《单片机原理与应用及C51程序设计课件第八章 MCS-51与DA、AD的接口》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机原理与应用及C51程序设计课件第八章 MCS-51与DA、AD的接口(24页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 MCS-51与D/A、A/D的接口,8.1 MCS-51单片机与ADC的接口,8.1.1 A/D转换器概述,一A/D转换器的类型及原理,A/D转换器(ADC)的作用是把模拟量转换成数字量,以便于计算机进行处理。 随着超大规模集成电路技术的飞速发展,现在有很多类型的A/D转换器芯片,不同的芯片,它们的内部结构不一样,转换原理也不同,各种A/D转换芯片根据转换原理可分为计数型A/D转换器、逐次比较式、双重积分型和并行式A/D转换器等;按转换方法可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器;按其分辨率可分为416位的A/D转换器芯片。,1计数型A/D转换器,计数型A/D转换器由D/A转换器、计数
2、器和比较器组成,工作时,计数器由零开始计数,每计一次数后,计数值送往D/A转换器进行转换,并将生成的模拟信号与输入的模拟信号在比较器内进行比较,,若前者小于后者,则计数值加1,重复D/A转换及比较过程,依此类推,直到当D/A转换后的模拟信号与输入的模拟信号相同,则停止计数,这时,计数器中的当前值就为输入模拟量对应的数字量。这种A/D转换器结构简单、原理清楚,但它的转换速度与精度之间存在矛盾,当提高精度时,转换的速度就慢,当提高速度时,转换的精度就低,所以在实际中很少使用。,2逐次逼近型A/D转换器,逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、寄存器及控制电路组成部分。与计数型相同,也要
3、进行比较以得到转换的数字量,但逐次逼近型是用一个寄存器从高位到低位依次开始逐位试探比较。转换过程如下:开始时寄存器各位清0,转换时,先将最高位置1,送D/A转换器转换,转换结果与输入的模拟量比较,如果转换的模拟量比输入的模拟量小,则1保留,如果转换的模拟量比输入模拟量大,则1不保留,然后从第二位依次重复上述过程直至最低位,最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的数字量。一个n位的逐次逼近型A/D转换器转换只须要比较n次,转换时间只取决于位数和时钟周期。逐次逼近型A/D转换器转换速度快,在实际中广泛使用。,双重积分型A/D转换器将输入电压先变换成与其平均值成正比的时间间隔,然后再把此时间间隔转换成
4、数字量,它属于间接型转换器。它的转换过程分为采样和比较两个过程。采样即用积分器对输入模拟电压进行固定时间的积分,输入模拟电压值越大,采样值越大,比较就是用基准电压对积分器进行反向积分,直至积分器的值为0,由于基准电压值固定,所以采样值越大,反向积分时积分时间越长,积分时间与输入电压值成正比,最后把积分时间转换成数字量,则该数字量就为输入模拟量对应的数字量。由于在转换过程中进行了两次积分,因此称为双重积分型。双重积分型A/D转换器转换精度高,稳定性好,测量的是输入电压在一段时间的平均值,而不是输入电压的瞬间值,因此它的抗干扰能力强,但是转换速度慢,双重积分型A/D转换器在工业上应用也比较广泛。,
5、3双重积分型A/D转换器,二A/D转换器的主要性能指标,1分辨率,2转换时间,3量程,4转换精度,8.1.2 ADC0809与MCS-51的接口,一ADC0809芯片,ADC0809是CMOS单片型逐次逼近型A/D转换器,具有8路模拟量输入通道,有转换起停控制,模拟输入电压范畴为0+5V,转换时间为100s,它的内部结构如图所示。,二ADC0809的引脚,ADC0809芯片有28个引脚,采用双列直插式封装,如图。,其中: IN0IN7:8路模拟量输入端。 D0D7:8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线,用于选择8路模拟通道中的一路,选择情况见表。,ALE:地址锁存允
6、许信号,输入,高电平有效。 START:A/D转换启动信号,输入,高电平有效。,EOC:A/D转换结束信号,输出。当启动转换时,该引脚为低电平,当A/D转换结束时,该线脚输出高电平。 OE:数据输出允许信号,输入,高电平有效。当转换结束后,如果从该引脚输入高电平,则打开输出三态门,输出锁存器的数据从D0D7送出。 CLK:时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ. REF+、REF-:基准电压输入端。 Vcc:电源,接+5V电源。 GND:地。,三ADC0809的工作流程,ADC0809的工作流程如图所示:,1输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中,经地址译码器译码从8路模
7、拟通道中选通一路模拟量送到比较器。 2送START一高脉冲,START的上升沿使逐次逼近寄存器复位,下降沿启动A/D转换,并使EOC信号为低电平。 3当转换结束时,转换的结果送入到输出三态锁存器,并使EOC信号回到高电平,通知CPU已转换结束。 4当CPU执行一读数据指令,使OE为高电平,则从输出端D0D1读出数据。,四ADC0809与MCS-51单片机的接口,下图是一个ADC0809与8051的一个接口电路图。,1硬件连接,2软件编程,设接口电路用于一个8路模拟量输入的巡回检测系统,使用中断方式采样数据,把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H37H单元中。采样完一遍后停止采集。,汇
8、编语言编程: ORG 0003H LJMP INT0 ORG 0100H ;主程序 MOV R0,#30H ;设立数据存储区指针 MOV R2,#08H ;设置8路采样计数值 SETB IT0 ;设置外部中断0为边沿触发方式 SETB EA ;CPU开放中断 SETB EX0 ;允许外部中断0中断 MOV DPTR,#0000H ;送入口地址并指向IN0 LOOP: MOVX DPTR,A ;启动A/D转换,A的值无意义 HERE: SJMP HERE ;等待中断 ORG 0200H ;中断服务程序 INT0: MOVX A,DPTR ;读取转换后的数字量 MOV R0,A ;存入片内RAM单
9、元 INC DPTR ;指向下一模拟通道 INC R0 ;指向下一个数据存储单元 DJNZ R2,NEXT ;8路未转换完,则继续 CLR EA ;已转换完,则关中断 CLR EX0 ;禁止外部中断0中断 RETI ;中断返回 NEXT: MOVX DPTR,A ;再次启动A/D转换 RETI ;中断返回,C语言编程: #include #include /定义绝对地址访问 #define uchar unsigned char #define IN0 XBYTE0 x0000 /定义IN0为通道0的地址 static uchar data x8; /定义8个单元的数组,存放结果 uchar
10、xdata *ad_adr; /定义指向通道的指针 uchar i=0; void main(void) IT0=1; /初始化 EX0=1; EA=1; i=0; ad_adr= /等待中断 ,void int_adc(void) interrupt 0 /中断函数 xi=*ad_adr; /接收当前通道转换结果 i+; ad_adr+; /指向下一个通道 if (i8) *ad_adr=i; /8个通道未转换完,启动下一个通道返回 else EA=0;EX0=0; /8个通道转换完,关中断返回 ,8.2 MCS-51单片机与DAC的接口,8.2.1 D/A转换器概述,一D/A转换器的性能指
11、标,1分辨率。,2精度,3线性度,4温度灵敏度,5建立时间,二D/A转换的分类,D/A转换器的品种繁多、性能各异。按输入数字量的位数分:8位、10位、12位和16位等;按输入的数码分:二进制方式和BCD码方式;按传送数字量的方式分:并行方式和串行方式;按输出形式分:电流输出型和电压输出型,电压输出型又有单极性和双极性;按与单片机的接口分:带输入锁存的和不带输入锁存的。下面介绍几种常用的D/A转换芯片。,三D/A转换器与单处机的连接,1数据线的连接,D/A转换器与单片机的数据线的连接主要考虑两个问题:一是位数,当高于8位的D/A转换器与8位数据总线的MCS-51单片机接口时,MCS-51单片机的
12、数据必须分时输出,这时必须考虑数据分时传送的格式和输出电压的“毛刺”问题;二是D/A转换器有无输入锁存器的问题,当D/A转换器内部没有输入锁存器时,必须在单片机与D/A转换器之间增设锁存器或I/O接口。,2地址线的连接,一般的D/A转换器只有片选信号,而没有地址线。这时单片机的地址线采用全译码或部分译码,经译码器输出来控制D/A转换器的片选信号,也可由某一位I/O线来控制D/A转换器的片选信号。,3控制线的连接,D/A转换器主要有片选信号、写信号及启动转换信号等,一般由单片机的有关引脚或译码器提供。,8.2.2 MCS-51与8位DAC0832的接口,一DAC0832芯片,DAC0832是一种
13、电流型D/A转换器,数字输入端具有双重缓冲功能,可以双缓冲、单缓冲或直通方式输入,它的内部结构如图。,二DAC0832的引脚,DAC0832有20引脚,采用双列直插式封装,如图所示。,其中: DI0DI7(DI0为最低位):8位数字量输入端。 ILE:数据允许控制输入线,高电平有效。,:片选信号。,:写信号线1。,:写信号线2。,:数据传送控制信号输入线,低电平有效。,IOUT1:模拟电流输出线1。它是数字量输入为“1”的模拟电流输出端。 IOUT2:模拟电流输出线2,它是数字量输入为“0”的模拟电流输出端,采用单极性输出时,IOUT2常常接地。 Rfb:片内反馈电阻引出线,反馈电阻制作在芯片
14、内部,用作外接的运算放大器的反馈电阻。 VREF:基准电压输入线。电压范围为10V10V。 VCC:工作电源输入端,可接5V15V电源。 AGND:模拟地。 DGND:数字地。,三DAC0832的工作方式,DAC0832有三种方式:直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。,1直通方式:,、 、 、 直接接地,ILE接电源,DAC0832工作于直通方式,此时,8位输入寄存器和8位DAC寄存器都直接处于导通状态,8位数字量到达DI0DI7,就立即进行D/A转换,从输出端得到转换的模拟量。,当引脚,2单缓冲方式:,当连接引脚,、 、 、 ,使得两个锁存器的一个处于直通状态,另一个处于受控制状态,或者两个被
15、控制同时导通,DAC0832就工作于单缓冲方式,例如下图就是一种单缓冲方式的连接,对于下图的单缓冲连接,只要数据DAC0832写入8位输入锁存器,就立即开始转换,转换结果通过输出端输出。,3双缓冲方式:,当8位输入锁存器和8位DAC寄存器分开控制导通时,DAC0832工作于双缓冲方式,双缓冲方式时单片机对DAC0832的操作分两步,第一步,使8位输入锁存器导通,将8位数字量写入8位输入锁存器中;第二步,使8位DAC寄存器导通,8位数字量从8位输入锁存器送入8位DAC寄存器。第二步只使DAC寄存器导通,在数据输入端写入的数据无意义。下图就是一种双缓冲方式的连接。,四DAC0832的应用,D/A转
16、换器在实际中经常作为波形发生器使用,通过它可以产生各种各样的波形。它的基本原理如下:利用D/A转换器输出模拟量与输入数字量成正比这一特点,通过程序控制CPU向D/A转换器送出随时间呈一定规律变化的数字,则D/A转换器输出端就可以输出随时间按一定规律变化的波形。,【例8-1】 根据图8.9编程从DAC0832输出端分别产生锯齿波、三角波和方波。 根据单缓冲方式图的连接,DAC0832的口地址为7FFFH。,汇编语言编程: 锯齿波 MOV DPTR,#7FFFH CLR A LOOP:MOVX DPTR,A INC A SJMP LOOP 三角波: MOV DPTR,#7FFFH CLR A LOOP1:MOVX DPTR,A INC A CJNE A,#0FFH,LOOP1 LOOP1:MOVX DPTR,A DEC A JNZ LOOP2,SJMP LOOP1 方波: MOV D