單片機(jī)原理及接口技術(shù)：第6章 AD和DA轉(zhuǎn)換

第6章A/D和D/A轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)目的及要求了解D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理；掌握D/A轉(zhuǎn)換器0832的應(yīng)用；了解D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理；掌握A/D轉(zhuǎn)換器0809的應(yīng)用。第6章A/D和D/A轉(zhuǎn)換A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的基本功能：D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。產(chǎn)品進(jìn)料冷卻液微型計算機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器溫度傳感器顯示鍵盤第6章A/D和D/A轉(zhuǎn)換6.1D/A轉(zhuǎn)換器6.2MCS-51和D/A轉(zhuǎn)換器的接口6.3A/D轉(zhuǎn)換器6.4MCS-51和A/D轉(zhuǎn)換器的接口6.5本章小結(jié)6.1D/A轉(zhuǎn)換器6.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的原理6.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)6.1.3DAC08326.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的原理b0bn-1VOUTN位D/A轉(zhuǎn)換器b1轉(zhuǎn)換目標(biāo)：VOUT=B×VR

VOUT模擬量輸出；VR常量，由參考電壓VREF決定.B=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+b1×21+b0×20“按權(quán)展開，然后相加”6.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的原理6.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的原理RfRRVOUTV2V1-+APiI采用運算放大器實現(xiàn)的加法電路集成運算放大器有兩個重要概念：虛短:兩個輸入端的電壓接近于0虛斷:兩個輸入端幾乎不取用電流,iI近似為0則若取R=Rf則6.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的原理R2RRI0IL0IL1S01）T型電阻網(wǎng)絡(luò)信號的傳遞設(shè)電子開關(guān)的位置如圖中所示6.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的原理S3~S0電子開關(guān)狀態(tài)受數(shù)字量b3b2b1b0的控制，則取Rf=R,A點為虛擬地IRf=-IOUT1因此可以得到：對于n位T型電阻網(wǎng)絡(luò)，則有：6.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)1.分辨率：最小輸出模擬量的增量，取決于輸入數(shù)字量的位數(shù)，滿量程的2.轉(zhuǎn)換精度：滿量程時實際模擬輸出值與理論值的接近程度。3.偏移量誤差：數(shù)字量為零時，輸出模擬量對零的偏移值。4.線性度：實際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想直線之間的最大偏差。5.轉(zhuǎn)換速度、溫度靈敏度等。6.1.3DAC0832

DAC0832是8位D/A轉(zhuǎn)換器，單電源+5V~+15V供電，參考電壓范圍-10V~+10V，電流建立時間為1us。輸入設(shè)有兩級緩沖。6.1.3DAC08321.DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6.1.3DAC08322.引腳功能CS:ChipSelect(activelow)ILE:InputLatchEnable(activehigh)XFER:Transfercontrolsignal(activelow)Rfb:FeedbackResistor6.2MCS-51和D/A轉(zhuǎn)換器的接口8.2.1DAC的應(yīng)用：1.DAC用做單極性輸出：2.雙極性電壓輸出：6.2MCS-51和D/A轉(zhuǎn)換器的接口74LS138地址譯碼器0000H~1FFFH2000H~3FFFH4000H~5FFFH6000H~7FFFH8000H~9FFFHA000H~BFFFHC000H~DFFFHE000H~FFFFHＡＢＣＹ０Ｇ１Ｇ２ＢＧ２ＡＹ１Ｙ２Ｙ３Ｙ４Ｙ５Ｙ６Ｙ７P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A136.2MCS-51和D/A轉(zhuǎn)換器的接口1.單緩沖方式的接口電路6.2MCS-51和D/A轉(zhuǎn)換器的接口2.雙緩沖方式的接口電路6.2MCS-51和D/A轉(zhuǎn)換器的接口3.DAC轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用實例利用DAC0832輸出階梯波。10ms101ms6.2MCS-51和D/A轉(zhuǎn)換器的接口程序流程圖設(shè)置DAC的地址輸出數(shù)字量的初值送A由DAC輸出延時1ms調(diào)整變量1個周期輸出完？YN6.2MCS-51和D/A轉(zhuǎn)換器的接口START:MOVDPTR，#5FFFH CLRA MOVR2,#00HLOOP:MOVX@DPTR,A ACALLDELAY CJNER2,#09H,NEXT SJMPSTART6.2MCS-51和D/A轉(zhuǎn)換器的接口NEXT:ADDA,#10 INCR2 SJMPLOOPDELAY:……；延時1ms子程序6.2MCS-51和D/A轉(zhuǎn)換器的接口編程輸出波形：鋸齒波程序設(shè)計三角波程序設(shè)計梯形波程序設(shè)計正弦波程序設(shè)計6.2.3MCS-51對12位DAC的接口6.2.3MCS-51對12位DAC的接口6.3A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器的功能：A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換器的類型：1.逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器2.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器4.電壓-頻率變換型A/D轉(zhuǎn)換器（V-F變換器）按轉(zhuǎn)換原理分類3.并行A/D轉(zhuǎn)換器6.3A/D轉(zhuǎn)換器2.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器基本原理：產(chǎn)生一個與輸入模擬量成正比的時間寬度信號，用計數(shù)器測出這個時間寬度。計數(shù)結(jié)果就是與輸入模擬量成正比的數(shù)字量。屬于間接轉(zhuǎn)換型A/D。6.3A/D轉(zhuǎn)換器3.并行A/D轉(zhuǎn)換原理：速度快，由分壓網(wǎng)絡(luò)、比較器和編碼電路組成；如下圖所示。6.3A/D轉(zhuǎn)換器4.電壓-頻率變換型A/D轉(zhuǎn)換器（V-F變換器）將電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號，采用V-F變換器實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換即為頻率計數(shù)過程。6.3.1逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理6.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)1.分辨率輸出數(shù)字量變化一個最小量值所需的輸入模擬電壓的變化。定義為滿刻度電壓與2n

之比。2.轉(zhuǎn)換精度模擬誤差：由比較器、解碼網(wǎng)絡(luò)、基準(zhǔn)電壓等引起的誤差。取決于器件質(zhì)量。數(shù)字誤差：量化誤差由位數(shù)決定。A/D的位數(shù)越多,誤差越小。6.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)3.轉(zhuǎn)換速率單位時間完成A/D轉(zhuǎn)換的次數(shù)。注意：相對D/A轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換速度較慢，一般不能采用無條件的傳輸方式，而需采用查詢方式或中斷方式工作。6.3.4ADC0809

主要特點：ADC0809是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的A/D轉(zhuǎn)換器，單5V供電，內(nèi)部有8個通道，轉(zhuǎn)換時間在100us左右。模擬輸入范圍0~5V.6.3.4ADC08091.內(nèi)部結(jié)構(gòu)SAR:SuccessiveApproximationRegister6.3.4ADC08096.3.4ADC08092.引腳功能EOC:end-of-conversion6.3.4ADC08090809的通道地址選擇ADDCADDBADDA通道0 0 00 0 11 0 00 1 10 1 01 1 11 1 01 0 1IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7IN0表8-3通道地址6.4MCS-51和A/D的接口6.4.1MCS-51對ADC0809的接口6.4.1MCS-51對ADC0809的接口6.4.1MCS-51對ADC0809的接口0809的接口電路的設(shè)計6.4.1MCS-51對ADC0809的接口對0809的8個通道依次進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在8031的內(nèi)部RAM的50~57H。0000H~1FFFH2000H~3FFFH4000H~5FFFH6000H~7FFFH8000H~9FFFHA000H~BFFFHC000H~DFFFHE000H~FFFFHＡＢＣＹ0Ｇ1Ｇ2BＧ2AＹ1Ｙ2Ｙ3Ｙ4Ｙ5Ｙ6Ｙ7P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A1374LS138IN0=6000HIN1=6001HIN2=6002HIN3=6003HIN4=6004HIN5=6005HIN6=6006HIN7=6007H

6.4.1MCS-51對ADC0809的接口查詢方式流程IN0的地址送DPTR啟動A/DA/D結(jié)果存儲區(qū)首地址送R0轉(zhuǎn)換次數(shù)送R7=08延時10usA/D轉(zhuǎn)換完？讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存入RAM區(qū)調(diào)整循環(huán)變量8個通道轉(zhuǎn)換完？等待NYYN6.4.1MCS-51對ADC0809的接口查詢方式程序設(shè)計：

ORG0000HADC:MOVDPTR,#6000H;IN0通道地址MOVR0,#50H;A/D轉(zhuǎn)換存儲區(qū)的首地址MOVR7,#08HLOOP:MOVX@DPTR,A;啟動A/D轉(zhuǎn)換MOVR2,#05H;延時10μs再檢測EOCDL:DJNZR2,DL6.4.1MCS-51對ADC0809的接口查詢方式程序設(shè)計：WAIT:JBP3.3,WAIT;若正在轉(zhuǎn)換則在WAIT等待MOVXA,@DPTR;讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV@R0,A;存入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲區(qū)INCR0INCDPTRDJNZR7,LOOP;判斷8個通道是否轉(zhuǎn)換完畢SJMPADC;8個通道全轉(zhuǎn)換完，循環(huán)END6.4.1MCS-51對ADC0809的接口中斷方式程序流程:中斷服務(wù)子程序流程:讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存入緩沖區(qū)指向下一通道8個通道轉(zhuǎn)換完？關(guān)中斷返回YN啟動A/D主程序流程:外部中斷初始化循環(huán)初值設(shè)置啟動A/D等待6.4.1MCS-51對ADC0809的接口中斷方式程序設(shè)計：

ORG0000H AJMPMAIN ORG0013H AJMPEXINT1 ORG0050HMAIN：MOVSP，#60H SETB IT1 SETB EX1 SETB EA6.4.1MCS-51對ADC0809的接口MOVR0，#50HMOVR7,#08HMOVDPTR，#6000HMOVX@DPTR,AHERE:SJMPHEREEXINT1:MOVXA,@DPTR MOV@R0,A INCR0 INCDPTR6.4.1MCS-51對ADC0809的接口DJNZR7,NEXT CLREX1 CLREA SJMPRET1NEXT:MOVX@DPTR,ARET1: RETI END6.4.1MCS-51對ADC0809的接口思考：(1)對某一通道進(jìn)行連續(xù)采樣(2)按規(guī)定的采樣頻率對某一通道/若干通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以上程序如何編制?6.4.1MCS-51對ADC0809的接口

ORG0000HAJMPMAINORG000BH；定時器T0中斷入口地址AJMPT0INTMAIN:MOVTMOD,#01H；T0設(shè)為16位定時器方式；TR0置位即啟動MOVTH0,#0B1H；定時20ms的計數(shù)初值MOVTL0,#0E0HMOVDPTR,#6000H；主程序中啟動第一次A/D轉(zhuǎn)換MOVX@DPTR,AMOVR0,#50HSETBET0；允許定時器T0溢出中斷SETBEA；允許總中斷SETBTR0；啟動T0SJMP$6.4.1MCS-51對ADC0809的接口T0INT:MOVXA,@DPTR；讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV@R0,A；將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入存儲單元MOVX@DPTR,A；再次啟動A/D轉(zhuǎn)換MOVTH0,#0B1H；重裝定時常數(shù)MOVTL0,#0E0HRETI；中斷返回END6.4.1MCS-51對ADC0809的接口2.MCS-51對ADC574的接口ADC574是美國AD公司研制的12位逐次逼近