单片机原理及应用课件：第9章 A-D

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1、单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章内容提要内容提要 并行接口并行接口I/O扩展器件扩展器件8255A 模数转换器模数转换器 MAX114与与51机接口电路设计机接口电路设计 数模转换器数模转换器DAC0832单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章9.2模数转换器数模转换器模数转换器数模转换器9.2.1研究模数、数模转换器的意义研究模数、数模转换器的意义模数转换器和数模转换器在计算机专业的术语为模数转换器和数模转换器在计算机专业的术语为（A/D）

2、和（）和（D/A），英文缩写为），英文缩写为ADC和和DAC 。由于计算由于计算机只能识别和数字信号，机只能识别和数字信号，需要将连续变化的模拟信号，转需要将连续变化的模拟信号，转换为能被计算机识别的数字信号，这个过程由专用的接口换为能被计算机识别的数字信号，这个过程由专用的接口芯片即芯片即A/D转换器实现。转换器实现。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章智能智能420mA变送器（常用的有温度、称重、压力、变送器（常用的有温度、称重、压力、流量等）的原理如图流量等）的原理如图9-8所示。所示。可见，一个智能可见，一个智

3、能420mA变送器内至少各有一片变送器内至少各有一片A/D和和D/A转换器。在输出级，由转换器。在输出级，由D/A转换器输出的电压信号，转换器输出的电压信号，经电压经电压-电流转换器，以电流形式输出，范围为电流转换器，以电流形式输出，范围为420mA。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章12.2.2 A/D转换的原理转换的原理1.基本思路基本思路与日常生活联系起来，与日常生活联系起来，A/D转换的原理就不难想象转换的原理就不难想象了。长度、质量（或重量）、温度、时间等模拟量的测量了。长度、质量（或重量）、温度、时间等

4、模拟量的测量是最常见的。在测量时，人们总是通过测量仪器，得到这是最常见的。在测量时，人们总是通过测量仪器，得到这些量的数字测量值，可以称为些量的数字测量值，可以称为A/D转换结果。对模拟仪表转换结果。对模拟仪表而言，是靠表盘上的分度量化的，对数字化仪器，就是通而言，是靠表盘上的分度量化的，对数字化仪器，就是通过过A/D转换器量化的，转换器量化的，两者没有本质区别，两者没有本质区别，只是转换的手只是转换的手段不同。段不同。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章不不论论模模拟拟的的还还是是数数字字式式仪仪器器，都都存存在在

5、着着测测量量的的系系统统误误差差，这这是是仪仪器器的的分分辨辨率率（模模拟拟仪仪器器为为最最小小分分度度值值）决决定定的的，例例如如，最最小小分分度度值值1mm的的尺尺子子，无无论论如如何何是是不不能能测测准准小小于于1mm长长度度的的，对对A/D转转换换器器而而言言，这这个个由由于于仪仪器器本本身身对模拟量识别的能力，称为分辨率。对模拟量识别的能力，称为分辨率。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章图图9-8可以概括说明自动测量的过程。图中从传感器可以概括说明自动测量的过程。图中从传感器输出再到调理电路输出，将被测物理

6、量转换成电学量，为输出再到调理电路输出，将被测物理量转换成电学量，为自动化测量提供了必要条件。自动化测量提供了必要条件。接下来的工作就是电子系统测量，包括接下来的工作就是电子系统测量，包括A/D转换、转换、数据处理二个过程。数据处理二个过程。A/D转换值是被测量与测量仪器的最小分度相比较转换值是被测量与测量仪器的最小分度相比较的结果。测量仪器的最小分度称为分辨率，它决定了该仪的结果。测量仪器的最小分度称为分辨率，它决定了该仪器能够识别这个物理量的最小值。器能够识别这个物理量的最小值。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章

7、2A/D转换器的分类及一般特性转换器的分类及一般特性按工作原理分有：按工作原理分有：（1） 反馈型反馈型A/D转换器。斜梯型、跟踪型、逐次逼转换器。斜梯型、跟踪型、逐次逼近型近型ADC均属于反馈型均属于反馈型A/D转换器。转换器。（2） 积分型积分型A/D转换器。它又称为双斜率或多斜率转换器。它又称为双斜率或多斜率ADC。主要应用于低速、精密测量等领域。有。主要应用于低速、精密测量等领域。有ICL7106 /ICL7126系列，系列，MC1443以及以及ICL7135等产品。等产品。（3）流水线型）流水线型ADC。它能够提供高速、高分辨率。它能够提供高速、高分辨率的模数转换。的模数转换。单片机

8、原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章（4） 并行比较并行比较A/D转换器。现代高速转换器。现代高速ADC大多采大多采用这种结构。采样速率能达到用这种结构。采样速率能达到1Gsps以上，但受到功率和以上，但受到功率和体积的限制。但分辨率难以做的很高。体积的限制。但分辨率难以做的很高。（5）型）型ADC。它又称为过采样转换器，采用增量。它又称为过采样转换器，采用增量编码方式，即根据前一量值与后一量值的差值的大小来进编码方式，即根据前一量值与后一量值的差值的大小来进行量化编码。行量化编码。（6）从转换效果的意义上讲，压）从转换效果

9、的意义上讲，压/频变换型器件也频变换型器件也可称为可称为A/D转换器，它将模拟信号的电压，转换成与频率转换器，它将模拟信号的电压，转换成与频率相关的脉冲信号。相关的脉冲信号。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章3.A/D转换器的技术指标转换器的技术指标技术指标是各种技术指标是各种A/D转换器所共有特性优劣标尺。转换器所共有特性优劣标尺。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章1）满量程范围）满量程范围可输入的模拟量的最大与最小值之差，称为可输入的

10、模拟量的最大与最小值之差，称为ADC的的满量程范围。满量程范围。 当输入电压超过上、下限时，除得不到正当输入电压超过上、下限时，除得不到正确的转换值外，还可能会使确的转换值外，还可能会使ADC遭到永久性的破坏。遭到永久性的破坏。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章2）量化间隔量化间隔分辨率：分辨率：（1）量化间隔：理想）量化间隔：理想A/D转换器，将满量程电压转换器，将满量程电压V按转换器的分度数均分为若干等的间隔，称为量化间隔，按转换器的分度数均分为若干等的间隔，称为量化间隔，用用表示。对用二进制表示分度数的表示。

11、对用二进制表示分度数的n位位ADC有：有：（2）分辨率：分辨率是理想无误差转换器的一种性）分辨率：分辨率是理想无误差转换器的一种性质，是质，是“模模”和和“数数”之间的连续性差异决定的，或者说之间的连续性差异决定的，或者说是由于量化间隔的存在决定的。是由于量化间隔的存在决定的。 9-1单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章量化间隔反映了量化间隔反映了ADC量化的量化的“精细精细”程度。程度。与量与量程有关，如用程有关，如用除以满量程电压除以满量程电压V，所得值就与量程无关，所得值就与量程无关了，这即为分辨率的数值形式。对

12、用二进制表示分度数的了，这即为分辨率的数值形式。对用二进制表示分度数的n位位ADC有：有：。就是理想就是理想ADC的分辨率，常用的分辨率，常用LSB表示。表示。LSB的权的权为标称满量程范围的为标称满量程范围的 。分辨率还有分辨率还有 100%或有时直接用位数或有时直接用位数n表示的。例表示的。例如，如， 12位分辨率，指的就是位分辨率，指的就是12位位A/D转换器，其分辨率为转换器，其分辨率为1/212或或0.0245%。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章分辨率除用二进制表示外，还广泛使用分辨率除用二进制表示外，

13、还广泛使用BCD码表示。码表示。如：如：MC14433双积分式双积分式ADC，是，是 位的位的A/D转换器，转换器，这种表示方法是数显仪表行业中惯用的，这种表示方法是数显仪表行业中惯用的， 是是BCD码，码，其含义是其含义是A/D转换器内分转换器内分3位半十进制数，半位数体现在位半十进制数，半位数体现在最高位最大为最高位最大为1，这样，这样，位位ADC从从01999共分共分2000份。若其量程为份。若其量程为5V，则此，则此A/D转换器能够分辨输入电转换器能够分辨输入电压的最小值为压的最小值为2.5mV。用百分数表示分辨率为。用百分数表示分辨率为0.05%，与，与11位位A/D转换器的分辨率相

14、当。转换器的分辨率相当。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章3）量化误差：）量化误差：在不计其他误差的情况下，在不计其他误差的情况下，一个分辨一个分辨率有限的率有限的ADC阶梯状特性曲线与具有无限分辨率的阶梯状特性曲线与具有无限分辨率的ADC（理想）特性曲线（直线）之间的最大偏差，称为量（理想）特性曲线（直线）之间的最大偏差，称为量化误差。化误差。如图如图9-9。根据定义，根据定义，绝对量化误差：绝对量化误差： （9-2）量化不定性是量化误差的另一种表述：指在量化范量化不定性是量化误差的另一种表述：指在量化范围内，具有

15、相同的数字码的模拟输入量范围。图围内，具有相同的数字码的模拟输入量范围。图9-9中椭中椭圆框标示的范围，就是理想圆框标示的范围，就是理想ADC的量化不定性，其值为的量化不定性，其值为 LSB。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章4）精度（误差）精度（误差）：对于一个给定的：对于一个给定的ADC输出码的实际输出码的实际模拟量输入与理论模拟量输入之差的最大值。模拟量输入与理论模拟量输入之差的最大值。ADC精度误

16、差精度误差的主要来源有：的主要来源有：（1）偏移误差。它指）偏移误差。它指ADC在输入为零时，输出值不为在输入为零时，输出值不为零值的情况，也称为零值误差。零值的情况，也称为零值误差。（2）增益误差。也称比例因子误差。在偏移误差为零）增益误差。也称比例因子误差。在偏移误差为零时，理想时，理想ADC与实际与实际ADC的传递函数在数字代码为满量程值的传递函数在数字代码为满量程值时，两者对应的模拟量值之差。时，两者对应的模拟量值之差。增益误差除以理想增益误差除以理想ADC满量程模拟量输入值，就是相对满量程模拟量输入值，就是相对增益误差，用增益误差，用表示。表示。增益误差的几何意义如图增益误差的几何意

17、义如图9-10所示。所示。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章（3）线性误差）线性误差定义：在偏移误差和增益误差已调零的条件下，零定义：在偏移误差和增益误差已调零的条件下，零点和满量程之间的连线，与点和满量程之间的连线，与ADC传递函数之间的最大差值。传递函数之间的最大差值。一般用一般用LSB表示。表示。线性误差的几何意义如图线性误差的几何意义如图9-10所示。线性误差的定所示。线性误差的定义是保守的。线性误

18、差常以传递函数与义是保守的。线性误差常以传递函数与“最佳吻合最佳吻合”直线直线的偏差来表示。这样定义线性误差，可使其绝对值缩小一的偏差来表示。这样定义线性误差，可使其绝对值缩小一倍。但决定倍。但决定“最佳吻合最佳吻合”直线是麻烦的过程。因此，多数直线是麻烦的过程。因此，多数厂家还是选用非线性终点规格来表示线性误差。厂家还是选用非线性终点规格来表示线性误差。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章（4）温度变化引起的误差）温度变化引起的误差环境温度的变化会引起转换器的偏移、增益和线性误差的变环境温度的变化会引起转换器的偏移

19、、增益和线性误差的变化。这三种由温度引起的误差用每化。这三种由温度引起的误差用每满量程范围的百万分之一满量程范围的百万分之一（ppm）表示。）表示。（5）电源灵敏度）电源灵敏度转换器的供电电源的电压发生变化时，相当于加了一个变化转换器的供电电源的电压发生变化时，相当于加了一个变化的模拟输入量，从而产生转换误差。的模拟输入量，从而产生转换误差。ADC电源灵敏度电源灵敏度PSSI的定义为：的定义为：电源电压每变化电源电压每变化1%时，模拟量变化相当于满量程的百分数。时，模拟量变化相当于满量程的百分数。例如：例如：PSSI = 0.05%/% 的意思是指电源电压每变化的意思是指电源电压每变化1%时，

20、时，将在将在ADC的数字输出码中引入相当于满量程的数字输出码中引入相当于满量程0.05%的系统性误差。的系统性误差。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章5）转换时间与采样率）转换时间与采样率ADC完成一次转换所需时间称为完成一次转换所需时间称为A/D转换时间，单转换时间，单位为位为s，专业术语为采样率，单位为，专业术语为采样率，单位为1/s，记为，记为sps。转换时间为转换速率倒数。如转换时间为转换速率倒数。如MAX114的转换时间的转换时间为为1s；转换速率：；转换速率：1/110-6=106 sps。单片机原理及

21、程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章5.应用应用A/D转换器的其他技术问题转换器的其他技术问题在进行模数转换时，人们总希望尽可能的得到模拟在进行模数转换时，人们总希望尽可能的得到模拟信号的全部真实信息。但由于信号的全部真实信息。但由于ADC分辨率的限制，在转换分辨率的限制，在转换过程中不可避免有误差存在，当选择的足够高的分辨率产过程中不可避免有误差存在，当选择的足够高的分辨率产品后，理论上已满足设计指标对精度的要求后，还需要考品后，理论上已满足设计指标对精度的要求后，还需要考虑以下问题：虑以下问题： 单片机原理及程序设计单片机原理

22、及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章（1）采样频率：）采样频率：A/D转换过程中不应丢失原始信号转换过程中不应丢失原始信号的完整信息。根据奈奎斯特香农采样定理，为了不失真的完整信息。根据奈奎斯特香农采样定理，为了不失真地把原信号复现出来，采样角频率地把原信号复现出来，采样角频率 必须大于或等于原必须大于或等于原信号上限频率信号上限频率 的两倍，即（的两倍，即（ ）。这个频率）。这个频率称为奈奎斯特频率。称为奈奎斯特频率。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章（2）采样）采样/

23、保持：保持：对以电阻为内部网络的逐次逼近对以电阻为内部网络的逐次逼近式式A/D转换器，在对快变（或频率高）的信号的采样，应转换器，在对快变（或频率高）的信号的采样，应加采样加采样/保持处理。因为没有采样保持处理。因为没有采样/保持功能的保持功能的ADC，由于，由于从启动变换到转换结束，从启动变换到转换结束，需要一定时间，称为孔径时间需要一定时间，称为孔径时间。对高频信号，由于每次逼近的信号电压值不同，会造成较对高频信号，由于每次逼近的信号电压值不同，会造成较大的转换误差。大的转换误差。采样采样/保持器的作用是：保持器的作用是：在采样期间，其输出随输入在采样期间，其输出随输入变化；而在保持期间，

24、能使其输出保持不变。采样变化；而在保持期间，能使其输出保持不变。采样/保持保持器有器有LF398、AD582等。等。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章（3）模拟信号的前置通道）模拟信号的前置通道从模拟信号到从模拟信号到A/D转换器的通道，称为前置通道。转换器的通道，称为前置通道。前置通道主要是对模拟信号进行放大和滤波处理。前置通道主要是对模拟信号进行放大和滤波处理。（4）工作时钟）工作时钟有些有些A/D转换器还需要外加工作时钟，转换器还需要外加工作时钟，时钟频率时钟频率的的稳定性将直接关系到转换时间的准确性。稳定性将

25、直接关系到转换时间的准确性。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章（5）ADC输出码制输出码制ADC输出可以是不同体系数码，典型的有二进制码输出可以是不同体系数码，典型的有二进制码和和BCD码两种。多数码两种。多数ADC输出数字量为二进制码，但积输出数字量为二进制码，但积分型分型ADC，如，如ICL7135则输出则输出BCD码。码。选用选用ADC，一般要考虑，一般要考虑ADC的的2个主要因素：转换个主要因素：转换速度、精度。速度、精度。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第

26、第第第9 9 9 9章章章章9.3 MAX114与与51机接口电路设计机接口电路设计1MAX114的基本特性的基本特性MAX114是典型的逐次逼近式是典型的逐次逼近式A/D转换器。其基本特性如下：转换器。其基本特性如下：（1）8位分辨率。总的不可调整误差：位分辨率。总的不可调整误差：1LSB。内含采样保持器。内含采样保持器。（2）最高转换速度下转换时间为）最高转换速度下转换时间为660ns/每通道。转换率每通道。转换率1M sps。（3）单电源）单电源+5V供电。只能接受供电。只能接受05V单极性模拟电压输入。单极性模拟电压输入。（4）TTL兼容，带锁存三态输出。兼容，带锁存三态输出。（5）具

27、有）具有4路模拟开关，可对路模拟开关，可对4路路模拟电压分时进行转换。模拟电压分时进行转换。（6）低功耗：操作模式下为）低功耗：操作模式下为40mW；掉电模式下为；掉电模式下为5W。MAX118是是114的升级产品。它有的升级产品。它有8通道，内含参考电源。其通道，内含参考电源。其它方面两者完全相同。它方面两者完全相同。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章2MAX114的内部结构的内部结构MAX114采用采用24脚脚DIP或或SSCC封装。其管脚配置及封装。其管脚配置及内部结构如图内部结构如图9-11所示。各管脚功能

28、简述如下：所示。各管脚功能简述如下：管脚管脚14 为模拟信号输入端。为模拟信号输入端。管脚管脚69、管脚、管脚1720为为8位数据总线。位数据总线。管脚管脚5为采样工作模式控制端。为采样工作模式控制端。管脚管脚10为读控制端；管脚为读控制端；管脚15为写控制端，低有效。为写控制端，低有效。管脚管脚11为请求读采样结束信号输出端，采样结束时为请求读采样结束信号输出端，采样结束时发出。发出。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9

29、9 9章章章章管脚管脚13、14外部参考电源输入端。外部参考电源输入端。REF-REF+的电的电压范围是压范围是0VDD。管脚管脚22、21采样通道选择地址线。采样通道选择地址线。A0A1=00，01，10，11依次选择依次选择14通道。通道。管脚管脚23掉电模式控制输入端，低电平有效。掉电模式控制输入端，低电平有效。MAX114的模拟多路开关，通过地址锁存和译码器的模拟多路开关，通过地址锁存和译码器分时导通，可对分时导通，可对4路模拟电压信号进行分时采样。路模拟电压信号进行分时采样。表表9-2为为8位位ADC的单极性编码与输入模拟量的关系。的单极性编码与输入模拟量的关系。 单片机原理及程序设

30、计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章MAX114的管脚和应用电路的管脚和应用电路如图如图9-12所示。所示。3电路设计分析电路设计分析图图9-12中，中， 、REF+均接均接VDD。禁止掉电状态。禁止掉电状态。MODE管脚可分别与管脚可分别与VDD及及GND相连接，控制采样相连接，控制采样模式。模式。 和和 管脚也用

31、接插件引出，选择地与管脚也用接插件引出，选择地与51机和管脚机和管脚连接，形成不同的采样模式。连接，形成不同的采样模式。按图按图9-12所示所示虚线连接时，虚线连接时，MAX114的的 和和 管脚连接在一起，再与管脚连接在一起，再与51机机 连接，连接，形成流水线式采样模式。此时形成流水线式采样模式。此时MODE应接应接VDD。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章管脚管脚 接接51机的机的A15，则，则MA

32、X114的地址为的地址为0000H7FFFH。考虑到。考虑到A0、A1对模拟通道的选择，将对模拟通道的选择，将MAX114的的A0、A1两脚与单片机的地址线两脚与单片机的地址线A0、A1相接。相接。于是，于是， MAX114的基地址定为的基地址定为7FFCH。通道通道14的地址依次为的地址依次为7FFCH、7FFDH、7FFEH、7FFFH。注意：由于采用不完全译码方式，所以。注意：由于采用不完全译码方式，所以MAX114的基地址不止一个。的基地址不止一个。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章4MAX114的时序的时

33、序MAX114有多种工作方式。图有多种工作方式。图9-13和图和图9-14分别为写分别为写/读模式时序图。在写地址（启动读模式时序图。在写地址（启动AD）之后，如果转换结）之后，如果转换结束，但在束，但在 还没出现之前，进行读还没出现之前，进行读A/D值操作，就是图值操作，就是图9-13的超前方式；的超前方式；如果在如果在信号信号之后之后再读再读A/D值，就是值，就是图图9-14所示的滞后方式。所示的滞后方式。超前的方式有利于更大程度地利用超前的方式有利于更大程度地利用ADC的转换速度，的转换速度，可应用于连续、快速采样系统中。而滞后方式，对基于采可应用于连续、快速采样系统中。而滞后方式，对基

34、于采样值为依据的检测控制系统最为合适，有利于提高系统中样值为依据的检测控制系统最为合适，有利于提高系统中微控制器的效率。微控制器的效率。单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章图图9-15是流水线模式时序图是流水线模式时序图，这种方式下，这种方式下，= 使读使读A/D值与启动下一次值与启动下一次A/D同

35、时进行，是采样同时进行，是采样效率最高且很有价值的一种采样模式。效率最高且很有价值的一种采样模式。MAX114上述三种工作模式，均要求上述三种工作模式，均要求MODE = 1，在，在电路中需将电路中需将MODE管脚接管脚接VDD。MAX114还有一种工作模还有一种工作模式式读模式，要求读模式，要求MODE = 0。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章9.3.1 基于基于MAX114的的51机采样程序设计机采

36、样程序设计转换结束信号，有供系统转换结束信号，有供系统MCU查询或中断触发信号。查询或中断触发信号。所以对所以对MAX114的控制方式就有查询和中断两种。的控制方式就有查询和中断两种。【例例9-5】MAX114流水线工作模式下，流水线工作模式下，51机与机与MAX114的并行总线方式接口电路如图的并行总线方式接口电路如图9-12所示。试：所示。试：（1）编写对）编写对MAX114模拟通道模拟通道1连续进行连续进行16次采样次采样的程序。要求将采样数据存放于的程序。要求将采样数据存放于ADRES为首址的片内为首址的片内16个连续单元中。个连续单元中。（2）采样完成后，求这）采样完成后，求这16次

37、采样平均值，并存于寄次采样平均值，并存于寄存器存器A中，只取整数部分。中，只取整数部分。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章解：（解：（1）参考电路图）参考电路图9-12，取，取MAX114的基地址定的基地址定为为7FFCH，编程时以图，编程时以图9-15的时序为准则，参考程序如下：的时序为准则，参考程序如下：ADC_addr EQU7FFCHADRESEQU40HADTIMEEQU10HORG0000HAJMPMAIN 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9

38、 9 9章章章章ORG0040HMAIN：MOVSP，#6FHMOVDPTR，# ADC_addrMOVR1，# ADTIME MOVXA，DPTR ；空采样一次，丢弃；空采样一次，丢弃MOVR0，#ADRESAGAIN：MOVXA，DPTR ；读；读A/D的值的值MOV R0，AINCR0DJNZR1，AGAIN ；采样；采样16次次 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章注意，在连续采样之前，进行一次空采样，并将其注意，在连续采样之前，进行一次空采样，并将其丢弃。因为该数据与本次采样无关。丢弃。因为该数据与本次采样无

39、关。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章解：（解：（2）本程序程延用（）本程序程延用（1）的所有变量，并接程）的所有变量，并接程序（序（1）：）：MOVR0，#ADRES；指向数据区首地址；指向数据区首地址MOVR1，#16MOVB，#00HCLRA 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章RRAGN： ADDA，R0INCR0JNCCONJINCBCONJ：DJNZR1，RRAGN；求；求16个数的和个数的和MOVR1，#4；右移；右移4次次M

40、OVR0，A；和的低位暂存于；和的低位暂存于R0中中 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章RRAGN1：CLRCMOVA，BRRCAMOVB，AMOVA，R0RRCAMOVR0，ADJNZR1，RRAGN1；求平均值；求平均值STOP：SJMPSTOP；软停机；软停机END 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章与本例任务对应的与本例任务对应的C语言参考程序如下：语言参考程序如下：#define uchar unsigned char#defin

41、e uint unsigned intuchar i,x_16;uint add_16 = 0;uchar xdata *paint;/指向外部指向外部RAM的指针的指针void main() paint = (char*)0x027ffc;/ 指向指向MAX114模拟通道模拟通道1 x_16 = *paint;/ 第一个第一个AD值丢弃值丢弃 for (i=0;i16;i+) add_16 += *paint; / 16个采样值求和个采样值求和 x_16 = (uchar) add_16/16;/ 求得平均值求得平均值 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及

42、程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章本程序中，保持本程序中，保持 CS 常为低，有利于提高采样速度。常为低，有利于提高采样速度。 【例例9-6】设计设计51机与机与MAX114的总线方式接口电路。的总线方式接口电路。以图以图9-14所示的滞后时序，并以中断方式，编写对所示的滞后时序，并以中断方式，编写对14四四个模拟通道进行一轮顺序采样的程序。将采样数据存放于个模拟通道进行一轮顺序采样的程序。将采样数据存放于ADRES为首址的片内为首址的片内4个连续单元中。个连续单元中。解：接口电路以图解：接口电路以图9-12为基础，将为基础，将51机的和分别与机的和分别与MAX114和相连接，再将管脚与

43、和相连接，再将管脚与51机的管脚相接。以图机的管脚相接。以图9-14的时序为准则，参考程序如下：的时序为准则，参考程序如下： 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章ADC_addr EQU7FFCHADRESEQU40HADTIMEEQU4HORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPPIT 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章MAIN：MOVSP，#70HMOVDPTR，# ADC_addrMOVR1，# ADTIME MOVR0，

44、#ADRESSETBEX0；允许；允许INT0中断中断SETBIT0；边沿触发方式；边沿触发方式SETBEA；开总中断；开总中断MOVXDPTR，A；启动；启动AD，A值无意义值无意义STOP：SJMP$；软停机软停机 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章PIT：MOVXA，DPTR；中断服务程序；中断服务程序:读读A/D的值的值MOVR0，AINCR0INCDPTRDJNZR1，RQ1CLREX0RETI 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章

45、RQ1：MOVXDPTR，A；启动；启动ADC对下一通道采样对下一通道采样RETIEND 本例题的本例题的C51程序作为习题，留给读者自己完成。程序作为习题，留给读者自己完成。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章9.3.2发挥发挥MAX114高速转换优势的方法高速转换优势的方法如果不考虑用如果不考虑用FPGA和和FIFO方案，要充分发挥方案，要充分发挥MAX114的速度优势，在单片机系统软、硬件设计方法上的速度优势，在单片机系统软、硬件设计方法上找出路：找出路：（1）采用汇编语言编写采样程序，将其嵌入到）采用汇编语言编写采样程序，将其嵌入到C51程序中。程序中。（2）将采集数据直接放入）将采集数据直接放入RAM中，待采集完成后中，待采集完成后再做数据处理或传送。再做数据处理或传送。（3）利用）利用MAX114的流水线采样模式，省去选片和的流水线采样模式，省去选片和读写时间。读写时间。 单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计单片机原理及程序设计 第第第第9 9 9 9章章章章本部分结束本部分结束本部分习题（建议）本部分习题（建议）习题习题9：9-4、9-6、9-7