机械系统微机控制

1、机械系统微机控制第1页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四8A/D与D/A 接口机械系统微机控制第2页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四8.1数模转换D/A接口 1.DAC工作原理D/A转换器DAC（Digital to Analog Converter）输入信号是数字量，经转换后输出的是模拟量：电压或电流。输出量与输入量成正比。 机械系统微机控制第3页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四 数模转化（D/A）电路形式常采用T型电阻解码网络，这种结构的四位二进制数的模数转换电路如图所示：图：T型电阻解码网络机械系统微机控制第4页，共37页，

2、2022年，5月20日，3点12分，星期四由上式和图得运算放大器的输出电压为：可以总结为“按权展开，然后相加” 输出电压和二进制位数呈线性关系。调整运算放大器的反馈电阻Rf和参考电压VRef就得到和n位二进制数成比例的输出电压范围。机械系统微机控制第5页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四有关D/A转换器的技术性能指标1) 分辩率 分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n，则D/A转换器的分辨率为2-n 。2) 建立时间建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出达到终值时所需的时间。通常以建立时间来

3、表示转换速度.转换器的输出形式为电流时，建立时间较短；输出形式为电压时，由于建立时间还要加上运算放大器的延迟时间，因此建立时间要长一点。但总的来说，D/A转换速度远高于A/D转换速度，快速的D/A转换器的建立时间可达1 s。机械系统微机控制第6页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四3) 接口形式 D/A转换器与单片机接口方便与否，主要决定于转换器本身是否带数据锁存器。有两类D/A转换器，一类是不带锁存器的，另一类是带锁存器的。对于不带锁存器的D/A转换器，为了保存来自单片机的转换数据，接口时要另加锁存器，因此这类转换器不能直接接在数据总线上，必须通过并行接口和系统连接；而带锁

4、存器的D/A转换器，可以把它看作是一个输出口，因此可直接接在数据总线上，而不需另加锁存器。机械系统微机控制第7页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四2.典型D/A转换器DAC0832机械系统微机控制DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5 V+15 V均可正常工作。基准电压的范围为10 V；电流建立时间为1 s；CMOS工艺，低功耗20 mW。 DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，其引脚排列如图所示。第8页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四DAC0832内部结构： 由三个与门电路组成寄存器输出控制逻辑电路，该逻辑电路的功能是

5、进行数据锁存控制，当=0时，输入数据被锁存；当=1时，锁存器的输出跟随输入的数据。 该转换器由输入寄存器和DAC寄存器构成两级数据输入锁存。使用时，数据输入可以采用两级锁存（双锁存）形式，或单级锁存（一级锁存，一级直通）形式，或直接输入（两级直通）形式。机械系统微机控制第9页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四引脚信号分为：（1）DI0DI7 为数字量输入信号（2）Iout1、Iout2为模拟量输出信号（3）CS为片选信号（4）WR1、WR2为写入信号（5）ILE为数据锁存允许信号（6）XFER为数据传送控制信号（7）Rfb为反馈信号输入线（8）VCC 为电源电压线（9）VR

6、FE 为基准电压输入线（10）AGND 为模拟地。（11）DGND为数字地。 机械系统微机控制当ILE=1和 WR1 =0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和WR1 =1时，为输入寄存器锁存方式。当 WR2=0和XFER=0时，为DAC寄存器直通方式；当WR2=1和XFER=0时，为DAC寄存器锁存方式。第10页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四3.DAC0832应用1）直通方式 机械系统微机控制输入寄存器和DAC寄存器都在直接选通的情况，在直通方式下，两个寄存器共用一个地址，同时选通输出。第11页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四 MOV A,#D

7、ATA MOV DPTR，#0EFFH MOVX DPRT,A 机械系统微机控制 所谓单缓冲方式就是使DAC 0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽有几路模拟量但并不要求同步输出时，就可采用单缓冲方式。2）单缓冲方式第12页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四例9-4在图9-37中，该编程输出如图9-38 所示的阶梯波。机械系统微机控制第13页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四解程序如下： MAIN：MOV A,#00H ；初值为0MOV DPTR，#0EFFH MOV R0，#

8、0AH ；10个台阶 NEXT： MOVX DPTR，A CALL DELAY；1ms延时 ADD A,#10 ；台阶增长10 DJNZ R0,NEXT ；下一个台阶 SJMP MAIN ；从头开始DELAY： ；1ms延时程序（略） 机械系统微机控制第14页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四3）双缓冲工作方式 机械系统微机控制所谓双缓冲方式，就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。为了实现寄存器的可控，应当给寄存器分配一个地址，以便能按地址进行操作。第15页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四双缓冲方式应用举例 双缓冲方式用于多路D/A转换系

9、统，以实现多路模拟信号同步输出的目的。 例9-5例如使用单片机控制X-Y绘图仪。X-Y绘图仪由X、Y两个方向的步进电机驱动，其中一个电机控制绘图笔沿X方向运动，另一个电机控制绘图笔沿Y方向运动，从而绘出图形。因此，对X-Y绘图仪的控制有两点基本要求：一是需要两路D/A转换器分别给X通道和Y通道提供模拟信号，二是两路模拟量要同步输出。机械系统微机控制第16页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四机械系统微机控制第17页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四 设X坐标存放在以20H为首的20H个内存单元中，对应的Y坐标存放在40H为首的20H内存单元中。 解两片DA

10、C的输入寄存器地址分别取7FFFH、0DFFFH,两个DAC寄存器的共同地址是0BFFFH。程序如下：START： MOV R0,#20HMOV R1,#40HMOV R7,#20HNEXT： MOV A,R0；取X数值MOV DPTR,#7FFFH机械系统微机控制第18页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四MOVX DPTR,A ；输入X值给第一片 DAC的输入寄存器MOV A,R1 ；取Y值MOV DPTR,#0BFFFHMOVX DPTR,A ；输入Y值给第二片DAC的输入寄存器MOV DPTR,#0DFFFHMOVX DPTR,A ；同时启动数/模转换INC R0IN

11、C R1DJNZ R7,NEXTSJMP START机械系统微机控制第19页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四8.2模数转换A/D接口机械系统微机控制A/D转换器用于实现模拟量数字量的转换，按转换原理可分为4种，即：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。双积分式A/D转换器的主要优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜。其缺点是转换速度较慢，因此，这种转换器主要用于速度要求不高的场合。另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式的，逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快，精度较

12、高的转换器，其转换时间大约在几s到几百s之间第20页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四通常使用的逐次逼近式典型A/D转换器芯片有： (1)ADC0801ADC0805型8位MOS型A/D转换器（美国国家半导体公司产品）。 (2)ADC0808 / 0809型8位MOS型A/D转换器。 (3) ADC0816 / 0817。这类产品除输入通道数增加至16个以外，其它性能与ADC0808 /0809型基本相同。机械系统微机控制第21页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四逐次逼近A/D转换原理：这种转化器是以DA转化器为基础，加上比较器、逐次逼近寄存器、置数选择

13、逻辑电路以及时钟电路组成。 转换原理，首先置数选择逻辑电路给逐次逼近寄存器最高位置1，然后由比较器给出结果逐次逼近修改，最后逐次逼近寄存器的内容就是转化后的数字量输出。比较器逐次逼近寄存器置数选择逻辑电路D/A转换器模拟量输入启动控制信号时钟Vref 逐次逼近型结构框图数字量输出机械系统微机控制第22页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四 ADC0809是典型 的8位8通道逐次 逼近式A/D转换 器，CMOS工艺。 1.典型A/D转换器芯片ADC0809机械系统微机控制第23页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四1ADC 0809内部逻辑结构及引脚 机械系统

14、微机控制第24页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四 1）输入 输入为8个可选通的模拟量IN0IN7。至于ADC转换器接收用哪一路输入由地址A、B、C控制8路模拟开关实现。 2）模/数转换 8位A/D转换器可将输入的模拟量转化为8位数字信号。模/数转换开启时刻有SRART端控制。 3）输出 A/D转换器转换的数字量锁存在三态输出锁存器中，当模数转换结束时同时发出EOC信号。机械系统微机控制第25页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四3、8路模拟开关的三位地址选通编码表ADDA，B，C8路模拟开关的三位地址选通输入端，以选择对应的输入通道。 地 址 码对应的输

15、入通道CBA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7机械系统微机控制第26页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四（1）IN0IN7为8路模拟量输入引脚。（2）D0D7为数据输出线（3）A、B、C为通路选择输入线。（4）ALE为地址锁存信号（5）START为转换启动信号。（6）OE为输出允许信号（7）EOC为转换结束信号（8）CLK为时钟信号（9）VCC为+5V主电源（10）GNDO 接地端（11）VRFE（+）+VRFE（-）为参考电压输入线 机械系统微机控制第27页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四

16、2编程举例A/D转换器的程序设计主要分为下面几步：1) 选通模拟量输入通道；2) 发启动转换信号；3) 用查询、中断或软件延时等方式等待转换结束；4) 读取转换结果；5) 将转换结果存入RAM，进行数据处理或执行其他程序。机械系统微机控制第28页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四ADC0808/0809与8031单片机的硬件接口有三种方式，查询方式、中断方式和等待延时方式。究竟采用何种方式，应视具体情况，按总体要求而选择。1延时方式机械系统微机控制第29页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四在软件编写时，应令p27=A15=0；A0、A1、A2给出被选择的

17、模拟通道的地址；执行一条输出指令，启动A/D转换；执行一条输入指令，读取A/D转换结果。通道地址：7FF8H7FFFH下面的程序是采用延时的方法，分别对8路模拟信号轮流采样一次，并依次把结果转存到数据存储区的采样转换程序。机械系统微机控制第30页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四 START： MOV R1， 50H ；置数据区首地址 MOV DPTR， 7FF8H ；P27=0且指向通道0 MOV R7， 08H ；置通道数 NEXT： MOVX DPTR，A ；启动A/D转换 MOV R6， 0AH ；软件延时 DLAY： NOP NOP NOP DJNZ R6， DL

18、AY MOVX A， DPTR ；读取转换结果 MOV R1， A ；存储数据 INC DPTR ；指向下一个通道 INC R1 ；修改数据区指针 DJNZ R7, NEXT ；8个通道全采样完了吗？ 。 机械系统微机控制第31页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四2）查询方式 A/D转换芯片有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，软件测试EOC的状态，即可确知转换是否完成，然后进行数据传送。机械系统微机控制第32页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四 查询方式编程举例 下面是采用查询方式分别对8路模拟信号轮流采样一次，

19、并依次把采样结果转储到数据存储区的采样转换程序。MAIN： MOV R1，#data ；置数据区首址 MOV DPTR，#7FF8H ；P2.70，且指向通道0 MOV R7，08H ；置通道数LOOP： MOVX DPTR，A ；启动A/D转换 MOV R2，20H ；延时查询DELY： DJNZ R2，DELY ；（延时60s）结束？DELY1：JB P2.6，DELY1 ；判P2.61？ MOVX A，DPTR ；读取转换结果 MOV R1，A ；转储 INC DPTR ；指向下一个通道 INC R1 ；修改数据区指针 DJNZ R7，LOOP ；8个通道采样未完则循环机械系统微机控制第33页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四3）中断方式 机械系统微机控制第34页，共37页，2022年，5月20日，3点12分，星期四将ADC0808/0809作为一个外部扩展的并行I/O口，直接由单片机的P2.7和脉冲进行启动。通道地