間內(nèi)對頻

7、率信號進行積分，因而有 較強的抗干擾能力。另外可采用光電耦合器連接V/F轉(zhuǎn)換器與 單片機之間的通道，實現(xiàn)光電隔離。 （3）便于遠距離傳輸?？赏ㄟ^調(diào)制進行無線傳輸或光傳輸。 n 用V/F轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的原理 V/F轉(zhuǎn)換工作原理為：單片機片內(nèi)的計數(shù)器把V/F轉(zhuǎn)換器 輸出的頻率信號作為計數(shù)脈沖，進行定時計數(shù)。計數(shù)器的計 數(shù)值與V/F轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖頻率信號之間的關系為： 上式中，D是計數(shù)器計得的值，T是已知的計數(shù)時間。 只要知道了D值，再除以計數(shù)的時間T，就可求出V/F轉(zhuǎn)換器 的輸出頻率，從而知道輸入電壓V，實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。 T D f n 常用V/F轉(zhuǎn)換器LMX31簡介 常用的通用型的V/

8、F轉(zhuǎn)換器為LM331，LM331適用于 A/D轉(zhuǎn)換器、高精度F/V變換器、長時間積分器、線性頻率調(diào) 制或解調(diào)器等電路。 1、LM331的特性如下： （1）頻率范圍：1100kHz； （2）低的非線性：0.01%； （3）單電源或雙電源供電； （4）單電源供電電壓為5V時，可保證轉(zhuǎn)換精度； （5）溫度特性：最大50ppm/ C； （6）低功耗：Vs=5V時為15mW 兩種封裝形式兩種封裝形式 2電特性參數(shù) （1）電源電壓：15V （2）輸入電壓范圍：010V （3）輸出頻率：10Hz11kHz （4）非線性失真： 0.03% 3LMX31的的V/F轉(zhuǎn)換外部接線轉(zhuǎn)換外部接線 4、V/F轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換

9、器與MCS-51單片機接口單片機接口 被測電壓轉(zhuǎn)換為與其成比例的頻率信號后送入計算機進被測電壓轉(zhuǎn)換為與其成比例的頻率信號后送入計算機進 行處理。行處理。 （1）V/F轉(zhuǎn)換器可以直接與轉(zhuǎn)換器可以直接與89S51單片機接口單片機接口。頻率信。頻率信 號接單片機的定時器號接單片機的定時器/計數(shù)器輸入端即可。如下圖計數(shù)器輸入端即可。如下圖所示所示。 （2）在一些電源干擾大、模擬電路部分容易對單片機產(chǎn)生電 氣干擾等惡劣環(huán)境中，可采用光電隔離的方法使V/F轉(zhuǎn)換器與 單片機無電信號聯(lián)系。 （3）當V/F轉(zhuǎn)換器與單片機之間距離較遠時需要采用驅(qū)動電 路以提高傳輸能力。一般可采用串行通信的驅(qū)動器和接收器 來實現(xiàn)。

10、例如使用RS-422的驅(qū)動器和接收器。如圖所示其中 SN75174/75175是 RS-422標準的四差分線路驅(qū)動/接收器。 LM331應用舉例 1. 接口電路 AT89S51與LM331的接口電路如圖所示。 V/F轉(zhuǎn)換器最大輸出頻率為10kHz，輸入電壓范圍為0 10V。由于本電路輸出頻率較低，如對脈沖計數(shù)則會降低 精度，因此采用測周期的方法。V/F輸出的頻率經(jīng)D觸發(fā)器二 分頻后接 ，作為T0計數(shù)器的控制信號。INT0 T0計數(shù)器置定時器狀態(tài)，取方式計數(shù)器置定時器狀態(tài)，取方式1，將，將TMOD.3（T0 的的GATE位）置位）置1，這樣就由，這樣就由 和和TR0來共同決定計數(shù)器來共同決定計數(shù)器 是否工作。這種方法只能測量信號周期小于是否工作。這種方法只能測量信號周期小于65535個機器周個機器周 期的信號。期的信號。 AT89S51與LM331的接口電路 INT0 2. 軟件設計軟件設計 程序包括程序包括初始化初始化和和計數(shù)計數(shù)兩部分。兩部分。初始化程序初始化程序要對定時要對定時 器器0進行狀態(tài)設置，使其工作在定時器工作模式，方式進行狀態(tài)設置，使其工作在定時器工作模式，方式1，并，并 將將GATE位置位置1。計