第8章 MCS-51与DA和AD的接口

1、1单片机原理及其应用单片机原理及其应用第第8章章 MCS-51与与D/A、A/D接口接口主要内容主要内容 8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口D/A转转换换器器D/A转转换换器器A/D转转换换器器A/D转转换换器器8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口单单片片机机各各种种现现场场被被测测量量传感器传感器1传感器传感器2传感器传感器3放大器放大器1放大器放大器2放大器放大器3多多路路模模拟拟开开关关8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 8.1.1 A/D转换器概述转换器概述 实现实现模拟量

2、模拟量变换成变换成数字量数字量的器件称的器件称A/D转换器转换器. 常用的有常用的有逐次比较式逐次比较式A/D和和双积分式双积分式A/D. 常用的逐次比较式常用的逐次比较式A/D有有ADC0809、ADC574、ADC1210等等. 常用的双积分式常用的双积分式A/D有有MC14433(3位半位半)、ICL7135(4位半位半)、ICL7109(12位二进制位二进制)、ICL7104(16位二进制位二进制)等等等等8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 2、A/D转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标 分辨率：分辨率：指指A/D转换器可转换成数字量的最小电压，是转换器可转换成

3、数字量的最小电压，是反映反映A/D转换器对最小模拟输入值的敏感度转换器对最小模拟输入值的敏感度. 通常是用通常是用A/D的位数来表示，比如的位数来表示，比如 8位、位、10位、位、12位等，位等，所以，所以， A/D转换器的输出数字量越多。其分辨率越高。转换器的输出数字量越多。其分辨率越高。 如：如：8位位ADC满量程为满量程为5V,则分辨率为则分辨率为 5000mV/256=20mV， 也就是说当模拟电压小于也就是说当模拟电压小于20mV，ADC就不能转换了就不能转换了 8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 转换时间：转换时间：指从输入启动转换信号到转换结束，指从输入启动转

4、换信号到转换结束，得到稳定的数字量输出的时间。一般转换速度越得到稳定的数字量输出的时间。一般转换速度越快越好（特别是动态信号采集）。快越好（特别是动态信号采集）。 超高速（转换时间超高速（转换时间1ns）、高速（转换时间）、高速（转换时间1s）、中）、中 速（转换时间速（转换时间1ms） 低速（转换低速（转换时间时间1s)等。等。 8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 转换精度：转换精度：有绝对精度和相对精度有绝对精度和相对精度 绝对精度绝对精度 指实际需要的模拟量与理论上的模拟量之指实际需要的模拟量与理论上的模拟量之差。差。 相对精度相对精度 指当满刻度值校准后，任意数字量

5、对应的指当满刻度值校准后，任意数字量对应的实际模拟量与理论值之差。实际模拟量与理论值之差。 精度和分辨率不能混淆精度和分辨率不能混淆.8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 线性度：线性度：当模拟量变化时，当模拟量变化时，A/D转换器输出的数字量，按比例转换器输出的数字量，按比例变化的程度变化的程度 量程：量程：指能够转换的电压的范围指能够转换的电压的范围 05V 010V 工作温度范围工作温度范围 较好的较好的AD转换器工作温度范围为转换器工作温度范围为 -40-85 较差的较差的AD转换器工作温度范围为转换器工作温度范围为 0-708.1 MCS-51单片机与单片机与ADC

6、的接口的接口 8.1.2 ADC0809与单片机接口与单片机接口 1、ADC0809是一种常用的是一种常用的8位逐次比较式位逐次比较式A/D. 下图是下图是ADC0809的内部结构图的内部结构图2、引脚图、引脚图8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLOCK VCC VREF+ GND D1 IN2 IN1 IN0 ADDA ADDB ADDC ALE D7 D6 D5 D4 D0 VREF- D2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 2

7、2 21 20 19 18 17 16 15 2 8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 3 ADC0809的工作流程的工作流程START/ALE 地址锁存地址锁存 ADDA/B/C EOC OE D0D7 转换结束转换结束 读取结果读取结果 D A T A 8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 输入输入3位地址，并使位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中，将地址存入地址锁存器中，经地址译码器译码从经地址译码器译码从8路模拟通道中选通一路模拟量送到比路模拟通道中选通一路模拟量送到比较器。较器。 送送START一高脉冲，一高脉冲，START的上升沿使逐次

8、逼近寄存的上升沿使逐次逼近寄存器复位，下降沿启动器复位，下降沿启动A/D转换，并使转换，并使EOC信号为低电平。信号为低电平。 当转换结束时，转换的结果送入到输出三态锁存器，并当转换结束时，转换的结果送入到输出三态锁存器，并使使EOC信号回到高电平，通知信号回到高电平，通知CPU已转换结束。已转换结束。 当当CPU执行一读数据指令，使执行一读数据指令，使OE为高电平，则从输出为高电平，则从输出端端D0D7读出数据。读出数据。8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口4、ADC0809与与8051接口接口P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALE WR P

9、2.7RDINTO+5VGNDD0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTARTOEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7 VREF+VREF-ADC08098051分分频频器器8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口设接口电路用于一个设接口电路用于一个8路模拟量输入的巡回检测系统，使用中断方式路模拟量输入的巡回检测系统，使用中断方式采样数据，把采样转换所得的数字量按序存于片内采样数据，把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的的30H37H单元中。采样完一遍后停止采集。单元中。采样完一遍后停止采集。汇编语言编程：汇编语言编程： ORG

10、 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 ORG 0100H ；主程序；主程序MAIN: MOV R0，#30H ；设立数据存储区指针；设立数据存储区指针 MOV R2，#08H ；设置；设置8路采样计数值路采样计数值 SETB IT0 ；设置外部中断；设置外部中断0为边沿触发方式为边沿触发方式 SETB EA ；CPU开放中断开放中断 SETB EX0 ；允许外部中断；允许外部中断0中断中断 MOV DPTR，#0000H ；送入口地址并指向；送入口地址并指向IN08.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口LOOP： MOVX DPTR，A ；启动

11、；启动A/D转换，转换，A的值无意义的值无意义HERE： SJMP HERE ；等待中断；等待中断 ORG 0200H ；中断服务程序；中断服务程序INT0： MOVX A，DPTR ；读取转换后的数字量；读取转换后的数字量 MOV R0，A ；存入片内；存入片内RAM单元单元 INC DPTR ；指向下一模拟通道；指向下一模拟通道 INC R0 ；指向下一个数据存储单元；指向下一个数据存储单元 DJNZ R2，NEXT ；8路未转换完，则继续路未转换完，则继续 CLR EA ；已转换完，则关中断；已转换完，则关中断 CLR EX0 ；禁止外部中断；禁止外部中断0中断中断 RETI ；中断返回

12、；中断返回NEXT： MOVX DPTR，A ；再次启动；再次启动A/D转换转换 RETI ；中断返回；中断返回8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 C语言编程：语言编程： #include #include /定义绝对地址访问定义绝对地址访问 #define uchar unsigned char #define IN0 XBYTE0 x0000 /定义定义IN0为通道为通道0的地址的地址 static uchar data x8; /定义定义8个单元的数组，存放结果个单元的数组，存放结果 uchar xdata *ad_adr; /定义指向通道的指针定义指向通道的指针 u

13、char i=0;8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 void main(void) IT0=1; /初始化初始化 EX0=1; EA=1; i=0; ad_adr=&IN0; /指针指向通道指针指向通道0 *ad_adr=i; /启动通道启动通道0转换转换 for (;) ; /等待中断等待中断 8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口 void int_adc(void) interrupt 0 /中断函数中断函数 xi=*ad_adr; /接收当前通道转换结果接收当前通道转换结果 i+; ad_adr+; /指向下一个通道指向下一个通道 if (i8)

14、*ad_adr=i; /8个通道未转换完，启动下一个通道返回个通道未转换完，启动下一个通道返回 else EA=0;EX0=0; /8个通道转换完，关中断返回个通道转换完，关中断返回 8.2.1 D/A转换器概述转换器概述一一D/A转换器的性能指标转换器的性能指标1分辨率分辨率2精度精度3线性度线性度4温度灵敏度温度灵敏度5建立时间建立时间二二D/A转换的分类转换的分类按输入数字量的位数分：按输入数字量的位数分：8位、位、10位、位、12位和位和16位等；位等；按输入的数码分：二进制方式和按输入的数码分：二进制方式和BCD码方式；码方式；按传送数字量的方式分：并行方式和串行方式；按传送数字量的

15、方式分：并行方式和串行方式；按输出形式分：电流输出型和电压输出型，电压输出型又有单极性按输出形式分：电流输出型和电压输出型，电压输出型又有单极性和双极性；和双极性；按与单片机的接口分：带输入锁存的和不带输入锁存的。按与单片机的接口分：带输入锁存的和不带输入锁存的。8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口三三D/A转换器与单处机的连接转换器与单处机的连接1数据线的连接数据线的连接 D/A转换器与单片机的数据线的连接主要考虑两个问题：转换器与单片机的数据线的连接主要考虑两个问题： 位数位数: 当高于当高于8位的位的D/A转换器与转换器与8位数据总线的位数据总线的MCS-51单片机接单

16、片机接口时，口时，MCS-51单片机的数据必须分时输出，这时必须考虑数据分时传单片机的数据必须分时输出，这时必须考虑数据分时传送的格式和输出电压的送的格式和输出电压的“毛刺毛刺”问题；问题； D/A转换器有无输入锁存器转换器有无输入锁存器: 当当D/A转换器内部没有输入锁存器时，转换器内部没有输入锁存器时，必须在单片机与必须在单片机与D/A转换器之间增设锁存器或转换器之间增设锁存器或I/O接口。接口。 2地址线的连接地址线的连接 一般的一般的D/A转换器只有片选信号，而没有地址线。这时单片机的转换器只有片选信号，而没有地址线。这时单片机的地址线采用全译码或部分译码，经译码器输出来控制地址线采用

17、全译码或部分译码，经译码器输出来控制D/A转换器的片转换器的片选信号，也可由某一位选信号，也可由某一位I/O线来控制线来控制D/A转换器的片选信号。转换器的片选信号。 3控制线的连接控制线的连接 D/A转换器主要有转换器主要有片选信号片选信号、写信号写信号及及启动转换信号启动转换信号等，一般由等，一般由单片机的有关引脚或译码器提供。单片机的有关引脚或译码器提供。 8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口8.2.2 MCS-51与与8位位DAC0832的接口的接口一一DAC0832芯片芯片 DAC0832是一种电流型是一种电流型D/A转换器，数字输入端具有转换器，数字输入端具有双重

18、缓冲功双重缓冲功能能，可以，可以双缓冲双缓冲、单缓冲单缓冲或或直通方式直通方式输入，它的内部结构如图。输入，它的内部结构如图。 8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口与与与与与与DI0DI7ILECSWR1WR2XFER输入输入寄寄存存器器DAC寄寄存存器器D/A转转换换器器LE1LE2VREFRfbIOUT1IOUT2AGNDVCCDGNDDAC0832二二DAC0832的引脚的引脚DAC0832有有20引脚，采用双列直插式封装，如图所示。引脚，采用双列直插式封装，如图所示。CSWR1AGNDDI3DI2DI2DI0VREF R F B DGNDVCCILEWR2XFERDI

19、4DI5DI6DI7IOUT1IOUT21234567891020191817161514131211其中：其中：DI0DI7（DI0为最低位）：为最低位）：8位数字量输入端。位数字量输入端。ILE：数据允许控制输入线，高电平有效。：数据允许控制输入线，高电平有效。 片选信号。片选信号。 写信号线写信号线1。WR1 CS 8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口：写信号线：写信号线2。 WR2 ：数据传送控制信号输入线，低电平有效。：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 XFER IOUT1：模拟电流输出线：模拟电流输出线1。它是数字量输入为。它是数字量输入为“1”的模拟电流输出

20、的模拟电流输出端。端。IOUT2：模拟电流输出线：模拟电流输出线2，它是数字量输入为，它是数字量输入为“0”的模拟电流输出的模拟电流输出端，采用单极性输出时，端，采用单极性输出时，IOUT2常常接地。常常接地。Rfb：片内反馈电阻引出线，反馈电阻制作在芯片内部，用作外接的：片内反馈电阻引出线，反馈电阻制作在芯片内部，用作外接的运算放大器的反馈电阻。运算放大器的反馈电阻。VREF：基准电压输入线。电压范围为：基准电压输入线。电压范围为10V10V。VCC：工作电源输入端，可接：工作电源输入端，可接5V15V电源。电源。AGND：模拟地。：模拟地。DGND：数字地。：数字地。三三DAC0832的工

21、作方式的工作方式DAC0832有三种方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。有三种方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口1直通方式：直通方式：Vout-VCCILECSWR1DI0DI7WR2 XFERDGND AGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V-5V-A+ -P2.7WRP1.0P1.780512单缓冲方式：单缓冲方式：8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口Vout-VCCILECSWR1DI0DI7WR2 XFERDGND AGNDVREFRfbIOU

22、T1IOUT2+5V-5V-A+ -P2.7WRP0.0P0.78051DA转换器的地址：转换器的地址：7FFFH3双缓冲方式：双缓冲方式：8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口P2.7P2.6WRP0.0P0.7 8051 Vout-VCCILECSXFERWR1WR2DI0DI7DGND AGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V-5V-A+ -单片机对单片机对DA转换器的操作分两步进行：转换器的操作分两步进行： 使使8位输入锁存器导通位输入锁存器导通 地址：地址：7FFFH 使使8位位DAC寄存器导通寄存器导通 地址：地址：BFFFH四四DAC0832的应用的应用

23、D/A转换器在实际中经常作为波形发生器使用，通过它可以产生各转换器在实际中经常作为波形发生器使用，通过它可以产生各种各样的波形。种各样的波形。 基本原理如下：利用基本原理如下：利用D/A转换器输出模拟量与输入数字量成正比这转换器输出模拟量与输入数字量成正比这一特点，通过程序控制一特点，通过程序控制CPU向向D/A转换器送出随时间呈一定规律变化转换器送出随时间呈一定规律变化的数字，则的数字，则D/A转换器输出端就可以输出随时间按一定规律变化的波转换器输出端就可以输出随时间按一定规律变化的波形。形。8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口例例1: 根据单缓冲的方式连接，编程从根据单缓

24、冲的方式连接，编程从DAC0832输出端分别产生锯齿波、输出端分别产生锯齿波、三角波和方波。三角波和方波。DAC0832的口地址为的口地址为7FFFH。锯齿波锯齿波MOV DPTR，#7FFFHCLR ALOOP：MOVX DPTR，AINC ASJMP LOOP三角波三角波MOV DPTR，#7FFFHCLR ALOOP1：MOVX DPTR，AINC ACJNE A，#0FFH，LOOP1LOOP2：MOVX DPTR，ADEC AJNZ LOOP2SJMP LOOP1方波方波MOV DPTR，#7FFFHLOOP：MOV A，#00HMOVX DPTR，AACALL DELAYMOV A

25、，#FFHMOVX DPTR，AACALL DELAYSJMP LOOPDELAY：MOV R7，#0FFHDJNZ R7，$RET8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口C语言编程：语言编程：锯齿波：锯齿波：#include /定义绝对地址访问定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7FFFvoid main() uchar i; while(1) for (i=0;i0 xff;i+) DAC0832=i; 8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口#include /定义绝对地址访问定

26、义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7FFFvoid main() uchar i; while(1) for (i=0;i0;i-) DAC0832=i; 8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口三角波：三角波：方波：方波：#include /定义绝对地址访问定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7FFFvoid delay(void);void main()uchar i;while(1)8.2 MCS-51单片机与单

27、片机与DAC的接口的接口DAC0832=0; /输出低电平输出低电平delay(); /延时延时DAC0832=0 xff; /输出高电平输出高电平delay(); /延时延时void delay() /延时函数延时函数uchar i;for (i=0;i0 xff;i+) ;8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口 习题：习题：利用利用DAC0832芯片，采用单缓冲方式，产芯片，采用单缓冲方式，产生梯形波，分别用汇编语言和生梯形波，分别用汇编语言和C语言编程实现。语言编程实现。梯形波梯形波 MOV DPTR，#7FFFH CLR ALOOP1：MOVX DPTR，A INC A

28、 CJNE A，#0FFH，LOOP1 MOVX DPTR, A ACALL DELAYLOOP2：MOVX DPTR，ADEC AJNZ LOOP2ACALL DELAYSJMP LOOP1DELAY：MOV R7，#0FFHDJNZ R7，$RET梯形波：梯形波：#include /定义绝对地址访问定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7FFFvoid delay(void);void main()uchar i;while(1) for (i=0;i0;i-) DAC0832=i; delay(); void

29、 delay() /延时函数延时函数uchar i;for (i=0;i0 xff;i+) ;1 1 多路数字电压表的原理及功能多路数字电压表的原理及功能 多路数字式电压表应用系统主要利用利用A/DA/D转换器转换器 处理过程如下：处理过程如下：先用A/D转换器对各路电压值进行采样，得到相应的数字量，再按数字量与模拟量成正比关系运算得到对应的模拟电压值，然后把模拟值通过显示器显示出来。 设计时假设待测的输入电压为8路，电压值的范围为05V，要求能在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。测量的最小分辨率为0.019V，测量误差为0.02V。 根据系统的功能要求，控制系统采用根据系统的功能要求

30、，控制系统采用AT89C52AT89C52单片机，单片机，A/DA/D转换器采用转换器采用ADC0809ADC0809。ADC0809ADC0809是是8 8位的位的A/DA/D转换器。当输入电压为转换器。当输入电压为5.00V5.00V时，输出时，输出的数据值为的数据值为255255（0FFH0FFH），因此最大分辨率为），因此最大分辨率为0.0196V0.0196V（5/2555/255）。）。ADC0809ADC0809的具有的具有8 8路模拟量路模拟量输入端口，通过输入端口，通过3 3位地址输入端能从位地址输入端能从8 8路中选择路中选择一路进行转换。如每隔一段时间轮流依次改变一路进行

31、转换。如每隔一段时间轮流依次改变3 3位地址输入端的地址，就能依次对位地址输入端的地址，就能依次对8 8路输入电压路输入电压进行测量。进行测量。LEDLED数码管显示采用软件译码动态显数码管显示采用软件译码动态显示。通过按键选择可示。通过按键选择可8 8路循环显示，也可单路显路循环显示，也可单路显示，单路显示可通过按键选择显示的通道数。示，单路显示可通过按键选择显示的通道数。2 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计3 3 系统软件程序的设计系统软件程序的设计 主程序主程序 主程序包含初始化部分、调主程序包含初始化部分、调用用A/DA/D转换子程序和调用显示程序，转换子程序和调用显示程序，如下图。初始化包含存放通道数如下图。初始化包含存放通道数据的缓冲区初始化和显示缓冲区据的缓