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1、1,第10章 AT89S52单片机与DAC、 ADC的接口,1,2,2,第10章 AT89S52单片机与DAC、ADC的接口 10.1 单片机扩展D/A转换器概述 10.2 单片机扩展并行8位DAC0832的设计 10.2.1 DAC0832简介 10.2.2 单片机与8位D/A转换器0832的接口设计 10.3 AT89S52单片机与12位D/A转换器AD667的接口设计 10.3.1 12位D/A转换器AD667简介 10.3.2 AD667与AT89S51单片机的接口设计 10.3.3 AD667使用中的技术细节 10.4 AT89S51与串行输入的12位D/A转换器AD7543的接 口
2、设计,3,10.4.1 AD7543简介 10.4.2 单片机扩展AD7543的接口设计 10.5 单片机扩展A/D转换器概述 10.6 单片机扩展并行8位A/D转换器ADC0809 10.6.1 ADC0809简介 10.6.2 单片机与ADC0809的接口设计 10.7 AT89S52单片机扩展12位串行ADC-TLC2543的设计 10.7.1 TLC2543的特性及工作原理 10.7.2 单片机扩展TLC2543的设计 10.8 AT89S52与双积分型A/D转换器MC14433的接口 10.8.1 MC14433 A/D转换器简介,4,10.8.2 单片机与MC14433的接口设计
3、10.9 AT89S52单片机与V/F转换器的接口 10.9.1 用V/F转换器实现A/D转换的原理 10.9.2 常用V/F转换器LMX31简介 10.9.3 V/F转换器与单片机的接口设计 10.9.4 V/F转换的应用设计,5,内容概要 在单片机测控系统中，对非电物理量如温度、压力、流量等的测量，须经传感器先转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），然后再将模拟电信号转换成数字量后才能在单片机中进行处理。实现模拟量转换成数字量的器件称为ADC（A/D转换器）。单片机处理完毕的数字量，有时要根据控制需求转换为模拟信号输出。数字量转换成模拟量的器件称为DAC（D/A转换器）。本章从应用的角度
4、，介绍典型的ADC、DAC芯片与AT89S52单片机的接口设计。,6,10.1 单片机扩展D/A转换器概述 单片机只能输出数字量，但是对于某些控制场合，常常需要输出模拟量，例如直流电动机的转速控制。下面介绍单片机如何扩展DAC。 目前集成化的DAC芯片种类繁多，设计者只需要合理选用芯片，了解它们的性能、引脚外特性以及与单片机的接口设计方法即可。由于现在部分单片机芯片中集成了DAC，位数一般在10位左右，且转换速度也很快，所以单片的DAC开始向高的位数和高转换速度上转变。而低端的并行8位DAC，开始面临被淘汰的危险，但是在实验室或涉及某些工业控制方面的应用，低端8位DAC以其优异的性价比还是具有
5、较大的应用空间。,6,7,1D/A转换器简介 购买和使用D/A转换器时，要注意有关D/A转换器选择的几个问题。 （1）D/A转换器的输出形式 D/A转换器有两种输出形式：电压输出和电流输出。电流输出的D/A转换器在输出端加一个运算放大器构成的I-V转换电路，即可转换为电压输出。 （2）D/A转换器与单片机的接口形式 单片机与D/A转换器的连接，早期多采用8位的并行传输的接口，现在除了并行接口外，带有串行口的D/A转换器品种也不断增多，目前多采用较为流行SPI串行接口。在选择单片D/A,7,8,转换器时，要根据系统结构考虑单片机与D/A转换器的接口形式。 2主要技术指标 D/A转换器的指标很多，
6、设计者最关心的几个指标如下。 （1）分辨率 分辨率指单片机输入给D/A转换器的单位数字量的变化，所引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2n之比（n为D/A转换器的二进制位数），习惯上用输入数字,9,量的位数表示。显然，二进制位数越多，分辨率越高，即D/A转换器输出对输入数字量变化的敏感程度越高。例如，8位的D/A转换器，若满量程输出为10V，根据分辨率定义，则分辨率为10V/2n，分辨率为10V/256=39.1mV，即输入的二进制数最低位数字量的变化可引起输出的模拟电压变化39.1mV，该值占满量程的0.391%，常用符号1LSB表示。 同理： 10位D/A转换 1 LSB=9.
7、77mV=0.1%满量程 12位D/A转换 1 LSB=2.44mV=0.024%满量程,9,10,16位D/A转换 1 LSB=0.076mV=0.00076%满量程 使用时，应根据对D/A转换器分辨率的需要来选定D/A转换器的位数。 （2）建立时间 建立时间是描述D/A转换器转换速度的参数，用于表明转换时间长短。其值为从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)LSB（最低有效位）时所需的时间。电流输出的转换时间较短，而电压输出的转换器，由于要加上完成I-V转换的时间，因此建立时间要长一些。快速D/A转换器的建立时间可控制在1s以下。,10,11,（3）转换精度 理想情况下，转换精度与分辨率基
8、本一致，位数越多精度越高。但由于电源电压、基准电压、电阻、制造工艺等各种因素存在误差，严格地讲，转换精度与分辨率并不完全一致。两个相同位数的不同的DAC，分辨率则相同，但转换精度会有所不同。例如，由于制作工艺上的差异，某种型号的8位DAC精度为0.19%，而另一种型号的8位DAC精度为0.05%。 10.2 单片机扩展并行8位DAC0832的设计 美国国家半导体公司的DAC0832芯片是具有两级输入数据寄存器的8位DAC，它能直接与AT89S52单片机连接。,11,12,10.2.1 DAC0832简介 1DAC0832芯片介绍 （1）DAC0832的特性 其主要特性如下。 分辨率为8位。 电
9、流输出，建立时间为1s。 可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入。 单一电源供电（+5V+15V）。 （2）DAC0832的引脚及逻辑结构 DAC0832的引脚如图10-1所示，DAC0832的片内逻辑结构如图10-2所示。,12,13,13,图10-1 DAC0832的引脚,14,图10-2 DAC0832的逻辑结构,15,各引脚的功能如下。 DI0DI7：8位数字信号输入端，与单片机的数据总线P0端口相连，用于接收单片机送来的待转换为模拟量的数字量，DI7为最高位。 ILE=1，CS*=0， WR1*=0时，即M1=1（LE1*=0），待转换的数字量被锁存到第一级“8位输入寄存器”中。 X
10、FER*=0， WR2*=0时，即M3=1（ LE2*= 0），待转换的第一级8位输入寄存器中数字量被锁存到第二级的“8位DAC寄存器”中，并经“8位D/A转换电路” 转换为电流输出。 IOUT1：D/A转换器电流输出1端，输入数字量全为“1”时，IOUT1最大，输入数字量全为“0”时，IOUT1最小。,15,16,IOUT2：D/A转换器电流输出2端，IOUT2 + IOUT1 = 常数。 Rfb：外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻Rfb，根据需要也可外接反馈电阻。 VCC：电源输入端，在+5V+15V范围内。 DGND：数字信号地。 AGND：模拟信号地，最好与基准电压（为模拟信号）共地
11、。 DAC0832内部的三部分电路如图10-2所示。“8位输入寄存器”用于存放单片机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由LE1*=0（M1=1）加以控制；“8位DAC寄存器” 为第二级寄存器，由LE2*= 0（M3=1）控制，用于将“8位输入寄,16,17,存器”输出的数字量锁存，并送入“8位D/A转换电路” 转换，输出和数字量成正比的模拟电流。因此，DAC0832通常需要外接I-V转换的运算放大器电路，才能得到模拟输出电压。 10.2.2 AT89S52单片机与8位D/A转换器0832的接口设计 设计AT89S52单片机与DAC0832的接口电路时，常用单缓冲方式或双缓冲方式的单极性
12、输出。 （1）单缓冲方式 单缓冲方式是指DAC0832内部的两个寄存器有一个处于直通方式，另一个处于受AT89S52单片机控制的锁存方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽是多路模拟量输出,18,但并不要求多路输出同步的情况下，就可采用单缓冲方式。 单缓冲方式的接口电路如图10-3所示。 图10-3所示的是单极性模拟电压输出电路，由于DAC0832是8位（28=256）的D/A转换器，由基尔霍夫定律列出德方程组可解得DAC0832输出电压vo与输入数字量B的关系为:,18,显然，DAC0832输出的模拟电压vo的绝对值与输入的数字量B以及基准电压VREF成正比，且B为0时，vo也为0，
13、B为255时，vo为最大的绝对值输出，且不会大于VREF 。,19,图10-3 单缓冲方式下AT89S52单片机与DAC0832的接口电路,20,20,图10-3中，DAC0832的WR2*和XFER*接地，故DAC0832第二级的“8位DAC寄存器”（见图10-2）工作于直通方式。“8位输入寄存器”受和端控制（ILE 已经为高），而且由译码器输入为FEH时，输出端为低来控制（也可由P2口的某一条口线来控制）。因此，AT89S51单片机执行如下两条指令就可在和上产生低电平信号，使DAC0832接收单片机送来的数字量。,21,21,MOV R0，#0FEH ；DAC的8位输入寄存器端口地址FEH
14、R0 MOVX R0，A ；AT89S51单片机将待转换的数字量送DAC， ；且和译码器FEH输出端有效 现举例说明单缓冲方式下DAC0832的应用。 【例10-1】 DAC0832用作波形发生器。试根据图10-3的电路，分别写出产生锯齿波、三角波和矩形波的程序段。 在图10-3中，运算放大器A输出端Vout直接反馈到Rfb，故这种接线产生的模拟输出电压是单极性的。,22, 锯齿波的产生 ORG 2000H START： MOV R0，#0FEH ；DAC地址FEH R0 MOV A，#00H ；数字量A LOOP： MOVX R0，A ；数字量D/A转换器 INC A ；数字量逐次加1 SJ
15、MP LOOP,22,当输入数字量从0开始，逐次加1进行D/A转换，模拟量与其成正比输出。当A = FFH时，再加1则溢出清0，模拟输出又为0，然后又重新重复上述过程，如此循环，输出的波形就是锯齿波，如图10-4所示。,23,实际上，每一上升斜边要分成256个小台阶，每个小台阶暂留时间为执行后三条指令所需要的时间。因此 “INC A”指令后插入NOP指令或延时程序，则可改变锯齿波频率。,23,图10-4 DAC0832产生的锯齿波输出,24, 三角波的产生 输出的三角波如图11-5所示。,24,图11-5 DAC0832产生的三角波输出,参考程序如下。,25,25,vO, 矩形波的产生 输出的
16、矩形波如图10-6所示。,26,图10-6 DAC0832产生的矩形波输出,27,输出的矩形波如图10-6所示。 DELAY1、DELAY2为两个延时程序，分别决定输出的矩形波高、低电平时的持续宽度。矩形波频率也可用延时方法改变。,27,28,（2）双缓冲方式 多路的D/A转换要求同步输出时，必须采用双缓冲同步方式。此方式工作时，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步完成的。单片机必须通过LE1*来锁存待转换的数字量，通过LE2*来启动D/A转换（见图10-2）。 因此，双缓冲方式下，DAC0832应该为单片机提供两个I/O端口。AT89S52单片机和DAC0832在双缓冲方式下的连接如图10-7所示。,28,29,29,图10-7 单片机和两片DAC0832的双缓冲方式接口电路,30,由图10-7可见，译码器的FDH（即译码器输入为FDH时）和FEH分别为1#与2#DAC0832的第
