單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目教程（C語言版）課件項(xiàng)目六模擬量輸入輸出設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

教學(xué)目的掌握A/D、D/A轉(zhuǎn)換的概念；掌握ADC0808/ADC0809、DAC0832的功能和應(yīng)用；掌握ADC0808/ADC0809、DAC0832與單片機(jī)的連接及編程；掌握結(jié)構(gòu)體數(shù)組的應(yīng)用。一、模/數(shù)（A/D

）、數(shù)/模（D/A

）轉(zhuǎn)換在單片機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，外界的物理量和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制量通常是模擬量。例如：電壓、電流、壓力、溫度、位移、流量。在單片機(jī)內(nèi)部是離散的數(shù)字量。因此單片機(jī)的輸入輸出端需要模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換。工業(yè)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制模擬量D/A傳感器執(zhí)行元件A/D數(shù)字量數(shù)字量模擬量模擬量輸入(數(shù)據(jù)采集)模擬量輸出(過程控制)單片機(jī)簡(jiǎn)稱ADC。按照轉(zhuǎn)換原理分為：計(jì)數(shù)式ADC、雙積分式ADC、逐次逼近式ADC和并行式ADC。常用的是雙積分式ADC、逐次逼近式ADC。雙積分式ADC的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換精度高、抗干擾性能好、價(jià)格便宜，轉(zhuǎn)換速度慢，一般用于速度要求不高的場(chǎng)合。逐次逼近式ADC的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換精度高、轉(zhuǎn)換速度快（幾微秒到幾百微秒）。目前最常用。芯片主要有ADC0801~0805（8位，單輸入通道）、ADC0808~0809（8位，8輸入通道）、ADC0816~0817（8位，16輸入通道）等。應(yīng)用最廣泛的是ADC0808~0809。二、認(rèn)識(shí)ADC0808/0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器

三、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)ADC0809是8通道8位的，以逐次逼近原理進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件；內(nèi)部有一個(gè)8通道模擬多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由三態(tài)鎖存器輸出；片內(nèi)沒有時(shí)鐘，需外接時(shí)鐘信號(hào)。通道選擇表

地址碼CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7四、ADC0809主要特性8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；具有轉(zhuǎn)換起停控制端；轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs；單個(gè)＋5V電源供電；模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度；低功耗，約15mW。五、ADC0809的引腳功能ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端；D0～D7：8位數(shù)字量輸出端；直接接Px.7~Px.0ADDC、ADDB、ADDA：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路；CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端；內(nèi)部無時(shí)鐘，需外部提供。單片機(jī)的ALE（Fosc的1/6或1/12）加分頻電路提供。CLK的時(shí)鐘信號(hào)頻率范圍是10k~1280khz，通常使用500khz。REF(+)、REF(-)：基準(zhǔn)電壓；Vcc：電源，單一＋5V；GND：地；ALE：地址鎖存允許信號(hào)，上升沿時(shí)CBA的狀態(tài)讀入鎖存器。START：A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。EOC：A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。六、ADC0809工作過程首先根據(jù)輸入的3位地址碼，ALE=1，將地址存入地址鎖存器中；此地址碼經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器；START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位；下降沿啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行；直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)；當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。對(duì)應(yīng)程序的編寫步驟：START=0;START=1;//復(fù)位轉(zhuǎn)換器，讀地址碼選通輸入START=0;//啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換while(EOC==0); //等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束OE=1; //數(shù)據(jù)輸出允許temp=P0;七、確認(rèn)轉(zhuǎn)換完成的編程方法A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后結(jié)果傳送給單片機(jī)處理，關(guān)鍵問題是如何判斷A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，方法有三：定時(shí)傳送方式。轉(zhuǎn)換時(shí)間固定的，設(shè)計(jì)延時(shí)子程序。查詢方式。軟件判斷EOC的狀態(tài)，轉(zhuǎn)換時(shí)低電平，結(jié)束變高電平。while(EOC==0); 中斷方式。把EOC作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，經(jīng)反相器后送到外部中斷0或1引腳。工作模塊15模數(shù)轉(zhuǎn)換LED顯示

模擬量由電位器模擬產(chǎn)生；使用ADC0808/ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器,將電位器上的模擬量（模擬電壓）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；把轉(zhuǎn)換結(jié)果送到8個(gè)LED進(jìn)行顯示（既二進(jìn)制顯示）。模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示電路255/5=二極管狀態(tài)/電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示程序模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示流程圖模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示程序開始初始化啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換完成？數(shù)據(jù)輸出延時(shí)結(jié)束技能訓(xùn)練6-1

采用中斷方式完成模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)要求工作模塊15是采用查詢方式完成模數(shù)轉(zhuǎn)換LED顯示的，如何采用中斷方式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換LED顯示。中斷方式模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

中斷方式模數(shù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)

中斷方式模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

把轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，經(jīng)過反相器后送到單片機(jī)的INT0引腳，電路其它部分與工作模塊15一樣。工作模塊16數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

使用AT89S52單片機(jī)，采用動(dòng)態(tài)顯示的方式，把8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0808采樣的電壓值的大小經(jīng)單片機(jī)處理后由數(shù)碼管顯示出來，量程為0-5V，顯示格式：X.XXX。數(shù)字電壓表電路設(shè)計(jì)

由于需要顯示多位，因此數(shù)碼管采用了較節(jié)省I/O口線的動(dòng)態(tài)顯示方式。數(shù)字電壓表程序設(shè)計(jì)

數(shù)碼管顯示電壓值實(shí)現(xiàn)分析模數(shù)轉(zhuǎn)換采用的是8位的ADC0808，因此其分辨力為5*1/2^8V，即19.6mV。為了得到各位待顯示的數(shù)字的大小，采取了除法和取余相結(jié)合的方式：dat[3]=tmp/10000; /最高位dat[2]=tmp/1000%10;dat[1]=tmp/100%10;dat[0]=tmp/10%10; /最低位

數(shù)字電壓表控制C語言程序思考：XX.XX顯示？技能拓展直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制概述：調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速最方便有效的調(diào)速方法是對(duì)電樞（轉(zhuǎn)子線圈）電壓進(jìn)行控制（正比關(guān)系）。所以可以通過改變一個(gè)周期內(nèi)接通和斷開轉(zhuǎn)子線圈上供電電壓的時(shí)間，從而改變平均電壓，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。怎樣實(shí)現(xiàn)？采用PWM（脈沖寬度調(diào)制）的方法可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，轉(zhuǎn)速由脈沖的占空比決定。概念：1、占空比：在一串理想的脈沖周期序列中（如方波），正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值。例如：脈沖寬度1μs，信號(hào)周期4μs的脈沖序列占空比為0.25。2、PWM：利用半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖序列加在電樞上，通過控制電壓脈沖寬度或周期已達(dá)到變壓的目的。優(yōu)點(diǎn)：無極調(diào)速系統(tǒng)，啟停時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)無沖擊，啟動(dòng)功耗低、運(yùn)行穩(wěn)定。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路設(shè)計(jì)

直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制程序設(shè)計(jì)：程序演示八、數(shù)模轉(zhuǎn)換器概述：數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱DAC，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬量的器件。下面以常用的DAC0832為例講解。特性：價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。主要特性如下：*分辨率為8位；*電流穩(wěn)定時(shí)間1us；*可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；*只需在滿量程下調(diào)整其線性度；*單一電源供電（+5V～+15V）；*低功耗，20mW。

1.DAC0832結(jié)構(gòu)框圖8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器UREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELE1LE2IOUT1&&&RFB

它由一個(gè)8位輸入寄存器、一個(gè)8位DAC寄存器和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器三大部分組成。數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級(jí)鎖存或單級(jí)鎖存或直接輸入。由數(shù)據(jù)鎖存端控制。數(shù)據(jù)鎖存控制LE＝1，跟隨＝0，鎖存2.DAC0832引腳功能DI7～DI0：8位輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。IOUT1：DAC輸出電流1。當(dāng)DAC鎖存器中為全1時(shí)，IOUT1最大（滿量程輸出）；為全0時(shí)，IOUT1為0。IOUT2：DAC輸出電流2。它作為運(yùn)算放大器的另一個(gè)差分輸入信號(hào)（一般接地）。滿足IOUT1+IOUT2＝滿量程輸出電流。Rfb：反饋電阻（內(nèi)已含一個(gè)反饋電阻）接線端。DAC0832中無運(yùn)放，且為電流輸出，使用時(shí)須外接運(yùn)放。芯片中已設(shè)置了Rfb，只要將此引腳接到運(yùn)放的輸出端即可。ILE：輸入鎖存允許信號(hào)，高電平有效。

CS：片選信號(hào)，低電平有效。WR1：輸入數(shù)據(jù)選通信號(hào)，低電平有效。（上升沿鎖存）XFER：數(shù)據(jù)傳送選通信號(hào)，低電平有效。WR2：DAC寄存器選通信號(hào)，低電平有效。（上升沿鎖存）通常兩條地線連接一起。

DGND：數(shù)字量地線，是控制電路中各種數(shù)字電路的零電位。AGND：模擬量地線，是放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。UREF：參考電壓輸入。一般此端外接一個(gè)精確、穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)源。UREF可在-10V至+10V范圍內(nèi)選擇。（-5v）UCC：電源輸入端（一般取+5V～+15V）。3.DAC0832工作方式當(dāng)ILE、CS和WR1同時(shí)有效時(shí)，輸入數(shù)據(jù)DI7～DI0進(jìn)入輸入寄存器；并在WR1的上升沿實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存。當(dāng)WR2和XFER同時(shí)有效時(shí)，輸入寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入DAC寄存器；并在WR2的上升沿實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存。八位D/A轉(zhuǎn)換電路隨時(shí)將DAC寄存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)（IOUT1+IOUT2）輸出。

DAC0832的使用有雙緩沖型、單緩沖型和直通型三種工作方式。（b）單緩沖方式：適合在不要求多片D/A同時(shí)輸出時(shí)。此時(shí)只需一次寫操作，就開始轉(zhuǎn)換，提高了D/A的數(shù)據(jù)吞吐量。（a）雙緩沖方式：采用二次緩沖方式，可在輸出的同時(shí)，采集下一個(gè)數(shù)據(jù)，提高了轉(zhuǎn)換速度；也可在多個(gè)轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作時(shí)，實(shí)現(xiàn)多通道D/A的同步轉(zhuǎn)換輸出。（c）直通方式：輸出隨輸入的變化隨時(shí)轉(zhuǎn)換。工作模塊17信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)工作任務(wù):利用單片機(jī)和DAC0832設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)鋸齒波模擬量的輸出。電路設(shè)計(jì)：程序設(shè)計(jì)：1、產(chǎn)生原理2、定義擴(kuò)展的I/O地址及片外RAM地址3、延時(shí)時(shí)間不同，波形周期不同，鋸齒波的斜率就不同。時(shí)間越長(zhǎng)，斜率越小，周期長(zhǎng)。4、演示、擴(kuò)展C語言結(jié)構(gòu)體類型

結(jié)構(gòu)體與前面介紹過的數(shù)組一樣，是一種構(gòu)造類型的數(shù)據(jù)，它是將若干個(gè)不同類型的數(shù)據(jù)變量有序地組合在一起而形成的一種數(shù)據(jù)的集合體。組成該集合體的各個(gè)數(shù)據(jù)變量稱為結(jié)構(gòu)成員。整個(gè)集合體使用一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)變量名。一般來說結(jié)構(gòu)中的各個(gè)變量之間是存在某些關(guān)系的，如時(shí)間數(shù)據(jù)中的時(shí)、分、秒等。結(jié)構(gòu)體類型的定義

定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型的一般形式為：struct結(jié)構(gòu)體名{成員項(xiàng)列表};其中“struct”是關(guān)鍵字，作為定義結(jié)構(gòu)體類型的標(biāo)志；“結(jié)構(gòu)體名”由用戶自行定義；“成員列表”為該結(jié)構(gòu)體中的各個(gè)成員，由于結(jié)構(gòu)體可以由不同類型的數(shù)據(jù)組成，因此對(duì)結(jié)構(gòu)體中各成員都要進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的說明。結(jié)構(gòu)體類型變量的定義

結(jié)構(gòu)體定義好以后，就可以指明該結(jié)構(gòu)體的具體對(duì)象，即定義該種類型的變量，結(jié)構(gòu)體類型變量的定義主要有如下三種方式：先定義結(jié)構(gòu)體類型，再定義變量名在定義結(jié)構(gòu)體類型的同時(shí)定義結(jié)構(gòu)體變量名直接定義結(jié)構(gòu)體變量先定義結(jié)構(gòu)體類型，再定義變量名定義一個(gè)表示時(shí)間的結(jié)構(gòu)體類型。structtime{

unsignedcharhour;

unsignedcharminute;

unsignedcharsecond;};定義好一個(gè)結(jié)構(gòu)體后，就可以用它來定義結(jié)構(gòu)體變量。一般格式為：struct結(jié)構(gòu)體名結(jié)構(gòu)體變量名1，結(jié)構(gòu)體變量名2，...結(jié)構(gòu)體變量名n；用結(jié)構(gòu)體time來定義時(shí)間的結(jié)構(gòu)體變量：structtimetime1;結(jié)構(gòu)體變量time1具有structtime類型的結(jié)構(gòu)，可以使用該結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)。定義結(jié)構(gòu)體類型的同時(shí)定義結(jié)構(gòu)體變量名一般格式為：struct結(jié)構(gòu)體名{成員列表}結(jié)構(gòu)體變量名1，結(jié)構(gòu)體變量名2，...結(jié)構(gòu)體變量名n；

直接定義結(jié)構(gòu)體變量

一般格式如下：struct{成員列表}結(jié)構(gòu)體變量名1，結(jié)構(gòu)體變量名2，...結(jié)構(gòu)體變量名n;第三種方法直接省略了結(jié)構(gòu)體名，一般不提倡。結(jié)構(gòu)體變量的引用

定