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1、单片机原理及应用,作者：徐新民,责任编辑：王 波 出版日期：2009年9月 IDPN：308-2009-151 课件章数：11,第10 章 单片机与 AD 和DA 转换器接口,10 .1 DA转换器及其接口 10 .1 .1 DAC0832 的引脚功能与应用 10 .1 .2 DAC0832 与单片机接口电路 10 .2 AD转换器及其接口 10 .2 .1 ADC0809 的引脚功能与应用 10 .2 .2 ADC0809 与单片机的接口电路,10 1 DA转换器及其接口,在单片机的应用系统中，被测量对象的有关变量，如温度、压力、流量、速度等非电物理量，经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电
2、压或电流） ，这种模拟电信号必须转换成数字量才能在单片机中用软件进行处理。 单片机处理完毕的数字量，也常常需要转换为模拟信号。 实现模拟量转换成数字量的器件称为AD 转换器（ADC） ，数字量转换成模拟量的器件称为DA转换器（DAC）。,DA转换器输入的是数字量，经转换后输出的是模拟量。使用DA转换器时，要注意区分DA转换器的输出形式和内部是否带有锁存器。,（） 电压与电流输出形式,DA轮换器有两种输出形式，一种是电压输出形式，即给DA转换输入的数字量，而输出为电压。 另一种是电流输出形式，即输出为电流。 在实际应用中，对于电流输出的DA转换器，如需要模拟电压输出，可在其输出端加一个由运算放大
3、器构成的电流电压转换电路，将电流输出转换为电压输出。,（） DA转换器内部是否带有锁存器,由于DA转换是需要一定时间的，在这段时间内DA 转换器输入端的数字量应保持稳定，为此应当在DA转换器数字量输入端的前面设置锁存器，以提供数据锁存功能。 根据转换器芯片内是否带有锁存器，可以把DA 转换器分为内部无锁存器的和内部有锁存器的两类。,DA转换器的主要技术指标有：,（） 分辨率 分辨率指输入给DA 转换器的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，是输出对输入量变化敏感程度的描述。 通常定义为输出满刻度值与n之比（n 为DA转换器的二进制位数）。 显然，二进制位数越多，分辨率越高，即DA 转换器对输入
4、量变化的敏感程度越高。 例如，某8位（n 8）DAC ，若满量程为10V ，根据分辨率定义则分辨率10V28 39.1mV ，即二进制数量低位的变化可引起模拟电压变化39.1mV ，该值占满量程的0.391 ，常用符号1LSB表示。,（） 建立时间,建立时间是描述DA 转换器转换快慢的一个参数，其值用于表明从输入数字量发生突 变（一般规定为从全 到全）到输出达到终值误差 （1/2）LSB（最低有效位）时所需的时间，故也称转换时间。,思考：输出形式为电流的转换时间与输出形式为电压的转换器相比较，谁用的时间少？,（） 精度,理想情况下，精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。 但由于电源电压、参考
5、电压、电阻等各种因素存在着误差，严格讲精度与分辨率并不完全一致。 只要位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器精度会有所不同。,10 1 1 DAC0832 的引脚功能与应用,DAC0832是DAC083X系列芯片中一种具有两输入数据寄存器的8位DAC ，它能直接与MCS-51单片机接口，其主要特性参数如下：,（） 分辨率为 位； （） 电流稳定时间s ； （） 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入； （） 只需在满量程下线性度； （） 单一电源供电（5 15V） ； （） 低功耗，200mV。,DAC应用特性如下：,（） DAC0832是微处理器兼容型DA转换器，可以充分利用微处理器的控制能
6、力实现对DA转换的控制。 这种芯片有许多控制引脚，可以与微处理器的控制线相连，接受微处理器的控制。 （） 有两级锁存控制功能，能够实现多通道DA的同步转换输出。 （） DAC 内部无参考电压源，须外接参考电源。 （） DAC 为电流输出型DA转换器，要获得模拟电压输出时，需外加转换电路。,图- DAC0832引脚图,DAC0832的引脚如图- 如示。 DAC0832由 位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位DA转换电路所构成。 DAC0832各引脚的功能如下： DI0 7：数据输入线。 ILE ：数据允许锁存信号，高电平有效。 CS ：输入寄存器选择信号，低电平有效。 VCC：电源输入引脚。 A
7、GND ：模拟信号地。 DGND ：数字地。 VREF：基准电源输入引脚。 XFER ：数据传送信号，低电平有效。 Rfb ：反馈信号输入引脚，反馈电阻在芯片内部。,WR为输入寄存写选通信号。 输入寄存器的锁存信号由ILE、CS、WR的逻辑组合产生。 当ILE为高电平、CS为低电平、WR输入负脉冲时，输入锁存器的状态随数据输入线的状态变化，ILE的负跳变将数据线上的信息锁入输入寄存器。 WR为DAC 寄存器的写选通信号。 DAC 寄存器的锁存信号ILE ，由XFER、WR2的逻辑组合产生。当XFER为低电平，WR输入负脉冲，则在ILE 产生正脉冲；ILE为高电平时，DAC 寄存器的输出和输入寄
8、存器的状态一致，ILE负跳变，输入寄存器的内容将保留在DAC寄存器。,10 1 2 DAC0832 与单片机接口电路,接口电路参考5章的图5-7所示，小系统DA转换接口电路原理图。由于DAC0832具有数字量的输入锁存功能，故数字量可以直接从 的P 口送入。当CS脚为低电平，DAC0832选中。 CS与U23的Y2脚相连，如Y2要出现低电平，必须为P2.7，P2.6，P2.5分别为010。 执行下面几条指令就能完成一次DA转换：,MOV DPTR ， 4000H MOV A ，DATA MOVX DPTR ，A,例10-1 阶梯波的输出,阶梯波的产生是在一时间范围内每隔一段时间，输出幅度递增一
9、个恒定值。 现设每隔1ms输出幅度增长一个定值，经10ms后重新循环。 用DAC0832就可实现这样的波形。 所需的1ms可用延迟程序获得，也可用定时器来定时。,START ： MOV A ， 00H MOV DPTR ， 4000H ；DA转换器地址送DPTR MOV R ， AH ；台阶数为 LOOP： MOVX DPTR ，A ；送数据至DA转换器 CALL DELAY ；ms延迟 DJNZ R ，NEXT ；不到 个台阶转换 SJMP START ；产生下一个周期,IOUT1、IOUT2：电流输出引脚。 电流IOUT与IOUT的和为常数，IOUT1、IOUT2随DAC寄存器的内容线性变
10、化。,NEXT ： ADD A ， ；台阶增幅 SJMP LOOP ；产和下一个台阶 DELAY ： MOV 20H ， 249 AGAIN ： NOP NOP DJNZ 20H ，AGAIN RET,10 2 AD转换器及其接口,AD（模数转换）芯片进行数据采集是单片机的一个主要应用。 单片机用AD 进行模数转换，了解模拟量的情况，进行测量、控制，它是一种应用非常普及的器件。 利用AD进行数据采集系统设计时，需要考虑 个方面的内容，一是如何针对系统的需要选择合适的AD器件，二是如何根据所选择的AD器件设计外围电路与单片机接口，三是编写控制AD器件进行数据采集的程序。,根据常规应考虑以下几个方
11、面的指标来选择AD器件。,（） AD转换器位数,AD转换器位数的确定，应该从数据采集系统的静态精度和动态平滑性这两方面进行考虑。如要求测量精度值不小于0.1 0.5 ，AD的精度可取0.05 0.1 即可，相应的二进制码为10 11位，如需符号位即为11 12位。,（） AD转换速度,AD转换器从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一转换时间，转换时间的倒数就是每秒钟能完成的转换次数，称为转换速率。 确定AD转换器的转换速度时，应该考虑系统的采样速度。 对一般单片机而言，要在采样时间内完成将上一次AD转换结果保存，设置下一次AD ，循环记数等是比较困难的工作。,（） 采样保持器,采集直流
12、和变化非常缓慢的模拟信号时可不用采样保持器。 而对变化较快的信号，由于在AD转换期间信号会发生变化，会对转换结果有影响，一般都要有采样保持器，这样在AD转换期间模拟量会基本固定不变。,实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上 种误差。 其他还有功耗、封装、接口、成本等。 （） AD转换量程,（） AD转换量程,AD转换有时需要的是双极性，有时是单极性。 输入信号最小值有从零开始，也有从非零开始的。,（） 满刻度误差,满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。,（） 线性度,10 2 1 ADC0809 的引脚功能与应用,ADC0809是八位逐次逼近式单片CMOS 器件片内带有锁
13、存功能的8路模拟多路开关，可以对8路05V 的输入模拟电压信号分时进行转换，片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器、256R电阻T 形网络、树状电子开关、逐次逼近式SAR、控制与时序电路等。 输出具有TTL 三态锁存缓冲器，可直接连到单片机数据总线上。,ADC0809的综合功能如下： （）分辨率为 位。 （）最大不可调误差小于 LSB。 （）单 V 供电，模拟输入范围为 V。 （）具有锁存控制的 路模拟开关。 （）可锁存三态输出，输出与TTL兼容。 （）功耗为 mW。 （）不必进行零点和满度调整。,ADC0809是八位逐次逼近式单片CMOS 器件，包括8位模数转换器、8通道多路转换器和与
14、微处理器兼容的控制逻辑。 8通道多路转换器能直接连通8个单端模拟信号中的任何一个。,（）转换速度取决于芯片的时钟频率。 时钟频率0 1280kHz ，当CLK500kHz 时，转换速度为 s。,图- ADC0809引脚图,ADC0809的芯片引脚如- 图所示。 功能如下：,IN0 IN7：8路输入通道的模拟量输入端口。 2-1 2-8 ：8位数字量输出端口。 REF(+) ，REF(-) ：参考电压输入端。 VCC ：主电源输入端。 GND ：接地端。,START ，ALE ：START 为启动控制输入端口，ALE为地址锁存控制信号端口。 这两个信号端可连接在一起，当通过软件输入一个正脉冲，便
15、立即启动模数转换。,ADDA、B、C ：8路模拟开关的三位地址选通输入，以选择对应的输入通道。 其对应关系如表10-1所示。 EOC、OE ：EOC为转换结束信号脉冲输出端口，OE为输出允许控制端口。 这两个信号也可连接在一起表示模数转换结束。 OE端的电平由低变高，打开三态输出锁存器，将转换结果的数字量输出到数据总线上。,10 2 2 ADC0809 与单片机的接口电路,ADC0809与8031单片机的硬件接口有两种方式，即中断方式和等待延时方式，采用何种方式，应视具体情况，按总体要求而选择。 下面介绍这两种接口方式。,1 等待延时方式,ADC0809硬件接口如下图所示：,由于ADC0809
16、无片内时钟，可利用8031提供的地址锁存允许信号经D触发器四分频后获得。 ALE 脚的频率是8031单片机时钟频率的1/6。 如果单片机时钟频率采用12MHz ，则ALE引脚频率为2MHz ，再四分频后为500kHz ，符合ADC0809对时钟频率的要求。 由于ADC0809具有输出三态锁存器，故其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。 地址译码引脚A、B、C分别与地址总线的低三位A0、A1、A2相连，以选通IN0 IN7中的一个通道。 ALE、START 信号端连在一起，用于控制AD的启动，此启动信号为WR、U23的Y3共同作用产生的。 此处工作原理为当P2.7、P2.6、P2.5为011时，U23的Y3脚
