二微型计算机接口技术(改)

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1、 第二章 微型计算机接口技术 第二章 微型计算机接口技术 2.1 D/A转换器 2.2 MCS-51和D/A转换器的 接口 2.3 A/D转换器 2.4 MCS-51和A/D转换器的 接口 2.5 数据的采样及保持 2.6 常用输出驱动电路 第二章 微型计算机接口技术 在微机的各种接口中，完成外设信号到微机 所需数字信号转换的，称为模拟数字转换（ A/D转换）器；完成微机输出数字信号到外设 所需信号转换的，称为数字模拟转换（D/A转 换）器。 D/A转换器（Digital to Analog Converter）是 一种能把数字量转换成模拟量的电子器件； A/D转换器（Analog to Di

2、gital Converter）则 相反，它能把模拟量转换成相应的数字量。 在微机控制系统中，经常要用到A/D和D/A转 换器。它们的功能及在实时控制系统中的地 位，如图2-1所示。 第二章 微型计算机接口技术 图2-1 单片机和被控实体间的接口示意 返回本章首页 第二章 微型计算机接口技术 2.1 D/A转换器 2.1.1 D/A转换器的原理 2.1.2 D/A转换器的性能指标 2.1.3 典型的D/A转换器芯片 DAC0832 返回本章首页 第二章 微型计算机接口技术 2.1.1 D/A转换器的原理 D/A转换器有并行和串行两种，在工业 控制中，主要使用并行D/A转换器。 D/A转换器的原

3、理可以归纳为“按权展开 ，然后相加”。因此，D/A转换器内部必 须要有一个解码网络，以实现按权值分 别进行D/A转换。 解码网络通常有两种：二进制加权电阻 网络和T型电阻网络。 第二章 微型计算机接口技术 为了说明T型电阻网络的工作原理，现以四位 D/A转换器为例加以讨论，如图2-2所示。 图2-2 T型电阻网络型D/A转换器 返回本节 第二章 微型计算机接口技术 2.1.2 D/A转换器的性能指标 1. 分辨率 2. 转换精度 3. 偏移量误差 4. 建立时间 返回本节 第二章 微型计算机接口技术 2.1.3 典型的D/A转换器芯片DAC0832 1. DAC0832内部结构 2. 引脚功能

4、 3. DAC0832的技术指标 第二章 微型计算机接口技术 第二章 微型计算机接口技术 1. DAC0832内部结构 DAC0832内部由三部分电路组成，如图2-3所 示。 图2-3 DAC0832原理框图 第二章 微型计算机接口技术 2. 引脚功能 DAC0832芯片为 20引脚，双列直 插式封装。其引 脚排列如图2-4所 示。 （1）数字量输 入线D7D0（8条 ） （2）控制线（5 条） （3）输出线（3 条） （4）电源线（4 条） 图2-4 DAC0832引脚图 第二章 微型计算机接口技术 3. DAC0832的技术指标 DAC0832的主要技术指标： （1）分辨率 8位 （2）电

5、流建立时间1S （3）线性度（在整个温度范围内）8 、9或10位 （4）增益温度系数00002 FS/ （5）低功耗 20mW （6）单一电源+5 +15V 第二章 微型计算机接口技术 因DAC0832是电流输出型D/A转换芯 片，为了取得电压输出，需在电流 输出端接运算放大器，Rf为运算放大 器的反馈电阻端。运算放大器的接 法如图2-5所示。 图2-5 运算放大器接法 返回本节 第二章 微型计算机接口技术 第二章 微型计算机接口技术 2.2 MCS-51和D/A转换器的接口 2.2.1 DAC0832的应用 2.2.2 MCS-51和8位DAC的接 口 2.2.3 MCS-51和12位DAC

6、的接 口 返回本章首页 第二章 微型计算机接口技术 2.2.1 DAC0832的应用 1. 单极性输出 2. 双极性输出 第二章 微型计算机接口技术 1. 单极性输出 在需要单极性输出的情况下，可以采用图2-6所示 接线。 图2-6 单极性DAC的接法 第二章 微型计算机接口技术 2. 双极性输出 在需要双极性输出的情况下，可以 采用图2-7所示接线。 图2-7 双极性DAC的接法 第二章 微型计算机接口技术 2.2.2 MCS-51和8位DAC的接口 1. 直通方式 2. 单缓冲方式 3. 双缓冲方式 第二章 微型计算机接口技术 1. 直通方式 第二章 微型计算机接口技术 2. 单缓冲方式

7、所谓的单缓冲方式就是使DAC0832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。在实际应用 中，如果只有一路模拟量输出。单缓冲方 式接线如图2-9所示。 图2-9 DAC0832单缓冲方式接口 第二章 微型计算机接口技术 解：由图2-9可以看出，DAC0832采用的是单缓冲 单极性的接线方式，它的选通地址为7FFFH。 锯齿波程序： ORG0000H MOVDPTR，#7FFFH；输入寄存器 地址 CLRA；转换初值 LOOP：MOVX DPTR，A；D/A转换 INCA；转换值增量 NOP；延时 NOP NOP SJMPLOOP END 第二章 微型计算机接口技术

8、第二章 微型计算机接口技术 第二章 微型计算机接口技术 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。双缓冲方式 DAC0832的连接如图2-11所示。 第二章 微型计算机接口技术 第二章 微型计算机接口技术 图2-11 DAC0832的双缓冲方式接口 第二章 微型计算机接口技术 2.3 A/D转换器 2.3.1 逐次逼近式A/D转换器的工作原理 2.3.2 A/D转换器的性能指标 2.3.3 典型的A/D转换芯片ADC0809 返回本章首页 第二章 微型计算机接口技术 2.3.1 逐次逼近式A/D转换器的工作原理 逐次逼近式A/D转换器是一种采用对

9、分搜索 原理来实现A/D转换的方法，逻辑框图如图2- 17所示。 图2-17 逐次逼近式A/D转换器逻辑框图 返回本节 第二章 微型计算机接口技术 2.3.2 A/D转换器的性能指标 1. 转换精度 2. 转换时间 3. 分辨率 4. 电源灵敏度 返回本节 第二章 微型计算机接口技术 2.3.3 典型的A/D转换芯片 ADC0809 1. ADC0809的内部逻辑结构 8路A/D转换器8路模拟量开关ADC0809的内 部逻辑结构如图2-18所示。 第二章 微型计算机接口技术 2. 引脚结构 ADC0809采用双列直插式封装，共有28条引 脚。其引脚结构如图2-19所示。 图2-19 ADC08

10、09引脚图 第二章 微型计算机接口技术 引脚结构 （1）IN7IN0：8条模拟量输入通 道 （2）地址输入和控制线：4条 （3）数字量输出及控制线：11条 （4）电源线及其他：5条 第二章 微型计算机接口技术 表2-1 被选通道和地址的关系 返回本节 第二章 微型计算机接口技术 2.4 MCS-51和A/D转换器的接口 2.4.1 MCS-51和ADC0809的接 口 2.4.2 MCS-51对AD574的接口 返回本章首页 第二章 微型计算机接口技术 第二章 微型计算机接口技术 第二章 微型计算机接口技术 2.4.1 MCS-51和ADC0809的接口 ADC0809和8031的接线如图2-

11、20所 示。 图2-20 ADC0809和8031接线图 第二章 微型计算机接口技术 例2.5 如图2-20所示，试用查询和中断两种方式编写程 序，对IN5通道上的数据进行采集，并将转换结果送入内 部RAM20H单元。 解：中断方式程序清单： ORG0000H MOVDPTR，#7FF5H MOVX DPTR，A；启动A/D转换 SETBEA SETBEX1；开外中断1 SETBIT1；外中断请求信号为下跳沿触发方式 LOOP：SJMPLOOP ；等待中断 END 第二章 微型计算机接口技术 中断服务程序： ORG0013H ；外中断1的入口地址 LJMP1000H ；转中断服务程序的入口地

12、址 ORG1000H MOVXA，DPTR ；读取A/D转换数据 MOV20H，A；存储数据 RETI；中断返回 第二章 微型计算机接口技术 查询方式程序清单： ORG0000H MOVDPTR，#7FF5H MOVXDPTR，A ；启动A/D转换 LOOP：JBP3.3，LOOP ；等待转换结束 MOVXA，DPTR ；读取A/D转换数据 MOV 20H，A；存储数据 END 第二章 微型计算机接口技术 例2.6 如图2-21所示，试编程对8个模拟通道 上的模拟电压进行一遍数字采集，并将采集 结果送入内部RAM以30H单元为始地址的输 入缓冲区。 图2-21 8031和ADC0809的接口

13、第二章 微型计算机接口技术 解：从图中可以看出，接线方式为中断方式 。ADDA、ADDB和ADDC三端接8031的P0.0 、P0.1 和P0.2，故通道号是通过数据线来选择 。 程序清单： ORG0000H MOVR0，#30H；数据区始地址送R0 MOVR7，#08H；通道数送R7 MOVR6，#00H；IN0地址送R6 MOVIE，#84H；开中断 SETBIT1；外中断请求信号为下跳沿触发方式 MOVR1，#0F0H；送端口地址到R1 MOVA，R6 ；IN0地址送A MOVX R1，A；启动A/D转换 LOOP：SJMPLOOP ；等待中断 END 第二章 微型计算机接口技术 中断服

14、务程序： ORG0013H；外中断1的入口地址 AJMP1000H；转中断服务程序的入口地址 ORG1000H MOVXA，R1；读入A/D转换数据 MOVR0，A；将转换后的数据存入数据区 INCR0；数据区指针加1 INCR6；模拟通道号加1 MOVA，R6；新的模拟通道号送A MOVXR1，A；启动下一通道的A/D转换 DJNZR7，LOOP1；8路采样未结束，则转向 LOOP1 CLREX1；8路采样结束，关中断 LOOP1：RETI；中断返回 返回本节 第二章 微型计算机接口技术 第二章 微型计算机接口技术 第二章 微型计算机接口技术 2.4.2 MCS-51对AD574的接口 （1

15、）引脚功能 AD574为28脚双列直插式封装，引 脚排列如图2-22所示。 图2-22 AD574引脚图 第二章 微型计算机接口技术 （2）结构特点 AD574内部集成有转换时钟，参考电 压源和三态输出锁存器，因此使用方便 ，可直接和微机接口，不需要外接时钟 电路。 ADC0809的输入模拟电压为0+5V ，是单极性的。而AD574的输入模拟电 压既可是单极性也可是双极性。 AD574的数字量的位数可以设定为8 位，也可设定为12位。 第二章 微型计算机接口技术 2. 8031和AD574的接口 图2-23表示出了AD574与8031单片机的接口电 路。 图2-23 AD574与8031接口电

16、路 第二章 微型计算机接口技术 2.5 数据的采样及保持 2.5.1 多路转换开关 2.5.2 数据采样定理 2.5.3 采样/保持器 返回本章首页 第二章 微型计算机接口技术 有关信号几个概念 采样与保持 0t f(t) (a) 0t f(t) (b) 0t f(t) (c) 0t f(t) (d) (d) 离散数字信号 (a) 连续时间信号 (b) 离散模拟信号（采样信号） (c) 连续时间量化信号 第二章 微型计算机接口技术 采样与保持 采样：把时间上连续的信号转换成时间上离散的脉冲或 数字序列的过程。 保持：将离散的采样信号恢复到原连续信号的过程。 第二章 微型计算机接口技术 计算机控制系统的信号变换 CPUD/A A/D 保持器被控对象 采样器 A/D采样器 连续模拟离散模拟 离散数字 离散数字 离散模拟连续模拟 连续模拟 离散模拟离散数字 采样器和A/D转换器的功能由输入通道完成；D/A转换器 和保持器的功能由输出通道的模拟输出部件来完成。 采样器、保持器和作为控制的计算机的结构形式和控制规