第11章 数模及模数转换器接口

9-1D/A转换器接口及应用9-2A/D转换器接口及应用第9章数/模及模/数转换器接口单片机扩展I/O电路的功能：1、速度协调；2、输出数据锁存；3、输入数据三态；4、数据转换：模拟量→数字量：由A/D转换完成；数字量→模拟量：由D/A转换完成。单片机和被控实体间的接口示意图举例1：温度测控系统举例2：速度测控系统举例3：红外线自动门控制系统原理图BISS000160K20K1032M10K10u1M1M47K10347u电压检测模块电机温度检测P3.3/INT1手动/自动切换手动关按钮P3.4P3.02.2uDSG红外传感器+5VGND3.3K103103470u+5V330K330K10210nVCVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT220KIBRR1AV0RC1RC2RR2VSS+5V行程开关2行程开关3手动开按钮光电隔离电机正转继电器J1电机过热报警转速检测模块A/D转换蜂鸣报警行程开关4行程开关1电压过高报警速度异常报警速度变换继电器J3电机反转继电器J2ADC0809P1.0P1.3P1.2P1.1P1.4P1.5P1.6P2.0P2.1P2.3P2.2P3.2/INT0P3.1P0WRRDALEP1.710K×6LEDAT89C51VCC红外线传感器集成芯片BISS0001特点（1）用CMOS工艺，功耗低。（2）具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配。（3）双向鉴幅器可有效抑制干扰信号。（4）内设延时和封锁定时器，性能稳定，调节范围宽。（5）内置参考电源。（6）工作电压范围宽（3V～5V）。BISS000112345678910111213141516AV0RR1RC1RC2RR2VssVRF/RESETVcIBVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT9-1 D/A转换器接口及应用9-1-1D/A转换概述一、D/A（DigittoAnalog）转换器：为把数字量转换成模拟量，在D/A转换芯片中要有解码网络：①权电阻网络；②倒T型电阻网络。T型电阻网络型D/A转换器：D/A转换器的原理：把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟量，并通过运算放大器求和相加。根据克希荷夫定律，如下关系成立： I0=20

I1=21I2=22I3=23 n位数字量与模拟量的关系式：

VO=—VREF×（数字码/2n）

(VREF——参考电压)二、D/A输出形式：①电压；②电流运算放大器

电压。注：因使用反相比例放大器来实现电流到电压的转换，所以输出模拟信号(VO)的极性与参考电压(VREF)极性相反。三、注意区分D/A内部是否带有锁存器：与P1、P2接口：不需加锁存器，直接接口。无锁存器与P0接口：因P0的特殊功能，需加锁存器。D/A内如：DAC800、AD7520、AD7521等。

有锁存器：最好与P0直接接口。如：DAC0832、DAC1230等。四、性能指标：1、分辨率（Resolution）是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，取决于输入数字量的二进制位数。

2、建立时间（EstablishingTime）是描述D/A转换速度的快慢。3、转换精度（ConversionAccuracy）指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。

4、偏移量误差（OffsetError）偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。

5、线性度（Linearity）线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。主要技术指标：1、分辨率（Resolution）：对D/A转换器输入量变化敏感程度进行描述，与输入数字量的位数有关。若数字量的位数为n，则分辨率为2－n。数字量位数越多，分辨率就越高。应用时，应根据分辨率的需要选定转换器的位数。注：BCD码输出的A/D转换器用位数表示分辨率。2、建立时间（EstablishingTime）：（转换速度）描述D/A转换速度的快慢。输出形式为电流的转换器比电压的建立时间短。

D/A转换速度远高于A/D转换。3、转换精度（ConversionAccuracy）：

指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。

一、内部结构：DAC0832：8位双缓冲器结构的D/A转换器。9-1-2D/A转换芯片DAC0832DAC0832内部结构框图（请见P242图9.3）DI0～7：转换数据输入（8位）；CS：片选信号（输入）；ILE：数据锁存允许信号（输入）；XFER：数据传送控制信号（输入）；WR1：第一写信号（输入），与ILE共同控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；WR2：第2写信号（输入），与XFER共同控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；8位DACDAC寄存器输入寄存器-+IOUT2IOUT1RfbVODI0～7AGNDILECS与与与WR1WR2XFERLE1LE2LE1（LE2）=0：锁存；1：直通。DAC的应用：l

DAC用作单极性电压输出；l

DAC用作双极性电压输出；l

DAC用作控制放大器。双极性输出电压与输入数字量的关系输入数字量Bb7b6b5b4b3b2b1b0Vout（理想值）+VREF时-VREF时11111111|VREF|-LSB-|VREF|+LSB┆┆┆11000000|VREF|/2-|VREF|/2┆┆┆1000000000┆┆┆01111111-LSBLSB┆┆┆00111111-|VREF|/2-LSB|VREF|/2+LSB┆┆┆00000000-|VREF||VREF|双极性DAC的接法:双极性DAC的另一种接法:控制放大器用DAC0832:二、DAC0832与单片机的接口：有3种工作方法：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。1、直通方式：

输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，同时选通输出；

WR1和WR2同时进行，并且不与CPU相接。

特点：转换速度快。MOVP1，A举例：例：D/A转换程序，用DAC0832输出0～+5V锯齿波，电路为直通方式。设VREF=-5V，若DAC0832地址为00FEH，脉冲周期要求为100ms。100msDACS：MOV DPTR，#00FEH；0832

I/O地址

MOV A，#00H ；开始输出0VDACL：MOVX @DPTR，A ；D/A转换

INC A ；升压

ACALL DELAY

；延时100ms/256：决定锯齿波的周期 AJMP DACL ；连续输出DELAY：… ；延时子程序2、单缓冲方式：

输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，同时选通输出，输入数据在控制信号作用下，直接进入DAC寄存器中；

WR1和WR2同时进行，并且与CPU的WR相连，CPU对0832执行一次写操作，将数据直接写入DAC寄存器中。

适用：只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出。单缓冲方式下的DAC083280C51举例：例：D/A转换程序，用DAC0832输出0～+5V三角波，电路为单缓冲方式。设VREF=-5V，若DAC0832地址为00FEH，脉冲周期要求为（100ms）。100ms ORG 2000HSTAR：MOV DPTR，#00FEH；DAC0832地址

MOV A，#00H ；开始输出0VUP：MOVX @DPTR，A ；D/A转换

INC A ；产生上升段电压

JNZ UP

；上升到A中为FFH（A≠0跳）DOWN：DEC A ；产生下降段电压 MOVX

@DPTR，A

JNZ DOWN

；下降到A中为00H

SJMP UP

；重复注：若想改变波形的周期（频率），只需在SJMPUP前插入延时程序即可。C51程序：#include<absacc.h>#include<reg51.h>#defineDAC0832XBYTE[0x00FE] #defineucharunsignedchar#defineunitunsignedint voidstair(void) { uchari; while(1){ for(i=0;i<=255;i=i++)

/*形成锯齿波输出值，最大255*/ {DAC0832=i; /*D/A转换输出*/ } }}3、双缓冲器方式：

输入寄存器和DAC寄存器分配有各自的地址，可分别选通用同时输出多路模拟信号。

适用：同时输出几路模拟信号的场合，可构成多个0832同步输出电路。举例：例：用DAC0832实现驱动绘图仪，电路为双缓冲方式。1#和2#DAC0832地址分别为00FEH和00FDH。则绘图仪的驱动程序为： ORG 2000H MOV DPTR，#00FEH；选中1#0832（的输入寄存器）：A0=0

MOV A，#Datax MOVX @DPTR，A

；Datax写入1#0832输入寄存器

MOV DPTR，#00FDH；选中2#0832（的输入寄存器）：A1=0

MOV A，#Datay MOVX

@DPTR，A ；Datay写入2#0832输入寄存器 MOV DPTR，#00FBH；选中1#和2#0832的DAC寄存器：A2=0 MOVX

@DPTR，A

；1#和2#输入寄存器的内容同时传送到DAC寄存器中C51程序：#include<absacc.h>#include<reg51.h>#defineINPUTR1XBYTE[0x00FE]#defineINPUTR2XBYTE[0x00FD] #defineDACRXBYTE[0x00FB] #defineucharunsignedchar voiddac2b(data1,data2) uchardata1,data2;{ INPUTR1=data1; /*数据送到一片DAC0832*/ INPUTR2=data2; /*数据送到另一片DAC0832*/ DACR=0; /*启动两路D/A同时转换*/}三、DAC1208内部框图80C51与DAC1208的接口80C51华工考研题：PC/XT的D/A接口使用DAC0832。其有关信号接线如图所示，其输出电压Vo和输入数字量DI7-DI0之间呈线性且如表所示。现要求Vo从零开始按图示波形周期变化（周期可自定）。试用汇编语言编写其控制部分程序。9-2 A/D转换器接口及应用A/D接口设计要点：1．选择合适的系统采样速度；2．减小A/D转换的孔径误差；3．合理选用A/D转换器。一、转换原理：A/D转换是把模拟量信号转化成与其大小成比例的数字信号。A/D转换电路主要分成：1、双积分式（速度慢，精度高：用于速度要求不高的场合）；2、逐次逼近式（速度较快，精度较高：常用）。常用芯片：

MC14433（3½位）双积分式ICL7135（4½位）

ICL7109（12位）

ADC0808、ADC0809（8位）逐次逼近式ADC1210（12位）

AD574（12位）1、双积分型A/D转换器工作原理：双积分型A/D转换是一种间接A/D转换技术。首先将模拟电压转换成积分时间，然后用数字脉冲计时方法转换成计数脉冲数，最后将此代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成二进制或BCD码输出。因此，双积分型A/D转换器转换时间较长，一般要大于40～50ms。双积分ADC电路原理图MC14433与80C51直接连接的接口80C51MC14433ICL7109与80C51的接口电路图80C512、逐次逼近A/D转换原理：N位寄存器用来存放N位二进制数码。当VX≥VN，则保留DN-1=1，否则清0。其余类推。1、结构：

一个8位逐次逼近式A/D转换器、8路模拟转换开关、3-8地址锁存译码器和三态输出数据锁存器（详见P249）。2、引脚：（1）8路模拟量分时输入信号端：

IN0～IN7；（2）8位数字量输出信号端：

D0～D7；（3）通道选择地址信号输入端：

ADDA、ADDB、ADDC；（4）基准参考电压为VR（+）和VR（-）：

决定输入模拟量的范围。典型值分别为+5V和0V。（5）转换结束信号EOC：0：正在进行转换；

1：一次转换完成。（6）时钟信号输入端：CLK（其内部无时钟电路）。多路转换开关ABCIN0IN1IN7A/D转换二、ADC0809与单片机的接口：ADC0809/0808为8路输入通道、8位逐次逼近式A/D转换器，可分时转换8路模拟信号。3、ADC0809与单片机连接：转换数据的传送：①定时传送方式；（不需接EOC脚）②查询方式；（测试EOC脚的状态）③中断方式。（EOC脚接INT脚）注：（1）不能用无条件方式；（2）2个ALE不能相接。涉及2个问题：（1）8路模拟信号通道选择；（2）A/D转换完成后转换数据的传送。ADC0809的口地址：FEFFH；8路模拟通道的地址：FEF8H～FEFFH。IN0～7AD0～7ALEINTWRP2.0RDD0～7ADDABC

CLKEOCSTARTALEOE≥11MCS-51ADC080983≥1A/D转换程序：（延时等待方法）MOVDPTR，#0FEFFH ；ADC0809地址MOVA，#00H ；选中IN0MOVX@DPTR，A ；启动A/D转换LCALLDELAY ；等待转换结束MOVXA，@DPTR ；读转换结果RET不用接EOC脚，采用定时传送方式。例：P252应用举例初始化程序：（中断方式） MOVR0，#0A0H ；数据存储区首地址 MOVR2，#08H ；8路计数器 SETBIT1 ；边沿触发方式 SETBEA ；中断允许 SETBEX1 ；允许外部中断1中断 MOVDPTR，#0FEF8H ；指向ADC0809首地址LOOP：MOVX@DPTR，A ；启动A/D转换HERE：SJMPHERE ；等待中断DJNZR2，LOOP ；巡回，未完继续 CLREA ；结束，关中断 SJMP$

；结束停止设有一个8路模拟量输入的巡回检测系统，采样数据依次存放在外部RAM0A0H～0A7H单元中，ADC0809的8个通道地址为0FEF8H～0FEFFH。中断服务程序：MOVX A，@DPTR ；读数MOVX @R0，A ；存数INC DPTR ；指向下一模拟通道INC R0

；指向数据存储区下一单元RETIC51程序：#include<absacc.h>#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineIN0XBYTE[0xFEF8] /*设置ADC0809的通道0地址*/sbitad_busy=P3^3; /*即EOC状态*/voidad0809(ucharidata*x) /*采样结果放指针中的A/D采集函数*/{uchari; ucharxdata*ad_adr; ad_adr=&IN0; for(i=0;i<8;i++) /*处理8通道*/ { *ad_adr=0; /*启动转换*/ i=i; /*延时等待EOC变低*/ i=i; while(ad_busy==0); /*查询