片機AD及DA轉(zhuǎn)換接口

1、教學(xué)基本要求： （1）、熟悉DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作方式； （2）、掌握單片機與DAC0832的接口原理； （3）、熟悉ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能； （4）、掌握單片機與ADC0809的接口原理； 教學(xué)重點： （1）、單片機與DAC0832的接口原理； （2）、單片機與ADC0809的接口原理； 教學(xué)難點： （1）、單片機與DAC0832接口的程序設(shè)計； （2）、單片機與ADC0809接口的程序設(shè)計；,第10章 單片機A/D及D/A轉(zhuǎn)換器接口,10.1 單片機測控系統(tǒng)與模擬輸入通道,10.1.1 單片機測控系統(tǒng)概述 測控包含“測”與“控”兩個過程。 所謂“測”就是實時采集被控對象的物

2、理參量，諸如溫度、壓力、流量、速度和轉(zhuǎn)速等。這些參量通常都是模擬量，即連續(xù)變化的物理量。 所謂“控”就是把采集的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機計算、比較等處理后得出結(jié)論，以對被控對象實施校正控制。但經(jīng)單片機處理后得到的是數(shù)字量結(jié)果。 測控系統(tǒng)離不開模擬量與數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換，因此，模/數(shù)(A/D)與數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換也就成了測控系統(tǒng)的重要內(nèi)容。,10.1.2 模擬輸入通道,模擬輸入通道的工作從采集信號開始。由于傳感器采集到的模擬信號幅值通常很小，而且連續(xù)變化的信號容易受到干擾，因此，要對傳感器采集到的原始信號進行放大、采樣、保持、濾波等處理后，才能送給A/D轉(zhuǎn)換器。這一系列的處理過程構(gòu)成了模擬輸入通道，如下圖。

3、,1. 傳感器 傳感器的主要功能是采集信號，也兼有信號轉(zhuǎn)換功能，即把采集到的非電信號轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流)，以便于后續(xù)處理。傳感器的種類繁多，常用的傳感器有如下幾種： 溫度傳感器： 用于將溫度轉(zhuǎn)換為電信號。 光電傳感器：利用光電效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。 濕度傳感器： 常用的濕度傳感器有毛發(fā)濕度計、干濕球濕度計、金屬氧化物濕敏元件等。 流量傳感器： 用于測量液體和氣體的流量。常用的流量傳感器有速度式流量計和容積式流量計等。 壓力傳感器： 用于大氣壓力(氣壓)測量和容器壁壓力測量等。 機械量傳感器： 常用的機械量有拉力、壓力、位移、速度、加速度、扭矩及荷重等。常見的機械量傳感器有電阻應(yīng)變片、

4、力傳感器、荷重傳感器、位移傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器等。 成分分析傳感器： 用于對混合氣體或混合物的成分進行自動分析。 pH值傳感器： 用于測量水溶液的酸堿度。,2. 放大器,傳感器得到的電壓或電流信號往往幅度較小，難以直接進行A/D轉(zhuǎn)換，需要使用放大器對模擬信號進行放大處理。 放大器的種類很多，但在模擬輸入通道中使用的是一種具有高放大倍數(shù)并帶深度負反饋的直接耦合放大器，由于它可以對輸入信號進行多種數(shù)學(xué)運算(例如比例、加、減、積分和微分等)，所以稱為運算放大器。運算放大器具有輸入阻抗高，增益大，可靠性高，價格低和使用方便等特點?，F(xiàn)在已有各種專用或通用的運算放大器可供選擇。,3. 采樣/保持電路 采樣是

5、為了跟蹤輸入信號的變化，其實質(zhì)是將一個連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為時間上離散的采樣信號，采樣頻率要遠高于模擬信號中的最高頻率成分(一般為2.5倍)。 保持則是為了把采樣信號保持一段時間，因為其后的A/D轉(zhuǎn)換需要有一個時間過程。在保持期間要維持信號的穩(wěn)定，盡可能保持信號不變。 在模擬輸入通道中，采樣電路和保持電路是合在一起的，稱為采樣/保持電路。如下圖所示。,4. 濾波器 濾波可分為模擬濾波和數(shù)字濾波兩種。 模擬濾波由電子元器件搭建的濾波電路完成，模擬濾波又可分為無源和有源兩種。無源濾波是使用無源器件(電感、電容和電阻)構(gòu)成的濾波電路。有源濾波器則是用放大器和電容、電阻構(gòu)成的濾波電路。 數(shù)字濾波，就

6、是通過程序?qū)Σ蓸有盘栠M行平滑加工，以提高其有用信號，消除或抑制干擾信號。有多種數(shù)字濾波程序，例如，程序判斷濾波程序、中值濾波程序、算術(shù)平均濾波程序、加權(quán)平均濾波程序、一階滯后濾波程序以及復(fù)合濾波程序等。 與模擬濾波相比，數(shù)字濾波具有眾多優(yōu)點，所以在現(xiàn)代測控系統(tǒng)中廣泛使用數(shù)字濾波。數(shù)字濾波不但不需要硬件設(shè)備，而且使用也很方便，只需在程序進入數(shù)據(jù)處理或控制算法前，附加一段濾波程序即可。,A/D轉(zhuǎn)換器：實現(xiàn)模擬量數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 1. 按原理劃分的芯片類型 積分型A/D轉(zhuǎn)換器。也稱雙斜率或多斜率A/D轉(zhuǎn)換器。應(yīng)用最為廣泛，具有精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點。 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。原理簡單，便于實現(xiàn)，不

7、存在時間延遲問題。 閃爍型A/D轉(zhuǎn)換器。最大特點是速度快，但功耗大且電路復(fù)雜，所以芯片尺寸也比較大。 型A/D轉(zhuǎn)換器。又稱為過采樣A/D轉(zhuǎn)換器。雖然出現(xiàn)得較晚，但卻具有分辨率高，價格便宜以及抗干擾能力強等優(yōu)點。,10.2 A/D 轉(zhuǎn)換器,2. 輸入電壓信號形式,單極性電壓信號，各種A/D轉(zhuǎn)換芯片都具有這種輸入形式。一般可允許電壓變化范圍是0+5 V、0+10 V和0+20 V等。 雙極形式的電壓信號，可正可負，雖然還是通過一條引線輸入，但芯片上需要有一對極性相反的工作電源與之配合。 差分信號是不共地的電壓信號，兩個極性的差分信號需要兩條信號線輸入，在芯片上表示為VIN+和VIN-。差分電壓信號

8、可以從非0 V開始，其變化范圍可以是2 V、4 V、5 V和10 V等。,3. 輸出二進制代碼形式 二進制碼A/D轉(zhuǎn)換芯片輸出的是二進制代碼，其位數(shù)可分為8位、10位、12位、14位、16位、20位和24位等。 BCD碼A/D轉(zhuǎn)換芯片輸出的是多位BCD碼，這類轉(zhuǎn)換芯片的典型應(yīng)用是在數(shù)字電壓表中，輸出的BCD碼可直接送LED或LCD進行顯示。常見的BCD碼A/D轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)有3位半、4位半和5位半等。 4. A/D轉(zhuǎn)換器分辨率 A/D轉(zhuǎn)換器，被轉(zhuǎn)換量是電壓，所以分辨率是對輸入電壓信號變化的分辨能力， A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)越多，分辨率的值越小，分辨能力就越強，亦即轉(zhuǎn)換器對輸入量變化的敏感程度也就越高

9、。所以選擇A/D轉(zhuǎn)換器時，要把位數(shù)放在重要的位置。,5. A/D轉(zhuǎn)換器的控制信號 A/D轉(zhuǎn)換芯片中有一些控制信號，包括時鐘信號、轉(zhuǎn)換啟動信號和轉(zhuǎn)換結(jié)束信號等，接口連接時要對這些信號進行處理。 （1）時鐘信號 時鐘信號A/D轉(zhuǎn)換需要時鐘信號的配合，有些A/D轉(zhuǎn)換芯片(例如AD571等)內(nèi)部有時鐘電路。另外一些A/D轉(zhuǎn)換芯片(例如ADC0808/0809等)內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供。 （2）轉(zhuǎn)換啟動信號 轉(zhuǎn)換啟動信號轉(zhuǎn)換啟動信號應(yīng)由CPU提供，不同型號的A/D轉(zhuǎn)換芯片對轉(zhuǎn)換啟動信號的要求不盡相同。有的要求脈沖信號啟動，例如ADC0804、ADC0809等芯片，而有的芯片則要求電平信

10、號啟動，例如AD570、AD571和AD574等 。,6. 轉(zhuǎn)換結(jié)束與數(shù)據(jù)讀取 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進行處理，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，進行讀取。 （1）定時等待方式 對于一個A/D轉(zhuǎn)換芯片來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知且固定的，可用延時的方法等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，此即定時等待方式。 （2）查詢方式 A/D轉(zhuǎn)換芯片都提供表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，可以用查詢方式，通過測試狀態(tài)就可以知道轉(zhuǎn)換是否完成。 （3）中斷方式 表明轉(zhuǎn)換是否完成的狀態(tài)信號(ADC0809為EOC)都可作為中斷請求信號使用，從而可采用中斷方式進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。,10.2.1 8位A/D轉(zhuǎn)換器芯片與80C51接口

11、 ADC0809采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理，可實現(xiàn)8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存與譯碼電路，轉(zhuǎn)換時間為100 s左右。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示。,圖中多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換芯片進行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇。8位A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式。輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量。,2、信號引腳 ADC 0809轉(zhuǎn)換器芯片為28引腳，雙列直插式（DIP）封裝。,（1）、IN7IN0：模擬量輸入通道； ADC0809對輸入模擬量的要

12、求主要有：信號單極性，電壓范圍05 V，若信號過小還需進行放大。另外，在A/D轉(zhuǎn)換過程中，模擬量輸入的值不應(yīng)變化太快，因此，對變化速度快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路。 （2）、A、B、C：地址線； A為低位地址，C為高位地址，用于對模擬通道進行選擇；,（3）、ALE：地址鎖存允許信號； 在對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中； （4）、START：轉(zhuǎn)換啟動信號； START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清0；START下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平； （5）、D7D0：數(shù)據(jù)輸出線； （6）、OE：輸出允許信號； 用于控制三態(tài)輸出鎖存器向

13、單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； （7）、CLK：時鐘信號，通常使用頻率為500kHz的時鐘信號； （8）、EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。 EOC=0，正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。該狀態(tài)信號既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請求信號使用；,（9）、VCC：+5 V電源； （10）、Vref：參考電源。 參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5 V（Vref (+) =+5 V，Vref(-) =0 V） 。,3、MCS-51單片機與ADC 0809接口,8路模擬通道選擇信號A、B、C分別接最低3位地址

14、A0、A1、A2（即P0.0、P0.1、P0.2），而地址鎖存允許信號ALE由P2.0控制，則8路模擬通道的地址為FEF8HFEFFH 。,4、應(yīng)用舉例 設(shè)計一個8路模擬量輸入的巡回檢測系統(tǒng)，采樣數(shù)據(jù)依次存放在片外RAM 0A0H0A7H單元中，ADC 0809的8路通道IN0IN7的地址分別為FEF8HFEFFH，其數(shù)據(jù)采樣的初始化程序和中斷服務(wù)程序如下：,設(shè)計思路： 執(zhí)行一條“MOVX DPTR,A”指令，產(chǎn)生WR信號，使ALE和START有效，就可以啟動一次A/D轉(zhuǎn)換。但一次啟動只能進行一個通道的轉(zhuǎn)換，8個通道的A/D轉(zhuǎn)換需按通道順序逐個進行。為此，在程序中應(yīng)當(dāng)有改變通道號的指令，并且每

15、改變一次就執(zhí)行一次啟動A/D轉(zhuǎn)換指令。,初始化程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0013H LJMP ADC ORG 0100H MAIN:MOV R0, #A0H ;數(shù)據(jù)存儲區(qū)首址 MOV R2, #08H ;通道計數(shù) SETB IT1 ;邊沿觸發(fā)方式,下降沿 SETB EA ;中斷允許 SETB EX1 ;外部中斷1允許 MOV DPTR, #0FEF8H ;通道首地址 LOOP： MOVX DPTR，A ;啟動A/D轉(zhuǎn)換 LCALL DELY1MS DJNZ R2， LOOP LJMP MAIN,中斷服務(wù)程序： ORG 0500H ADC：MOVX A， DPTR；

16、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOVX R0， A ；存數(shù) INC DPTR ；更新通道 INC R0 ；更新暫存單元 RETI ；返回,# include # include # define uchar unsigned char # define IN0 XBYTE 0 x7ff8 /* 設(shè)置AD0809的通道0地址 */ uchar k; uchar xdata *ad_adr; uchar idata ad10; void main() uchar i; while(1) IT1=1; EA=1; EX1=1; ad_adr= ,void INTT1( ) interrupt 2 adk= *

17、ad_adr ; ad_adr + ; /* 下一通道 */ k +; ,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN: MOV R0， #0A0H； MOV R2， #08H； MOV DPTR，#0FEF8H； LOOP: MOVX DPTR，A ; 啟動轉(zhuǎn)換 LOOPP: JB P3.3, LOOPP 查詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 MOVX A， DPTR；讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOVX R0， A ；存數(shù) INC DPTR ；更新通道 INC R0 ；更新暫存單元 DJNZ R2， LOOP LJMP MAIN END,用查詢法實現(xiàn)：,采用查詢方式，采集結(jié)果放在數(shù)組ad中： #

18、 include # include # define uchar unsigned char # define IN0 XBYTE 0 x7ff8 /* 設(shè)置AD0809的通道0地址 */ sbit ad_busy =P33 ； /* 即EOC狀態(tài) */ void ad0809 ( uchar idata *x ) /* 采樣結(jié)果放指針中的A/D采集函數(shù) */ uchar i ； uchar xdata *ad_adr ； ad_adr= char code dis_code=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 xff; char find_code=10,10,10,10; void DelayX1ms(uint count) uint j; while(count-!=0) for(j=0;j80;j+); ,