第10章MCS-51 AD-DA接口技术

1、第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口A/D、 D/A接口接口【学习目的和要求学习目的和要求】了解和掌握双积分了解和掌握双积分A/D转换器和逐次逼近转换器和逐次逼近式式A/D转换器的基本原理、接口扩展方法转换器的基本原理、接口扩展方法;掌握梯形电阻式掌握梯形电阻式D/A转换器的基本原理、转换器的基本原理、内部结构与应用特性、工作方式及接口扩内部结构与应用特性、工作方式及接口扩展方法。展方法。 10.1 A/D10.1 A/D转换器接口的扩展转换器接口的扩展10.2 D/A10.2 D/A转换接口的扩展转换接口的扩展第十章第十章 MCS-51MCS-

2、51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口10.1.1 A/D转换器概述转换器概述10.1.2 双积分式双积分式A/D转换器原理转换器原理10.1.3 双积分式双积分式A/D MC14433的扩展的扩展10.1.4逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器原理转换器原理10.1. .5逐次逼近式逐次逼近式A/D ADC0809的扩展的扩展 10.2.1 D/A转换器概述转换器概述10.2.2 梯形电阻式梯形电阻式D/A转换器原理转换器原理10.2.3D/A芯片芯片DAC0832的扩展的扩展10.2.4 D/A芯片芯片AD7520的扩展的扩展 在单片机的实时控制和智能仪器仪表等应用系统中，被控制或

3、被测量对象的有关参量往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量和速度等物理量，这些模拟量必须转换成数字量后才能输入到计算机进行处理。计算机处理的结果，也常常需要转换为模拟信号，驱动执行机构实现对被控对象的控制，或直接送入二次仪表。若输入是非电量的模拟信号，还须通过传感器转换成电信号并加以适当的放大。实现模拟量转换成数字量的器件称为模数转换器（ADC），数字量转换成模拟量的器件称为数模转换器（DAC）。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 图10-1所示为具有模拟输入量和模拟量或数字量输出的MCS-51应用系统结构框图。第十章第十章 MCS-5

4、1MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口图10-1 MCS-51应用系统结构框图10.1.110.1.1 A/DA/D转换器概述转换器概述1.A/D转换器的分类转换器的分类 根据A/D转换器的转换原理可将A/D转换器分为两大类。一类是直接型A/D转换器，另一类是间接型A/D转换器。在直接型A/D转换器中，输入的模拟电压不经任何中间变量被直接转换成数字代码；在间接型A/D转换器中，要先将输入的模拟电压转换成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等），然后再把这个中间变量转换成数字代码输出。A/D转换器的分类如表10-1所示。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/D

5、A/D、D/AD/A接口接口表10-1 A/D转换器的分类第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口直接型直接型电荷再分配型电荷再分配型A/D转换器转换器反馈比较型反馈比较型逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器跟踪计数式跟踪计数式A/D转换器转换器非反馈比较型非反馈比较型串联方式串联方式A/D转换器转换器并联方式并联方式A/D转换器转换器串并联方式串并联方式A/D转换器转换器间接型间接型电压电压时间变换型时间变换型单积分型单积分型A/D转换器转换器双积分型双积分型A/D转换器转换器多重积分型多重积分型A/D转换器转换器脉宽调制积分型脉宽调制积分型A/

6、D转换器转换器电压电压频率转换型（频率转换型（VF变换器）变换器） 式式A/D转换器转换器 目前应用较广泛的主要有以下几种类型： 逐次逼近式A/D转换器、双积分型A/D转换器、 式A/D转换器和VF变换器。 逐次逼近式A/D转换器在转换精度、转换速度和价格上都适中，是最常用的A/D转换器。 双积分型A/D转换器具有转换精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，缺点是转换速度慢，近年来在单片机应用系统中也得到了广泛应用。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 式A/D转换器具有逐次逼近式和积分型A/D转换器的双重优点，它既有较强的干扰抑制能力，又有较高的转

7、换速度，具有较高的信噪比和线性度，而且不需要采样保持电路。因此，这种A/D转换器近几年来得到了泛重视，已有多种式A/D芯片投向市场。 VF变换器适用于转换速度要求不高，需要进行远距离信号传输的A/D转换场合。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口2. 2. A/D转换器的主要指标转换器的主要指标衡量A/D性能的主要参数如下：1）分辨率：A/D转换器的分辨率常用输出二进制位数或者BCD码位数表示。例如，A/D转换器AD574的分辨率为12位，即该A/D转换器的输出数据可以用 个二进制数进行量化，其分辨率为1LSB。用百分数表示分辨率，则为 ; 用BC

8、D码输出的A/D转换器常用位数表示分辨率，例如MC14433双积分型A/D转换器，分辨率为3位半。满字位为1999，用百分数表示分辨率，则为: ;2）满刻度误差： 即输出全1时，输入电压与理想输入量之差;122121/ 2100%0.0244%1/1999 100%0.05%第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口3）转换时间与转换速率：A/D转换器完成一次转换所需要的时间为A/D转换时间，通常转换速率是转换时间的倒数。4）转换精度：A/D转换器的精度指标是反映实际A/D转换器与理想A/D转换器的差别。 因为理想A/D转换器存在量化误差，那么实际的A

9、/D转换器无疑必然也存在量化误差。所以精度所对应的误差指标是不包括量化误差的。 不同的A/D生产厂家或不同类型的产品其精度指标表达方式可能不完全相同，有的给出综合误差指标，有的给出分项误差指标，这些指标大体有非线性误差、失调误差或零点误差、增益误差或标度误差以及微分非线性误差等。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口3. A/D转换器的选择转换器的选择 按输出代码的有效位数分为按输出代码的有效位数分为4位、位、8位、位、10位、位、12位、位、14位、位、16位和位和BCD码输出的码输出的3位半位半、4位半、位半、5位半等多种；位半等多种； 按转换

10、速度可分为超高速（转换时间按转换速度可分为超高速（转换时间 1ns）、高速（转换时间高速（转换时间 1us ）、中速（转换）、中速（转换时间时间1ms）和低速（转换时间）和低速（转换时间1s）等几种不）等几种不同转换速度的芯片。同转换速度的芯片。 在设计数据采集系统、测控系统和智能仪在设计数据采集系统、测控系统和智能仪器仪表时，如何选择合适的器仪表时，如何选择合适的A/D转换器以满足转换器以满足应用系统的设计要求，是首先应该解决的问题应用系统的设计要求，是首先应该解决的问题。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口第十章第十章 MCS-51MCS-5

11、1单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口1) A/D1) A/D转换器位数的确定转换器位数的确定 A/D转换器位数的确定与整个测量控制系统的测控范围和精度有关。系统精度涉及的环节较多，包括传感器、信号调理电路、A/D转换器、输出电路和执行机构等环节的精度。 因此，选取的A/D转换器的位数应与其他环节所能达到的精度相适应，一般A/D转换器的位数至少要比系统精度要求的最低分辨率高一位。 一般把8位以下的为低分辨率A/D转换器，912位中分辨率A/D转换器，13位以上的为高分辨率A/D转换器。2 2）A/DA/D转换器转换速率的确定转换器转换速率的确定 A/D转换器转换时间的倒数称为转换速率

12、。一般来说，低速A/D转换器适用于对温度、压力、流量等缓慢变化参量的监测和控制；中速A/D转换器常用于工业监测和控制；高速A/D转换器适用于雷达信号处理、数字通信、实时控制和频谱分析等系统。在信号处理系统中，A/D转换器的转换速率应根据采样定理来确定A/D转换器的转换速率；在测控系统中，应根据实时性要求来确定A/D转换器的转换速率。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口3 3）采样保持器的选择）采样保持器的选择 原则上直流或缓慢变化的信号可以不用采样保持器，其它情况都要用采样保持器。有些型号的A/D转换器片内具有采样保持器可直接使用，如果片内没有采

13、样保持器，可以根据A/D转换器的分辨率、转换时间、信号带宽的关系式，确定是否要外加采样保持器。例如，A/D转换器的分辨率是8位，转换时间是100ms时，允许不加采样保持器的信号频率是0.12Hz；若分辨率是12位，该信号频率为0.0077Hz。如果A/D转换器的分辨率是8位，转换时间是100us时，该频率为12Hz；若分辨率是12位时，该频率为0.77Hz。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口4 4）工作电压和基准电压）工作电压和基准电压 A/D转换器的工作电压有

14、单极性、双极性的，电压幅度也各不相同。例如，+5V，+12V； 5v， 15V等。一般选用单一+5V工作电压的ADC芯片，与单片机系统共用一个电源比较方便。但工作电压极性和幅度的选择，还需要考虑被测信号的极性、幅度等因素。 基准电压源是提供给A/D转换器在进行转换时所需要的参考电压，这是保证转换精度的基本条件。选用片内带有基准电压源的A/D转换器比较方便，而且节省PCB空间。但在要求较高精度时，基准电压源应选择高精度稳压源单独供给。 MCS-51系列单片机中有些型号片内具有A/D转换器。对于这些内部具有ADC的单片机，一般就不需要扩展A/D接口。对于内部不具有ADC的单片机，如需要，则可以扩展

15、通用A/D接口芯片。以下介绍几种典型的集成A/D转换器件的转换原理、特性以及与MCS-51的接口方法。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口xV10.1.2 10.1.2 双积分式双积分式A/DA/D转换器原理转换器原理 双积分A/D转换器是基于间接测量原理，将被测电压值转换成时间常数，通过测量时间常数来得到未知电压值。如图10-2所示的双积分A/D转换器，由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D

16、、D/AD/A接口接口图10-2 双积分A/D转换器原理图第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口xV 双积分就是整个A/D转换过程需要二次积分。在进行一次积分时，电子开关先把Vx 输入到积分器，积分器从0V开始进行固定时间 T0 的正向积分，积分输出终值与Vx成正比，积分T0时间到后，电子开关将与Vx极性相反的基准电压VR输入到积分器进行反向积分，由于基准电压VR恒定，所以积分输出将按T0期间正向积分的终值以恒定的斜率下降，由比较器检测积分输出过零时，停止积分器工作。反向积分的时间T1与固定时间积分的终值成比例关系，故可以通过测量反向积分时间T1计

17、算出Vx，而反向积分时间可由计数器对时钟脉冲计数得到，即: 第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口10 xRTVVT 图10-2（b）给出了两种不同输入电压 ( )的积分情况，显然 值小，在定时积分 期间积分器输出值也就小，而下降斜率相同，故反向积分时间 也就短。 由于双积分式A/D转换器需经过二次积分，时间较长，所以这种类型的A/D转换速度较慢，但精度可以做得比较高，因对周期变化的干扰信号积分为零，故抗干扰性能也比较好。 目前双积分式A/D集成电路芯片型号较多，常用的有MC14433（三位半，精度相当于11位二进制数）和ICL7135（四位半，精

18、度相当于14位二进制数），这类A/D大部分应用于数字显示仪表上。xxVVxV0T1T第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口10.1.3 双积分式A/D MC14433的 扩展 MC14433是一种三位半的双积分式A/D转换器。其最大输入电压为199.99mV和1.999V两档（由输入基准电压决定），抗干扰性能强，转换精度高，但转换速度慢，转换速度约110次/秒，广泛应用于低速数据采集系统和数字显示仪表中。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口1.MC144331.MC14433的结构的结构 图10-3给

19、出了MC14433的引脚图和逻辑结构框图。图10-3 MC14433引脚图和逻辑结构框图 第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口MC14433MC14433的引脚功能如下。的引脚功能如下。DDVEEVSSV 电源及共地端：主电源，+5V。：模拟部分的负电源，-5V。：数字地。：模拟地（ 的地）。：基准电压输入端，为200mV或2V。AGVxVRV 和RV外接电阻及电容端 ：被测电压输入端，最大为199.99mV或1.999V(依基准电压而定)。 RI：积分电阻输入端，当 =2V时，RI取470K ；当 =200mV时，RI取27K 。 CI：积分电

20、容输入端，CI一般取0.1 的聚丙烯电容。 RI/CI：RI和CI的公共连接端。 、 ：接失调补偿电容 ，值约为0.1 。 CLKI、CLKO：外接振荡器时钟频率调节电阻 ，其典型值为300K ，时钟频率随 值的上升而下降。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口xVxVxVF01C02C0CFcRcR第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口转换启动转换启动/ /结束信号端结束信号端EOC：转换结束状态输出端，EOC是一个宽为0.5个时钟周期的正脉冲。DU： 启动新的转换控制信号，若DU与EOC相连，则每次

21、A/D转换结束后又自动启动新的A/D转换。过量程信号输出端过量程信号输出端xRVVOR：过量程状态信号输出端，低电平有效，当时有效。OR位选通控制线位选通控制线：分别是个、十、百、千位选信号，正脉冲有效，宽度为18个时钟周期，两个相应脉冲之间的间隔为2个时钟周期。 MC14433的选通脉冲时序如图10-4所示。41DSDS第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口图10-4 MC14433的选通脉冲时序波形第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口BCDBCD码输出线码输出线30QQ2DS3DS4DS1DS30

22、QQ3Q表示结果10千位数为000千位数为110结果为正00结果为负01输入过量程11输入欠量程1DS30QQ2Q1Q0Q：经A/D转换后的BCD码数据输出线，动态地输出千、百、十、个位值。在 、 、 选通期间，输出3位完整的BCD码数，但在 选通期间，输出端 除了表示个位的0或1外，还表示转换值的正负极性、欠量程还是过量程，其含义见表10-2。表10-2 选通时 表示的结果第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口由表10-2可知：表示1/2位， 3Q3Q3Q=1，千位输出为0，=0，千位输出为1。 2Q2Q2Q 表示极性，=1，输出为正，=0，输出

23、为负。0Q3Q3Q =1表示超量程：=0，表示过量程；=1，表示欠量程。2. MC144332. MC14433与与MCS-51MCS-51单片机的接口单片机的接口方法方法 由于MC14433的转换结果是动态分时输出的BCD码，所以MCS-51必须通过并行接口与MC14433连接。MC14433与MCS-51的一种接口逻辑如图10-5所示。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口图10-5 MC14433与MCS-51的一种接口电路第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口1INTRV 在图10-5中是采用中

24、断方法管理MC14433的操作，MC14433的转换结束信号EOC端与启动新的转换信号DU端相连，则每当A/D转换结束后，自动启动新的转换。而EOC同时又连接MCS-51的外部中断引脚 ，则每次转换结束时，EOC脚输出正脉冲的下降沿向MCS-51提出中断申请，所以MC14433能自动连续转换。MC14433所需的基准电压 由精密电源芯片MC1403提供。以下程序是通过中断方式读取MC14433的转换结果，并保存在内部RAM 20H、21H单元中，数据存放格式如图10-6所示。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 图10-6 数据在内部RAM中的存

25、放格式第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口2QxV2Q参考程序如下参考程序如下：主程序：MAIN： SETB IT1 ；设置外部中断1为边沿触发方式 MOV IE，#84H ；允许外部中断1中断 MOV P1 ，#0FFH 中断服务程序：PINT1：JNB PINT1 ；等待千位选通DS有效 THOU：JB P1.0 ， OVER ；若OVER为1，即超量程，则转OVER SETB 20H.7 ； 为0，即 为负数，则20H.7置1 JB P1.2，PL1 ；若为1，即为正数，则转PL1xV（符号为负）AJMP PL2PL1： CLR 20H.7

26、 ；xV为正数，则20H.7清0（符号为正）PL2： JB P1.3，PL3 ； 3Q若 为1，则千位为0，则转PL3第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 SETB 20H.4 3Q ； 为0，即千位为1，则20H.4置1（千位置1） AJMP PL4PL3： CLR 20H.4 3Q ； 为1，即千位为0，则20H.4清0（千位清0）PL4： JNB P1.5，PL4 ；等待百位选通 有效2DS MOV A，P1 ；取百位数据到累加器AHUND：MOV R0，#20H ；内部RAM保存数据的首地址送XCHD A，R0 ；将已取得的百位数送内部R

27、AM 20H的低4位3DSPL5： JNB P1.6，PL5 ；等待十位选通 有效TEN： INC R0 ；指向保存数据的下一位地址，即21H单元MOV A，P1 ；取十位数据到累加器ASWAP A ；将已取得的十位数交换到累加器的高4位保存MOV A，R0 ；将十位数保存到内部RAM 21H单元的高4位 4DSPL6： JNB P1.7，PL6 ；等待个位选通 有效MOV A，P1 ；取个位数据到累加器AXCHD A，R0 ；将个位数保存到内部RAM 21H单元的低4位 RETIOVER：SETB 10H ；超量程，则置位22H.0RETI第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A

28、/DA/D、D/AD/A接口接口1ND0D 逐次逼近式A/D转换也称逐次比较法A/D转换，它是通过最高位（ ）至最低位 （ ）的逐次检测来逐步逼近被转换的输入电压，整个过程是个“试探”过程。这类A/D转换器是以D/A转换为基础。加上比较器、N位逐次逼近寄存器和控制逻辑电路等组成，原理如图10-7所示。 图10-7 逐次逼近式A/D转换器原理框图10.1.4 10.1.4 逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换器原理转换器原理第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 在启动信号控制下，控制逻辑电路置N位寄存器的最高位 为1，其他位为0，N位寄存器的内容经

29、D/A转换后得到一个占整个量程一半的模拟电压 ，比较器将此 与模拟输入量 比较，若 ，则保留 = 1；若 ，则 位清0。然后，控制逻辑电路使N位寄存器的下一位 置1，连同上次的结果一起经D/A转换后与 比较，重复上述过程，直至判别出位取1还是取0为止，此时DONE发出转换结束信号。这样N位A/D转换器经过N次比较后，N位寄存器的状态就是与输入模拟量对应的数字量数据。 转换的速度由时钟频率决定，可以设计较高的转换速度，一般在几微秒到上百微秒之间。 常用的逐次逼近法A/D器件有AD0809、ADC0816、ADC1210、AD574等。1NDsVsVxVxVsV1NDxVsV1ND2NDxV0D第

30、十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 ADC0809是一种8路模拟量输入、8位逐次逼近法A/D转换器，转换时间在典型时钟频率下约为100微秒。，适用于多路数据采集。ADC0809的姊妹芯片是ADC0808，它们之间可以相互代换。 1. ADC0809的结构的结构 ADC0809的引脚图及模拟通道地址如图10-8所示，原理结构框图如图10-9所示。10.1.5 逐次逼近式逐次逼近式A/D ADC0809的扩展的扩展第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口地址码模拟通道号ABC000 IN0001 IN101

31、0 IN2011 IN3100 IN4101 IN5110 IN6111 IN7(a)ADC0809引脚图 (b) ADC模拟通道选择图10-8 ADC0809的引脚图及模拟通道地址第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口图10-9 ADC0809的原理结构框图第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口ADC0809ADC0809的引脚功能如下。的引脚功能如下。07ININ：8路模拟信号输入端。输入电压范围为0+5V。 ：8位三态数据输出端。可与单片机的数据线直接相连。07DD20AA20AA07ININC、

32、B、A ：模拟通道选择输入端。可与单片机地址线 连接。由 地址编码000111 选择 8路A/D通道。 20AA07ININALE：地址锁存允许信号输入端。ALE有效时锁存 上的 地址信息，经译码后控制 中哪一路模拟电压 送入比较器。CLOCK：外部时钟输入端。CLOCK的频率范围为10kHz1280kHz, 一般取640kHz(此时的转换速度为100us)。 START：启动A/D转换信号输入端。该信号的上升沿清除内部寄存器，下降沿启动控制电路开始A/D转换。 EOC：转换结束信号输出端。转换结束后，EOC输出一个宽为8个CLK周期的正脉冲。 OE：输出允许控制端。OE为高电平时把转换结果送

33、数据线 ，OE为低电平时 为浮空态。 ：主电源+5V。GND：数字地。 ：正参考电压输入端。 ：负参考电压输入端。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口07DD07DDccVREFVREFV第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口ADC0809与MCS-51的一种接口逻辑如图10-10所示。 图10-10 ADC0809与MCS-51的一种接口逻辑2. ADC08092. ADC0809与与MCS-51MCS-51的接口方法的接口方法第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD

34、/A接口接口 在图10-10中，如果要求对8路模拟量顺序进行A/D转换。每个通道各采集1个数据，分别存放在内部RAM 30H37H单元中。 单片机采用查询和中断两种控制方法进行数据采集，参考程序如下：(1) 查询方式： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 100HMAIN： MOV R1，#30H ；置RAM缓冲区首址 MOV R7，#08H ；置循环计数器初值（通道数） MOV DPTR，#7FF8H ；置模拟通道 地址0INLOOP： MOVX DPTR,A ；启动A/D转换FINISH：JB P3.3 ，FINISH ；查询，等待转换结束 MOVX A，DPTR ；读取当前通

35、道转换数据 MOVX R1，A ；转换数据送RAM缓冲区 INC DPTR ；指向下一模拟通道地址 INC R1 ；数据缓冲区地址加1 DJNZ R7 ，LOOP ；8个通道未采集完，则返回 WAIT： AJMP WAIT END第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口（2）中断方式主程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H LJMP INTS MAIN：SETB IT1 ；设置INT1为跳沿触发方式 SETB EA ；CPU开中断 SETB EX1 ；允许INT1中断 MOV R1，#30H ；置RAM缓冲区首址 MOV

36、R7，#08H ；置循环计数器初值（通道数） MOV DPTR，#7FF8H ；置模拟通道地址 LOOP： MOVX DPTR,A ；启动A/D转换 ；设此程序段未使用寄存器R1， R7和数据指针DPTR LJMP LOOP ；循环启动A/D转换第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口中断服务程序：INTS： PUSH PSW ；保护现场 PUSH A MOVX A，DPTR ；读取当前通道转换结果 MOVX R1,A ；保存转换结果 INC DPTR ；指向下一模拟通道地址 INC R1 ；修改数据缓冲区地址 DJNZ R7 ，LP ；8个通道未采

37、集完，则返回 SETB F0 ；置位用户标志位LP： POP A ；恢复现场 POP PSW RETI；中断返回 END 第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 10.2 D/A10.2 D/A转换接口的扩展转换接口的扩展10.2.1 D/A转换器概述转换器概述 D/A转换器是将数字量转换为模拟量的器件，是计算机与输出设备之间的接口，是数字化测控系统及智能仪器中的组成部分。D/A转换过程是先将各位数码按其权值的大小转换为相应的模拟分量，然后再以叠加方法把个模拟分量相加，其和就是D/A转换结果。 D/A输出有电压和电流两种信号形式，在实际应用中，对于

38、电流输出形式的A/D转换器，可在其输出端加运算放大器构成的电流电压转换电路，将电流输出变为电压输出。 由于实现D/A转换需要一定的时间，在这段时间内D/A转换器 输入端的数字量应保持稳定，为此D/A转换器数字量输入端前面设置锁存器，以提供数据锁存功能。 有些D/A转换器内部带有锁存器，而且还包括地址译码电路， 有的还具有双重数据缓冲电路。这种D/A转换器可与MCS51的P0口直接相连。内部不带锁存器的D/A转换器可与MCS51的P1口或P2口直接相连，因为P1口和P2口的输出有锁存器，如果与P0口连接时，需要在D/A转换芯片前面加锁存器。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/D

39、A/D、D/AD/A接口接口第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口2n2nD/A性能的主要参数如下：性能的主要参数如下： 分辨率分辨率：分辨率是指输入的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化。对于n位的D/A，其分辨率为满量程刻度的1/ 。例如，若满量程为10V，设n=8，则分辨率为10V/ =39.1mV。更常用的方法是采用输入数字量的位数表示分辨率的高低，例如，8位二进制D/A转换器，其分辨率为8位。 转换精度转换精度：转换精度是由于非线性、零点刻度、满量程刻度及温度漂移等因素引起的误差。精度表示D/A实际输出与其理论值的误差。理想情况下精度与分

40、辨率基本一致，但由于电源电压、参考电压、电阻等因素存在误差，所以实际上精度与分辨率并不完全一致。只要位数相同分辨率则相同，但同位数的转换器精度会有所不同。 转换时间：转换时间：转换时间是指从输入数字量到输出达到终值误差 LSB/2所需的时间。输出形式为电流的D/A转换时间较短，输出形式为电压的D/A转换器，由于内部运算放大器的延时，因此转换时间要长一些。 线性度：线性度：线性度是指D/A实际输入/输出曲线对理想输入/输出曲线接近的程度。通常用满量程的百分率或最低有效位（LSB）的分数来表示，如 LSB/2。输出极性及范围：输出极性及范围：D/A输出极性有单极性与双极性两种，输出范围与参考电压有

41、关。实现D/A转换的方法很多，依据转换原理，可分为脉冲调幅、调宽、加权电阻式和梯形电阻式等，其中梯形电阻式用得较多，它是通过内部的梯形电阻解码网络对数位电流分流来实现D/A转换的。转换分辨率高。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口10.2.2 10.2.2 梯形电阻式梯形电阻式D/AD/A转换器原理转换器原理 梯形电阻式D/A常采用R-2R的电阻网络，如图10-11所示。由图可知，运算放大器的反向端为“虚地”，模拟开关在地与虚地之间切换。当输入数字信号任一位 =1时，对应开关 与运算放大器的反向端接通，当 为0时， 接地。可见不论 取值如何，各模

42、拟开关的支路电流值不变。 第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口ndndndnsns图10-11 R-2R梯形电阻式D/A转换器第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口1AnA2/ 2,/ 2 ,/ 2 ,nRRRIII/RRIUR12100112(222 )nRnU RUI RdddR112011120(222 )222nnnnRnRnnnnU RRdddUdRR 图中从 各节点往右看，对地的电阻值均等于R。从左到右，各

43、路电流分配规律是 满足按权分布要求（其中 ）。考虑到模拟开关 对总电流i的控制作用，将所有流入运算放大器反向端的电流求和，可得输出电压 为： 可见，输出电压与二进制数成线性关系。调整运算放大器的反馈电阻 和基准电源， 就可获得与n位二进制数成一定比例的输出电压。 将R-2R电阻网络、二进制数控制的电子开关以及一些控制电路集成为一个电路，就形成了各种型号的梯形电阻式D/A芯片。1RRU10.2.3 DAC083210.2.3 DAC0832的扩展的扩展 DAC0832是美国数据公司采用CMOS工艺制造的8位单片梯形电阻式 D/A转换器，片内带数据锁存器，电流输出，输出电流稳定时间为1 ，功耗为2

44、0mW。DAC0832是DAC0830系列产品之一，该系列产品包括DAC0830、DAC0831、DAC0832，它们可以完全相互代换。 1.DAC0832结构结构 DAC0832的引脚图和逻辑框图如图10-12所示。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口图10-12 DAC0832引脚图和结构框图第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口07DDCS1WR1LE1LE1LE1WRCSXFER、DAC0832由8位数据锁存器

45、、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成，为20脚双列直插式封装结构，各管脚的功能如下。 ：8位数据输入线，TTL电平，可与单片机数据总线相连； ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；：选片信号输入线（选通数据锁存器），低电平 有效；：数据锁存器写选通信号输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效，由ILE、 、 的逻辑组合产生 ，当 为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变化， 信号的负跳沿将输入数据锁存到8位数据锁存器中； ：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效； ：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效，由

46、、 的逻辑组合产生 ，当 为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化， 负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换； ：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化。输入数字量全为“1”时， 最大，输入数字量全为“0”时， 最小； ：电流输出端2，其值与 值之和为一常数； ：反馈信号输入线，改变 端外接电阻值可调整转换满量程精度； ：电源输入端， 的范围为+5V+15V；第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口2WR2WR2LE2LE2LEXFER1OUTI1OUTI1OUTI2OUTI1OUTIfbRfbRccVccV第十

47、章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口REFVREFV2. DAC08322. DAC0832的工作方式的工作方式 根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有以下3种方式。CS1WR2WRXFER2WRXFER ：基准电压输入线， 的范围为-10V+10V； AGND：模拟地，常用符号 表示； DGND：数字地，常用符号 表示。 a. 直通方式。直通方式。该方式是使所有控制信号（ 、 、 、 ）均有效，此方式只适用于连续反馈控制电路中。 b. 单缓冲方式。单缓冲方式。该方式是控制数据锁存器和DAC寄存器同时接收数据

48、，或者只用数据锁存器而把DAC寄存器接成直通方式（ 、 始终有效）：此方式适用于只有一路模拟量输出，或虽有多路模拟量输出但非同步输出的情形。 c. 双缓冲方式双缓冲方式。该方式是先分别控制各DAC0832的数据锁存器以接收数据，再分别控制各DAC0832的DAC寄存器以实现多个D/A转换同步输出。此方式适用于多路DAC0832同步输出的情形。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口3.3.电流输出转换成电压输出电流输出转换成电压输出 DAC0832的输出是电流，使用运算放大器可以的输出是电流，使用运算放大器可以将其电流输出线性地转换成电压输出。根据运

49、算放大将其电流输出线性地转换成电压输出。根据运算放大器和器和DAC0832的连接方法。运算放大器的输出可以的连接方法。运算放大器的输出可以分为单极性和双极性两种。分为单极性和双极性两种。 图图10-13为单极性电压输出电路。为单极性电压输出电路。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口图10-13 DAC0832单极型电压输出电路 4. DAC08324. DAC0832与与MCS-51MCS-51单片机的接口方法单片机的接口方法第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 DAC0832最常用的工作方式有两种

50、：单缓冲单缓冲方式和双缓冲方式。方式和双缓冲方式。单缓冲方式应用的接口方法单缓冲方式应用的接口方法 当只有一路D/A转换输出，或虽有多路D/A转换输出但非同步输出时采用单缓冲方式。 图10-14为DAC0832与MCS-51典型的单缓冲方式接口电路。 第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口图10-14 DAC0832单缓冲方式的接口电路第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口1WR2WRWRCSXFEROUTVfbR 图中ILE接高电平， 和 相连后接MCS-51的 ， 和 相连后接MCS-51的地址高位

51、，这样就同时片选了DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器，MCS-51对DAC0832执行一次写操作就把一个数据写入数据锁存器的同时也直接写入到了DAC寄存器，模拟量输出随之变化。从图中可知，数据锁存器和DAC寄存器的地址都为7FFFH。 在图10-14 DAC0832单缓冲方式的接口电路中，运算放大器OA输出端 直接反馈到 ，因此产生的模拟输出电压是单极性的。下面分别给出产生锯齿波、三角波的应用程序。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 锯齿波程序 ORG 100HSTART：MOV DPTR，#7FFFH ；D/A地址送DPTR MOV A

52、，#00H；数字量初始值LOOP： MOVX DPTR,A ；数字量送D/A转换器 INC A ；数字量加1 AJMP LOOP END MCS-51执行上面的程序，运算放大器的输出端产生一个锯齿波，如图10-15所示。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口图10-15 输出端锯齿型电压波三角波程序 ORG 100HSTART：MOV DPTR，#7FFFH ；D/A地址送DPTR MOV A，#00H ；数字量初始值LPU： MOVX DPTR, A ；数字量送D/A转换器 INC A；数字量加1 JNZ LPULPD： DEC A ；数字量减1

53、 MOVX DPTR, A ；数字量送D/A转换器 JNZ LPD AJMP LPU MCS-51执行上面的程序，运算放大器的输出端产生一个三角波，如图10-16所示。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口图10-16 输出端三角型电压波第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 当有多路当有多路D/A转换需同步输出时，采用双转换需同步输出时，采用双缓冲方式，这时数字量的输入锁存和缓冲方式，这时数字量的输入锁存和D/A转转换输出是分两步完成的，即换输出是分两步完成的，即CPU的数据总线的数据总线分时向各路分

54、时向各路D/A转换器输入要转换的数字量转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的数据锁存器中。然后并锁存在各自的数据锁存器中。然后CPU对对所有所有D/A转换器发出控制信号，使所有转换器发出控制信号，使所有D/A转转换器数据锁存器中的数据打入换器数据锁存器中的数据打入DAC寄存器，寄存器，实现同步转换输出。实现同步转换输出。 双缓冲方式应用的接口方法双缓冲方式应用的接口方法 图9-17所示为DAC0832与MCS-51典型的双缓冲方式接口电路。图中两片DAC0832的 和 都相连后与MCS-51的 相连， 接0832（1）的 ，即片选0832（1）的数据锁存器， 接0832（2）的 ，即片选083

55、2（2）的数据锁存器， 同时接两片DAC0832的 ，则可知0832（1）的数据锁存器地址为0DFFFH，0832（2）的数据锁存器地址为0BFFFH，两片DAC0832的DAC寄存器的地址均为7FFFH。第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口1WR2WRWR2.5PCS2.6P2.7PXFERCS第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口图10-17 DAC0832双缓冲方式的接口电路 MCS-51执行下面的程序后就能完成两路D/A的同步转换输出。 ORG 100HSTART：MOV DPTR，#0DFF

56、FH ；指向0832（1）的数据锁 存器地址 MOV A，#data1 MOVX DPTR,A ；data1数据送入0832（1） 中锁存 MOV DPTR，#0BFFFH ；指向0832（2）的数据锁存 器地址 MOV A，#data2 MOVX DPTR, A ；data2数据送入0832（2） 中缓存 MOV DPTR，#7FFFH ；指向两片0832的DAC寄存 器 MOVX DPTR, A ；启动两路D/A转换，同步输 出 RET第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口10.2.4 D/A10.2.4 D/A芯片芯片AD7520AD7520的扩展的扩展第十章第十章 MCS-51MCS-51单片机单片机A/DA/D、D/AD/A接口接口 AD7520、AD7521、DAC1020、DAC1220等系列D/A转换芯片片内均不带输入锁存器，无参考电压及电压输出电路。它们具有相同的D/A转换电路接口特征： 因片内不带输入锁存器，故不能直接与单片机的数据总线相连，常采用通过具有锁存功能的I/O口或扩展I/O口与之相连，或者数据总线通过数据锁存器与之相连。 须外加参考电压和电压输出电路。1.1.AD7520AD7520的结构与应用特性的结构与应用特性 AD7520是一种10位D/A转换芯