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1、,10-1 A/D转换器及其接口 10-2 D/A转换器及其接口,教学目的：本章主要学习MCS-51单片机与A/D、D/A转换器的接口。其中A/D转换器选用了具有多通道的8位AD转换器ADC0809，D/A转换器选用了典型的DAC0832。通过本章的学习，同学们应能掌握单片机与这些接口芯片的连线方法，编程技巧，以及这两种典型芯片的特点和初步应用。,第十章 单片机与A/D、D/A转换器的接口,10-1 A/D转换器及其接口,一、A/D转换器的分类与性能指标,A/D转换器种类很多，按工作原理分为： 逐位比较型：转换速度适中，转换精度从高到低都有，是集成A/D转换器中最普通的形式； 并行比较型：转换
2、速度快，但精度不高； 双积分型：抗干扰能力强，精度较高，但转换速度慢； 电压频率型(V/F)：用于将模拟量转换为脉冲进行测量，精度高，成本低； 计数比较型：有中高精度芯片，但转换速度慢。,10-1 A/D转换器及其接口,一、A/D转换器的分类与性能指标,A/D转换器的性能指标，有分辨率，转换时间，转换精度三项： 分辨率：A/D转换器的分辨率是指能够分辨最小量化信号的能力，即输出数字量变化一个相邻数码所需要输入模拟电压的变化量； 转换时间：是指完成一次A/D转换所需要的时间，即芯片从获得转换命令到得到完整的数字结果为止所需要的时间间隔； 转换精度：是指实际输出接近理论输出的精确程度，可以用绝对精
3、度和相对精度来描述。,10-1 A/D转换器及其接口,二、ADC0809转换器及接口,ADC0809是逐次逼近型8位A/D转换芯片。片内除A/D转换部分外还有多路开关部分，多路开关允许8路模拟信号分时输入，共享一个A/D转换器。,ADC0809的组成部分有： 8路模拟开关； 8位A/D转换器； 8位转换结果三态输出锁存器； 地址锁存译码器。,10-1 A/D转换器及其接口,二、ADC0809转换器及接口,ADC0809各管脚的功能为： IN0-IN7：8个输入通道的模拟输入端； D0-D7：转换结果的8位数字量输出端； ADDA、ADDB、ADDC 路址选择输入端； ALE：地址锁存信号输入端
4、； START：启动转换信号输入端，加上正脉冲后，开始转换； EOC：转换结束高电平，该端信号开始转换时转为低； OE：输出允许控制端，高电平时打开三态输出锁存器，输出转换结果； CLK：芯片工作时钟，最高允许值为640KHz，此时转换时间约10uS； Vref(+)和Vref(-)：参考电压；,ADC0809工作过程描述：ALE高电平时，CPU送出的路地址选择信号ADDA、ADDB、ADDC存入地址锁存器;ALE低电平时，路地址被锁存，经译码器译码选择模拟输入通道。START脉冲的上升沿使ADC0809复位，下降沿则启动A/D转换器开始转换。ADC0809转换期间，EOC=0；转换结束后，E
5、OC=1。CPU使OE变为高电平打开三态门输出锁存器，取出ADC0809的转换结果。,10-1 A/D转换器及其接口,二、ADC0809与单片机8051的接口,中断方式0809与51的接口：0809作为外部扩展并行口采用线选法寻址。由P2.7与WR联合控制START和ALE，P0.0，P0.1，P0.2分别连接ADDA、ADDB、ADDC，因此0809的地址有效为：P2.7,P0.2,P0.1,P0.0，可得地址为：7FF8H7FFFH等。同时,ALE端除了用作74LS373的地址锁存信号控制外，还通过74LS74芯片的4分频为0809的工作时钟CLK端提供时钟信号。 CPU执行MOVX DP
6、TR,A时，WR和P2.7产生低信号，使ALE和START为高，ALE锁存地址信号，START启动A/D转换。A/D转换完时，EOC端发出一正脉冲，经反向后，向INT1端输出下降沿信号，进入中断。在中断程序中，CPU执行MOVX A,DPTR时，RD和2.7产生低信号，使OE变高，打开0809的数据输出锁存器三态门，8位转换结果读入到CPU中。,10-1 A/D转换器及其接口,二、ADC0809与单片机8051的接口,利用ADC0809温度检测应用举例：上图中Rt是热敏电阻，与R1并联后与温度的变化接近线性关系，R2起分压作用。当温度变化时，Rt阻值发生变化，输出电压也跟随变化，因此可以测量出
7、温度的变化，电容C用来防止干扰引起输出电压突变。,10-1 A/D转换器及其接口,二、ADC0809与单片机8051的接口,ORG 0000H AJMP MAIN OEG 0013H AJMP ADCIN ORG 0030H MAIN: MOV R0,#30H MOV R2,#08 SETB TI SETB EA SETB EX1 MOV DPTR,#7FF8H MOVX DPTR,A SJMP $,ADCIN： MOVX A，DPTR MOV R0，A INC DPTR INC R0 DJNZ R2, DONE RETI DONE: MOVX DPTR, A RETI END,10-2 D/
8、A转换器及其接口,一、D/A 转换器的分类与性能指标,D/A转换器芯片很多，从接口方式上说有并口式，SPI总线式等，位数也分为8位，10位，12位，14位，16位等等，输出形式有呀电压型和电流型两种。,D/A转换器的性能指标有分辨率，建立时间，转换精度三项： 分辨率：分辨率反映出模拟电压的最小变化值，即一位输入数据变化使输出变化模拟量变化的值的大小，一般用数字量的位数来表示。同样满量程的电压输出，位数越多其分辨率越高； 建立时间：是指数字量从0变为最大值，而模拟输出达到终值误差1/2LSB时所用时间，反映了转换速度。LSB表示最低有效位，数字由0变为1的一个数字位； 转换精度：是指理论输出值和
9、实际输出值间的偏差，可以用绝对精度和相对精度来描述。,10-2 D/A转换器及其接口,二、DAC0832转换器及接口,DAC0832是采用CMOS工艺制造的8位D/A转换器，主要由两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成。,DAC0832的性能： 分辨率为8位； 只需在满量程下调整其线性度； 可与所有的单片机或微处理器直接接口； 电流稳定时间为1us； 可双缓冲、单缓冲或直通数据输入； 功耗低，约为20mW； 逻辑电平输入与TTL兼容； 单电源供电（+5V+15V）。,10-2 D/A转换器及其接口,二、DAC0832转换器及接口,DAC0832管脚的功能： D0-D7：8转换数字量数据输入线
10、； ILE：数据锁存允许信号输入线，低电平有效； CS：片选； WR1：输入寄存器“写”选通信号输入线； WR2：DAC寄存器“写”选通信号输入线； XFER：数据转移控制信号输入线； Vref：基准电压输入线，可以超出10V； Rfb：芯片内反馈电阻信号线； Iout1，Iout2：转换结果电流输出信号线，其和为常数，而Iout1随转换数字量的大小呈线性变化； Vcc：工作电源，范围为+5V+15V，最好为15V； DGND：数字地； AGND：模拟地。,10-2 D/A转换器及其接口,二、DAC0832转换器及接口,DAC0832的输出电路：上图中a）是反相输出，即将输出电流信号转化为反相
11、电压输出的电路，可以算出输出电压为： 图b)为同相输出，即将输出电流信号转化为同相电压输出的电路，其输出电压为：,10-2 D/A转换器及其接口,二、DAC0832转换器及接口,对于同相输出电路，当Vref接+5V（或-5V）时，输出电压范围为05V（或0-5V）；如果VreF接+10V（或-10V）时，输出电压相应为010V（或0-10V）。,直通式工作方式： 此方式下片内两个寄存器均不起锁存作用，转换器直接转换数据输入线上的数字量。在这种工作方式下，数据锁存允许信号线ILE管脚接高电平，而CS,WR1,WR2,XEFR均接低电平，使片内LE1、LE2为高电平。这种方式下片内没有数据锁存能力
12、，转换数据由总线上的数字量决定，因而在这种情况下，数据总线不能连接诸如8255A、8155等应用数据总线的接口芯片，否则将影响转换结果。,10-2 D/A转换器及其接口,二、DAC0832转换器及接口,此方式下片内两个寄存器中的一个起锁存作用，对输入数据进行锁存，这种工作方式一般应用在只有一路模拟量输出或几路模拟量不需要同时输出的情况下。 ILE管脚接高电平，而CS,XEFR连接在一起并连接到地址线上，输入寄存器与DAC寄存器的写选通信号线WR1，WR2共同由51的WR控制，这样，输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，利用数据输出指令 MOVX DPTR,A 就可以把A达到数据直接写入DAC寄
13、存器中，DAC0832马上就进行转换。,单缓冲工作方式：,10-2 D/A转换器及其接口,二、DAC0832转换器及接口,单缓冲工作方式编程示例：,产生无限锯齿波的程序： ORG 0000H MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#00H LOOP: MOVX DPTR,A INC A AJMP LOOP END,产生方波的程序： ORG 0000H MOV DPTR,#7FFFH LOOP: MOV A,#00H MOVX DPTR,A ACALL DELAY MOV A,#0FFH MOVX DPTR,A ACALL DELAY AJMP LOOP END,10-2 D/A转换器及其接口,二、DAC0832转换器及接口,双缓冲工作方式：,此方式下片内两个寄存器中都起锁存作用，对输入数据进行锁存。这种工作方式一般应用在需要多路D/A转换输出的电压不一样，但要求输出的时间一致的情况。即各个DAC0832的CS及XFER输入寄存器的锁存控制由不同的信号线控制，可以分时，分别输入信号。但这些芯片的转换信号线连接在一起，当有转换指令到达时，这些芯片可以同时转换。,小 结,掌握ADC0809芯片的性能与单片机的接口线路，会编基础的应用程序； 掌握DAC0832芯片的性能与单片机的接口线路，会编基础的应用程序；,