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1、单片机原理及其应用扬州大学 第8章 MCS-51单片机的接口技术 8.1 显示器及其接口 8.2 键盘接口 8.3 D/A转换器及其接口 8.4 A/D转换器及其接口 8.5 打印机接口* 8.6 拨码盘及语音接口* 1 单片机原理及其应用扬州大学 8.3 D/A转换器及其接口 8.3.1 D/A转换器 8.3.2 MCS-51和D/A的接口 2 单片机原理及其应用扬州大学 1D/A转换器的原理 D/A转换器的原理： 把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模 拟量，并通过运算放大器求和相加（如图8-3-2所 示）。 3 单片机原理及其应用扬州大学 图8-3-2 T型电阻网络型D/A转换器 根据
2、克希荷夫定律，如下关系成立： I0=1/2I1 I1=1/2I2 I2=1/2 I3 I3=VREF/2R 4 单片机原理及其应用扬州大学 n位D/A转换器 5 单片机原理及其应用扬州大学 D/A转换器的输出形式 l 电压输出 l 电流输出 输出加运放将电流转为电压。 D/A转换器的输入锁存 l 无锁存器 不能与P0直接相连。 l 有锁存器 能与P0直接相连。 6 单片机原理及其应用扬州大学 2D/A转换器的性能指标 l 分辨率： 分辨率是指D/A转换器的单位数字量引起的模拟 量输出的变化。一般定义为：输出满度与2n的比值。 例如： 8位D/A, 输出满度是5V，分辨率为5/28=19.5mv
3、 l 转换精度： 转换精度指满度校准时，在全量程内，DAC的 实际模拟输出值与理论值的最大相对误差。 l 线性度： 线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线 之间的最大偏移误差。 l 建立时间 ：建立时间是数据变化满刻度时，输出达到终值 (1/2)LSB所需的时间。 7 单片机原理及其应用扬州大学 3DAC0832 l DAC0832内部结构 DAC0832内部由三部分电路组成（图8-3-3）。 “8位 输入寄存器”、“8位DAC寄存器”、“8位D/A转换电路”由8 位T型电阻网络和电子开关组成。 图8-3-3 DAC0832原理框图 8 单片机原理及其应用扬州大学 l引脚功能 DAC08
4、32共有20条引脚，双列直插式封装。 （1）数字量输入线DI7DI0（8条）；（2）控制线（5条） ；（3）输出线（3条）； （4）电源和地线（4条）。 图8-3-4 DAC0832原理框图 9 单片机原理及其应用扬州大学 第一级寄存器选通： ILE=1, CE=0, WR1=0 第二级寄存器选通： WR2=0, XFER=0 10 单片机原理及其应用扬州大学 8.3.2 MCS-51和D/A的接口 1DAC的应用(输出端) l DAC用作单极性电压输出 l DAC用作双极性电压输出（图8-3-5、表8 -3-1） l DAC用作程控放大器（图8-3-6 ） 11 单片机原理及其应用扬州大学
5、+5V 图8-3-4 单极性DAC的接法 12 单片机原理及其应用扬州大学 图8-3-5 双极性DAC的接法 13 单片机原理及其应用扬州大学 2MCS-51与8位DAC的接口(输入端) MCS-51和DAC0832接口时，有三种连接方 式： 直通方式 单缓冲方式 (只有一路模拟量输出,或多路模拟 量输出但不要求同步) 双缓冲方式 (多路模拟量输出且要求同步) 14 单片机原理及其应用扬州大学 图8-3-7 单缓冲方式下的DAC0832(一个直通,一个受控) MOV A, #80H MOV R0, #0FEH MOVX R0,A +5V 15 单片机原理及其应用扬州大学 图8-3-8 DAC产
6、生波形 16 单片机原理及其应用扬州大学 锯齿波 ORG0000H START:MOVR0,#0FEH CLRA LOOP:MOVXR0, A INCA SJMPLOOP END 17 单片机原理及其应用扬州大学 三角波 ORG0000H START:MOVR0,#0FEH CLRA DOWN:MOVXR0, A INCA JNZDOWN UP:DECA MOVXR0, A JNZUP SJMPDOWN END 18 单片机原理及其应用扬州大学 矩形波 ORG0000H START:MOVR0, #0FEH LOOP:MOVA, #33H MOVXR0, A ACALLDELAY1 MOVA,
7、 #0FFH MOVXR0, A ACALLDELAY2 SJMPLOOP END 19 单片机原理及其应用扬州大学 图8-3-9 8031和两片DAC0832的接口（双缓冲方式,数字 量的输入锁存和转换输出分两步） FDH1#DAC0832 输入寄存器地址 FEH2#DAC0832 输入寄存器地址 FFH1#和2# DAC0832 DAC寄存 器地址 20 单片机原理及其应用扬州大学 设8031内部RAM中有两个长度为20的数据块，其起 始地址分别为20H和40H，编出能把20H和40H中的数据 同步从1#和2#DAC0832输出的程序。 程序设计： 设0区R1寄存器指向20H单元,1区R1
8、指 向40H单元，0区R2寄存器存放数据块长度,0区和1区 的R0指向DAC端口地址。 21 单片机原理及其应用扬州大学 ORG0000H DTOUT: MOVR1，#20H；1#DAC数据区指针 MOVR2，#20 ；数据块长度计数器 SETB RS0 ; 切换到1区 MOVR1，#40H；2#DAC数据区指针 CLRRS0; 回0区 NEXT： MOV R0, #0FDH; 1#DAC 输入寄存器地址 MOVA, R1 ；取1#DAC数据指针指向单元中的数据 MOVX R0，A；数据送1#DAC0832输入寄存器 INCR1; 修改1#数据指针 22 单片机原理及其应用扬州大学 SETBR
9、S0；转1区 MOVR0，#0FEH；2#DAC输入寄存器地址 MOVA，R1；取2#DAC数据指针指向单元中的数据 MOVX R0，A；数据送2#DAC0832输入寄存器 INCR1；修改2#数据指针 INCR0; 指向1#，2#DAC端口地址 MOVXR0，A ；启动两片DAC0832同时进行转换 CLRRS0 ；回0区 DJNZR2，NEXT；数据未传送完，继续 LJMPDTOUT END 23 单片机原理及其应用扬州大学 3MCS-51与12位DAC的接口 l DAC1208的内部结构和原理（图8-3-10） l MCS-51和DAC1208的连接（图8-3-11） 24 单片机原理及
10、其应用扬州大学 图8-3-10 DAC1208内部框图 BYTE1/BYTE2=1, 8,4位输入寄存器同时开启 BYTE1/BYTE2=0, 仅4位输入寄存器开启 25 单片机原理及其应用扬州大学 高8位输入寄存器地址 4001H, 先送8位数据 低4位输入寄存器地址 4000H， 再送4位数据 DAC寄存器地址 6000H, 最后再打开DAC寄存器 图8-3-11 8031和DAC1208接口图 26 单片机原理及其应用扬州大学 软件编程 将存在DIGIT和DIGIT+1的12位数据送入DAC1208作D/A转 换。 ORG100H MOVDPTR, #4001H; 8位输入寄 存器地址
11、MOVR1, #DIGIT；高8位数 据地址 MOVA, R1；取数据 MOVX DPTR, A；高8位送 入DAC1208 DECDPL；4位输入寄存器 地址 INC R1；低4位数据地址 MOVA, R1 ；取数据 MOVX DPTR, A ；低4位送入 DAC1208 MOVDPTR, 6000H；DAC寄存 器地址 MOVX DPTR, A；同步作 D/A转换 27 单片机原理及其应用扬州大学 28 单片机原理及其应用扬州大学 8.4 A/D转换器及其接口 8.4.1 A/D转换器概述 8.4.2 逐次逼近式A/D转换器的工作原理 8.4.3 MCS-51和ADC0809的接口 8.4
12、.4 MCS-51和AD574的接口 29 单片机原理及其应用扬州大学 对于一个模拟信号转换成数字信号所要求的 基本部件有： 模拟多路转换器与信号调理电路。 采样/保持电路。 A/D转换器。 通道控制电路。 30 单片机原理及其应用扬州大学 8.4.1 A/D转换器概述 1A/D转换器的分类 31 单片机原理及其应用扬州大学 2. A/D转换器的性能指标 (1) 转换时间: 完成一次模拟量到数字量转换所需的 时间。转换时间的倒数为转换速率。 (2) 分辨率： 用二进制位数n来表示，如8位、12位、 16位等。 分辨率为n位表示它能对满量程输入的12n的增 量做出反映。若n8，满量程输入为5V，
13、则能辨别 的模拟电压增量是 5V2819.5mV。 (3) 转换精度：在满量程内，实际转换值与理想转换 值的最大误差。 32 单片机原理及其应用扬州大学 3. A/D转换器的选用 (1) A/D转换器位数的确定 位数确定即分辨率的确定，决定精度要求。 估算时至少比总精度要求的分辨率高一位。 (2) 转换速率的确定 根据实际需求确定A/D的转换速率。 温度、流量、压力等缓变量的采集可用慢速A/D, 几毫秒上百毫秒。 转速、电流等的采集用几十微秒的A/D。 位数 速度 33 单片机原理及其应用扬州大学 (3) 采样保持器的使用 原则上A/D转换器对模拟信号转换期间，其输入 信号应保持不变，通过采样
14、保持器完成信号保持的功能。 对直流和相对A/D转换速率很慢的信号可以不用 采样保持器。 8位100us的A/D， 在无采保时， 能转换的最高正 弦信号频率为12Hz。 (4) 其他 工作电压 基准电压 串行与并行 34 单片机原理及其应用扬州大学 8.4.2 逐次逼近型ADC基本原理 图8-4-1 逐次逼近ADC原理电路框图 逐次逼近式A/D转换器是一种采用对分搜索原理来实现 A/D转换的方法，逻辑框图如图8-4-1所示。 35 单片机原理及其应用扬州大学 图8-4-2 四位逐次逼近型A/D转换时序 36 单片机原理及其应用扬州大学 8-4-3 ADC0809逻辑框图 8.4.3 MCS-51
15、和ADC0809的接口 1. ADC0809逻辑结构图 OE 37 单片机原理及其应用扬州大学 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8-4-4所示。 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 图8-4-4 ADC0809引脚图 38 单片机原理及其应用扬州大学 被选通道和地址的关系 39 单片机原理及其应用扬州大学 图8-4-5 0809工作时序图 3. 时序图 复位 SAR 启动 转换 锁存通 道地址 实际应用中，ALE与START接在一起。启动A/D转换，用 MOVX DPTR, A。转换结束可查询EOC状态读取结果， 也可EOC产生中断，CPU响应中断后读入结果。 40 单片机原理及其应用扬州大学 4ADC0809与MCS-51单片机的接口电
