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1、第5章 MC-S51外部并行接口扩展技术 5.5 模拟量输入/输出通道 5.6 开关量输入输出通道设计 5.4 模拟量输入/输出通道5.5.1 D/A转换原理及主要性能指标 5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 5.5.3 A/D转换原理及主要技术指标 5.5.4 MCS51单片机与ADC0809芯片接口设计 5.5.5 A/D与D/A转换电路中的参考电源设计5.4 模拟量输入/输出通道DA转换器(Digital to Analog Converter)是一种能把数字量信号转 换成模拟量信号的电子器件，AD转换器(Analog to Digital Converter) 则
2、是一种能把模拟量信号转换成数字量信号的电子器件。在单片机控制的 应用系统中，经常需要用到模数转换器（AD转换器）和数模转换器（D A转换器）。它们的作用及其在实际控制系统中的应用，如图5.41所示。 由图可见，被控对象的过程信号可以是电量(如电流、电压和开关量等)， 也可以是非电量(如温度、压力、速度和密度等)，其数值是随时间连续变 化的。通常情况下，过程信号是由变送器和各类传感器变换成相应的模拟 电量信号（多为电流信号），然后经图中的多路电子开关汇集再经过IV 转换（电流电压转换）传给AD转换器，由AD转换器转换成相应的数 字量信号送给单片机。单片机对过程信息进行运算和处理，把过程信息进 行
3、输出（如显示、打印等），或输出被控对象的工作状况或故障状况。另 一方面，单片机还把处理后的数字量信号送给DA变换器，再经过VI转 换（电压电流电压转换），对被控系统实施控制和调整，使之始终处于 最佳工作状态。5.4 模拟量输入/输出通道5.4.1 DA转换原理及主要性能指标 5.4.1.1 DA转换的原理 根据转换原理的不同，DA转换器(DAC)可分为权电阻DAC、T型电阻DAC、倒T型电阻DAC、电容型DAC和权电流DAC、脉宽调制(PWM)DAC等。按数据输入的类型不同，DAC又可分为串行DAC和并行DAC。各种DAC的电路结构一般都由基准电源、解码网络、运算放大器和缓冲寄存部件组成。不同
4、DAC的差别主要表现在采用不同的解码网络上。其中T型和倒T型电阻解码网络的DAC具有简单、直观、转换速度快、转换误差小等优点，成为最有代表性、最广泛的DAC。DA转换器的原理很简单，一种典型的说法是：DA转换器能把输人数字量中的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，因此DA转换器内部必须 有一个解码网络，以实现按权值分别进行DA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。在二进制加权电阻网络中，每位二进制位的DA转换是 通过相应位加权电阻实现的，这必然导致加权电阻值差别极 大，尤其在DA转换器位数较大时更不能容忍。例如，12位 的DA转换器，则最高位加
5、权电阻为10k时的最低位加权 电阻应当是10kX 21120M。这么大的电阻值在当今的技 术中是很难在D/A转换器中精确制造出来的。因此，现代D A转换器几乎毫无例外地采用T型电阻网络进行解码。1. 权电阻网络D/A转换器 5.5.1 DA转换原理及主要性能指标 5.5.1.2 DA转换器的性能指标 5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 目前，市售DA转换器有两大类：一类在电子电路中使 用，不带使能端和控制端，只有数字量输入和模拟量输出线 ；另一类是专为微型计算机设计的，带有使能端和控制端可 以直接与微型计算机接口。能与微机接口的DAC芯片也有很多种，有内部带数据锁存 器和
6、不带数据锁存器的也有8位、10位和12位之分。DAC0832 是这类DAC芯片中的一种，由美国国民半导体公司(National Scmiconductor Corporation)研制，其姊妹芯片还有 DAC0830 和DAC0831，都是8位芯片，可以相互替换。3DAC0832vlDAC0832内部结构vDAC0832内部由三部分电路组成:1 “8位输入寄存器”2 “8位DAC寄存器”3 “8位D/A转换电路”(8位T型电阻网络和电子开关组成), vl引脚功能vDAC0832共有20条引脚，双列直插式封装。v1.数字量输入线DI7DI0(8条)；2.输出线(3条) ； v3.控制线(5条)；
7、 4.电源线(4条)。图9-4 DAC0832原理框图控制线输出线数据输入5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计5.5.2.1 DAC0832芯片内部结构和引脚功能 5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计5.5.2.2 MCS51对DAC0832芯片的接口 通常情况下，按照输入数字量位数，DAC常可 分为8位、10位和12位三种。本节重点讲授MCS-51 对8位DAC的接口。这里先讨论DAC的应用: DAC的应用很广泛,下面以DAC0832为例介绍它在 以下三个方面的应用. 1.DAC用作单极性电压输出2. DAC用作双极性电压输出 3. DAC用作控制放大
8、器 5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计5.5.2.2 MCS51对DAC0832芯片的接口 1.DAC用作单极性电压输出5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计5.5.2.2 MCS51对DAC0832芯片的接口 2.DAC用作双极性电压输出图9-5 双极性DAC的接法 返回本节+5V （或-5V）输入数字量B b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0Vout（理想值） +VREF时-VREF时 1 1 1 1 1 1 1 1|VREF|-LSB-|VREF|+LSB 1 1 0 0 0 0 0 0|VREF|/2-|VREF|/2 1 0 0 0
9、0 0 0 000 0 1 1 1 1 1 1 1-LSBLSB 0 0 1 1 1 1 1 1-|VREF|/2-LSB|VREF|/2+LSB 0 0 0 0 0 0 0 0-|VREF|VREF|表9-1 双极性输出电压与输入数字量的关系5.2.2 MCS-51和D/A的接口v1DAC的应用vl DAC用作单极性电压输出vl DAC用作双极性电压输出vl DAC用作控制放大器图9-6 双极性DAC的另一种接法 +5V图9-7 控制放大器用DAC08325.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计5.5.2.2 MCS51对DAC0832芯片的接口 3. DAC用作控制放大器5
10、.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计5.5.2.2 MCS51对DAC0832芯片的接口 3. DAC用作控制放大器5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 5.5.2.3 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计举例 DAC0832是8位DAC的接口，通常有三种连接方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。分别介绍如下： 1、 直通方式2、单缓单缓 冲方式 3. 双缓缓冲方式 5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 5.5.2.3 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计举例 1、 直通方式5.5.2 MCS51单片机与DAC0832
11、芯片接口设计 5.5.2.3 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计举例 2、单缓单缓 冲方式5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 5.5.2.3 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 举例 2、单缓单缓 冲方式举例5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 5.5.2.3 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计举例 2、单缓单缓 冲方式举例5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 5.5.2.3 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 举例 2、单缓单缓 冲方式举例5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口
12、设计 5.5.2.3 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 举例 2、单缓单缓 冲方式举例5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 5.5.2.3 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计举例 2、双缓缓冲方式举例5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 5.5.2.3 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 举例 2、双缓缓冲方式举例5.5.2 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 5.5.2.3 MCS51单片机与DAC0832芯片接口设计 举例 2、双缓缓冲方式举例5.5.3 A/D转换转换 原理及主要技术术指标标 A/D转换器是
13、一种能把输入模拟电压变成与它成正比的数 字量的器件，即能把被控对象的各种模拟信息转变成计算机 可以识别的数字信息。A/D（模/数）转换器的种类很多，例 如：计数器式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式 A/D转换器、并行式A/D转换器。一般来说，计数器式A/D转换器结构简单，但转换速度也 很慢，所以很少采用；双积分式A/D转换器抗干扰能力强，转 换精度也很高，但转换速度不够理想，常应用于数字式测量 仪表中；计算机中广泛采用逐次逼近式A/D转换器作为A/D（ 模/数）转换的接口电路，因为它结构不太复杂，转换速度也 高；并行式A/D转换器的转换速度最快，但因其结构复杂而造 价很高，故只用
14、于转换速度极高的场合。本节仅介绍逐次逼 近式A/D转换器。5.5.3 A/D转换转换 原理及主要技术术指标标 5.4.31 逐次逼近式A/D转换转换 原理5.5.3 A/D转换转换 原理及主要技术术指标标 5.5.3.2 A/D转换转换 器的主要技术术指标标 5.5.3 A/D转换转换 原理及主要技术术指标标 5.5.3.2 A/D转换转换 器的主要技术术指标标 5.5.3 A/D转换转换 原理及主要技术术指标标 5.5.3.2 A/D转换转换 器的主要技术术指标标 5.5.4 MCS51单单片机与ADC0809芯片接口设计设计 自动控制是单片机应用的一个重要领域，在工业控制现场， 除数字量之
15、外经常会遇到另一种物理量，即模拟量，例如：温 度、速度、压力、电流、电压、频率等，它们都是连续变化的 物理量。由于计算机直接执行的是机器语言，也就是只能处理数字量 ，因此计算机系统中凡是遇到模拟量的地方，就要进行模拟量 向数字量或数字量向模拟量的转换，由此带来了单片机的模/ 数转换（A/D）和数/模转换（D/A）的接口问题。一般情 况下，大多数的传感器的输出都是电流信号，计算机要对这类 传感器的信号进行处理，就要先进行电流/电压转换（I/V）， 然后再通过ADC转换器进行模/数转换（A/D）。ADC模/数转换器有两大类：一类直接在电子线路中使用， 不带使能控制端；另一类带有使能控制端，与微机接口相连。5.5.4 MCS51单单片机与ADC0809芯片接口设计设计 5.5.4.1典型A/D转换转换 器芯片ADC0809简简介 ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，可以和微机直接接口。 ADC0809转换器的姊妹芯片是ADC0808，可以相互替换。5.5.4 MCS51单单片机与ADC0809芯片接口设计设计 5.4.4.1典型A/D转换转换 器芯片ADC0809简简介 5.5.4 MCS51单单片机与ADC
