MCS单片机与DA转换器的接口和应用

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1、A/D 和 D/A 转换接口技术A/D 和 D/A 转换接口技术 难点难点 DAC0832 工作方式 ADC0809 工作方式 要求要求 掌握掌握： MCS-51 单片机与 D/A 转换器的接口连接 MCS-51 单片机与 A/D 转换器的接口连接 初始化编程及应用 了解了解： 典型 D/A 转换器芯片 DAC0832 的管脚功能 典型 A/D 转换器芯片 ADC0809 的管脚功能 3.1 MCS-51 单片机与 D/A 转换器的接口和应用3.1 MCS-51 单片机与 D/A 转换器的接口和应用 3.1.1 典型 D/A 转换器芯片 DAC0832 3.1.1 典型 D/A 转换器芯片 D

2、AC0832 DAC0832 是一个 8 位 D/A 转换器芯片，单电源供电，从+5V+15V 均可正常工作，基准 电压的范围为10V，电流建立时间为 1s，CMOS 工艺，低功耗 20mW。其内部结构如图 9.1 所示，它由 1 个 8 位输入寄存器、1 个 8 位 DAC 寄存器和 1 个 8 位 D/A 转换器组成和引脚排 列如图 1 所示。 图 1 DAC0832 引脚功能 该 D/A 转换器为 20 引脚双列直插式封装，各引脚含义如下： (1)D7D0转换数据输入。 (2)片选信号（输入），低电平有效。 (3)ILE数据锁存允许信号（输入），高电平有效。 (4)第一信号（输入），低电

3、平有效。该信号与 ILE 信号共同控制输入寄 存器是数据直通方式还是数据锁存方式：当 ILE=1 和=0 时，为输入寄存器直通 方式；当 ILE=1 和=1 时，为输入寄存器锁存方式。 (5)第 2 写信号(输入),低电平有效.该信号与信号合在一起控制 DAC 寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式:当=0 和=0 时,为 DAC 寄存器直通 方式; 当=1 和=0 时,为 DAC 寄存器锁存方式。 (6)数据传送控制信号(输入),低电平有效 。 (7)Iout2电流输出“1”。当数据为全“1”时，输出电流最大；为全“0”时输出电流 最小。 (8)Iout2电流输出“2”。 DAC转换器的特性之

4、一是：Iout1 +Iout2=常数。 (9)Rfb反馈电阻端 既运算放大器的反馈电阻端，电阻（15K）已固化在芯片中。因为DAC0832 是电流输 出型D/A转换器，为得到电压的转换输出，使用时需在两个电流输出端接运算放大器，Rfb 即 为运算放大器的反馈电阻，运算放大器的接法如图 2 所示。 (10)Vref基准电压，是外加高精度电压源，与芯片内的电阻网络相连接，该电压可正可 负，范围为-10V+10V. (11)DGND数字地 (12)AGND模拟地 3.1.2 DAC0832 工作方式 3.1.2 DAC0832 工作方式 DAC0832 利用、ILE、 控制信号可以构成三种不同的工作

5、方式。 1.直通方式 =0 时，数据可以从输入端经两个寄存器直接进入 D/A 转换器。 2.单缓冲方式 两个寄存器之一始终处于直通，即=0 或 =0，另一个寄存器处于受控状态 。 3.双缓冲方式 两个寄存器均处于受控状态。这种工作方式适合于多模拟信号同时输出 的应用场合。 3.1.3 单缓冲方式的接口与应用 3.1.3 单缓冲方式的接口与应用 1 单缓冲方式连接 1 单缓冲方式连接 所谓单缓冲方式就是使 DAC0832 的两个输入寄存器中有一个（多位 DAC 寄存器）处 于直通方式，而另一个处于受控锁存方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽 是多路模拟量输出但并不要求输出同步的情况下

6、， 就可采用单缓冲方式。 单缓冲方式连接 如 图 2 所示。 为使 DAC 寄存器处于直通方式，应使=0 和=0。为此可把这两个信号 固定接地，或如电路中把与相连，把与相连。 为使输入寄存器处于受控锁存方式，应把接 80C51 的，ILE 接高电平。 此外还应把接高位地址线或地址译码输出，以便于对输入寄存器进行选择。 图 2 DAC0832 单缓冲方式接口 2 单缓冲方式应用举例 2 单缓冲方式应用举例 【例 3.1】锯齿波电压发生器 在一些控制应用中，需要有一个线性增长的电压（锯齿波）来控制检测过程、移动 记录笔或移动电子束等。 对此可通过在 DAC0832 的输出端接运算放大器， 由运算放

7、大器产生 锯齿波来实现，其电路连接图如图 3 所示。 图 3 用 DAC0832 产生锯齿波电路 图中的 DAC0832 工作于单缓冲方式，其中输入寄存器受控，而 DAC 寄存器直通。假定 输入寄存器地址为 7FFFH，产生锯齿波的程序清单如下： MOV A， #00H ；取下限值 MOV DPTR，#7FFFH ；指向 0832 口地址 MM： MOVX DPTR，A ；输出 INC A ；延时 NOP NOP NOP SJMP MM ；反复 执行上述程序就可得到如图 4 所示的锯齿波。 图 4 D/A 转换产生的锯齿波 几点说明： (1) 程序每循环一次，A 加 1，因此实际上锯齿波的上升

8、边是由 256 个小阶梯构成的，但 由于阶梯很小，所以宏观上看就如图中所画的先行增长锯齿波。 （2） 可通过循环程序段的机器周期数，计算出锯齿波的周期。并可根据需要，通 过延时的方法来改变波形周期。若要改变锯齿波的频率，可在 AJMP MM 指令前加入 延迟程序即可。延时较短时可用 NOP 指令实现（本程序就是如此），需要延时较长 时，可以使用一个延长子程序。延迟时间不同，波形周期不同，锯齿波的斜率就不 同。 （3） 通过 A 加 1，可得到正向的锯齿波，反之 A 减 1 可得到负向的锯齿波。 （4） 程序中 A 的变化范围是 0255，因此得到的锯齿波是满幅度的。如要求得到 非满幅锯齿波，可

9、通过计算求的数字量的处置和终值，然后在程序中通过置初值和 终值的方法实现。 【例 3.2】 矩形波电压发生器 采用单缓冲方式，口地址设为 FEFFH. 参考程序如下： ORG 1100H START: MOV DPTR , #00FEH ；送 DAC0832 口地址 LOOP: MOV A , #dataH ；送高电平数据 MOVX DPTR , A LCALL DELAYH ；调用延时子程序 MOV A , #dataL ；送低电平数据 MOVX DPTR , A LCALL DELAYL ；调用延时子程序 SJMP LCALL 执行上述程序就可得到如图 5 所示的矩形波。 图 5 D/A

10、转换产生的矩形波 几点说明： （1） 以上程序产生的是矩形波，其低点平的宽度由延时子程序 DELAYL 所延时的时间来决 定，高电平的宽度则由 DELAYH 所延时的时间决定。 （2） 改变延时子程序 DELAYL 和的 DELAYH 延时时间，就可改变矩形波上下沿的宽度。若 DELAYL=DELAYH（两者延时一样），则输出的是方波。 （3） 改变上限值或下限值便可改变矩形波的幅值；单极性输出时为 0-5V 或 0+5V；双 极性输出时为-5V+5V。 【例 3.3】三角波电压发生器 利用 DAC0832 产生三角波的参考程序如下： MOV A , #00H ；取下限值 MOVX DPTR

11、, #FEFFH ；指向 0832 口地址 SS1： MOVX DPTR , A ；输出 NOP ；延时 NOP NOP SS2: INC A ；转换值增量 JNZ SS1 ；未到峰值，则继续 SS3: DEC A ；已到峰值，则取后沿 MOVX DPTR , A ；输出 NOP ；延时 NOP NOP JNZ SS3 ；未到谷值，则继续 SJMP SS2 ；已到谷值，则反复 几点说明： 本程序产生的是三角波，谷值为 0，峰值为+5V（或-5V）。若改变下限值或上限值，那 么三角波的谷值和峰值也随之改变。 改变延时时间可改变三角波的斜率。 若在谷值和峰值出延时时间较长时，则输出梯形波，延时时间

12、的长短取决于梯形波上下 边的宽度。 3.1.4 双缓冲方式的接口与应用 3.1.4 双缓冲方式的接口与应用 在多路 D/A 转换的情况下，若要求同步转换输出，必须采用双缓冲方式。DAC0832 采用 双缓冲方式时，数字量的输入锁存和 D/A 转换输出是分两步进行的。 1. CPU 分时向各路 D/A 转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中。 2. CPU 对所有的 D/A 转换器发出控制信号，使各路输入寄存器中的数据进入 DAC 寄存 器，实现同步转换输出。 图 6 为两片 DAC0832 与 8031 的双缓冲方式连接电路，能实现两路同步输出。图中两片 0832 的数据线都连到

13、8031 的 P0 口；ALE 固定接高电平，WR1，WR2 都接到 8031 的 WR 端； CS 分别接高位地址 P2.5 和 P2.6，这样两片 0832 的输入寄存器具有不同的地址，可以分别 输入不同的数据；XFEF 都接到 P2.7，使两片 0832 的 DAC 寄存器具有相同的地址，以便在 CPU 控制下同步进行 D/A 转换和输出。 图 6 8051 与 DAC0832 双缓冲方式接口电路 实现两路同步输出的程序如下： MOV DPTR，#0DFFFH ；送 0832（1）输入锁存器地址 MOV A，#data1 ；data1 送 0832（1）输入锁存器 MOVX DPTR，A

14、 ； MOV DPTR，#0BFFFH ；送 0832（2）输入锁存器地址 MOV A，#data2 ；data2 送 0832（2）输入锁存器 MOVX DPTR，A ； MOV DPTR，#7FFFH ；送两路 DAC 寄存器地址 MOVX DPTR，A ；两路数据同步转换输出 3.2 MCS-51 单片机与 A/D 转换器的接口和应用 3.2 MCS-51 单片机与 A/D 转换器的接口和应用 A/D 转换器用于实现模拟量向数字量的转换， 由于模数转换电路的种类很多， 选择 A/D 转换器件主要从速度、精度和价格方面考虑的。按转换原理可分为 4 种，即： 1. 计数式 A/D 转换器。

15、2. 双积分式 A/D 转换器。 3. 逐次逼近式 A/D 转换器。 4. 并行式 A/D 转换器。 目前最常用的是双积分式和逐次逼近式。双积分式 A/D 转换器的优点是转换精度高， 抗干扰性能好， 价格便宜； 但转换速度较慢。 因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。 逐次逼近式 A/D 转换器是一种速度较快、 精度较高的转换器， 其转换时间大约在几微秒到几 百微秒之间。常用的这类芯片有： 1. ADC0801ADC0805 型 8 位 MOS 型 A/D 转换器； 2. ADC0808/0809 型 8 位 MOS 型 A/D 转换器； 3. ADC0816/0817 型 8 位 MOS

16、 型 A/D 转换器。 3.2.1 典型 A/D 转换器芯片 ADC0809 3.2.1 典型 A/D 转换器芯片 ADC0809 8 路模拟信号的分时采集，片内有 8 路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码 电路，其转换时间为 100s 左右。 1. ADC0809 的内部逻辑结构 1. ADC0809 的内部逻辑结构 ADC0809 的内部逻辑结构图如图 7 所示。 图 7 ADC0809 内部逻辑结构 图 8 ADC0809 引脚图 图中多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用一个 A/D 转换器 进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3 个地 址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输 出，因此可以直接与系统数据总线相连，表