第8章MCS51与DA和AD的接口

1单片机原理及其应用第8章MCS-51与D/A、A/D接口主要内容8.1MCS-51单片机与ADC的接口8.2MCS-51单片机与DAC的接口D/A转换器D/A转换器A/D转换器A/D转换器8.1MCS-51单片机与ADC的接口单片机测控系统单片机各种现场被测量传感器1传感器2传感器3放大器1放大器2放大器3多路模拟开关8.1MCS-51单片机与ADC的接口8.1.1A/D转换器概述实现模拟量变换成数字量的器件称A/D转换器.常用的有逐次比较式A/D和双积分式A/D.常用的逐次比较式A/D有ADC0809、ADC574、ADC1210等.常用的双积分式A/D有MC14433(3位半)、ICL7135(4位半)、ICL7109(12位二进制)、ICL7104(16位二进制)等等8.1MCS-51单片机与ADC的接口2、A/D转换器的主要性能指标①分辨率：指A/D转换器可转换成数字量的最小电压，是反映A/D转换器对最小模拟输入值的敏感度.通常是用A/D的位数来表示，比如8位、10位、12位等，所以，A/D转换器的输出数字量越多。其分辨率越高。如：8位ADC满量程为5V,则分辨率为5000mV/256=20mV，也就是说当模拟电压小于20mV，ADC就不能转换了

所以分辨率一般表示式为：分辨率=Vref/2位数（单极性）或分辨率=（V+ref-V-ref)/2位数（双极性）8.1MCS-51单片机与ADC的接口②转换时间：指从输入启动转换信号到转换结束，得到稳定的数字量输出的时间。一般转换速度越快越好（特别是动态信号采集）。超高速（转换时间<1ns）、高速（转换时间<1µs）、中速（转换时间<1ms）低速（转换时间<1s)等。如果采集对象是动态连续信号，要求f采≥2f信，也就是说必须在信号的一个周期内采集2个以上的数据，才能保证信号形态被还原，这就是“最小采样”原理。若f信=20kHz，则f采≥40kHz，其转换时间要求≤25µs.8.1MCS-51单片机与ADC的接口③转换精度：有绝对精度和相对精度绝对精度——指实际需要的模拟量与理论上的模拟量之差。相对精度——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。精度和分辨率不能混淆.8.1MCS-51单片机与ADC的接口④线性度：当模拟量变化时，A/D转换器输出的数字量，按比例变化的程度⑤量程：指能够转换的电压的范围0～5V0～10V⑥工作温度范围较好的A／D转换器工作温度范围为-40--85℃较差的A／D转换器工作温度范围为0--70℃8.1MCS-51单片机与ADC的接口8.1.2ADC0809与单片机接口1、ADC0809是一种常用的8位逐次比较式A/D.下图是ADC0809的内部结构图2、引脚图8.1MCS-51单片机与ADC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

22

21

20

19

18

17

16

15

2

ADDCADDBADDA选择通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN78.1MCS-51单片机与ADC的接口3ADC0809的工作流程

START/ALE

地址锁存

ADDA/B/C

EOC

OE

D0~D7

转换结束

读取结果

DATA

启动8.1MCS-51单片机与ADC的接口①

输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中，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较器。②

送START一高脉冲，START的上升沿使逐次逼近寄存器复位，下降沿启动A/D转换，并使EOC信号为低电平。③

当转换结束时，转换的结果送入到输出三态锁存器，并使EOC信号回到高电平，通知CPU已转换结束。④

当CPU执行一读数据指令，使OE为高电平，则从输出端D0~D7读出数据。8.1MCS-51单片机与ADC的接口4、ADC0809与8051接口P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEWR

P2.7RDINTO+++5VGNDD0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTARTOEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

VREF+VREF-ADC08098051分频器00011100110IN0:0000HIN1:0001HIN2:0002HIN3:0003HIN4:0004HIN5:0005HIN6:0006HIN7:0007H8.1MCS-51单片机与ADC的接口设接口电路用于一个8路模拟量输入的巡回检测系统，使用中断方式采样数据，把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H~37H单元中。采样完一遍后停止采集。汇编语言编程：ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPINT0ORG0100H；主程序MAIN:MOVR0，#30H；设立数据存储区指针MOVR2，#08H；设置8路采样计数值SETBIT0；设置外部中断0为边沿触发方式SETBEA；CPU开放中断SETBEX0；允许外部中断0中断MOVDPTR，#0000H；送入口地址并指向IN08.1MCS-51单片机与ADC的接口LOOP：MOVX@DPTR，A；启动A/D转换，A的值无意义HERE：SJMPHERE；等待中断ORG0200H；中断服务程序INT0：MOVXA，@DPTR；读取转换后的数字量MOV@R0，A；存入片内RAM单元INCDPTR；指向下一模拟通道INCR0；指向下一个数据存储单元DJNZR2，NEXT；8路未转换完，则继续CLREA；已转换完，则关中断CLREX0；禁止外部中断0中断RETI；中断返回NEXT：MOVX@DPTR，A；再次启动A/D转换RETI；中断返回8.1MCS-51单片机与ADC的接口C语言编程：#include<reg51.h>#include<absacc.h>//定义绝对地址访问#defineucharunsignedchar#defineIN0XBYTE[0x0000]//定义IN0为通道0的地址staticuchardatax[8];//定义8个单元的数组，存放结果ucharxdata*ad_adr;//定义指向通道的指针uchari=0;8.1MCS-51单片机与ADC的接口voidmain(void){IT0=1;//初始化EX0=1;EA=1;i=0;ad_adr=&IN0;//指针指向通道0*ad_adr=i;//启动通道0转换for(;;){;}//等待中断}8.1MCS-51单片机与ADC的接口voidint_adc(void)interrupt0//中断函数{x[i]=*ad_adr;//接收当前通道转换结果i++;ad_adr++;//指向下一个通道if(i<8){*ad_adr=i;//8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}}8.2.1D/A转换器概述一．D/A转换器的性能指标1．分辨率2．精度3．线性度4．温度灵敏度5．建立时间二．D/A转换的分类按输入数字量的位数分：8位、10位、12位和16位等；按输入的数码分：二进制方式和BCD码方式；按传送数字量的方式分：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。8.2MCS-51单片机与DAC的接口分辨率是指D/A转换器所能产生的最小模拟量的增量，是数字量最低有效位(LSB)所对应的模拟值。例：8位D/A转换器的分辨率为满量程信号值的1/256。建立时间是指从数字量输入端发生变化开始，即从全0变为全1，到模拟输出稳定在满量程的±1/2LSB时所需要的时间，它是描述D/A转换器转换速率快慢的一个参数。三．D/A转换器与单处机的连接1．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：①位数:当高于8位的D/A转换器与8位数据总线的MCS-51单片机接口时，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送的格式和输出电压的“毛刺”问题；

②D/A转换器有无输入锁存器:当D/A转换器内部没有输入锁存器时，必须在单片机与D/A转换器之间增设锁存器或I/O接口。2．地址线的连接一般的D/A转换器只有片选信号，而没有地址线。这时单片机的地址线采用全译码或部分译码，经译码器输出来控制D/A转换器的片选信号，也可由某一位I/O线来控制D/A转换器的片选信号。3．控制线的连接

D/A转换器主要有片选信号、写信号及启动转换信号等，一般由单片机的有关引脚或译码器提供。8.2MCS-51单片机与DAC的接口8.2.2MCS-51与8位DAC0832的接口一．DAC0832芯片

DAC0832是一种电流型D/A转换器，数字输入端具有双重缓冲功能，可以双缓冲、单缓冲或直通方式输入，它的内部结构如图。8.2MCS-51单片机与DAC的接口与与与DI0~DI7ILECSWR1WR2XFER输入寄存器DAC寄存器D/A转换器LE1LE2VREFRfbIOUT1IOUT2AGNDVCCDGNDDAC0832二．DAC0832的引脚DAC0832有20引脚，采用双列直插式封装，如图所示。CSWR1AGNDDI3DI2DI2DI0VREFRFBDGNDVCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT21234567891020191817161514131211其中：DI0～DI7（DI0为最低位）：8位数字量输入端。ILE：数据允许控制输入线，高电平有效。片选信号。写信号线1。8.2MCS-51单片机与DAC的接口：写信号线2。：数据传送控制信号输入线，低电平有效。IOUT1：模拟电流输出线1。它是数字量输入为“1”的模拟电流输出端。IOUT2：模拟电流输出线2，它是数字量输入为“0”的模拟电流输出端，采用单极性输出时，IOUT2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，用作外接的运算放大器的反馈电阻。VREF：基准电压输入线。电压范围为－10V～＋10V。VCC：工作电源输入端，可接＋5V～＋15V电源。AGND：模拟地。DGND：数字地。三．DAC0832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。8.2MCS-51单片机与DAC的接口8.2MCS-51单片机与DAC的接口1．直通方式：Vout-VCCILECSWR1DI0~DI7WR2XFERDGNDAGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V--5V--A+-P2.7WRP1.0~P1.780512．单缓冲方式：8.2MCS-51单片机与DAC的接口Vout-VCCILECSWR1DI0~DI7WR2XFERDGNDAGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V--5V--A+-P2.7WRP0.0~P0.78051DA转换器的地址：7FFFH3．双缓冲方式：8.2MCS-51单片机与DAC的接口P2.7P2.6WRP0.0~P0.78051

Vout-VCCILECSXFERWR1WR2DI0~DI7DGNDAGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V--5V--A+-单片机对DA转换器的操作分两步进行：①使8位输入锁存器导通地址：7FFFH②使8位DAC寄存器导通地址：BFFFH四．DAC0832的应用

D/A转换器在实际中经常作为波形发生器使用，通过它可以产生各种各样的波形。

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一特点，通过程序控制CPU向D/A转换器送出随时间呈一定规律变化的数字，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形。8.2MCS-51单片机与DAC的接口例1:根据单缓冲的方式连接，编程从DAC0832输出端分别产生锯齿波、三角波和方波。DAC0832的口地址为7FFFH。锯齿波MOVDPTR，#7FFFHCLRALOOP：MOVX@DPTR，AINCASJMPLOOP三角波MOVDPTR，#7FFFHCLRALOOP1：MOVX@DPTR，AINCACJNEA，#0FFH，LOOP1LOOP2：MOVX@DPTR，ADECAJNZLOOP2SJMPLOOP1方波MOVDPTR，#7FFFHLOOP：MOVA，#00HMOVX@DPTR，AACALLDELAYMOVA，#FFHMOVX@DPTR，AACALLDELAYSJMPLOOPDELAY：MOVR7，#0FFHDJNZR7，$RET8.2MCS-51单片机与DAC的接口C语言编程：锯齿波：#include<absacc.h>//定义绝对地址访问#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]voidmain(){uchari;while(1){for(i=0;i<0xff;i++)

{DAC0832=i;}}}8.2MCS-51单片机与DAC的接口#include<absacc.h>//定义绝对地址访问#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]voidmain(){uchari;while(1){for(i=0;i<0xff;i++)

{DAC0832=i;}for(i=0xff;i>0;i--){DAC0832=i;}}}8.2MCS-51单片机与DAC的接口三角波：方波：#include<absacc.h>//定义绝对地址访问#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]voiddelay(void);voidmain(){uchari;while(1){8.2MCS-51单片机与DAC的接口DAC0832=0;//输出低电平delay();//延时DAC0832=0xff;//输出高电平delay();//延时}}voiddelay()//延时函数{uchari;for(i=0;i<0xff;i++){;}}8.2MCS-51单片机与DAC的接口习题：利用DAC0832芯片，采用单缓冲方式，产生梯形波，分别用汇编语言和C语言编程实现。梯形波MOVDPTR，#7FFFHCLRALOOP1：MOVX@DPTR，AINCACJNEA，#0FFH，LOOP1MOVX@DPTR,AACALLDELAYLOOP2：MOVX@DPTR，ADECAJNZLOOP2ACALLDELAYSJMPLOOP1DELAY：MOVR7，#0FFHDJNZR7，$RET梯形波：#include<absacc.h>//定义绝对地址访问#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]voiddelay(void);voidmain(){uchari;while(1){

for(i=0;i<0xff;i++)

{DAC0832=i;}

delay();//延时

8.2MCS-51单片机与DAC的接口for(i=0xff;i>0;i--){DAC0832=i;

}delay();}}voiddelay()//延时函数{uchari;for(i=0;i<0xff;i++){;}}设计实例多路数字电压表的设计1多路数字电压表的原理及功能①多路数字式电压表应用系统主要利用A/D转换器②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。③设计时假设待测的输入电压为8路，电压值的范围为0～5V，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。

设计实例多路数字电压表的设计

根据系统的功能要求，控制系统采用AT89C52单片机，