单片微型计算机原理及其应用电子教案32

1、3.3 MCS-51与D/A及A/D转换器接口3.3.1过程通道概过程通道概 述述n在一个实际的系统中需用传感器把各种物理参在一个实际的系统中需用传感器把各种物理参数数(如压力和温度等如压力和温度等)测量出来，并转换为电信测量出来，并转换为电信号，再经过号，再经过A/D转换器，传送给微型计算机；转换器，传送给微型计算机；微型计算机加工处理后，通过微型计算机加工处理后，通过D/A转换器去控转换器去控制各种参数量。制各种参数量。n 把模拟量转换成数字量的器件，称为模数转把模拟量转换成数字量的器件，称为模数转换器，简称为换器，简称为A/D(Anolog to Digit) 。 n把数字量转换成模拟量

2、的器件称为数模转换器，把数字量转换成模拟量的器件称为数模转换器，简称为简称为D/A(Digit to Anolog)。 一、模拟量输入通道的组成 应用场合：微型计算机处理的是数字量，而实际上外界事应用场合：微型计算机处理的是数字量，而实际上外界事物大多是模拟量，如：温度、压力、流量、浓度、速度、物大多是模拟量，如：温度、压力、流量、浓度、速度、水位、距离等等，这些都是非电的物理量，它们必须经过水位、距离等等，这些都是非电的物理量，它们必须经过适当的转换才能为微机处理。适当的转换才能为微机处理。n传感器：传感器一般是指能够进行非电量和电量之间转换传感器：传感器一般是指能够进行非电量和电量之间转换

3、的敏感元件，温度传感器、湿度传感器、气敏传感器、压的敏感元件，温度传感器、湿度传感器、气敏传感器、压电式和压阻式传感器、光纤传感器等。电式和压阻式传感器、光纤传感器等。n信号处理环节：将输入信号放大处理，与模数转换器匹配。信号处理环节：将输入信号放大处理，与模数转换器匹配。n多路模拟开关：支持对多个模拟信号的分时采样。多路模拟开关：支持对多个模拟信号的分时采样。n采样保持器：使采样期间的输入信号不变。采样保持器：使采样期间的输入信号不变。n模数转换器：将模拟的电信号转换成数字信号。模数转换器：将模拟的电信号转换成数字信号。二 模拟量输出通道的组成n数模转换器：数字信号转换为模拟信号。数模转换器

4、：数字信号转换为模拟信号。n多通道模拟开关：将转化结果分时输出不同的多通道模拟开关：将转化结果分时输出不同的受控对象。受控对象。n信号处理环节：使输出驱动，信号平滑。信号处理环节：使输出驱动，信号平滑。3.3.2 D/A转换器n一一 D/A转换器工作原理n1 权电阻网络2 R-2R梯形电阻网络n网络中的电阻只有R和2R两种3 D/A转换器的输出n1D/A转换器的性能指标转换器的性能指标n分辨率（分辨率（Resolution）辨率是指）辨率是指D/A转换器能分辨的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。最小输出模拟增量，取决于输入数字量的二进制位数。 n转换精度（转换精度（

5、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。 n偏移量误差（偏移量误差（Offset Error）偏移量误差是指输入数）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。字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。 n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。二DAC0832结构nDAC0832内部由三部分电路组成内部由三部分电路组成 “8位输入位输入寄存器寄存器”、“8位位DAC寄存器寄

6、存器”、“8位位D/A转转换电路换电路”由由8位位T型电阻网络和电子开关组成，型电阻网络和电子开关组成， nDAC0832共有共有20条引脚，双列直插式封装。条引脚，双列直插式封装。引脚连接（引脚连接（1）数字量输入线）数字量输入线DI7DI0（8条）；（条）；（2）控制线（）控制线（5条）；（条）；（3）输出线）输出线（3条）；条）； （4）电源线（）电源线（4条）条）结构图3 MCS-51与8位DAC的接口nMCS-51和和DAC0832接口的单缓冲方式接口的单缓冲方式双缓冲方式双缓冲方式4 软件设计n使0832输出如下波形图方波KK:MOV DPTR,#7F00HMOV A,#0FFHM

7、OVX DPTR,ALCALL D1SMOV A,#0HMOVX DPTR,ALCALL D1SSJMP KK锯齿波MOV DPTR,#7F00HMOV A,#0HKK:MOVX DPTR,ALCALL D1MSINC ASJMP KK3.3.3 A/D转换器n一、一、A/D的工作原理的工作原理n按被转换的模拟量类型可分为时间按被转换的模拟量类型可分为时间/数字、电压数字、电压/数字、机械变量数字、机械变量/数字等。应用最多的是电压数字等。应用最多的是电压/数数字转换器。电压字转换器。电压/数字转换器又可分为多种类型：数字转换器又可分为多种类型：n按转换方式可分为：直接转换、间接转换。按输按转

8、换方式可分为：直接转换、间接转换。按输出方式分可分为：并行、串行、串并行。出方式分可分为：并行、串行、串并行。n按转换原理可分为：计数式、比较式。按转换原理可分为：计数式、比较式。n按转换速度可分为：低速、中速、高速。按转换按转换速度可分为：低速、中速、高速。按转换精度和分辨率可分为：精度和分辨率可分为：3位、位、4位、位、8位、位、10位、位、12位、位、14位、位、16位等等位等等 1、双积分型A/D转换器2 逐次逼近型A/D转换器二、主要技术指标二、主要技术指标1分辨率分辨率2量化误差量化误差:在在A/D转换中整量化所产生的误差。转换中整量化所产生的误差。3转换时间转换时间:指指A/D完

9、成一次转换所需要的时间。完成一次转换所需要的时间。4精度：分绝对精度和相对精度精度：分绝对精度和相对精度5线性误差线性误差6偏置误差偏置误差7漏码漏码:如果模拟输入连续增加（或减小）时，数字输出不如果模拟输入连续增加（或减小）时，数字输出不是连续增加（或减小）而是越过某一个数字，即出现漏码。是连续增加（或减小）而是越过某一个数字，即出现漏码。8量程量程9电源灵敏度电源灵敏度A/D基本部件有：基本部件有：n模拟多路转换器与信号调节电路。模拟多路转换器与信号调节电路。n采样采样/保持电路。保持电路。nA/D转换器。转换器。n通道控制电路。通道控制电路。A/D接口设计要点n选择合适的系统采样速度选择

10、合适的系统采样速度n减小减小A/D转换的误差转换的误差n合理选用合理选用A/D转换器的转化精度和范围转换器的转化精度和范围三 0809接口 采用单+5V电源逐次逼近型A/D转换器，工作时钟典型值为640kHz，转换时间约为l0us。 分辨率为8位二进制码，总失调误差：土1LSB。 模拟量的输入电平范围为05V，不需要零点和满度调节。 数字量输出采用三态逻辑，输出符合TTL电平。ST CLKEOCD0D7IN0IN78位转换器A/D三态输出锁存器VCCGNDOEVR(+)VR(-)388路模拟量开关ABCALE地址锁存与译码接口图和地址计算74LS373GCLK2D0D7EOC11111STAL

11、EOEP0ALEINT1WRP2.0RDABCVref()Vref()IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A0A7A0 A1 A25 VGNDADC080980310809采集采集IN0信号，送入信号，送入30HnMOV DPTR,#0FE00H; 延时方式延时方式nLOP:MOVX DPTR,AnLCALL D1MSnMOVX A, DPTRnMOV P1，AnSJMP LOP n例例:0809每隔每隔1秒采集秒采集8路信号，放入路信号，放入30-37H中中nMOV DPTR,#7F00H; 延时方式延时方式nMOV R1,#30HnMOV R2,#8HnLOP:MOVX DPT

12、R,AnLCALL D200USnMOVX A,DPTRnMOV R1,AnINC R1nINC DPTRnDJNZ R2,LOPnRET nORG 000HnLJMP MAIN；中断方式中断方式nORG 0013HnMOVX A,DPTRnMOV R1,AnINC R1nINC DPLnDJNZ R2, LOPnRETInLOP:MOVX DPTR,AnRETInMAIN:SETB EAn SETB EX1n STEB IT1n MOV DPTR,#7E00Hn MOVX DPTR,An MOV R1,#30Hn MOV R2,#08HnSJMP $3 0804接口 (1) 规格规格n 三态

13、锁存三态锁存n 存取时间存取时间 135微秒微秒n 分辨率分辨率:8位位n 转化时间转化时间:100USn 输入电压输入电压:5Vn(2) 引脚引脚nDB0-DB7:数据线数据线n/CS:片选片选n/WR:写选通写选通n/RD:读选通读选通nCLK IN,CLK R:时钟输入时钟输入n/INTR:中断请求中断请求nVREF:10V辅助参考电压辅助参考电压nVIN(+),VIN(-):差动模拟电压输入差动模拟电压输入.nVCC:电源电源nAGND,DGND:模拟地模拟地,数字地数字地3)硬件接口图例:0804持续采集信号，放入30H中nMOV DPTR,#7E00HnMOV R0,#30HnLO

14、P:MOVX DPTR,AnLCALL DL200USnMOVX A,DPTRnMOV R0,AnSJMP LOP数字电压表nAD转化和LED显示nMOV DPTR,#7E00HnLOP:MOVX DPTR,AnLCALL DIS;修改为显示延时修改为显示延时nMOVX A,DPTRnLCALL DEALV;电压转化电压转化 nLCALL DISnSJMP LOPDEALV:MOV B,#51 DIV AB MOV 79H,A MOV A,#5;10 MUL AB MOV B,#26;51 DIV AB MOV 78H,A RETnDIS:MOV R1,#78HnMOV R2,#0FEHnLOP: