单片机应用技术项目教程（C语言版）课件项目六模拟量输入输出设计与实现

教学目的掌握A/D、D/A转换的概念；掌握ADC0808/ADC0809、DAC0832的功能和应用；掌握ADC0808/ADC0809、DAC0832与单片机的连接及编程；掌握结构体数组的应用。一、模/数（A/D

）、数/模（D/A

）转换在单片机实时控制系统中，外界的物理量和执行机构的控制量通常是模拟量。例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量。在单片机内部是离散的数字量。因此单片机的输入输出端需要模数和数模转换。工业生产过程的闭环控制模拟量D/A传感器执行元件A/D数字量数字量模拟量模拟量输入(数据采集)模拟量输出(过程控制)单片机简称ADC。按照转换原理分为：计数式ADC、双积分式ADC、逐次逼近式ADC和并行式ADC。常用的是双积分式ADC、逐次逼近式ADC。双积分式ADC的特点：转换精度高、抗干扰性能好、价格便宜，转换速度慢，一般用于速度要求不高的场合。逐次逼近式ADC的特点：转换精度高、转换速度快（几微秒到几百微秒）。目前最常用。芯片主要有ADC0801~0805（8位，单输入通道）、ADC0808~0809（8位，8输入通道）、ADC0816~0817（8位，16输入通道）等。应用最广泛的是ADC0808~0809。二、认识ADC0808/0809模数转换器

三、ADC0809模数转换器的结构ADC0809是8通道8位的，以逐次逼近原理进行模—数转换的器件；内部有一个8通道模拟多路开关，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；A/D转换后的数据由三态锁存器输出；片内没有时钟，需外接时钟信号。通道选择表

地址码CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7四、ADC0809主要特性8路8位A／D转换器，即分辨率8位；具有转换起停控制端；转换时间为100μs；单个＋5V电源供电；模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准；工作温度范围为-40～＋85摄氏度；低功耗，约15mW。五、ADC0809的引脚功能ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装IN0～IN7：8路模拟量输入端；D0～D7：8位数字量输出端；直接接Px.7~Px.0ADDC、ADDB、ADDA：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路；CLK：时钟脉冲输入端；内部无时钟，需外部提供。单片机的ALE（Fosc的1/6或1/12）加分频电路提供。CLK的时钟信号频率范围是10k~1280khz，通常使用500khz。REF(+)、REF(-)：基准电压；Vcc：电源，单一＋5V；GND：地；ALE：地址锁存允许信号，上升沿时CBA的状态读入锁存器。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。六、ADC0809工作过程首先根据输入的3位地址码，ALE=1，将地址存入地址锁存器中；此地址码经译码选通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。对应程序的编写步骤：START=0;START=1;//复位转换器，读地址码选通输入START=0;//启动A/D转换while(EOC==0); //等待A/D转换结束OE=1; //数据输出允许temp=P0;七、确认转换完成的编程方法A/D转换结束后结果传送给单片机处理，关键问题是如何判断A/D转换结束，方法有三：定时传送方式。转换时间固定的，设计延时子程序。查询方式。软件判断EOC的状态，转换时低电平，结束变高电平。while(EOC==0); 中断方式。把EOC作为中断请求信号，经反相器后送到外部中断0或1引脚。工作模块15模数转换LED显示

模拟量由电位器模拟产生；使用ADC0808/ADC0809模数转换器,将电位器上的模拟量（模拟电压）转换为数字量；把转换结果送到8个LED进行显示（既二进制显示）。模数转换显示电路255/5=二极管状态/电压模数转换显示程序模数转换显示流程图模数转换显示程序开始初始化启动A/D转换A/D转换完成？数据输出延时结束技能训练6-1

采用中断方式完成模数转换设计要求工作模块15是采用查询方式完成模数转换LED显示的，如何采用中断方式实现模数转换LED显示。中断方式模数转换电路设计

中断方式模数转换程序设计

中断方式模数转换电路设计

把转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，经过反相器后送到单片机的INT0引脚，电路其它部分与工作模块15一样。工作模块16数字电压表设计与实现

使用AT89S52单片机，采用动态显示的方式，把8通道模数转换器ADC0808采样的电压值的大小经单片机处理后由数码管显示出来，量程为0-5V，显示格式：X.XXX。数字电压表电路设计

由于需要显示多位，因此数码管采用了较节省I/O口线的动态显示方式。数字电压表程序设计

数码管显示电压值实现分析模数转换采用的是8位的ADC0808，因此其分辨力为5*1/2^8V，即19.6mV。为了得到各位待显示的数字的大小，采取了除法和取余相结合的方式：dat[3]=tmp/10000; /最高位dat[2]=tmp/1000%10;dat[1]=tmp/100%10;dat[0]=tmp/10%10; /最低位

数字电压表控制C语言程序思考：XX.XX显示？技能拓展直流电机转速控制概述：调节直流电机转速最方便有效的调速方法是对电枢（转子线圈）电压进行控制（正比关系）。所以可以通过改变一个周期内接通和断开转子线圈上供电电压的时间，从而改变平均电压，达到控制电机转速的目的。怎样实现？采用PWM（脉冲宽度调制）的方法可以实现平滑调速，转速由脉冲的占空比决定。概念：1、占空比：在一串理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.25。2、PWM：利用半导体器件的导通与关断，把直流电压变成电压脉冲序列加在电枢上，通过控制电压脉冲宽度或周期已达到变压的目的。优点：无极调速系统，启停时对直流系统无冲击，启动功耗低、运行稳定。直流电机转速控制电路设计

直流电机转速控制程序设计：程序演示八、数模转换器概述：数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，它是把数字量转变成模拟量的器件。下面以常用的DAC0832为例讲解。特性：价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，应用广泛。主要特性如下：*分辨率为8位；*电流稳定时间1us；*可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；*只需在满量程下调整其线性度；*单一电源供电（+5V～+15V）；*低功耗，20mW。

1.DAC0832结构框图8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器UREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELE1LE2IOUT1&&&RFB

它由一个8位输入寄存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器三大部分组成。数据输入可以采用两级锁存或单级锁存或直接输入。由数据锁存端控制。数据锁存控制LE＝1，跟随＝0，锁存2.DAC0832引脚功能DI7～DI0：8位输入数据信号。IOUT1：DAC输出电流1。当DAC锁存器中为全1时，IOUT1最大（满量程输出）；为全0时，IOUT1为0。IOUT2：DAC输出电流2。它作为运算放大器的另一个差分输入信号（一般接地）。满足IOUT1+IOUT2＝满量程输出电流。Rfb：反馈电阻（内已含一个反馈电阻）接线端。DAC0832中无运放，且为电流输出，使用时须外接运放。芯片中已设置了Rfb，只要将此引脚接到运放的输出端即可。ILE：输入锁存允许信号，高电平有效。

CS：片选信号，低电平有效。WR1：输入数据选通信号，低电平有效。（上升沿锁存）XFER：数据传送选通信号，低电平有效。WR2：DAC寄存器选通信号，低电平有效。（上升沿锁存）通常两条地线连接一起。

DGND：数字量地线，是控制电路中各种数字电路的零电位。AGND：模拟量地线，是放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位。UREF：参考电压输入。一般此端外接一个精确、稳定的电压基准源。UREF可在-10V至+10V范围内选择。（-5v）UCC：电源输入端（一般取+5V～+15V）。3.DAC0832工作方式当ILE、CS和WR1同时有效时，输入数据DI7～DI0进入输入寄存器；并在WR1的上升沿实现数据锁存。当WR2和XFER同时有效时，输入寄存器的数据进入DAC寄存器；并在WR2的上升沿实现数据锁存。八位D/A转换电路随时将DAC寄存器的数据转换为模拟信号（IOUT1+IOUT2）输出。

DAC0832的使用有双缓冲型、单缓冲型和直通型三种工作方式。（b）单缓冲方式：适合在不要求多片D/A同时输出时。此时只需一次写操作，就开始转换，提高了D/A的数据吞吐量。（a）双缓冲方式：采用二次缓冲方式，可在输出的同时，采集下一个数据，提高了转换速度；也可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。（c）直通方式：输出随输入的变化随时转换。工作模块17信号发生器的设计与实现工作任务:利用单片机和DAC0832设计信号发生器，实现锯齿波模拟量的输出。电路设计：程序设计：1、产生原理2、定义扩展的I/O地址及片外RAM地址3、延时时间不同，波形周期不同，锯齿波的斜率就不同。时间越长，斜率越小，周期长。4、演示、扩展C语言结构体类型

结构体与前面介绍过的数组一样，是一种构造类型的数据，它是将若干个不同类型的数据变量有序地组合在一起而形成的一种数据的集合体。组成该集合体的各个数据变量称为结构成员。整个集合体使用一个单独的结构变量名。一般来说结构中的各个变量之间是存在某些关系的，如时间数据中的时、分、秒等。结构体类型的定义

定义一个结构体类型的一般形式为：struct结构体名{成员项列表};其中“struct”是关键字，作为定义结构体类型的标志；“结构体名”由用户自行定义；“成员列表”为该结构体中的各个成员，由于结构体可以由不同类型的数据组成，因此对结构体中各成员都要进行数据类型的说明。结构体类型变量的定义

结构体定义好以后，就可以指明该结构体的具体对象，即定义该种类型的变量，结构体类型变量的定义主要有如下三种方式：先定义结构体类型，再定义变量名在定义结构体类型的同时定义结构体变量名直接定义结构体变量先定义结构体类型，再定义变量名定义一个表示时间的结构体类型。structtime{

unsignedcharhour;

unsignedcharminute;

unsignedcharsecond;};定义好一个结构体后，就可以用它来定义结构体变量。一般格式为：struct结构体名结构体变量名1，结构体变量名2，...结构体变量名n；用结构体time来定义时间的结构体变量：structtimetime1;结构体变量time1具有structtime类型的结构，可以使用该结构体中的数据。定义结构体类型的同时定义结构体变量名一般格式为：struct结构体名{成员列表}结构体变量名1，结构体变量名2，...结构体变量名n；

直接定义结构体变量

一般格式如下：struct{成员列表}结构体变量名1，结构体变量名2，...结构体变量名n;第三种方法直接省略了结构体名，一般不提倡。结构体变量的引用

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