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1、第11章 单片机与A/D、D/A接口11.1 MCS-51与DAC的接口11.2 MCS-51与ADC的接口11.3 MCS-51与V/F的接口1第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口第11章单片机与A/D、D/A转换器的接口主要内容：A/D、D/A转换器及其接口技术。通过本章 的学习，了解模拟输入/输出通道设计的基本原 理和方法，掌握常用A/D、D/A芯片及其与MCS -51单片机的接口电路与程序设计。 重点和难点:不同方式的A/D、D/A芯片与MCS-51的接 口及其程序设计。 2第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口11.1 MCS-51与D/A转换器的接口数/模
2、转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。 例如：对于05V的直流电压，计算机用8位数字量描述最小值（00000000）B = 0对应0V，最大值（11111111）B = 255 对应 5V，中间值（01111111）B = 127 对应2. 5V 等等。D/A的任务是接收到一个数字量后，给出一个相应的电压。比如收到（00111111）B ，应给出幅度为1.25V 的电压。3第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口D/A转换原理权电阻网络D/A转换器：电路由解码网络、模拟开关、求和放大器和基准电源组成。权电阻解码 网络 求和集成运 算放大器 基准参 考电压 双向模拟开关 D1时接运
3、放 D0时接地4第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口D/A转换原理5第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口D/A转换原理设RF=R/26第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口对于n位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻取为R/2时 ，输出电压的计算公式可写成:输出的模拟电压正比于输入的数字量D，从而实现了从数 字量到模拟量的转换。7第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口D/A转换器性能指标（1）分辨率：指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量 ，即相邻两个二进制码对应的输出电压之差称为D/A转 换器的分辨率。 （2）精度：指D/A转换器的实际输出
4、与理论值之间的误 差，它以满量程的百分数或最低有效位的分数形式表示。 （3）转换时间：从D/A转换器输入的数字量发生变化开 始，到其输出模拟量达到相应的稳定值所需要的时间。8第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口并行输入D/A芯片及接口技术并行输入D/A转换芯片DAC0832DAC0832是NS公司生产的DAC0830系列产品中的 一种8位CMOS数模转换芯片，其特点如下： 8位并行D/A转换； 片内二级数据锁存，提供数据输入双缓冲、单缓冲、 直通三种工作方式； 电流输出型芯片(需外接运放) ,电流稳定时间为1s,只 需在满量程下调整其线性度； 单电源（+5 V+15 V，典型值+
5、5 V）供电； 具有双缓冲控制输出； 参考电压为-10+10V9第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口DAC0832结构10第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口DAC0832的输出电路DAC0832的输出量是电流，而实际应用中常常需 要的是模拟电压。在这种情况下，芯片的输出还需要 有将电流转换为电压的电路。Vout(D/2n)VREF11第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口DAC0832的输出电路12第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口DAC0832的输出电路R1（R）R3（2R）R2（2R）RfbIout2Iout1AGNDDIVREFV
6、out1+_A1Vout2+_A2I1I2I1I2013第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口DAC0832的输出电路取 R2R32R1 得 Vout2(2Vout1VREF) 因 Vout1(D/28)VREF 故 Vout2(D27)/27VREF 设 VREF5VnDFFH255时，最大输出电压： Vmax（255128）/1285V4.96VnD00H时，最小输出电压： Vmin（0128）/1285V5VnD80H128时，一个最低有效位电压： VLSB（128128/1285V0.00V14第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口DAC0832与89C51接口
7、DAC0832可以有三种工作形式：直通、单缓冲、双缓冲。15第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口1）单缓冲工作方式应用w DAC0832内部的两个数据缓冲器有一个处于 直通方式，另一个处于受控的锁存方式。16第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口 产生锯齿波的程序MOV R0，#0FEHMOV A，#00H LOOP: MOVX R0，AINC ANOPNOPSJMP LOOP；1/282/283/28254/28255/28017第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口 产生方波的程序MOV R0，#0FEH LOOP:MOV A，#DATA1 MOVX
8、R0，A ACALL DELAY1 MOV A， #DATA2 MOVX R0，A ACALL DELAY2 AJMP LOOP18第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口2） 双缓冲工作方式应用在多路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。第一， 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。第二，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。19第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换
9、器接口2）双缓冲工作方式应用20第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口2）双缓冲工作方式应用MOV DPTR，#0DFFFHMOV A，#data1MOVX DPTR，AMOV DPTR，#7FFFHMOV A，#data2MOVX DPTR，AMOV DPTR，#0BFFFHMOVX DPTR，A21第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口11.2 A/D转换器及接口技术计算机只能储存和处理二进制形式的数字量，凡遇到 有模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量转换，这就是 模/数转换问题。将模拟量转换成数字量的过程称为A/D转 换，与之有关的接口技术称为前向通道接口技术。因
10、为在单片机应用系统中，常需要将检测到的连续变 化的模拟量如温度、压力、流量、速度等转换成数字信号 ，才能输入到单片机中进行处理，然后再将处理结果的数 字量转换成模拟量输出，实现对被控对象的控制。 22第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口23第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口A/D转换原理逐次逼近型A/D转换器，在精度、速度和价格上 都适中，是最常用的转换器件。24第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口A/D转换原理双积分A/D转换器，具有精度高、抗干扰性好、 价格低廉等优点，但转换速度低。25第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口26第11
11、章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口A/D转换器的性能指标(1)转换时间和转换速率A/D完成一次转换所需要的时间。转换时间 的倒数为转换速率。并行式转换时间最短约为110ns，速率为 1001000M次/s（1M=106）；逐次比较式转换时 间约为0.4s，速率为2.5M次/s。27第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口A/D转换器的性能指标(2) 分辨率习惯用输出二进制位数或BCD码位数表示。 例如AD574 A/D转换器，输出二进制12位，即用 212个数进行量化，其分辨率为1LSB，用百分数 表示1/212=0.24。又如双积分式输出BCD 码的A/D转换器 MC14
12、433,其分辨率为三位半。若满字位为1999， 用百分数表示其分辨率为1/1999100%=0.05%。 28第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口A/D转换器的性能指标（3）转换精度定义为一个实际ADC与一个理想ADC在量化值上的 差值。可用绝对误差或相对误差表示。29第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口A/D转换器的选择（1）A/D转换器位数的确定系统总精度涉及的环节较多：传感器变换精度 、 信号预处理电路精度和A/D转换器及输出电路、控 制机构精度，还包括软件控制算法。A/D转换器的位数至少要比系统总精度要求的 最低分辨率高1位，位数应与其他环节所能达到的 精度
13、相适应。只要不低于它们就行，太高无意义 ，且价高。30第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口A/D转换器的选择（2）A/D转换器转换速率的确定从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一 定的时间，这就是A/D转换器的转换时间。低速：转换时间从几ms到几十ms 。 中速：逐次比较型的A/D转换器的转换时间可从几s100s左右。 高速：转换时间仅110ns。适用于雷达、数字通讯、实时光谱分析、实时瞬态纪录、视频数字转换系统等。31第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口A/D转换器的选择（2）A/D转换器转换速率的确定如用转换时间为100s的集成A/D转换器，其转换速率
14、为10千次/秒。根据采样定理和实际需要，一个周期的波 形需采10个点，最高也只能处理1kHz的信号。把转换时间 减小到10s，信号频率可提高到10kHz。（3）是否加采样保持器直流和变化非常缓慢的信号可不用采样保持器。其他 情况都要加采样保持器。32第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口A/D转换器的选择（4）工作电压和基准电压选择使用单一+5V工作电压的芯片，与单片机 系统共用一个电源就比较方便。33第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口逐次逼近式A/D转换器ADC0809ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工 艺8通道、8位逐次逼近式A/D转换器。34第
15、11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口ADC0809 A/D转换器芯片35第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口ADC0809与MCS-51单片机接口ADC0809与MCS-51连接可采用查询方式，也可采 用中断方式。首先用指令选择0809的一个模拟输入通道，当执 行MOVX DPTR，A时，单片机的WR*信号有效，产生一 个启动信号给0809的 START脚，对选中通道转换。转换结束后，0809发出转换结束EOC信号，该信号 可供查询，也可作为向单片机发出的中断请求信号;当 执行指令：MOVX A，DPTR，单片机发出RD*信号,加到 OE端高电平，把转换完毕的数字量读到A中。36第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口ADC0809与MCS-51单片机接口37第11章 MCS-51单片机与AD、DA转换器接口MAIN: MOV R1，#data ;置数据区首地址MOV DPTR，#7FF8H ; 指向通道IN0 MOVR7，#08H;置转换的通道个数 LOOP: MOVX DPTR，A ;启动A/D转换 MOVR6，#0AH;软件延时，等待转换结束 DELAY: NOP NOP NOP DJNZR6，DELAY MOVX A，DPTR;读取转换结果 MOVR1，A;存储转换结果 INCDPTR;指向下一个通道 INCR
