《单片机系统设计仿真与应用》课件第6章

6.1A/D和D/A器件工作原理6.2ADC0809数据采集6.3用DAC0832产生任意波形

6.4用DAC0832控制直流电机转速6.5小结习题

6.1.1ADC0809的结构和工作原理

ADC0809是8位逐次逼近式单片A/D转换芯片，可对8路0～5 V的输入模拟电压信号分时进行转换。ADC0809的分辨率为8位，转换时间约100 

s，含锁存控制的8路多路开关，输出有三态缓冲器控制，单5 V电源供电。

1．ADC0809的引脚和内部结构

ADC0809的引脚和内部结构如图6-1所示。6.1A/D和D/A器件工作原理图6-1ADC0809的引脚图和内部结构图

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，其引脚分布如下：

(1)电源线(4条)。

(2)输入线(11条)。

模拟输入中的一路，在ALE有效时被锁存。选通8路模拟输入的真值表如表6-1所示。

(3)输出线(8条)。表6-1ADDA、ADDB、ADDC真值表

2．ADC0809的工作原理

ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。主要控制信号说明如图6-2所示。图6-2ADC0809控制信号6.1.2DAC0832的结构和工作原理

DAC0832是8位双缓冲器A/D转换芯片，可对8路0～5 V的输入模拟电压信号分时进行转换。单电源供电，从+5～+15 V均可正常工作。基准电压的范围为-10～+10 V；电流建立时间为1 ms；CMOS工艺，低功耗20 mW。

1．DAC0832的引脚和内部结构

DAC0832的引脚和内部结构如图6-3所示。图6-3DAC0832的引脚图和内部结构图

DAC0832的输出方式为电流输出：IOUT1+ IOUT2= 常数。

DAC0832是电流输出，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，RFE即为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图6-4所示。

DAC0832输出电压值为-D×VREF/255。其中，D为待转换的8位输入数据。图6-4运算放大器接法

2．DAC0832与8051的接口电路

DAC0832的与CPU的连接可采用三种方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。

1)直通方式

直通方式是指D7～D0上一出现数字量，DAC即可将它们转换成模拟量，见图6-5。图6-5直通方式

2)单缓冲方式

所谓单缓冲方式就是使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，或者说两个输入寄存器同时受控的方式。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的情况，就可采用单缓冲方式。单缓冲方式的电路有多种形式，其中一种接线如图6-6所示。图6-6单缓冲方式

3)双缓冲方式

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。双缓冲DAC0832的连接如图6-7所示。图6-7DAC0832的双缓冲方式连接6.1.3单片机与DAC0832和ADC0809的接口设计

1．原理图设计

单片机与DAC0832和ADC0809的接口原理图如图6-8和图6-9所示。图6-8顶层原理图图6-9ADC/DAC子原理图

2．原理图说明

对于ADC0809和单片机的接口说明：

(1)CLOCK引脚接单片机的端口P3.4，单片机利用定时器在该端口产生固定频率的方波。

(2) ADC0809的转换结果，一方面由单片机读取进行数据处理。

(3)使用了ADC0809的两路输入模拟量，模拟量采用可变电阻调节。对于DAC0832和单片机的接口说明：

(1) DAC0832与8051的连接采用单缓冲方式，两个输入寄存器同时受控。

(2)放大器选用UA741，将电流输出转换为电压输出。

(3) DAC0832的片选信号通过74LS138提供，为使片选信号有效，必须使P2.7和P2.4为高电平。此原理图中所使用的元器件根据其名称可在Proteus中查找得到。6.2.1设计要求

将模拟量转换为数字量，具体要求如下：

(1)共有两路模拟信号，信号电压范围为0～5 V，轮流采集。

(2)将两路模拟信号的转换结果，用LED灯显示，并送数码管显示。

(3)报警功能。分别设定每一路的上限值和下限值，当超过设定界限值时，通过指示灯闪烁或喇叭发声，表示报警。

(4)将采集的数据存入内存。

(5)分别采用查询方式和中断方式实现。6.2ADC0809数据采集6.2.2设计说明

本设计仅完成功能(1)和功能(2)，并采用查询方式实现。

ADC0809的工作过程参见图6-2，下面再作简单说明：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中，此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。6.2.3设计源码

根据程序流程图，可以写出ADC0809采集数据的源程序，如例6-1。图6-10程序流程图【例6-1】ADC0809采集源码。

#include<reg51.h>

#include<absacc.h>

#defineucharunsignedchar

//下面地址定义中包含使能138芯片的信息

#definePA8255XBYTE[0x80fc]//8255端口A的地址

#definePB8255XBYTE[0x80fd]//8255端口B的地址

#definePC8255XBYTE[0x80fe]//8255端口C的地址

#defineCOM8255XBYTE[0x80ff]//8255命令字的地址//ADC0809引脚定义

sbitAD_EOC=P2^1;

sbitAD_selA=P3^2; //只使用2路模拟信号输入

sbitAD_OE=P3^3;

sbitAD_CLK=P3^4;

sbitAD_ST=P3^5;

voiddelay(ucharx);

voidinit_8255(void);/*************采集数据函数：使用AD器件采集数据*****************/

//使用ADC0809采样通道0/1输入模拟信号，转换后进行显示

voidadc_0809(void)

{

ucharled_table[16]={0x3f,0x6,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,

 0x7,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};

//0～F共16个数,用于段控 staticucharcnt=0; //用于交替选择通道0和通道1

uchartmp=0;

if(((cnt++)%2)==0)

{

AD_selA=0;//选择通道0

}

else

{

AD_selA=1; //选择通道1 }

AD_ST=0;AD_ST=1;AD_ST=0; //启动转换

while(AD_EOC==0);//等待转换结束

AD_OE=1;

//允许输出

delay(2);

//下面几行代码将AD转换输出到数码管上

for(tmp=0;tmp<100;tmp++) //显示结果延时一段时间

{ PB8255=0x0f;

PA8255=led_table[(P1&0x0f)]; //读取低4位并显示在一个数码管上

delay(5);

PB8255=0x0e;

PA8255=led_table[((P1>>4)&0x0f)];

//读取高4位并显示在一个数码管上

delay(5);

}

AD_OE=0; //关闭输出}

/*************中断处理函数：使用AD器件采集数据*****************/

//T0定时器中断提供时钟信号，一次定时10/36 ms，作为AD采样时钟：约20 kHz

voidTimer0_Int(void)interrupt1using1

{

AD_CLK=!AD_CLK; //ADC0809采样时钟信号,约20 kHz

}

/*************定时器初始化函数*****************/

voidTime_init(void)

{ TMOD=0x02;TH0=0x6;TL0=0x6;

//定时器模式与初值设定

IE=0x82; //开中断

TR0=1; //启动定时器0

}

/*************main函数：循环采集并显示数据*****************/

voidmain(void)

{ init_8255();

//8255命令字,PA/PB均为输出,PC低4位输入,高4位输出

Time_init();

//定时器初始化,为DA转化提供时钟

while(1)

{

adc_0809();

}

}6.2.4仿真结果

将例6-1编译下载后进行仿真，仿真结果如图6-11和图6-12所示。图6-11数码管上显示的仿真结果从图6-11可以看出，数码管上交替显示FF和80，这是输入的两路模拟量经模数转换器转换后得到的数字量。该数字量也可以由子图中的LED灯表示出来，如图6-12所示，根据图中LED灯的亮灭情况可知，前者代表数值0x80，后者代表数值0xff。图6-12LED灯显示的模数转换结果6.3.1设计要求

设计并输出模拟信号，具体要求如下：

(1)模拟信号为锯齿波，周期为1 s。

(2)模拟信号为正弦波，周期为1 s。

(3)模拟信号为三角波，周期为1 s。

(4)交替产生上述三种波，周期为3 s。6.3用DAC0832产生任意波形6.3.2设计说明

本设计仅完成设计要求(1)，产生锯齿波，周期为1 s。其他设计要求，在理解设计要求(1)的基础上，由读者自行完成。

图6-13为产生锯齿波的流程图。图6-13产生锯齿波的流程图6.3.3设计源码

根据程序流程图，可以写出DAC0832产生锯齿波的源程序，如例6-2。

【例6-2】DAC0832产生锯齿波源码。

#include<reg51.h>

#include<absacc.h>

#defineucharunsignedchar

//下面地址定义中包含使能138芯片的信息

#defineDAC0832XBYTE[0x90ff]//DAC0832的地址

//函数声明

voiddelay(ucharx);/*************使用DA器件生成锯齿波*****************/

//向DAC0832反复递增输出0～255的数字量,经模数转换及电流到电压的转换后输出锯齿波

//输出电压值为：-I/255*VREF

voiddac_0832(void)

{

ucharI=0;

for(I=0;I<255;I++)

{

DAC0832=I;

delay(2);

}

}//主函数

voidmain(void)

{

while(1)

{

//数模转换DAC

dac_0832();

}

}6.3.4仿真结果

将源程序编译下载后进行仿真，仿真结果如图6-14所示。图6-14数字示波器显示的由数拟转换得出的锯齿波6.4.1设计要求

控制直流电机的转速为5档，5档的输入电压分别为：+1 V、+2 V、+3 V、+4 V和+5 V。具体设计要求如下：

(1) 5档转速自动轮换运行，每档转速运行的时间均为2 min。

(2)使用5个按键来控制5档转速，每个按键对应着1档转速，这样当按下某个按键时，则直流电机就以相应的转速运转。

(3)使用一个按键来控制5档转速，系统运行后直流电机首先以1档转速运行。6.4用DAC0832控制直流电机转速6.4.2设计说明

直流电机的转速跟驱动电压值呈线性关系，驱动电压值越大，直流电机的转速也就越高。

本设计仅完成设计要求(1)，5档转速自动轮换运行，每档转速运行的时间均为2 min。设计要求(2)和设计要求(3)则在掌握设计要求(1)和矩阵键盘原理的基础上，很容易实现，设计流程图如图6-15所示。图6-15软件流程图6.4.3设计源码

根据程序流程图，可以写出DAC0832控制直流电机转速的源程序，如例6-3。

【例6-3】DAC0832控制直流电机转速源码。

voiddac_0832_dc(void)

{

ucharI=0;

for(I=0;I<5;I++)

{

DAC0832=255*(I+1)/5;

delay_min(2);//延时2 min

}

}6.4.4仿真结果

将源程序编译下载后进行仿真，仿真结果