第8章AD与DA转换

1、第8章 MCS-51单片机的其它功能模块及应用单片机的其它功能模块及应用8.1 A/D与D/A转换器及其应用8.1.1自动测控系统的构成自动测控系统的构成图8-1-1微机测控系统结构图1 D/A 转换器的主要参数（1）分辨率 分辨率是指 D/A 转换器模拟输出所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。对于一个 n 位的 D/A 转换器，分辨率可表示为：分辨率= 分辨率与 D/A 转换器的位数有关，位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小。8.1.2数/模转换器（DAC）（2）转换精度 转换精度是指 D/A 转换器实际输出的模拟电压与理论输出模拟电压的最大误差。通常要求 D/A 转换器误

2、差小于 /2。（3）转换时间 转换时间是指 D/A 转换器在输入数字信号开始转换，到输出的模拟电压达到稳定值所需的时间。转换时间越小，工作速度就越高。 LSBU2. DA转换器基本结构 图8-1-2D/A转换器内部结构1） DAC0832的特性 DAC0832采用二次缓冲方式，这样可以在输出的同时，采集下一个数据，从而提高转换速度。更重要的是能够在多个转换器同时工作时，实现多通道D/A的同步转换输出。主要的特性参数如下：（1）分辨率为8位；（2）只需在满量程下调整其线性度；（3）可与所有的单片机或微处理器直接接口，需要时亦可不与微处理器连用而单独使用；（4）电流稳定时间1us；（5）可双缓冲、

3、单缓冲或直通数据输入；（6）低功耗，200mW；（7）逻辑电平输入与TTL兼容；（8）单电源供电（+5+15V）；3DAC0832内部结构及其应用 CS1WR2） DAC0832引脚功能该D/A转换器为二十脚双列直插式封装，各引脚含义如下：DI7DI0：数字量数据输入线。ILE：数据锁存允许信号，高电平有效；（chip select）：片选信号，输入，低电平有效。（write 1）：写信号1，它作为输入寄存器的写选通信号（锁存信号）将输入数据锁入8位输入锁存器。 2WR2WR（write 2）：写信号2，即DAC寄存器的写选通信号。有效时，将锁存在输入寄存器中的数据送到8位DAC寄存器中进行锁

4、存，此时传送控制信号 必须有效。图8-10 DAC0832内部结构和引脚图RFB（feedback resistor）：反馈电阻引脚。反馈电阻在芯片内部，与外部运算放大器配合构成I/V转换器，提供电压输出。IOUT1（DAC current output 1）：模拟电流输出1，它是逻辑电平为“1”的各位输出电流之和。当DI7DI0各位均为“1”时，IOUT1最大，当DI7DI0各位均为“0”时，IOUT1为最小值。IOUT2（DAC current output 2）：模拟电流输出2，它是逻辑电平为“0”的各位输出电流之和。IOUT1IOUT2常量。VREF（reference voltage

5、 input）：参考电压输入引脚，输入电压范围10V10V，要求电压准确、稳定性好。VCC（digital supply voltage）：芯片的供电电压，范围5V15V。AGND（analog ground）：模拟地，芯片模拟电路接地点。DGND（digital ground）：数字地，芯片数字电路接地点。DAC0832形成了三种工作方式如下。 直通方式：LE1和LE2一直为高电平，数据可以直接进入D/A转换器。 单缓冲方式：LE1或LE2其中一个一直为高电平，只控制一级寄存器。 双缓冲方式：不让LE1和LE2一直为高电平，控制两级寄存器。控制LE1从高变低，DI7DI0 数据存入输入寄存器

6、;控制LE2从高变低，数据存入DAC寄存器，同时开始D/A转换。图8-1-4 DAC0832电压输出电路（3）DAC0832的模拟输出表8-1-1 DAC0832数字量与模拟量对照表8.1.3MCS-51对8位DAC0832的接口直通方式单缓冲方式图8-1-5 单缓冲方式下的DAC0832和51单片机的连接例8-1-1 DAC0832用作波形发生器。试根据图8-1-5接线，分别写出产生锯齿波、三角波的程序。解：在图8-1-5中，运算放大器OA输出端VOUT直接反馈到Rfb，故这种接线产生的模拟输出电压是单极性的。现把产生上述三种波形的参考程序列出如下：锯齿波程序 ORG 1000 HSTART

7、: MOV R0 ， #0FEH MOVX Ro INC A SJMP START END(a)锯齿波 (b)三角波图8-1-6 DAC0832用作波形发生器所产生的波形# include#include /包含绝对地址访问库#define DA0832 XBYTE0 x00FE#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid stair(void) uchar ;while(1)for (i=0;i=255;i=i+)DAC0832=i;三角波程序三角波由线性下降段和线性上升段组成。相应程序为: ORG 1080HSTART:

8、CLR A MOV R0，#0FEHDOWN: MOVX R0，A;线性下降段 INC A JNZ DOWN;若未完，则DOWN MOV A，#0FEHUP: MOVX R0，A;线性上升段 DEC A JNZ UP;若未完，则UP SJMP DOWN;若已完，则循环 END3. 双缓冲方式图8-1-7 8031与两片DAC0832的接口(双缓冲方式)# include#include /包含绝对地址访问库#define INPUTR1 XBYTE0 xDFFF#define INPUTR2 XBYTE0 xF7FF#define DACR XBYTE0 x7FFF#define uchar

9、unsigned charvoid dac2b(uchar data1,uchar data2) INPUTR1=Xdata; /Xdata写入1# DAC0832INPUTR2=Ydata; / Ydata写入1# DAC0832DACR=0; /启动1#和2#DAC0832同时工作1A/ D转换器的主要技术指标 （1）分辨率（resolution） （4）偏移误差（offset error）（5）满刻度误差（full scale error）（6）绝对精度（absolute accuracy）（7）相对精度（relative accuracy）（2）转换速率（conversion rate

10、）（3）量化误差（quantizing error）8.1.4 A/D转换器转换器ADC0809的接口的接口图8-1-8A/D转换器内部结构2A/D转换器基本结构 3ADC0809内部结构及其应用内部结构及其应用 ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。 图8-1-9ADC0809的内部结构和引脚信号 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：

11、3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。 GND：地。 4. ADC08

12、09的工作过程 首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 可采用下述三种方式。 （1）定时传送方式 对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可

13、据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 （3）中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。图8-1-10 ADC0809查询方式的硬件电路8.1.5 ADC08

14、09与MCS-51的连接及其应用图8-1-11 8031和ADCO809的接口MAIN: MOV R1，#data;置数据区首地址 MOV DPTR，#7FF8H;端口地址送DPTR，P2.7=0， ;且指向通道IN0 MOV R7，#08H;置转换的通道个数LOOP: MOVX DPTR，A ;启动A/D转换 MOV R6，#0AH;软件延时，等待转换结束DELAY: NOP NOP NOP DJNZ R6，DELAY MOVX A，DPTR;读取转换结果 MOV R1，A;存储转换结果 INC DPTR;指向下一个通道 INC R1;修改数据区指针 DJNZ R7，LOOP;8个通道全采样

15、完否？未完则继续# include#include /*包含绝对地址访问库*/#define IN0 XBYTE0 x7FF8 /*设置ADC0809的通道0地址*/#define uchar unsigned char void adc0809(uchar idata *x) /*采样结果放指针中的A/D采集函数*/ uchar i; uchar xdata * ad_adr; ad_adr=&IN0; for(i=0;i8;i+) *ad_adr=0; /*启动转换*/ for(j=0;j=255;j+); /*软件延时，等待转换结束*/ xi=*ad_adr; /*存储转换结果*

16、/ad_adr+; /*下一通道*/82 串行通信及串行接口串行通信及串行接口8.2.1 串行通信的基本知识1串行通信的两种基本方式1）异步传送方式2）同步传送方式同步传送是一种连续传送数据的方式。在通信开始以后，发送端连续发送字符，接收端也连续接收字符，直到通信告一段落。 2串行通信中数据的传送方式3并串变换和串行接口8.2.2 MCS-51系列单片机的串行接口系列单片机的串行接口1MCS-51单片机串行口的控制SM0 SM1工作方式说明波特率00方式0同步移位寄存器fosc1201方式l10位异步接收发送由定时器控制10方式211位异步接收发送fosc32或fosc6411方式31l位异步

17、接收发送由定时器控制表8-2-1串行口的工作方式2 MCS-51系列单片机串行口的工作方式系列单片机串行口的工作方式1）方式0：移位寄存器输入输出方式2）方式1：10位异步接收发送3）方式2：11位异步接收发送4）方式3：11位异步接收和发送方式(波特率同方式1)5）波特率的计算MCS-51单片机串行口的四种工作方式对应着三种波特率。对于工作方式0，波特率是固定的，发送的同步脉冲的频率为单片机时钟频率的112，即fosc12。对于工作方式2，波特率有两种可供选择，即fosc32和fosc64。对于方式1和方式3，波特率都由定时器1的溢出率来决定，可以用下面公式表示：8.2.3 MCS-51系列

18、单片机的串行口的应用系列单片机的串行口的应用1.串行口方式0用作扩展并行IO口 例8-2-1：用805l串行口外接CD4094扩展8位并行口，8位并行口的各位都接一个发光二极管，要求发光二极管从左到右以一定延迟轮流显示，并不断循环。设发光二极管为共阴极接法，如图8-2-7所示。例8-2-2 用8051串行口外加移位寄存器扩展8位输入口，输入数据由八个开关提供，另有一个开关K提供联络信号，连接如图8-2-8所示。#include#define uchar unsigned char#define TR 1 /发送接收差别值uchar idata buf10; /数据缓冲区uchar pf; vo

19、id init(void)/串口初始化 TMOD=0X20; /定时器1为定时方式2TH1=0 xe8; /设定波特率1200TL1=0 xe8;PCON=0 x00;TR1=1; /启动T/C1SCON=0 x50; /串行口工作于方式1 void send(uchar idata*d) uchar i;do SBUF=0 xaa; /发送联络信号aa while(TI=0); /TI为0说明不发送，在这里等待发送TI=0; /发送完毕则清发送标准while(RI=0);/等待回答RI=0; /回答完毕则清回答标准 while(SBUF0 xbb)!=0); /没准备好。 dopf=0;/清

20、校验和for(i=0;i16;i+)SBUF=di;/发送一个数据pf+=di;/求校验和while(TI=0);TI=0; SBUF=pf; /发送校验和 while(TI=0);TI=0; while(RI=0);RI=0; /等待B机应答 while(SBUF!=0); /回答出错则重发void receive(uchar idata*d) uchar i;do while(RI=0);RI=0; while(SBUF0 xaa)!=0); /判断请求与否 SBUF=0 xbb; while(TI=0);TI=0; while(1) pf=0; /清校验和for(i=0;i16;i+)

21、while(RI=0);RI=0;di=SBUF; /接收一个数据pf+=di; /求校验和while(RI=0);RI=0; /接收A机校验和if(SBUFpf)=0) /比较校验和 SBUF=0X00;break ; /校验正确发00else SBUF=0XFF; /校验出错发ffwhile(TI=0);TI=0; void main(void) init();if(TI=0) send(buf);else receive(buf);8.3 MCS-51单片机综合应用实例单片机综合应用实例8.3.1 设计单片机应用系统的基本步骤设计单片机应用系统的基本步骤1. 确定设计任务和系统功能指标，

22、编写设计任务书2. 总体设计3. 硬件系统设计4. 软件设计5. 硬件、软件调试6. 系统总调、性能测定7. 编制设计文件8.3.2 篮球专项技能综合测试仪需求分析和总体设计篮球专项技能综合测试仪需求分析和总体设计系统功能和技术要求系统总体设计8.3.3 LED显示器接口显示器接口图8-3-2 八段LED数码管结构图8-3-2 八段LED数码管结构显示字符共阴极字段码共阳极字段码显示字符共阴极字段码共阳极字段码03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT3

23、1HCEH707HF8HY6EH91H87FH80HL38HC7H96FH90H8FFH00HA77H88H“灭”00FFHB7CH83H表表8-3-1 八段八段LED数码管字形代码表数码管字形代码表图8-3-4 利用8255扩展的多位LED数码管显示接口电路TitleNumberRevisionSizeA4Date:5-Jun-2012 Sheet of File:E:PCB文件篮球测试仪.ddbDrawn By:DS1DS2DS3DS4DS5DS6DS7DS8IN1OUT18IN2IN3IN4IN5IN5IN7IN8OUT17OUT16OUT15OUT14OUT13OUT12OUT11U4

24、AQ1Q2Q3Q4Q5VCCQ6Q7Q8D034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6U3R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11K1K3K5K7K15K9K14K10K8K4K2K6K12K13K11K16D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q6

25、16D718Q719OE1LE11U274LS373EA31RST9XTAL119XTAL218AD039AD138AD237AD336AD435AD534AD633AD732A821A922A1023A1124A1225A1326A1427A1528P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78TXD11RXD10ALE30PSEN29T014T115INT012INT113RD17WR16U1AT89S51VCCXTAL111.0592MHZC230pFC130pFC310uFR18.2K8255AULN280300H08HA0A1A0A1K0图8-3-5

26、数码显示器显示流程图 8.3.4 键盘输入接口键盘输入接口例8-3-1 请根据图8-3-6写出8051对键盘的查询程序（对键盘的软件去抖动暂没考虑）。图8-3-6 8031独立式键盘接口KEY: JNB P1.0，FUNC1 ;逐键判别 JNB P1.1，FUNC2 JNB P1.2，FUNC3 JNB P1.3，FUNC4JNB P1.4，FUNC5 JNB P1.5，FUNC6 JNB P1.6，FUNC7 JNB P1.7，FUNC8 RET ;无任何键按下由此返回FUNC1: ;做P1.0要求的“功能1” RETFUNC2: ;做P1.1要求的“功能2” RETFUNC7: ;做P1.6要求的“功能6” RETFUNC8: ;做P1.7要求的“功能8” RET图8-3-6 8031独立式键盘接口#include#define uchar unsigned charvoid