51单片机ad、da转换器【精制材料】

1、,在实际系统中，单片机经常要对来自控制现场的各种模拟信号进行采集和处理，如电压、电流等随时间连续变化的电量，或者是温度、压力、流量等随时间连续变化的非电量。单片机要接收这些模拟量，就要通过ADC来实现；如果单片机控制的对象需要模拟量，则要用到DAC。 单片机与模拟外设之间的接口电路称为模拟接口。,第三节 A/D、D/A转换器 一、模拟接口概述,1,实操应用,模拟输入输出系统示意图,传感器 将各种现场的物理量测量出来 并转换成电信号（模拟电压或电流）,放大器 把传感器输出的信号放大到ADC所需 的量程范围,低通滤波器 用于降低噪声、滤去高频干扰， 以增加信噪比,多路开关 把多个现场信号分时地接通

2、到A/D转换器,采样保持器 周期性地采样连续信号， 并在A/D转换期间保持不变,2,实操应用,（一）DAC介绍：数模转换，将一个二进制数字信号转换成与此值成正比的模拟信号。 1DAC结构：DAC芯片上集成有D/A转换电路和辅助电路。 2DAC的参数：描述DA转换器性能的参数很多，主要有以下几个： （1）分辨率(Resolution) （2）偏移误差(OffsetError) （3）精度(Accuracy) （4）转换速率/建立时间(converting speed) （5）温度灵敏度(TemperatureSensitivity),二、DAC及其接口,分辨率反映了数字量在最低位上变化1位时输出

3、模拟量的变化，确定了能由DAC产生的最小模拟量变化，或者是指最小输出电压和最大输出电压之比 。 一般用相对值表示。对于8位DA转换器来说，分辨率为最大输出幅度的039，即为1255。而对于10位DA转换器来说，分辨率可以提高到01，即11 023,取决于DAC的转换位数。,3,实操应用,（一）DAC介绍：数模转换，将一个二进制数字信号转换成与此值成正比的模拟信号。 1DAC结构：DAC芯片上集成有D/A转换电路和辅助电路。 2DAC的参数：描述DA转换器性能的参数很多，主要有以下几个： （1）分辨率(Resolution) （2）偏移误差(OffsetError) （3）精度(Accuracy

4、) （4）转换速度(converting speed) （5）温度灵敏度(TemperatureSensitivity),二、DAC及其接口,偏移误差是指输入数字量为0时，输出模拟量对相对于0的偏移值。这种误差一般可在DA转换器外部用电位器调节到最小。,4,实操应用,（一）DAC介绍：数模转换，将一个二进制数字信号转换成与此值成正比的模拟信号。 1DAC结构：DAC芯片上集成有D/A转换电路和辅助电路。 2DAC的参数：描述DA转换器性能的参数很多，主要有以下几个： （1）分辨率(Resolution) （2）偏移误差(OffsetError) （3）精度(Accuracy) （4）转换速度(

5、converting speed) （5）温度灵敏度(TemperatureSensitivity),二、DAC及其接口,精度为实际模拟输出与理想模拟输出之间的最大偏差。参考电源的波动等因素都会影响精度。注意：精度和分辨率是两个截然不同的参数。分辨率取决于转换器的位数，而精度则取决于转换器和各部件的精度和稳定性。,5,实操应用,（一）DAC介绍：数模转换，将一个二进制数字信号转换成与此值成正比的模拟信号。 1DAC结构：DAC芯片上集成有D/A转换电路和辅助电路。 2DAC的参数：描述DA转换器性能的参数很多，主要有以下几个： （1）分辨率(Resolution) （2）偏移误差(Offset

6、Error) （3）精度(Accuracy) （4）转换速度(converting speed) （5）温度灵敏度(TemperatureSensitivity),二、DAC及其接口,转换速率/建立时间。转换速率实际是由建立时间来反映的。建立时间是指数字量为满刻度值（各位全为1）时，DAC的模拟输出电压达到某个规定值（比如，90%满量程或1/2LSB满量程）时所需要的时间。 建立时间是D/A转换速率快慢的一个重要参数。很显然，建立时间越大，转换速率越低。不同型号DAC的建立时间一般从几个纳秒到几个微秒不等。若输出形式是电流，DAC的建立时间是很短的；若输出形式是电压，DAC的建立时间主要是输出

7、运算放大器所需要的响应时间。,6,实操应用,（一）DAC介绍：数模转换，将一个二进制数字信号转换成与此值成正比的模拟信号。 1DAC结构：DAC芯片上集成有D/A转换电路和辅助电路。 2DAC的参数：描述DA转换器性能的参数很多，主要有以下几个： （1）分辨率(Resolution) （2）偏移误差(OffsetError) （3）精度(Accuracy) （4）转换速度(converting speed) （5）温度灵敏度(TemperatureSensitivity),二、DAC及其接口,温度灵敏度是指输入不变的情况下，输出模拟信号随温度的变化。一般DA转换器的温度灵敏度约为满量程模拟值变

8、化的50X10-6oC。,7,实操应用,3.与单片机接口形式 D/A转换器与单片机接口有2种，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:一是不带锁存器的，另一是带锁存器的。 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,AD7520,AD7521； 而带锁存器的D/A转换器，可以把它看作是一个输出口，可直接在数据总线上，不需另加锁存器，DAC0832、AD7524。,8,实操应用,DAC 0832的结构 DAC 0832的引脚 DAC 0832的接口,（二）DAC0832：8位并行D/A转换器，建立时间1us，CMOS低功耗，电流输出型，,9,实操

9、应用,（1）DAC0832的结构,8位 输入 寄 存 器,8位 DAC 寄 存 器,8位 D/A 转 换 器,DI0,DI1,DI2,DI3,DI4,DI5,DI6,DI7,+,+,ILE,CS,WR1,XFER,WR,VREF,IOUT1,IOUT2,DGND,LE1,LE2,8位输入寄存器由8个D锁存器组成，用来作为输入数据的缓冲寄存器。 它的8个数据输入可以直接和微机的数据总线相连。LE1为其控制输入，LE1=1时，D触发器接收信号，IE1=0时，为锁存状态。,8位DAC寄存器它也由8个D锁存器组成。8位输人数据只有经过DAC寄存器才能送到DA转换器去转换。 它的控制端为LE2，当LE2

10、=1时，输出跟随输入，而当LE2=0时为锁存状态。DAC寄存器的输出直接送到8位DA转换器进行数模转换。,LE1=1的条件： ILE=1，WR1=0，CS=0 LE2=1的条件： WR2=0，XFER=0,Rfb,10,实操应用,（2）DAC0832的引脚,DAC0832是CMOS工艺，双列直插式20引脚。 VCC电源可以在5-15V内变化。典型使用 时用15V电源。 AGND为模拟量地线，DGND为数字量地 线，使用时，这两个接地端应始终连在一起。 参考电压VREF接外部的标准电源，VREF 一般可在+10V到10V范围内选用。,11,实操应用,DAC0832的引脚,8位 输入 寄 存 器,

11、8位 DAC 寄 存 器,8位 D/A 转 换 器,DI0,DI1,DI2,DI3,DI4,DI5,DI6,DI7,+,+,ILE,CS,WR1,XFER,WR2,VREF,IOUT1,IOUT2,DGND,LE1,LE2,DAC0832是CMOS工艺，双列直插式20引脚。 VCC电源可以在5-15V内变化。典型使用 时用15V电源。 AGND为模拟量地线，DGND为数字量地 线，使用时，这两个接地端应始终连在一起。 参考电压VREF接外部的标准电源，VREF 一般可在+10V到10V范围内选用。,DAC0832有两个电流输出端：loutl为DAC电流输出1，当DAC寄存器中为全1时，输出电流

12、最大，当DAC寄存器中为全0时，输出电流为0。lout2为DAC电流输出2，Iout2为一常数与Ioutl之差，即loutl+out2=常数 在实际使用时，总是将电流转为电压来使用，即将Ioutl和lout2加到一个运算放大器的输入。,Rfb,12,实操应用,DAC0832的引脚,8位 输入 寄 存 器,8位 DAC 寄 存 器,8位 D/A 转 换 器,DI0,DI1,DI2,DI3,DI4,DI5,DI6,DI7,+,+,ILE,CS,WR1,XFER,WR2,VREF,IOUT1,IOUT2,DGND,LE1,LE2,DAC0832是CMOS工艺，双列直插式20引脚。 VCC电源可以在5

13、-15V内变化。典型使用 时用15V电源。 AGND为模拟量地线，DGND为数字量地 线，使用时，这两个接地端应始终连在一起。 参考电压VREF接外部的标准电源，VREF 一般可在+10V到10V范围内选用。,DI0DI7是数字量输入信号线。可以直接和微机的数据总线相连。,Rfb,13,实操应用,DAC0832的引脚,8位 输入 寄 存 器,8位 DAC 寄 存 器,8位 D/A 转 换 器,DI0,DI1,DI2,DI3,DI4,DI5,DI6,DI7,+,+,ILE,CS,WR1,XFER,WR2,VREF,IOUT1,IOUT2,DGND,LE1,LE2,DAC0832是CMOS工艺，双

14、列直插式20引脚。 VCC电源可以在5-15V内变化。典型使用 时用15V电源。 AGND为模拟量地线，DGND为数字量地 线，使用时，这两个接地端应始终连在一起。 参考电压VREF接外部的标准电源，VREF 一般可在+10V到10V范围内选用。,ILE：输入锁存允许信号，高电平有效。只有当ILE=1时，输人数字量才可能进入8位输入寄存器。 CS：片选输入，低电平有效。只有当WR1+CS=0时，这片0832才被选中工作。 WR1：写信号1，低电平有效，控制输入寄存器的写入。,Rfb,14,实操应用,DAC0832的引脚,8位 输入 寄 存 器,8位 DAC 寄 存 器,8位 D/A 转 换 器

15、,DI0,DI1,DI2,DI3,DI4,DI5,DI6,DI7,+,+,ILE,CS,WR1,XFER,WR2,VREF,IOUT1,IOUT2,DGND,LE1,LE2,DAC0832是CMOS工艺，双列直插式20引脚。 VCC电源可以在5-15V内变化。典型使用 时用15V电源。 AGND为模拟量地线，DGND为数字量地 线，使用时，这两个接地端应始终连在一起。 参考电压VREF接外部的标准电源，VREF 一般可在+10V到10V范围内选用。,XFER：传送控制信号，低电子有效。控制数据从输入寄存器到DAC寄存器的传送。 WR2：写信号2，低电平有效，控制DAC寄存器的写人。,Rfb,1

16、5,实操应用,（3）DAC0832的接口,8位 输入 寄 存 器,8位 DAC 寄 存 器,8位 D/A 转 换 器,DI0,DI1,DI2,DI3,DI4,DI5,DI6,DI7,+,+,ILE,CS,WR1,XFER,WR2,VREF,IOUT1,IOUT2,DGND,LE1,LE2,DAC0832转换器可以有三种工作方法，即直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。 直通方式：这时两个8位数据寄存器都处于数据接收状态，即LEI和IE2都为1。输人数据直接送到内部DA转换器去转换。 单缓冲方式：这时两个8位数据寄存器中有一个处于直通方式(数据接收状态)，而另一个则受微机送来的控制信号控制。在单缓冲

17、工作方式时，0832中两个数据寄存器有一个处于直通方式，一般都是将8位DAC寄存器置于直通方式。 双缓冲方式：这时两个8位数据寄存器都不处于直通方式，单片机或其他微机必须送两次写信号才能完成一次DA转换。,Rfb,16,实操应用,DAC0832的接口形式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式,LE1LE21 输入的数字数据直接进入D/A转换器,17,实操应用,DAC0832的接口直通方式,直通方式：这时两个8位数据寄存器都处于数据接收状态，即LEI和IE2都为1。因此，IEL =1，而CS、WRl、WR2和XFER为0。输人数据直接送到内部DA转换器去转换。这种方式可用于一些不带微机的控制系统中。

18、,18,实操应用,DAC0832的工作方式：单缓冲方式,LE11，或者LE21， 两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态，p174页例题7-20（两个寄存器同时打开、关闭）,19,实操应用,DAC0832的工作方式：双缓冲方式,两个寄存器都处于受控状态 能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另一个数据，p175页例7-21,20,实操应用,（一）ADC介绍： 1ADC结构：ADC芯片上集成有A/D转换电路和辅助电路。 2ADC的参数：描述DA转换器性能的参数很多。在选用AD转换器时，主要关心的指标是分辨率、转换速度以及输入电压的范围。分辨率主要由位数来决定。转换时间的差别很

19、大，可以在100微秒到几个微秒之间选择。位数增加，转换速率提高，AD转换器的价格也急剧上升。故应从实际需要出发、慎重选择。 3、ADC芯片的引脚,三、ADC及其接口,21,实操应用,ADC0809的结构 ADC0809的引脚 ADC0809的接口,(二)、典型ADC芯片AD0809及其接口: ADC0809是一种8路模拟输入8路数字输出的逐次比较型A/D转换器。目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。,22,实操应用,(1)ADC0809 结构框图,23,实操应用,(2) ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装,IN7IN0：模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性

20、，电压范围05 V，若信号过小还需进行放大。另外，在A/D转换过程中，模拟量输入的值不应变化太快，因此，对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。,24,实操应用,ADDA、ADDB、ADDC：地址线。ADDA为低位地址，ADDC为高位地址，用于对模拟通道进行选择。,(2) ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装,25,实操应用,地址状态与通道相对应的关系表,通道选择表,26,实操应用,(2) ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装,ALE：地址锁存允许信号。在对应ALE上跳沿，ADDA、ADDB、ASSC地址状态送入地址锁存器中。,27,实操应用,(2) ADC0809芯片为

21、28引脚双列直插式封装,START：转换启动信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。,28,实操应用,(2) ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装,D7D0：数据输出线。其为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。,29,实操应用,(2) ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装,OE：输出允许信号。其用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数据。,30,实操应用,(2) ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装,EOC：转换

22、结束状态信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。,31,实操应用,(2) ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装,Vref：参考电源。其典型值为+5 V（Vref (+) =+5 V，Vref(-) =0 V）,32,实操应用,（3）ADC0809与单片机接口技术,ADC0809与单片机转换接口的涉及的主要问题 1）进行通道选择； 2）发启动信号； 3）取回转换结束信号； 4）读取转换的数据； A/D0809转换结果读取方式： 延时读数 查询EOC=1 EOC申请中断,33,实操应用,延时读数方式,对于一种A/D转

23、换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。 例如,ADC0809转换时间为128 s，相当于6 MHz的MCS-51单片机R 64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用这个延时子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 在这种方式下，EOC引脚悬空。,34,实操应用,查询传送方式,单片机启动0809后，延迟10us，检测EOC，若EOC=0则A/D转换没有结束，继续检测EOC，直到EOC=1。当EOC=1时，A/D转换已经结束，单片机读取A/D转换结果。 在这种方式下，EOC必须接到8051的一条I/O线上。,35,实操应用,中断传送方式,

24、单片机启动A/D转换后可以做其它工作，当A/D转换结束时，EOC由0-1经过非门传到INT0/1端，8051收到中断请求信号，若8051开着中断，则进入中断服务程序，在中断服务程序中单片机读取A/D转换的结果。 在这种方式下， EOC必须经过非门接到8051的中断请求输入线INT0或INT1上，8051的中断触发方式为下降沿触发。P179页课本,36,实操应用,ADC0809的应用,ADC芯片主要用于进行数据采集。举例说明数据采集程序的编制方法。,定时方式单路数据采集,查询方式单路数据采集,中断方式单路数据采集,定时方式多路数据采集,37,实操应用,用ADC0809的IN7通道连续采集40个数

25、据，存于内RAM中以50H为起始地址的单元中。试编程。,定时方式单路数据采集,图,MOV R0，#50H ；内RAM首地址 MOV R7，#40 ；采集40个数据 MOV R2,#07H ；通道IN7地址号 MOV DPTR,#0000H ；0809的地址 UP:MOV A,R2 MOVX DPTR,A ；启动A/D转换 LCALL D1MS ；等待A/D转换结束 MOVX A,DPTR ；读取A/D转换结果 MOV R0,A ；存入内RAM INC R0 ；修改内RAM单元地址 DJNZ R7,UP SJMP $,38,实操应用,用ADC0809的IN7通道连续采集40个数据，存于内RAM中以50H为起始地址的单元中。试编程。,查询方式单路数据采集,图,MOV R0，#50H ；内RAM首地址 MOV R7，#8 ；采集