单片机接口技术.ppt

5-9 D/A转换器接口及应用,5-10 A/D转换器接口及应用,第5章 单片机接口技术,单片机,共3部分 第三部分,扩展I/O电路的功能：,1、速度协调； 2、输出数据锁存； 3、输入数据三态； 4、数据转换： 模拟量数字量：由A/D转换完成； 数字量模拟量：由D/A转换完成。,单片机,单片机,单片机和被控实体间的接口示意图,举例1：温度测控系统,单片机,举例2：速度测控系统,单片机,举例3：红外线自动门控制系统原理图,红外线传感器集成芯片BISS0001特点,（1）用CMOS工艺，功耗低。 （2）具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配。 （3）双向鉴幅器可有效抑制干扰信号。 （4）内设延时和封锁定时器，性能稳定，调节范围宽。 （5）内置参考电源。 （6）工作电压范围宽（3V5V）。,5-9 D/A转换器接口及应用,5-9-1 D/A转换概述,一、D/A（Digit to Analog）转换器： 为把数字量转换成模拟量，在D/A转换芯片中要有解码网络： 二进制权电阻网络； T型电阻网络。,单片机,T型电阻网络型D/A转换器：,4个位切换开关，4路R-2R电阻网络和运放组成,电阻接成T型,故称为T型解码网络。,单片机,D/A转换器的原理： 把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟量，并通过运算放大器相加求和。,T型网络的特点： 电阻阻值小，转换速度快、误差小，结构简单。实际应用的D/A转换器多数采用此网络。,n位数字量与模拟量的关系式： VO =VREF（数字码 / 2n） (VREF 参考电压),单片机,三、注意区分D/A内部是否带有锁存器：,与P1、P2接口：不需加锁存器，直接接口。 无锁存器 与P0接口：因P0的特殊功能，需加锁存器。 D/A内 如：DAC800、AD7520、AD7521等。 有锁存器：最好与P0直接接口。 如：DAC0832、DAC1230等。,单片机,四、主要技术指标,1、分辨率（Resolution）是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，取决于输入数字量的二进制位数。 通常以二进制位数表示分辨率。若数字量的位数为n，则分辨率为2n。 数字量位数越多，分辨率就越高。 应用时，应根据分辨率的需要选定转换器的位数。 2、建立时间（Establishing Time）是描述D/A转换速度的快慢。 输出形式为电流的转换器比电压的建立时间短。 D/A转换速度远高于A/D转换。,单片机,主要技术指标（续）,3、转换精度（Conversion Accuracy）指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。 4、偏移量误差（Offset Error）偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。 5、线性度（Linearity）线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。,单片机,一、内部结构：DAC 0832：8位双缓冲器结构的D/A转换器。,5-9-2 D/A转换芯片DAC0832,单片机,DAC的应用：,l DAC用作单极性电压输出； l DAC用作双极性电压输出； l 程控放大器,双极性DAC的接法 :,增益小于1的程控放大器:,双极性输出电压与输入数字量的关系,二、DAC 0832与单片机的接口：,有3种工作方法：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。,MOV P1，A,举例：,例：D/A转换程序，用DAC0832输出0+5V锯齿波，电路为直通方式。设VREF=-5V，若DAC0832地址为00FEH，脉冲周期要求为100ms。,DACS：MOV DPTR，#00FEH；0832 I/O地址 MOV A，#00H ；开始输出0V DACL：MOVX DPTR，A ；D/A转换 INC A ；升压 ACALL DELAY ；延时100ms/256：决定锯齿波的周期 AJMP DACL ；连续输出 DELAY： ；延时子程序,2、单缓冲方式： 输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，同时选通输出，输入数据在控制信号作用下，直接进入DAC寄存器中； WR1和WR2同时进行，并且与CPU的WR相连，CPU对0832执行一次写操作，将数据直接写入DAC寄存器中。 适用：只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出。,举例：,例：D/A转换程序，用DAC0832输出0+5V三角波， 电路为单缓冲方式。设VREF=-5V，若DAC0832地 址为00FEH，脉冲周期要求为（100ms）。,ORG 2000H STAR：MOV DPTR，#00FEH；DAC0832地址 MOV A，#00H ；开始输出0V UP： MOVX DPTR，A ；D/A转换 INC A ；产生上升段电压 JNZ UP ；上升到A中为FFH（A0跳） DOWN：DEC A ；产生下降段电压 MOVX DPTR，A JNZ DOWN ；下降到A中为00H SJMP UP ；重复 注：若想改变波形的周期（频率），只需在SJMP UP前插入延时程序即可。,3、双缓冲器方式： 输入寄存器和DAC寄存器分配有各自的地址，可分别选通。 适用：同时输出几路模拟信号的场合，可构成多个0832同步输出电路。,举例：,例：用DAC0832实现驱动绘图仪，电路为双缓冲方式。 1#和2#DAC0832地址分别为00FEH和00FDH。 则绘图仪的驱动程序为：,ORG 2000H MOV DPTR，#00FEH ；选中1#0832（的输入寄存器）：A0=0 MOV A，#Datax MOVX DPTR，A ；Datax写入1#0832输入寄存器 MOV DPTR，#00FDH ；选中2#0832（的输入寄存器）：A1=0 MOV A，#Datay MOVX DPTR，A ；Datay写入2#0832输入寄存器 MOV DPTR，#00FBH ；选中1#和2#0832的DAC寄存器： A2=0 MOVX DPTR，A ；1#和2#输入寄存器的内容同时 传送到DAC寄存器中,三、DAC1208内部框图,80C51与DAC1208的接口,80C51,5-10 A/D转换器接口及应用,A/D接口设计要点： 1选择合适的系统采样速度； 2减小A/D转换的误差； 3合理选用A/D转换器。,A/D转换是把模拟量转化成与其大小成比例的数字量。 A/D转换电路主要有： 1、双积分式（速度慢，精度高：用于速度要求不高的场合）； 2、逐次逼近式（速度较快，精度较高：常用）。,单片机,一、转换原理：,A/D转换过程主要包括：采样、量化和编码。 采样：是模拟信号在时间上离散化； 量化：用一个基本的计量单位使模拟量变为一个整数的数字量 编码：把量化的模拟量用某种数码表示。,单片机,1、双积分型A/D转换器工作原理：,双积分型A/D转换是一种间接A/D转换技术。首先将模拟电压转换成积分时间，然后用数字脉冲计时方法转换成计数脉冲数，最后将此代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成二进制或BCD码输出。因此，双积分型A/D转换器转换时间较长，一般要大于4050ms。,MC14433与80C51直接连接的接口,ICL7109与80C51的接口电路图,80C51,2、逐次逼近A/D转换原理：,组成： N位寄存器用来存放N位二进制数码。 转换过程：首先置Dn-1位为1，其余为0，完成D/A转换， 则得到整个量程一半的模拟电压VN，其与输入电压VX比较，当VXVN，则保留Dn-1=1，否则清0；取下一位Dn-2位为1 和上次结果一起经D/A转换后与VX比较，确定Dn-2位，其余类推。,1、结构： 一个8位逐次逼近式A/D转换器、8路模拟转换开关、3-8地址锁存译码器和三态输出数据锁存器。,2、引脚： （1）8路模拟量分时输入信号端： IN0IN7； （2）8位数字量输出信号端： D0D7； （3）通道选择地址信号输入端： ADDA、ADDB、ADDC；ALE上升沿存入 （4）基准参考电压为VR（+）和VR（-）： 决定输入模拟量的范围。 典型值分别为+5V和0V。 （5）转换结束信号EOC： 0：正在进行转换； 1：一次转换完成。 （6）时钟信号输入端：CLK（其内部无时钟电路）。,二、ADC0809与单片机的接口：,ADC 0809/0808为8路输入通道、8位逐次逼近式A/D转换器，可分时转换8路模拟信号。,3、ADC 0809与单片机连接：,涉及2个问题： （1）8路模拟信号通道选择； （2）A/D转换完成后转换数据的传送。,ADC0809的口地址：7FFFH； 8路模拟通道的地址：7FF8H7FFFH。,A/D转换程序：（延时等待方法）,MOV DPTR，#7FF8H ；ADC0809的IN0地址 MOVX DPTR，A ；启动A/D转换 LCALL DELAY ；等待转换结束 MOVX A，DPTR ；读转换结果 RET DELAY: RET,不用接EOC脚，采用定时传送方式。,例：应用举例,初始化程序：（中断方式） MOV R0，#0A0H ；数据存储区首地址 MOV R2，#08H ；8路计数器 SETB IT1 ；边沿触发方式 SETB EA ；中断允许 SETB EX1 ；允许外部中断1中断 MOV DPTR，#0FEF8H ；指向ADC0809首地址 LOOP：MOVX DPTR，A ；启动A/D转换 HERE：SJMP HERE ；等待中断 DJNZ R2，LOOP ；巡回，未完继续 CLR EA ；结束，关中断 SJMP $ ；结束停止,设有一个8路模拟量输入的巡回检测系统，采样数据依次存放在外部RAM 0A0H0A7H单元中，ADC0809的8个通道地址为0FEF8H0FEFFH。,中断服务程序： MOVX A，DPTR ；读转换结果 MOV R0，A ；存转换结果 INC DPTR ；指向下一模拟通道 INC R0 ；指向数据存储区下一单元 MOVX DPTR, A ； 启动A/D RETI,查询方式： 采集IN3通道 MOV R1, #30H MOV DPTR，#7FF8H MOVX DPTR，A ；指向输入通道 启动A/D MOV R2，#20H ；置延时常数 DLAY: DJNZ R2, DLAY ； WAIT: JB P3.3, WAIT ；查询转换结束信号 MOVX A, DPTR ；读转换结果 MOV R1, A ; 转存 RET,应用举例：,1、用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路，其参考电压为-5V+5V，求对应以下偏移码的输出电压： 0100 0000 1111 1110 解：VOUT1=-VREF. VOUT2=-(VREF+2VOUT1) VOUT1=-VREF. =-1.25V+1.25V VOUT2=-(VREF+2VOUT1) =-2.5V+2.5V VOUT1=-VREF. =-4.96+4.96V VOUT2=-(VREF+2VOUT1) =-4.92V+4.92V,2、某12位A/D转换器的输入电压为0+5V，求出当输入模拟量为下列值时输出的数字量： 1.25V 3.75V