第九章-系统扩展之AD-DAPPT课件

1、1 第第9 9章章 MCS-51MCS-51扩展之扩展之A/DA/D，D/AD/A转换接口转换接口 内容提要内容提要: : 9.1 D / A9.1 D / A转换转换 9.2 A / D9.2 A / D转换转换 2 CPU CPU处理的数据是数字量信号实际控制系统中处理的数据是数字量信号实际控制系统中 计算机除了处理数字信号量以外，还需要处理渐计算机除了处理数字信号量以外，还需要处理渐 变的模拟量信息，如对温度、压力、位移等工程变的模拟量信息，如对温度、压力、位移等工程 信号量检测得到的模拟电压量等，另外还需要输信号量检测得到的模拟电压量等，另外还需要输 出模拟信号量进行实时控制，如直流电

2、机调速所出模拟信号量进行实时控制，如直流电机调速所 需要的不同幅值直流电压量输出等，因此，计算需要的不同幅值直流电压量输出等，因此，计算 机系统需要模拟量到数字量以及数字量到模拟量机系统需要模拟量到数字量以及数字量到模拟量 的转化处理。的转化处理。 实现模拟信号到数字信号转化的专用芯片叫实现模拟信号到数字信号转化的专用芯片叫 ；而完成数字量到模拟量转化的专用芯；而完成数字量到模拟量转化的专用芯 片称为片称为。 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口 3 图图9-1 单片机和被控实体间的接口示意图单片机和被控实体间的接口示意图 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口 4 9.

3、1 D / A9.1 D / A转换转换 9.1.1 D/A转换器分类与性能指标转换器分类与性能指标 按转换方式分为并行和串行两大类，按生产工艺分为双极型和按转换方式分为并行和串行两大类，按生产工艺分为双极型和MOS型等，转换数型等，转换数 字量的长度有字量的长度有8位、位、10位、位、12位等，而转换速度有低速、高速不同芯片，输出形式有电位等，而转换速度有低速、高速不同芯片，输出形式有电 压型和电流型等。压型和电流型等。 描述描述D/A转换器性能的技术指标主要有：转换器性能的技术指标主要有： 1.分辨率分辨率 分辨率反映输出模拟电压的最小变化量，即一位输入数据变化使输出模拟量变化分辨率反映输

4、出模拟电压的最小变化量，即一位输入数据变化使输出模拟量变化 的值的大小，一般用数字量的位数来表示。同样满量程电压输出，的值的大小，一般用数字量的位数来表示。同样满量程电压输出，D/A位数越多其分位数越多其分 辨率越高。辨率越高。 2.建立时间建立时间 建立时间指输入数字量从零变为最大值，而模拟输出达到终值误差建立时间指输入数字量从零变为最大值，而模拟输出达到终值误差1/2LSB时时 所用时间，反应了转换速度。所用时间，反应了转换速度。 3.转换精度转换精度 转换精度具体分为绝对精度和相对精度两种衡量指标，主要指的是理论输出值和转换精度具体分为绝对精度和相对精度两种衡量指标，主要指的是理论输出值

5、和 实际输出值间的偏差。实际输出值间的偏差。 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口 5 9.1.2 D / A转换的重要指标转换的重要指标 分辨率的定义：分辨率的定义：最小输出电压与最大输出电压所对应的数字量最小输出电压与最大输出电压所对应的数字量 之比。之比。 如如10位位D / A转换器：转换器： 分辨率分辨率 = 1/（2101）= 1/1023 = 0.001 反映了反映了D / A转换的灵敏度。转换的灵敏度。 9.1.3 D / A转换器转换器DAC0830 0832 8位分辨率位分辨率 具有两个输入数据寄存器（具有两个输入数据寄存器（8位）；可单缓冲、双缓冲或位）；可单

6、缓冲、双缓冲或 直接输入，实现多通道直接输入，实现多通道D / A同步转换输出。同步转换输出。 须外接参考电压源须外接参考电压源 为电流输出型为电流输出型D / A转换器转换器 6 1、DAC 0832内部结构内部结构 P242 图图9.3 有有20个引脚。个引脚。 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口D/A 7 有有20个引脚。个引脚。 DI0 DI7 数据输入线数据输入线 ILE 数据允许锁存数据允许锁存 /CS 输入寄存器选择输入寄存器选择 /WR1 输入寄存器的写选通输入寄存器的写选通 /WR2 DAC寄存器的写选通寄存器的写选通 /XREF 数据传送信号数据传送信号 Vr

7、ef 基准电源输入基准电源输入 Rfb 反信号输入（内有反馈电阻）反信号输入（内有反馈电阻） Iout1、Iout2 电流输出电流输出 Vcc、AGND、DGND 电源、地电源、地 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口D/A 8 2、与、与8031单片机接口及操作软件单片机接口及操作软件 （1）单缓冲方式）单缓冲方式 P243 图图9.4 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口D/A 9 完成一次完成一次D / A转换的程序：转换的程序： MOV DPTR，#7FFFH ；DAC 0832口地址口地址 MOV A，#DATA ；欲转换的数字量；欲转换的数字量 MOVX D

8、PTR , A ；D/A转换转换 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口D/A 10 （2）双缓冲器同步方式）双缓冲器同步方式 电路：图电路：图9.12 图中：译码器输出口图中：译码器输出口1 选中选中DAC 0832(1) 译码器输出口译码器输出口2 选中选中DAC 0832(2) 输入锁存器输入锁存器 译码器输出口译码器输出口3 控制两芯片控制两芯片/XREF同步转换同步转换 11 3、应用、应用 例、利用单片机及例、利用单片机及DAC 0832产生阶梯波，产生阶梯波，DAC 0832采用单缓采用单缓 冲方式，定时冲方式，定时1ms，增幅，增幅10，10ms一循环。一循环。 解：

9、解： START：MOV A，#00H MOV DPTR，#7FFFH ；转换器地址；转换器地址 MOV R1，#0AH ；10个台阶（个台阶（10ms） （图）（图） 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口D/A 12 LOOP：MOVX DPTR，A ；送欲转换数字量；送欲转换数字量 CALL DL1 ；延时；延时1ms DJNZ R1，NEXT ；10个台阶未完继续增幅个台阶未完继续增幅 SJMP START NEXT： ADD A，#10 JMP LOOP DL1 ： MOV 20H，#249 DLL ： NOP NOP DJNZ 20H，DLL RET 如此，还可产生锯齿波

10、，三角波等。如此，还可产生锯齿波，三角波等。 13 9.2 A / D9.2 A / D转换转换 9.2.19.2.1常用常用A / D转换器的转换原理转换器的转换原理 1、逐次逼近式、逐次逼近式 2、双积分式、双积分式 首先将模拟电压转换成积分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表模拟输入电压大小的脉冲数转 换成二进制或换成二进制或BCD码输出。因此，码输出。因此， 双积分型双积分型A/D转换器转换时间较转换器转换时间较 长，一般要大于长，一般要大于4050m

11、s。 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口 14 分辨率的定义：分辨率的定义：输出数字量变化一个相邻数码所需要输入模拟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。用公式表示为：电压的变化量。用公式表示为： 满刻度电压满刻度电压/2n （n为位数）为位数） 9.2.2 ADC 0808 / 0809 8路路8位位A / D转换器转换器 采用逐次逼近式采用逐次逼近式A / D转换原理（时钟：转换原理（时钟：10 1280KHz） 模拟输入有模拟输入有8个通道（任一通道模拟都可以转换为一个个通道（任一通道模拟都可以转换为一个 8 位数字量输出）位数字量输出） 第9章 MCS-

12、51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 15 1、ADC 0809内部结构及引脚内部结构及引脚 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 16 引脚（有引脚（有28条）：条）： IN0 IN7 8路模拟量输入通道的输入口；路模拟量输入通道的输入口； 2-1 2-8 8位数字量输出口；位数字量输出口； START 启动输入口启动输入口 启动转换启动转换 ALE 通道地址锁存通道地址锁存 EOC 转换结束输出信号转换结束输出信号 OE 输出允许输出允许 CLK 时钟端时钟端 ADDA、ADDB、ADDC 8路模拟开关的路模拟开关的3位地址选择端位地址选择端 REF（+）、）、REF（

13、-） 参电压输入端参电压输入端 Vcc、GND 电源、地。电源、地。 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 17 2、ADC 0809 与与8031单片机接口设计单片机接口设计 有查询方式、中断有查询方式、中断 方式、等待延时方式。方式、等待延时方式。 片内无时钟，由单片内无时钟，由单 片机的片机的ALE（fosc/6） 经二分频后接入。经二分频后接入。 若若fosc = 6MHz，则，则 接入时钟为接入时钟为500KHz， 满足：满足：10 1280KHz的的 要求。要求。 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 18 P2.7（片选）（片选） 地址码地址码

14、 输入通道输入通道 C B A 7FF8H 0 0 0 0 IN0 7FFFH 0 1 1 1 IN7 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 19 例例 对通道对通道IN0采样一次，转换，并将转换结果存到数据存储区。采样一次，转换，并将转换结果存到数据存储区。 解：解：MAIN：MOV R1，#data ；存数地址；存数地址 MOV DPTR，#7FF8H ；P2.7 = 0，指向，指向IN0 MOVX DPTR，A ；不论；不论A中为何内容都启动转换中为何内容都启动转换 MOV R6，#0AH ；软件延时；软件延时 DLAY： NOP NOP NOP NOP NOP DJN

15、Z R6，DLAY MOVX A，DPTR ；读转换结果；读转换结果 MOV R1 , A ；存储数据；存储数据 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 20 A / D转换接口的设计转换接口的设计 1、硬件连线、硬件连线 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 21 图中，图中， ALE = START = /（/WR+P2.7） OE = /（/RD+P2.7） 通道地址：通道地址：P27 P26 P20 P07 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 A15 A14 A8 A7 A3 A2 A1 A0 7FFBH 0 0 0 0 7FFFH 0 1 1 1

16、 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 22 2、软件设计方法、软件设计方法 （1）延时等待方式）延时等待方式 分别分别8路模拟信号轮流采样一次，并依次把结果转存路模拟信号轮流采样一次，并依次把结果转存 到数据存储区的采到数据存储区的采样转换程序如下（设数据区首地址样转换程序如下（设数据区首地址30H； 采样采用循环程序，采样采用循环程序，R7作计数器）：作计数器）： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H MAIN： MOV R1，#30H MOV DPTR，#7FF8H MOV R7，#08H 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 2

17、3 LOOP： MOVX DPTR，A MOV R6，#0FH DLAY： NOP NOP NOP NOP DJNZ R6，DLAY MOVX A，DPTR MOV R1，A INC DPTR INC R1 DJNZ R7，LOOP RET 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 24 (2) 中断方式中断方式 合上合上K1，启动转换后，经，启动转换后，经tEOC时间，时间，EOC输出负脉冲波形，表示某通输出负脉冲波形，表示某通 道转换已结束，单片机可以取走数据。让八个通道轮流转换一遍。道转换已结束，单片机可以取走数据。让八个通道轮流转换一遍。 ORG 0000H AJMP M

18、AIN2 ORG 0013H AJMP INTR1 ORG 0300H MAIN2： MOV R1，#30H SETB IT1 ；下降沿触发；下降沿触发/INT1中断中断 SETB EX1 ；允许；允许/INT1中断中断 SETB EA ；开中断；开中断 MOV R7，#08H ；待转换的通道个数，即循环次数；待转换的通道个数，即循环次数 MOV DPTR，#7FF8H；指向通道；指向通道0 MOV DPTR，A ；启动首次转换；启动首次转换 25 WAIT： CJNE R7，#00H，$ ；等待中断；等待中断 CLR EX1 ；8个通道转换完成，结束个通道转换完成，结束 SJMP $ ORG 0500H INTR1: MOVX A，DPTR ；读取转换结果；读取转换结果 MOV R1，A ；存数；存数 INC DPTR ；通道号加；通道号加1 INC R1 DEC R7 MOVX DPTR，A ；启动下一次转换；启动下一次转换 RETI END 第9章 MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口A/D 26 （3） 查询方式查询方式 启动转换后，经启动转换后，经tOEC时间后，转换结束，时间后，转换结束，EOC输出负脉冲。输出负脉冲。 所以，启动转换后，延时所以，启动转换后，延时tEOC时间，检查时间，检