大学计算机课件 13DAC和ADC接口.ppt

第13章数模和模数转换器接口 13.1 MCS-51与DAC的接口 13.2 MCS-51与ADC的接口 13.3 MCS-51与V/F转换器的接口13.1 D/A转换器接口 13.1.1 D/A转换器概述 输出形式：电压输出、电流输出内部无锁存器：可与P1、P2口直接相接（因P1口和P2口的输出有 锁存功能）但与P0口相接，需增加锁存器 内部有锁存器：可与P0口直接相接主要技术指标： 分辨率 = 输出满刻度值/2n建立时间=从输入数字量到输出达到终值误差的(1/2)LSB所需的时间 13.1.2 8位并行DAC08321. DAC0832芯片介绍(1)DAC0832的特性美国国家半导体公司产品，具有两个输入数据寄存 器的8位DAC,能直接与MCS-51单片机相连主要特性如 下：* 分辨率为8位；* 电流输出，稳定时间为1s；* 可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入；* 单一电源供电（+5～+15V）；（2）DAC0832的引脚及逻辑结构 引脚：DAC0832的逻辑结构：引脚功能： DI0～DI7：8位数字信号输入端CS*： 片选端 ILE： 数据锁存允许控制端，高电平有效。

WR1*：输入寄存器写选通控制端当CS*=0、ILE=1、WR1*=0时，数据信号被锁存在输入寄存器中 XFER*：数据传送控制WR2* ：DAC寄存器写选通控制端当XFER*=0，WR2* =0时，输入寄存器状态传入DAC寄存器中IOUT1：电流输出1端，输入数字量全“1”时，IOUT1最大， 输入数字量全为“0”时，IOUT1最小 IOUT2：D/A转换器电流输出2端，IOUT2+IOUT1=常数Rfb：外部反馈信号输入端， 内部已有反馈电阻Rfb， 根据需要也可外接反馈电阻Vcc：电源输入端，可在+5V~+15V范围内DGND：数字信号地AGND：模拟信号地2．DAC0832与单片机的接口 (1)单缓冲方式 应用在只有一路模拟数据输出或有几路模拟数据 但不要求同时输出的场合16位地址为7FFFH，完成一次D／A 转换操作的指令如下：MOV DPTR，#7FFFH ；数据指针指向DAC0832MOV A，#DATA ； 数字量装入累加器MOVX @DPTR，A ；执行一次数字量写入并启动转换例：DAC0832用作波形发生器分别写出产生锯齿波、三角波和矩 形波的程序。

(1) 锯齿波的产生ORG 2000H START:MOV DPTR，#7FFFH ；数据指针指向DAC0832MOV A， #00H ； 数字量装入累加器 LOOP: MOVX @DPTR，A ；执行一次数字量写入并启动转换INC A ；数字量逐次加SJMP LOOP(2) 三角波的产生ORG 2000HSTART:MOV DPTR，#7FFFH ；数据指针指向DAC0832MOV A，#00H； 数字量装入累加器 UP: MOVX@ DPTR ，A ；三角波上升边 INC A JNZ UP DOWN: DEC A；A=0时再减1又为FFH MOVX@ DPTR ，A JNZ DOWN ；三角波下降边 SJMP UP(2)双缓冲方式 应用在有多路模拟数据并且要求同步输出的场合完成一次D／A转换操作的指令如下：MOV DPTR，#0DFFFH ；数据指针指向DAC0832(1)MOV A，#DATA1 ；数字量1装入累加器MOVX @DPTR，A ；数字量1送入DAC0832(1)中锁存MOV DPTR，#0BFFFH ；数据指针指向DAC0832(2)MOV A，#DATA2 ；数字量2装入累加器MOVX #DPTR，A ；数字量2送人DAC0832(2)中锁存MOV DPTR，#7FFFH ；给DAC0832(1)和(2)执行写操作MOVX @DPTR，A ；同时完成D／A转换输出3.DAC的应用接口与DAC的具体应用有关。

1) 单极性电压输出单极性模拟电压输出，可采用以上电路输出电 压Vout与输入数字量B的关系:Vout = －（B/256）*VRFE式中，B=b7·27+ b6·26+……+ b1·21+ b0·20；B为0时，Vout也为0，输入数字量为255时，Vout为 最大值,单极性 （2）双极性电压输出 Vout =（B－128）*（VREF/128）选用+VREF时： 输入数字量b7＝1，则Vout为正； 输入数字量b7＝0，则Vout为负 在选用-VREF时，Vout与+VREF时极性相反3）DAC用作程控放大器DAC还可作程控放大器： Vout = -Vin*(256/B） 256/B看作放大倍数输入数字量B不得为“0”13.2 MCS-51与ADC的接口 13.2.1 A/D转换器介绍分辨率用输出二进制位数或BCD码位数表示 例如AD574，二进制12位，即用212个数进行量化，分辨为1LSB， 百分数表示1/212=0.24‰例如双积分式A/D转换器MC14433, 分辨率为三位半若满字位为 1999，其分辨率为1/1999=0.05% 转换精度 可用绝对误差或相对误差表示: 绝对误差 = 量化间隔/2 量化间隔 = 满量程输入电压/(2n-1) 相对误差 =( 1/2n+1) ×100%A/D转换器的选择（1）A/D转换器位数的确定 A/D转换器按输出代码的有效位数分:8位、10位、12位等。

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多1位2）A/D转换器转换速率的确定超高速（≤1ns）高速（≤1s） 20~100ns 中速（≤1ms）几s~ 100s低速（≤1s） 转换时间从几ms到几十ms等 如用转换时间为100s的集成A/D转换器，其转换速率为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10s，信号频率可提 高到10kHz3）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 样保持器根据分辨率、转换时间、信号带宽关系，是否要加采样保持器 转换时间100ms：8位ADC,无采样保持器时，信号的允许频率是0.12Hz；12位ADC，该频率为0.0077Hz 转换时间是100s：8位ADC，该频率为12Hz，12位ADC，该频率是0.77Hz4）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基准电压源是提供给A/D转换器在转换时所需要的参考电压，在要求较高精度时，基准电压要单独用高精度稳压电源供给13.2.2 8位并行ADC08091. ADC0809引脚及功能 逐次比较式8路模拟输入、8位输出的A/D转换器。

1)IN0~IN7：8路模拟信号输入端 (2) D0~D7：8位数字量输出端 (3) C 、B 、A：控制8路模拟通道的切换，C、B、A=000~111分别对应IN0~IN7通道 (4)控制信号端：OE 输出允许START 启动信号输入CLK 时钟信号输入(5)VR(+)和VR(-)：参考电压输入3.MCS-51与ADC0809的接口 ADC0809与单片机接口的工作方式主要有查询方式和中断方式 ADC0809的时钟信号均由单片机的ALE端提供 如果单片机的晶振频率为12MHz，则ALE的频率为2MHz，4分频后输 入转换器中；如果晶振频率为6MHz则需进行2分频ADC0809具有通道地址锁存功能，其8个模拟通道由3位地址线ADDA ～ ADDC的编码来选择P2.0口 (低电平)作为ADC0809的地址线使用，相当于芯片的片选线 ，P2和P0口中其余未用到的口线均为1，因此8个模拟通道的16位地 址依次为FEF8H—FEFFHWR*写操作和RD*读操作均与P2.0相结合，通过或非门1和2实现通道 地址锁存、转换启动以及转换结果输出允许的联合控制WR*引脚输出低电平，启动A／D转换；RD*引脚输出低电平，读取A ／D转换结果。

分频器的分频系数由单片机的晶振频率决定，采用一个D触发器， 可实现二分频，两个D触发器级联，可实现四分频1)查询方式 对输入的8路模拟信号轮流采样一次，把转换结果依次存放在单片 机内部RAM区50H—57H的地址单元每个通道转换结束时，EOC 会从低电平变为高电平，单片机用一条口线直接与EOC端相连，查 询EOC的电平状态，判断是否可以进行下一通道的采样ADC： MOV R1，#50H ；设置RAM区首地址MOV R7，#08H ；设置通道数MOV DPTR，#0FEF8H ；P0.0~0. 2=0，指向通道0 CLl： MOVX @DPTR，A ；启动A／D转换(A取任意值)JNB P3.3， $ ；查EOC未变高，继续等待MOVX A，@DPTR ；读取转换结果MOV @R1， A ；存放数据INC DPTR ；指向下一通道INC R1 ；指向下一地址DJNZ R7， CLl ；8通道未采样完，继续循环：(2)中断方式 对输入的8路模拟信号采用中断方式轮流采样一次，把转换的结果 依次存放在单片机内部RAM区50H—57H的地址单元。

每个通道转换 结束时，EOC会从低电平变为高电平，经反相器后，利用下降沿触 发INT1中断在中断服务程序中，读取转换结果并进行相应的处理 ORG 0000HAJMP ADC ；主程序ORG 0013H ；外中断1入口AJMP PRlORG 0030H ADC： MOV SP，#60H ；初始化，设堆栈MOV R1，#50H ；设置RAM区首址MOV R7，#08H ；设置通道数SETB IT1 ；设外部中断1为边沿触发SETB EA ；允许全局中断SETB EX1 ；允许外部中断1中断MOV DPTR，#0FEF8H ； P0.0~0.2=0 ，指向通道0 CLl： MOVX @DPTR，A ；启动A／D转换(A取任意值) WAIT：AJMP WAIT ；等待中断PRl：NOP ；中断服务程序MOVX A，@DPTR ；读取转换结果MOV @R1， A ；存放数据INC DPTR ；指向下一通道INC Rl ；指向下一地址DJNZ R7， CL1 ；8通道未采样完，继续循环CLR EA ；8通道转换完，禁止全局中断CLR EXl ；禁止外部中断1中断RETI ；中断返回 CL1： MOVX @DPTR，A ；再次启动A／D转换RETI ；中断返回13.2.3 8位串行A／D转换器TCL548／549 1. TCL548／549芯片结构及性能TCL548／549是8位串行开关电容逐次逼近式单片CMOS集成A／D 转换器芯片，具有控制口线少、时序简单、转换速度快、成本和功 耗较低等特点，适用于便携式的应用场合。

TCL548执行一次完整的“输入—转换—输出”操作需要22μs， TCL549则需要25 μs 最大总误差为±0．5LSB(最低有效位)电源电 压范围+3—+6V，功耗的典型值为6mW，最大值为5mW 2. TCl548／549的引脚功能：(1)Ain：模拟电压输入端2)Dout：数字信号输出端3)CS*：片选端4)CLK：时钟输入端5)REF+：基准电压正极，可接VCC，应加滤波电容6)REF—：基准电压负极，可接地7)VCC：供电电源端8)GND：接地端。