单片机原理及接口技术案例教程 教学课件 李法春

在线教务辅导网：://教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187或者直接输入下面地址：第11章A/D和D/A接口11.1A/D转换器接口11.2D/A转换器接口11.3空调的温度控制案例学习目标1．熟悉A/D、D/A转换器的类型、主要技术指标和用途。2．熟练掌握ADC0809的技术性能，切实领会ADC0809与MCS－51单片机根本接口技术。3．熟练掌握DAC0832的技术性能，切实领会DAC0832与MCS－51单片机根本接口技术。4．掌握AD1674和DAC1208的使用方法。5．能借助所学知识和技能，独立设计、开发简单的模拟量数据采集和控制装置。1.

常用A/D及D/A转换电路芯片的主要技术指标和用途。2.

常用A/D及D/A转换电路芯片与MCS—51单片机的接口逻辑以及相应的程序设计方法。重点难点模拟通道接口技术

计算机只能储存和处理二进制形式的数字量，凡遇到有模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量或数字量向模拟量的转换，这就是数/模和模/数转换问题。将模拟量转换成数字量的过程称为A/D转换，将数字量转换成模拟量的过程称为D/A转换，与之有关的接口技术称为模拟通道接口技术。因为在单片机应用系统中，常需要将检测到的连续变化的模拟量如温度、压力、流量、速度等转换成数字信号，才能输入到单片机中进行处理，然后再将处理结果的数字量转换成模拟量输出，实现对被控对象的控制。

11.1A/D转换器接口

11.1.1A/D转换根本知识及常用A/D转换器件A/D转换器的作用是将模拟量转换为数字量，以便计算机接收处理传感器单片机A/D转换1.A/D转换器分类(1)逐次逼近式：逐次逼近式属直接式A/D转换器。(2)双积分式：双积分式是一种间接式A/D转换器。(3)V/F变换式：V/F变换器能够将模拟电压信号转换为频率信号。(4)并行式：并行式也属于直接式A/D转换器，它是所有类型A/D转换器中转换速度最快的。2.A/D转换器主要技术性能指标(1)分辨率：分辨率表示输出数字量变化一个最低有效位〔LeastSignificantBit——LSB〕所对应的输入模拟电压的变化量。n为A/D转换器输出的二进制位数(2)量化误差：模拟量是连续的，而数字量是断续的，当A/D转换器的位数固定后，数字量不能把模拟量所有的值都精确地表示出来，这种由A/D转换器有限分辨率所造成的真实值与转换值之间的误差称为量化误差。一般量化误差为数字量的最低有效位所表示的模拟量，理想的量化误差容限是±1/2LSB。

主要技术性能指标(3)转换精度：转换精度是一个实际的A/D转换器和理想的A/D转换器相比的转换误差。绝对精度一般以LSB为单位给出，相对精度那么是绝对精度与满量程的比值。(4)转换时间：指A/D转换器完成一次A/D转换所需时间。转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。其倒数是转换速率。(5)温度系数：是指A/D转换器受温度影响的程度。一般用环境温度变化1℃所产生的相对误差来表示，单位是PPM/℃(10-6/℃)。11.1.2ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术

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。STARTCLOCKEOCD0D7IN0IN7ADDAADDBADDCALE八位转换器A/D三态输出锁存器VCCGNDOEREF(+)REF(-)38地址锁存与译码八路模拟量开关......1．结构及转换原理

〔1〕八路模拟开关及地址锁存与译码器〔2〕8位A/D转换器〔3〕三态输出存放器2．引脚功能

ADC0809采用DIP-28〔双列直插式〕封装引脚功能表3．ADC0809的时序

4．ADC0809与MCS-51单片机的接口电路写信号、P2.7有效时，启动AD转换。转换结束后，输出高电平，向CPU发出中断请求读信号、P2.7有效时，允许输出AD转换结果。转换时钟由ALE分频得到。A1A2803174LS373ADC0809分频CLOCKD0~D7≥1≥11GEOCSTARTALEOERDP2.7WRALEP0A0~A7A0REF(+)REF(-)+5VGNDIN0IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1转换结果由此输出ADDAADDBADDCINT1主要功能信号的处理方法

(1)时钟信号：当单片机时钟频率高于6MHz时，ALE信号必须经2或4分频后才能接到ADC0809的CLOCK引脚上，否那么不能正常工作。(2)地址线和数据线：ADC0809的地址选择信号线和输出数据线均与P0口相接。ADDA～ADDC三根地址线的连接与芯片及模拟通道选择又密切关系，地址线经地址锁存器可提高输入信号的稳定性。(3)控制信号：通过、和P2.7的组合实现对ADC0809控制，显然只有当P2.7为低电平时才能对ADC0809进行操作。转换结束信号EOC通过非门与8031的连接，用来发出中断请求或供CPU查询转换状态。各个通道的地址选择的通道000001010011100101110111IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7CBA8031A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00809ST××××××××××××CBA

0××××××××××××000

…

…

0××××××××××××111设无关地址位为“1〞，那么模拟通道IN0～IN7的地址依次为7FF8H～7FFFH5．程序设计

单片机的A/D转换编程有两条根本原那么：一方面要满足所选A/D转换器的转换时序要求，另一方面要根据具体的接口电路编写具体的转换程序——即应用软件要和硬件协调、统一。对于ADC0809而言，其控制程序的主要任务是如何判断一次A/D转换何时结束，只有以此为前提才能保证取回的转换结果的正确性。(1)软件延时等待方式

完成一次A/D转换的一般流程是：单片机工作存放器初始化送通道地址及启动转换信号软件延时等待转换结束送读取转换结果信号输出转换结果。其中软件延时时间取决于ADC器件的转换时间，可以通过计算和调试获得。例11-1要求采用软件延时等待方式采集IN0通道模拟信号，结果存入8031片内RAM的30H单元中。设fOSC=6MHz。ORG0000HLJMPSTART；转A/D转换程序ORG0030HSTART：MOVR1，#30H；R1指向数据区〔存A/D结果〕MOVDPTR，#7FF8H；DPTR指向数据区0809通道0MOVX@DPTR，A；启动A/D转换MOVR6，#0AH；软件延时100μSDELAY：NOPNOPNOPDJNZR6，DELAYMOVXA，@DPTR；读转换结果MOV@R1，A；转储SJMP$END(2)程序查询方式

将A/D转换器的转换结束信号EOC接至单片机的某端口(如接入P3.3，即)，启动转换开始后用程序查询该输入端是否出现转换结束信号，没有那么继续查询，一旦出现结束信号即可取回转换结果。例11-2要求采用程序查询方式分别对8路模拟信号轮流采集一遍，并将结果存入以30H为首地址的8031片内RAM单元中。设fOSC=12MHz。 ORG0000H LJMPSTART ORG0030HSTART：MOVR1，#30H；R1指向数据区首地址 MOVDPTR，#7FF8H；DPTR指向数据区0809通道0 MOVR7，#08H；置通道数LOOP：MOVX@DPTR，A；启动A/D转换 MOVR2，#20H；冗余延时，保证EOC可靠变低 DJNZR2，$ JBP3.3，$；查询转换结束信号是否产生 MOVXA，@DPTR；读转换结果 MOV@R1，A；转储 INCDPTR；指向下一通道 INCR1；修改数据区指针，指向下一结果单元 DJNZR7，LOOP；未采完8个通道那么继续 SJMP$ END(3)中断方式将ADC的转换结束信号EOC经一定的逻辑接口引至单片机的外部中断输入端〔如接入〕，用来向单片机提出中断申请。编程时，在主程序中启动A/D转换并继续执行主程序。当接收到ADC的转换结束EOC〔即中断请求〕信号后立即转去执行中断效劳程序，并在其中完成取回转换结果、启动下一次转换等操作。例11-3要求采用中断方式分别对8路模拟信号轮流采集一遍，并将结果存入以30H为首地址的8031片内RAM单元中。设fOSC=12MHz。 ORG0000H LJMPMAIN ORG0013H；外部中断1的中断效劳程序入口 LJMPINT1；转中断效劳程序 ORG0030HMAIN：MOVR1，#30H；主程序 SETBIT1；设定外部中断1为边沿触发 SETBEA；CPU开中断 SETBEX1；设定外部中断1开中断 MOVR7，#08H；置通道数 MOVDPTR，#7FF8H；指向模拟通道0 MOVX@DPTR，A；启动A/D转换LOOP：SJMP$；等待中断 DJNZR7，LOOP；未采完8个通道那么继续 ……；其他操作中断效劳程序ORG0100HINT1：MOVXA，@DPTR；读转换结果MOV@R1，A；转存转换结果INCDPTR；指向下一通道INCR1；修改数据区指针，指向下一结果单元MOVX@DPTR，ARETI；中断返回……；其他应用程序段END11.1.3AD1674及其与MCS-51单片机接口技术

有时为了提高A/D转换精度，可采用高分辨率〔如10位、12位或更高位数〕的A/D转换器。AD574/AD674/AD1674是美国AD公司生产的12位逐次逼近式A/D转换器系列产品，它们转换精度高、速度快，内部设有时钟电路和参考电压源，其中AD1674还在片内集成了采样保持器，转换速度也最快，是AD574和AD674的升级换代产品。但价格较高，适用于高精度快速采样系统中。1.D1674的结构特点

D1674ADC0809（1）12位A/D转换器，完成一次12位转换仅需10μS属于高速A/D器件8位A/D转换器，转换速度为100μS（2）内部集成有转换时钟，参考电压源必须外部提供转换时钟。（3）输入模拟电压既可以是单极性的，也可以是双单极性的，且单极性时为0～+10V或0～+20V，双单极性为±5V或±10V。只能转换单极性的0～+5V输入模拟电压（4）内含有采样保持器（5）数字量输出即可以用作8位转换又可以用作12位转换2.AD1674的引脚〔1〕：片选信号端。〔2〕CE：使能端。〔3〕R/：读/转换选择端。该信号为低电平时启动A/D转换，高电平时允许将A/D转换结果读出。〔4〕12/：输出数据格式选择信号端。〔5〕A0：字节选择转换长度控制端。有两种功能：一是用于转换数据长度控制另一种功能是在读出数据时用于输出字节选择AD1674的操作功能表

引脚功能〔6〕STS：转换状态输出端。〔7〕DB0～DB11：数字量输出端。〔8〕VL：逻辑电源。〔9〕VCC：正电源。其范围为+13.5V～+16.5V，典型值为+15V。〔10〕VEE：负电源。其范围为-13.5V～-16.5V，典型值为-15V。〔11〕AGND：模拟电源地。〔12〕DGND：逻辑电源地。〔13〕REFOUT：基准电压输出端。〔14〕REFIN：基准电压输入端。REFOUT通过一定电阻跨接到REFIN用来进行满量程调整。〔15〕10VIN：10V量程模拟电压输入端。在单极性时0～+10V，双极性方式下为±5V。〔16〕20VIN：20V量程模拟电压输入端。在单极性时0～+20V，双极性方式下为±10V。〔17〕BIPOFF：双极性偏移信号输入端。该端加一定的电压用于零点调整。2．AD1674与MCS－51单片机接口说明：给出的是AD1674与8031的一种根本连接电路，采用双极性输入、全控工作方式。8031是8位单片机，AD1674应按8位数据输出方式，12位数据分两次输出，所以12/必须接地。CE由8031的和经与非后产生，用来启动转换和输出转换结果。A0、R/和分别依次P2.5、P2.6和P2.7相连，设地址无关位为“0〞，那么启动12位转换、读取高8位转换结果和读取低4位转换结果的端口地址依次为0000H、4000H和6000H。STS与8031的P3.2相连，用来查询AD1674的工作状态以及发出中断请求信号。图中两个100Ω电阻用于增益调整和零点调整。主程序

MAIN：MOVSP，60H；设置堆栈指针……MOVDPTR，#0000H；=0，R/=0，A0=0MOVX@DPTR，A；启动12位A/D转换MOVIE，#81H；允许〔P3.2〕中断……中断效劳程序INT0：PUSHACC；保护现场PUSHPSWPUSHDPHPUSHDPLMOVDPTR，#4000H；=0，R/=1，A0=0 MOVXA，@DPTR；读取高8位转换结果 MOVR3，A；高8位结果暂存R3 MOVDPTR，#6000H；=0，R/=1，A0=1 MOVXA，@DPTR；读取低4位转换结果 MOVR4，A；低4位结果暂存R4 POPDPL；恢复现场 POPDPH POPPSW POPACC RETI11.2D/A转换器接口D/A转换器的根本工作原理是：通过电阻网络将n位数字量逐位转换成模拟量，经运算器相加，从而得到一个与n位数字量成比例的模拟量。由于计算机输出的数据〔数字量〕是断续的，D/A转换过程也需要一定时间，因此转换输出的模拟量也是不连续的。11.2.1D/A转换根本知识单片机控制对象D/A转换D/A转换器的分类按数据输入方式，D/A转换器有串行和并行两类，输入数据包括8位、10位、12位、14位、16位等多种规格，输入数据位数越多，分辨率也越高；按输出模拟量的性质，D/A转换器分电流输出型和电压输出型两种。电压输出又有单极性和双极性之分，如0～+5V、0～+10V、±2.5V、±5V、±10V等，可以根据实际需要进行选择。11.2.28位通用D/A转换器DAC0832DAC0832是并行输入、电流输出型的通用8位D/A转换器，它具有与微机连接简便、控制方便、价格低廉等优点，被广泛应用于微机系统中。1．结构输出为模拟电流，可转换为电压。LE1或LE2=1，当前寄存器的输出跟随输入LE1或LE2=0，锁存数据Iout1Iout2DI0DI78位寄存器DAC8位D/A转换器8位输入寄存器...≥1&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2VrefRFBAGNDDGNDVCC≥1引脚功能ILE：输入锁存允许信号，高电平有效。：输入存放器选择信号，低电平有效。：写信号1，输入存放器写选通信号，低电平有效。输入锁存器的锁存信号LE1由ILE、、的逻辑组合产生。当ILE为高电平，和，同时为低电平时，LE1为高电平，输入存放器的输出随输入变化；当变成高电平时，LE1变为低电平，输入数据被锁存在输入存放器中。：写信号2，即DAC存放器的写选通信号，低电平有效。：数据传送控制信号，低电平有效。DAC存放器的锁存信号LE2由、的逻辑组合产生，当和同时为低电平时，LE2为1，DAC存放器的输出随它的输入而变化；当变为高电平后，LE2变为0，LE2的负跳变将输入存放器中的数据锁存在DAC存放器中。引脚功能DI0～DI7：8位数字输入端，，DI0为最低端，DI7为最高端。Iout1：DAC电流输出端1，为数字输入端逻辑电平为1的各位输出电流之和。DAC存放器内容随输入端代码线性变化，DAC存放器的内容为全1时，Iout1最大；全为0时，Iout1最小。Iout2：电流输出端2。Iout2等于常数减去Iout1，即Iout1+Iout2=常数。此常数对应于一固定基准电压的满量程电流。RFB：反响电阻。反响电阻被制作在芯片内部，用作DAC提供输出电压的运放的反响电阻。Vref：基准电源输入端。Vref一般在-10～10V范围内，由外电路提供。Vcc：逻辑电源输入端，取值范围为+5～+15V，+15V最正确。AGND：模拟地，为芯片模拟电路接地点。DGND，数字地，为芯片数字电路接地点。ILE，WR1：控制输入寄存器ILE=1，WR1=0时：直通ILE=1，WR1=1时：锁存DAC0832可以有三种工作形式：直通、单级缓冲、双缓冲。XFER，WR2：控制DAC寄存器XFER=0，WR2=0时：直通XFER=1orWR2=1时：锁存3．DAC0832与MCS－51的连接

DI0DI78位存放器DAC8位D/A转换器8位输入锁存器...≥1&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2Iout1Iout2VrefRFBAGNDDGNDVCC≥1〔1〕直通方式直通方式是指两个数据输入存放器都处于开通状态，即所有有关的控制信号都处于有效，输入存放器和DAC存放器中的数据随DI0～DI7的变化而变化，也就是说，输入的数据会被直接转换成模拟信号输出。这种方式在微机控制系统中很少采用。(2)单缓冲方式

单缓冲方式是指两个数据输入存放器中只有一个处于受控选通状态，而另一个那么处于常通状态，或者虽然是两级缓冲，但将两个存放器的控制信号连在一起，一次同时选通。单缓冲方式适用于单路D/A转换或多路D/A转换而不必同步输出的系统中，单缓冲方式的接口——两个输入存放器同时受控的方式“同时〞做何解释?+5VAVout8051P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7

P2.7WRDAC0832VccILEVrefRfbIout1Iout2AGNDDGNDDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7CSXFERWR1WR2+转换程序DAC0832作为了8031的一个并行输出口，假设假设无关地址线为1，那么其地址为7FFFH。如果把一个8位数据#data写入7FFFH，也就实现了一次D/A转换，输出一个与#data对应的模拟量。MOVDPTR，#7FFFH；P2.7=0，选中DAC0832芯片MOVA，#data；待转换数据送累加器AMOVX@DPTR，A；写入0832，进行一次转换输出单缓冲方式的应用

——产生锯齿波源程序清单如下： ORG0200 MOVDPTR，#7FFFH；指向输入存放器地址 MOVA，#00H；转换初值WW: MOVX@DPTR，A；WR1有效，启动D/A转换 INCA NOP；延时 NOP AJMPWW1/282/283/28254/28255/280产生的锯齿波的过程〔3〕双缓冲方式〔1〕双缓冲方式是指由单片机两次发送控制信号，分时选通DAC0832内部的两个存放器。第一次将待转换数据输入并锁存于输入锁存器中，第二次再将数据从前一级缓冲器写入DAC存放器并送到D/A转换器完成一次转换输出。在要求多路模拟信号同步输出的系统中，必须采用双缓冲方式。按双缓冲方式的要求，设计电路必须能够实现以下两点：一是各路D/A转换器能分别将要转换的数据锁存在自己的输入存放器中；二是各路D/A转换器的DAC存放器能够同时锁存由输入存放器送出的数据，也就实现了同步转换。——两个锁存器都接成受控锁存方式。输入存放器〔1〕地址：7FF8H输入存放器〔2〕地址：7FF9HDAC存放器地址：7FFAH将两个8位数字量#data1和#data2同时转换为模拟量的程序段：MOVDPTR，#7FF8H；指向0832〔1〕的输入存放器MOVA，#data1MOV@DPTR，A；#data1→0832〔1〕输入存放器INCDPTR；指向0832〔2〕的输入存放器MOVA，#data2MOV@DPTR，A；#data2→0832〔2〕输入存放器INCDPTR；指向两个0832的DAC存放器MOV@DPTR，A；启动转换11.2.312位D/A转换器DAC1208及与MCS－51的连接

DAC1208与DAC0832内部结构相似，区别在于DAC1208内部增加了一个4位输入存放器，它和一个8位输入存放器共同组成了12位输入存放器，DAC存放器和D/A转换器也换成了12位。DAC1208内部结构框图

当该引脚为高电平时，两个输入存放器同时被选中，12位数据全部写入存放器；而当为低电平时，那么仅选通4位输入存放器。DAC1208引脚图DAC1208与8位单片机连接必须采用双缓冲方式，这是因为对于12位数据，8位单片机要进行两次数据传送操作才能送至D/A转换器，一次传送8位，一次传送4位。注意：在传送数据时，必须先送高8位，后送低4位，否那么先送的低4位会被后送的高8位破坏。设图中无关的地址位为1，那么高8位输入存放器和低4位输入存放器〔与12位DAC存放器共用〕的地址依次为：FEFFH和FCFFH。设一个12位待转换数据存放在片内RAM的DATA〔数据高8位〕和DATA+1〔数据低4位，放在高半字节〕单元内，完成一次12位D/A转换的程序段：MOVDPTR，#0FEFFH；指向高8位输入存放器MOVA，DATAMOVX@DPTR，AMOVDPTR，#0FCFFH；指向低4位输入存放器MOVA，DATA+1MOVX@DPTR，A；装入12位DAC存放器并启动D/A转换11.3空调的温度控制案例

在空调制冷控制系统中，空调根据环境温度控制压缩机工作，将空气热量带走，环境温度下降，使环境温度保持在人们设定的温度上(调温范围为10℃～30℃)。在空调制冷系统中，利用温度传感器将空气温度转化为电信号，但温度传感器输出的是模拟信号，必须经模数转换器转换为数字信号，才能将温度量值送入单片机系统中，实施控制。11.3.1工作原理及原理图

空调制冷控制系统采集温度的原理图

本案例选用热敏电