第十章 数模与模数转换

1、扩展扩展I/O电路的功能：电路的功能：1、速度协调；、速度协调；2、输出数据锁存；、输出数据锁存；3、输入数据三态；、输入数据三态；4、数据转换：、数据转换： 模拟量模拟量数字量：由数字量：由A/D转换完成；转换完成； 数字量数字量模拟量：由模拟量：由D/A转换完成。转换完成。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举例举例1：温度测控系统：温度测控系统举例举例2：速度测控系统：速度测控系统举例举例3：红外线自动门控制系统原理图：红外线自动门控制系统原理图BISS000160K20K1032M10K10u1M1M47K10347u电压检测模块电压检测模块电机温度检测电机温度

2、检测 P3.3/INT1手动手动/自动切换自动切换手动关按钮手动关按钮 P3.4P3.02.2uDSG红外传感器红外传感器+5VGND3.3K103103470u+5V330K330K10210nVCVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT220KIBRR1AV0RC1RC2RR2VSS+5V行程开关行程开关2行程开关行程开关3手动开按钮手动开按钮光光电电隔隔离离电机正转继电器电机正转继电器J1电机过热报警电机过热报警转速检测模块转速检测模块A/ /D转换转换蜂鸣报警蜂鸣报警行程开关行程开关4行程开关行程开关1电压过高报警电压过高报警速度异常报警速度异常报警速度变换继电器速度变换继电器J

3、3电机反转继电器电机反转继电器J2ADC08090809P1.0P1.3P1.2P1.1P1.4P1.5P1.6P2.0P2.1P2.3P2.2P3.2/INT0P3.1P0WRRDALEP1.710K6LEDAT89C51VCC红外线传感器集成芯片红外线传感器集成芯片BISS0001特点特点（1）用）用CMOS工艺，功耗低。工艺，功耗低。（2）具有独立的高输入阻抗运算放）具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配。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）双向鉴幅器可有效抑制干扰信号。号。（4）内设延时和封锁定时器，性能）内设延时和封锁定时器，性能稳定，调节范围宽。

4、稳定，调节范围宽。（5）内置参考电源。）内置参考电源。（6）工作电压范围宽（）工作电压范围宽（3V5V）。）。BISS000112345678910111213141516AV0RR1RC1RC2RR2VssVRF/RESETVcIBVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT9-1-1 9-1-1 D/AD/A转换概述转换概述一、一、D/A（Digit to Analog）转换器：转换器： 为把数字量转换成模拟量，在为把数字量转换成模拟量，在D/AD/A转换芯片中要有转换芯片中要有解码网络解码网络：权电阻网络；权电阻网络；倒倒T T型电阻网络。型电阻网络。T型电阻网络型型电阻网络型D/A转

5、换器：转换器： D/A D/A转换器的原理：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，并通过运算放大器求和相加。根据克希荷夫定律，如下关系成立：过运算放大器求和相加。根据克希荷夫定律，如下关系成立： I I0 0=2=20 0 I I1 1=2=21 1 I I2 2=2=22 2 I I3 3=2=23 3n位数字量与模拟量的关系式：位数字量与模拟量的关系式：VO =VREF（数字码（数字码 / 2n） (VREF 参考电压参考电压)二、二、D/AD/A输出形式：输出形式：电压；电压；电流电流 运算放大器运算放大器 电压。

6、电压。注：因使用反相比例放大器来实现电流注：因使用反相比例放大器来实现电流到电压的转换，所以输出模拟信号到电压的转换，所以输出模拟信号(VO)的极性与参考电压的极性与参考电压(VREF)极性相反。极性相反。三、注意区分三、注意区分D/A内部是否带有锁存器：内部是否带有锁存器： 与与P1、P2接口：不需加锁存器，直接接口。接口：不需加锁存器，直接接口。 无锁存器无锁存器 与与P0接口：因接口：因P0的特殊功能，需加锁存器。的特殊功能，需加锁存器。D/A内内 如：如：DAC800DAC800、AD7520AD7520、AD7521AD7521等。等。 有锁存器：最好与有锁存器：最好与P0直接接口。

7、直接接口。 如：如：DAC0832DAC0832、DAC1230DAC1230等。等。四、性能指标：四、性能指标：1、分辨率分辨率（Resolution）是指是指D/A转换器能分辨的最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。小输出模拟增量，取决于输入数字量的二进制位数。 2、建立时间建立时间（Establishing Time）是描述是描述D/A转换速转换速度的快慢。度的快慢。3、转换精度转换精度（Conversion Accuracy）指满量程时指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。的实际模拟输出值和理论值的接近程度。 4、偏移量误差偏移量误差（Offse

8、t Error）偏移量误差是指输入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。数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。 5、线性度线性度（Linearity）线性度是指线性度是指DAC的实际转换特的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。性曲线和理想直线之间的最大偏移差。主要技术指标：主要技术指标：1 1、分辨率、分辨率（Resolution）：）： 对对D/AD/A转换器输入量变化敏感程度进行描述，转换器输入量变化敏感程度进行描述，与输入数字量的位数有关。与输入数字量的位数有关。 若数字量的位数为若数字量的位数为n n，则分辨率为则分辨率为2 2n n。 数字量位数越多，分辨率

9、就越高。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。应用时，应根据分辨率的需要选定转换器的位数。注：注：BCDBCD码输出的码输出的A/DA/D转换器用位数表示分辨率。转换器用位数表示分辨率。2 2、建立时间建立时间（Establishing Time）：）：（转换速度）转换速度） 描述描述D/AD/A转换速度的快慢。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。输出形式为电流的转换器比电压的建立时间短。 D/AD/A转换速度远高于转换速度远高于A/DA/D转换。转换。3 3、转换精度转换精度（Conversion Accuracy）：）： 指满量

10、程时指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的的实际模拟输出值和理论值的接近程度。接近程度。 8 8位双缓冲器结构的位双缓冲器结构的D/AD/A转换器。转换器。9-1-2 9-1-2 D/AD/A转换芯片转换芯片DAC0832DAC0832DIDI0 07 7：转换数据输入（：转换数据输入（8 8位）；位）； CSCS：片选信号（输入）；片选信号（输入）；ILEILE：数据锁存允许信号（输入）；数据锁存允许信号（输入）； XFERXFER：数据传送控制信号（输入）；数据传送控制信号（输入）；WRWR1 1：第一写信号（输入），与第一写信号（输入），与ILEILE共同控制输入寄存器是数据直通方式

11、还是共同控制输入寄存器是数据直通方式还是 数据锁存方式；数据锁存方式；WRWR2 2：第第2 2写信号（输入），与写信号（输入），与XFERXFER共同控制共同控制DACDAC寄存器是数据直通方式还是寄存器是数据直通方式还是 数据锁存方式；数据锁存方式；8位位DACDAC寄存器寄存器输入输入寄存器寄存器-+IOUT2IOUT1RfbVODI07AGNDILECS与与与WR1WR2XFERLE1LE2DAC的应用：的应用：l l DAC用作单极性电压输出用作单极性电压输出；l l DAC用作双极性电压输出用作双极性电压输出；l l DAC用作控制放大器。用作控制放大器。双极性输出电压与输入数字量

12、的关系双极性输出电压与输入数字量的关系输入数字量输入数字量Bb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0Vout（理想值）（理想值）+VREF时时-VREF时时1 1 1 1 1 1 1 1|VREF|-LSB-|VREF|+LSB1 1 0 0 0 0 0 0|VREF|/2-|VREF|/21 0 0 0 0 0 0 0000 1 1 1 1 1 1 1-LSBLSB0 0 1 1 1 1 1 1-|VREF|/2-LSB|VREF|/2+LSB0 0 0 0 0 0 0 0-|VREF|VREF|双极性双极性DAC的接法的接法 :双极性双极性DAC的另一种接法的另一种接法:控制放大器用

13、控制放大器用DAC0832:有有3 3种工作方法：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。种工作方法：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。 输入寄存器和输入寄存器和DACDAC寄存器共用一个地址，同时选通输出；寄存器共用一个地址，同时选通输出； WRWR1 1和和WRWR2 2同时进行，并且不与同时进行，并且不与CPUCPU相接。相接。 特点：转换速度快。特点：转换速度快。MOV PMOV P1 1，A A举例：举例：例：例：D/AD/A转换程序，用转换程序，用DAC0832DAC0832输出输出0 0+5+5V V锯齿波，锯齿波， 电路为电路为直通方式直通方式。设。设V VREFREF=-5V=-5

14、V，若若DAC0832DAC0832地址地址 为为0000FEHFEH，脉冲周期要求为脉冲周期要求为100100msms。100msDACSDACS：MOVMOVDPTRDPTR，#00FEH#00FEH；08320832 I/OI/O地址地址MOVMOVA A，#00H#00H；开始输出开始输出0 0V VDACLDACL：MOVXMOVXDPTRDPTR，A A；D/AD/A转换转换INCINCA A；升压升压ACALLACALL DELAYDELAY；AJMPAJMPDACLDACL；连续输出连续输出DELAYDELAY：；延时子程序延时子程序 输入寄存器和输入寄存器和DACDAC寄存器

15、共用一个地址，同时选通输出，输入数据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，直接进入在控制信号作用下，直接进入DACDAC寄存器中；寄存器中； WRWR1 1和和WRWR2 2同时进行，并且与同时进行，并且与CPUCPU的的WRWR相连，相连，CPUCPU对对08320832执行一次写操执行一次写操作，将数据直接写入作，将数据直接写入DACDAC寄存器中。寄存器中。 适用：适用：只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出。只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出。单缓冲方式下的单缓冲方式下的DAC083280C5180C51举例：举例：例：例：D/AD/A转换程序，用

16、转换程序，用DAC0832DAC0832输出输出0 0+5+5V V三角波，三角波， 电路为电路为单缓冲方式单缓冲方式。设。设V VREFREF=-5V=-5V，若若DAC0832DAC0832地地 址为址为0000FEHFEH，脉冲周期要求为（脉冲周期要求为（100100msms）。）。100msORGORG2000H2000HSTARSTAR：MOVMOVDPTRDPTR，#00FEH#00FEH；DAC0832DAC0832地址地址MOVMOVA A，#00H#00H；开始输出开始输出0 0V VUPUP： MOVX MOVXDPTRDPTR，A A；D/AD/A转换转换INCINCA

17、A；产生上升段电压产生上升段电压；上升到上升到A A中为中为FFHFFH（A0A0跳）跳）DOWNDOWN：DECDECA A；产生下降段电压产生下降段电压MOVXMOVXDPTRDPTR，A A；下降到下降到A A中为中为0000H H；重复重复C51程序：程序：#include#include#define DAC0832 XBYTE0 x00FE#define uchar unsigned char#define unit unsigned int void stair(void) uchar i; while(1) for(i=0;i=255;i=i+) /*形成锯齿波输出值，最大形成

18、锯齿波输出值，最大255*/ DAC0832=i; /*D/A转换输出转换输出*/ 输入寄存器和输入寄存器和DACDAC寄存器分配有各自的地址，可分别选通用同时输出多寄存器分配有各自的地址，可分别选通用同时输出多路模拟信号。路模拟信号。 适用：适用：同时输出几路模拟信号的场合，可构成多个同时输出几路模拟信号的场合，可构成多个08320832同步输出电路。同步输出电路。举例：举例：例：例：用用DAC0832DAC0832实现驱动绘图仪，电路为实现驱动绘图仪，电路为双缓冲方式双缓冲方式。 1# 1#和和2#2#DAC0832DAC0832地址分别为地址分别为0000FEHFEH和和0000FDHF

19、DH。 则绘图仪的驱动程序为：则绘图仪的驱动程序为：ORGORG2000H2000HMOVMOVDPTRDPTR，#00FEH #00FEH ；选中选中1#08321#0832（的输入寄存器）：（的输入寄存器）：A A0 0=0=0MOVMOVA A，#Datax#DataxMOVXMOVXDPTRDPTR，A A ；DataxDatax写入写入1#08321#0832输入寄存器输入寄存器MOVMOVDPTRDPTR，#00FDH #00FDH ；选中选中2#08322#0832（的输入寄存器）：（的输入寄存器）：A A1 1=0=0MOVMOVA A，#Datay#DatayMOVXMOVX

20、DPTRDPTR，A A ；DatayDatay写入写入2#08322#0832输入寄存器输入寄存器MOVMOVDPTRDPTR，#00FBH #00FBH ；选中；选中1#1#和和2#08322#0832的的DACDAC寄存器：寄存器： A A2 2=0=0MOVXMOVXDPTRDPTR，A A ；1#1#和和2#2#输入寄存器的内容同时输入寄存器的内容同时 传送到传送到DACDAC寄存器中寄存器中C51程序：程序：#include#include#define INPUTR1 XBYTE0 x00FE#define INPUTR2 XBYTE0 x00FD #define DACR XB

21、YTE0 x00FB#define uchar unsigned char void dac2b(data1,data2) uchar data1,data2;INPUTR1=data1; /*数据送到一片数据送到一片DAC0832*/INPUTR2=data2;/*数据送到另一片数据送到另一片DAC0832*/DACR=0; /*启动两路启动两路D/A同时转换同时转换*/三、三、DAC1208内部框图内部框图80C51与与DAC1208的接口的接口80C51华工考研题：华工考研题： PC/XT的的D/A接口使用接口使用DAC0832。其有关信号接线。其有关信号接线如图所示，其输出电压如图所示

22、，其输出电压Vo和输入数字量和输入数字量DI7-DI0之间呈线之间呈线性且如表所示。现要求性且如表所示。现要求Vo从零开始按图示波形周期变化从零开始按图示波形周期变化（周期可自定）。试用汇编语言编写其控制部分程序。（周期可自定）。试用汇编语言编写其控制部分程序。A/D接口设计要点：接口设计要点：1选择合适的系统采样速度；选择合适的系统采样速度；2减小减小A/D转换的孔径误差；转换的孔径误差；3合理选用合理选用A/D转换器。转换器。A/DA/D转换是把模拟量信号转化成与其大小成比例的数字信号。转换是把模拟量信号转化成与其大小成比例的数字信号。A/DA/D转换电路主要分成：转换电路主要分成：1 1

23、、双积分式、双积分式（速度慢，精度高：用于速度要求不高的场合）（速度慢，精度高：用于速度要求不高的场合）；2 2、逐次逼近式、逐次逼近式（速度较快，精度较高：常用）。（速度较快，精度较高：常用）。 MC14433MC14433（3 3 位）位） 双积分式双积分式 ICL7135ICL7135（4 4 位）位） ICL7109ICL7109（1212位）位） ADC0808ADC0808、ADC0809ADC0809（8 8位）位） 逐次逼近式逐次逼近式 ADC1210ADC1210（1212位）位） AD574AD574（1212位）位） 1、双积分型、双积分型A/D转换器工作原理：转换器工作

24、原理： 双积分型双积分型A/D转换是一种间接转换是一种间接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二进制或BCD码输出。因此，双积分型码输出。因此，双积分型A/D转换器转换时转换器转换时间较长，一般要大于间较长，一般要大于4050ms。双积分双积分ADC电路原理图电路原理图MC14433与与80C51直接连接的接口直接连接的接口80C51MC14433ICL7109与与80C51

25、的接口电路图的接口电路图80C512、逐次逼近、逐次逼近A/D转换原理：转换原理：N N位寄存器用来存放位寄存器用来存放N N位二进制数码。位二进制数码。当当V VXVN，则保留，则保留DN-1=1，否则清，否则清0。其余类推。其余类推。1 1、结构：、结构： 一个一个8 8位逐次逼近式位逐次逼近式A/DA/D转换器、转换器、8 8路模拟转换开关、路模拟转换开关、3-83-8地址锁存译码地址锁存译码器和三态输出数据锁存器器和三态输出数据锁存器（详见（详见P249P249）。2 2、引脚：、引脚：（1 1）8 8路模拟量路模拟量输入信号端：输入信号端： IN0IN0IN7IN7；（2 2）8 8

26、位数字量输出信号端：位数字量输出信号端： D D0 0D D7 7；（3 3）通道选择地址信号输入端：）通道选择地址信号输入端： ADDADDA A、ADDADDB B、ADDADDC C；（4 4）基准参考电压为）基准参考电压为V VR R（+ +）和和V VR R（- -）： 决定输入模拟量的范围。决定输入模拟量的范围。 典型值分别为典型值分别为+5+5V V和和0 0V V。（5 5）转换结束信号）转换结束信号EOCEOC： 0 0：正在进行转换；正在进行转换； 1 1：一次转换完成。：一次转换完成。（6 6）时钟信号输入端：时钟信号输入端：CLKCLK（其内部无时钟电路）其内部无时钟电

27、路）。多路多路转换转换开关开关A B CIN0IN1IN7A/D转换转换 ADC 0809/0808 ADC 0809/0808为为8 8路输入通道、路输入通道、8 8位位逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换器，可分时转换器，可分时转换转换8 8路路模拟信号。模拟信号。3 3、ADC 0809ADC 0809与单片机连接：与单片机连接：转换数据的传送：转换数据的传送：定时传送方式；定时传送方式；（不需接（不需接EOCEOC脚）脚）查询方式；查询方式；（测试（测试EOCEOC脚的状态）脚的状态）中断方式。中断方式。（EOCEOC脚接脚接INTINT脚）脚）注：注：（1 1）不能用无条件方式；）不

28、能用无条件方式；（2 2）2 2个个ALEALE不能相接。不能相接。涉及涉及2 2个问题：个问题：（1 1）8 8路模拟信号通道选择；路模拟信号通道选择；（2 2）A/DA/D转换完成后转换数据的传送。转换完成后转换数据的传送。ADC0809ADC0809的口地址：的口地址：FEFFHFEFFH；8 8路模拟通道的地址：路模拟通道的地址：FEF8HFEF8HFEFFHFEFFH。IN07AD07ALEINTWRP2.0RDD07ADDABC CLKEOCSTARTALEOE11831A/DA/D转换程序：（延时等待方法）转换程序：（延时等待方法）MOV DPTRMOV DPTR，#0FEFFH

29、 #0FEFFH ；ADC0809ADC0809地址地址MOV AMOV A，#00H#00H ；选中选中ININ0 0MOVX DPTRMOVX DPTR，A A ；启动启动A/DA/D转换转换LCALL DELAYLCALL DELAY ；等待转换结束等待转换结束MOVX AMOVX A，DPTRDPTR ；读转换结果读转换结果RETRET不用接不用接EOCEOC脚，采用定时传送方式。脚，采用定时传送方式。例：例：P252P252应用举例应用举例初始化程序：（中断方式）初始化程序：（中断方式） MOV R MOV R0 0，#0A0H #0A0H ；数据存储区首地址数据存储区首地址 MOV

30、 R MOV R2 2，#08H#08H ；8 8路计数器路计数器 SETB IT1 SETB IT1 ；边沿触发方式边沿触发方式 SETB EA SETB EA ；中断允许中断允许 SETB EX1 SETB EX1 ；允许外部中断允许外部中断1 1中断中断 MOV DPTR MOV DPTR，#0FEF8H#0FEF8H ；指向指向ADC0809ADC0809首地址首地址LOOPLOOP：MOVX DPTRMOVX DPTR，A A ；启动启动A/DA/D转换转换HEREHERE：SJMP HERESJMP HERE ；等待中断等待中断 设有一个设有一个8路模拟量输入的巡回检测系统，采样数

31、据路模拟量输入的巡回检测系统，采样数据依次存放在外部依次存放在外部RAM 0A0HRAM 0A0H0A7H0A7H单元中，单元中，ADC0809ADC0809的的8个个通道地址为通道地址为0 0FEF8HFEF8H0FEFFH0FEFFH。中断服务程序：中断服务程序：MOVX MOVX A A，DPTR DPTR ；读数读数MOVX MOVX RR0 0，A A ；存数存数INCINCDPTRDPTR ；指向下一模拟通道指向下一模拟通道INCINCR R0 0 ；指向数据存储区下一单元指向数据存储区下一单元 DJNZ R2，LOOP ；巡回，未完继续巡回，未完继续 RETIDONE:MOVX

32、DPTR,A RETIRETIC51程序：程序：#include#include#define uchar unsigned char#define IN0 XBYTE0 xFEF8 /*设置设置ADC0809的通道的通道0地址地址*/sbit ad_busy=P33; /*即即EOC状态状态*/void ad0809(uchar idata * x) /*采样结果放指针中的采样结果放指针中的A/D采集函数采集函数*/ uchar i; uchar xdata * ad_adr; ad_adr=&IN0; for(i=0;i8;i+) /*处理处理8通道通道*/ *ad_adr=0; /*启动转换启动转换*/i=i; /*延时等待延时等待EOC变低变低*/i=i;while(ad_busy=0); /*查询等待转换结束查询等待转换结束*/xi=*ad_adr; /*存转换结果存转换结果*/ad