Chapter07数模及模数转换器接口.ppt

第7章 数模及模数转换器接口,7.1 D/A转换器,7.2 MCS-51单片机与8位D/A转换器接口技术,7.4 D/A转换器接口技术举例,7.5 A/D转换器,7.6 A/D转换器接口技术举例,在微机过程控制和数据采集等系统中，经常要对 过程参数进行测量和控制 。,连续变化的物理量,如： 温度、湿度、流量 压力、速度、位移 等等。,微 机,传感器,A/D,D/A,执行机构,物理过程,v / i,v / i,Data,Data,过程控制示意图,模拟量,桥梁,第7章 数模及模数转换器接口,工作原理:,Di为1时， Si与运放的反相输入端连接。,Di为0时， Si与地连接。,7.1.1 D/A转换原理（T形解码网络）,7.1 D/A转换器,D/ADigital to Analog Converter （DAC）,uo = -IO1 RF,倒梯形电阻网络,R,R,R,R,IR = UR /R,7.1.1 D/A转换原理（T形解码网络）,IO1,= D3I3+ D2I2+ D1I1+ D0I0,u0,= -IO1RF,= （D323+ D2 22 + D1 21 + D0 20）,7.1.1 D/A转换原理（T形解码网络）,u0,=-IO1RF,= （D323+ D2 22 + D1 21 + D0 20）,若为n位二进制数，则,u0,= （Dn-12n-1+ Dn-2 2n-2 + + D0 20）,若RF=R，则,u0,= （Dn-12n-1+ Dn-2 2n-2 + + D0 20）,即输出电压的大小正比于输入二进制数的大小，实现了数字量和模拟量的转换。,7.1.1 D/A转换原理（T形解码网络）,7.1.2 D/A转换器的性能参数,有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。,1、分辨率,如十位DAC分辨率：,2、偏移误差,它是指输入数字量为0时，输出模拟量对0的偏移值。,3、线性度,指D/A转换器的实际转换特性与理想直线之间的最大误差或最大偏移。,4、精度,输出模拟电压的实际值与理想值之差。即最大静态转换误差。,5、转换速度,即每秒钟可以转换的次数，其倒数为转换时间。,7.2 MCS-51单片机与8位D/A转换器接口技术,7.2.1 0832的技术指标,1、分辨率8位； 2、电流稳定时间1s； 3、可双缓冲、单缓冲或直接数字输入； 4、只需在满量程下调整其线性度； 5、单一电源供电（+5V+15V）； 6、低功耗，20mW；,8 位 输 入 锁 存 器,锁存允许,片选,写1,写2,传送,7.2.2 DAC0832的结构及原理,三大部分组成：,一个8位输入寄存器 一个8位DAC寄存器 一个8位D/A转换器 （一个R-2R T型解码网络 ）,为寄存命令。当 =1时，寄存器的输出随输入变化； = 0时， 将数据锁存在寄存器中，而不随输入数据的变化而变化。,原理：,当ILE=1, =0， =0时， =1，允许数据输入，而当 =1，时 =0，则数据被锁存。,当 和 均为低电平时， =1，此时允许D/A转换， 否则,=0时， 将数据锁存于DAC寄存器中。,7.2.2 DAC0832的结构及原理,引脚功能：,7.2.3 DAC0832管脚功能,D0D7 数据线,ILE输入锁存允许信号,CS片选信号,WR1、WR2：写控制,XFER：传递信号,IO1、IO2：电流输出端,Rfb：内部集成反馈电阻,VREF：参考电压输入,VCC：数字电路供电电压,AGND：模拟地；DGND：数字地。,DAC0832引脚图,7.2.4 8位D/A转换器接口方法,1、单缓冲型接口方法（3种）,(a),1）右图(a)的接口电路是把DAC寄存器接成常通状态；即ILE接高电平， 和 接地， 与P2.7口连接， 与单片机的 端连接。,MOVX DPTR, A,0,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,V0,VCC,(b),2）右图(b) 的接口电路 是把输入寄存器 接成常通状态； 即ILE接高电平， 和 接地， 与 P2.7口 连接， 与单片机的 端连接。,VCC,MOVX DPTR, A,0,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,V0,7.2.4 8位D/A转换器接口方法,(c),MOVX DPTR, A,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,V0,0,VCC,7.2.4 8位D/A转换器接口方法,双缓冲型接口电路,2、双缓冲型接口方法,VCC,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,V0,0,0,MOVX DPTR, A,MOVX DPTR, A,一级锁存,二级锁存,7.2.4 8位D/A转换器接口方法,即将0832转换器的ILE接高电平； 将CS、WR1、WR2、XFER 全部接地；将D0D7接数据总线即可。,7.2.4 8位D/A转换器接口方法,3、直通型接口方法,7.2.5 D/A转换器的输出方式,1、单极性输出,MOVX DPTR, A,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,V0,DAC0832单极性输出电路,典型应用电路,单极性输出D/A关系,输出的电压V（绝对值），与输入的数字量成正比。,7.2.5 D/A转换器的输出方式,D/A驱动程序： MOV DPTR，#7FFFH ;使P27为 “0” MOV A，# data ;数字送A MOVX DPTR，A ;传送至DAC0832输出,00H,*,*,7.2.5 D/A转换器的输出方式,7.2.5 D/A转换器的输出方式,DAC0832双极性输出电路,2、双极性输出,VO2= (R2/R3)VO1+(R2/R1) VREF) 代入R1、R2、R3的值，可得： VO2= (2VO1VREF) 设VREF =5V 当 VO1=0V时，VO2= 5V； 当 VO1= 2.5V时，VO2=0V； 当 VO1= 5V时， VO2=5V。,在上图中，运算放大器U3的作用是把运算放大器U2的单向 输出电压转变成双向输出。其原理是将U3的输入端2通过电 阻R1与参考电压VREF相连，因此运算放大器U3的输出电压：,7.2.5 D/A转换器的输出方式,双极性输出D/A关系 ,7.2.5 D/A转换器的输出方式,1、单极性输出接口系统设计,7.4 D/A转换器接口技术举例,例1： 若在外部RAM区6000H607FH单元中存放着一个控制模型（128个8位二进制数）。要求实现如下功能：按顺序从6000H开始的存贮区域中取出一个字节的二进制数据送往D/A转换器转换成电压输出。经过t延时后，再取下一个字节数据，转换成电压输出。直到128个字节都转换完毕。再从头重复执行上述过程。,V0,D/A转换硬件接口电路,BFFFH,V0,D0 . . . D7,MOV DPTR，#6000H MOVX A，DPTR,MOV DPTR，#0BFFFH MOVX DPTR，A,完成D/A转换任务的程序为：,ORG 0H LJMP DA0 ； DA0： MOV R7，#128 ；置数据长度 MOV DPTR，#6000H ；预置暂存器 MOV P2，#0BFH ；置D/A指针高8位 MOV R0，#0FFH ；置D/A指针低8位,2. 程序设计,MOV DPTR，#0BFFF H ；选输入寄存器 MOVX DPTR，A ；数据送输入寄存器和DAC寄存器 ；由D/A转换输出电压,7.4 D/A转换器接口技术举例,DA1： MOVX A，DPTR ；取数 MOVX R0，A ；送数 INC DPTR ；指向下一个数据 ACALL DLY ；调延时ts DJNE R7，DA1 ；128个数未完则转 AJMP DA0 ；重新开始 SJMP $ END ；结束,7.4 D/A转换器接口技术举例,7.5 A/D转换器,7.5.1 双积分型A/D转换器原理,输入电压越大，反向积分时间越长。 用标准时钟来测量这个时间，即可 到相应于输入电压的数字量。,VX,数字量,A/D Analog to Digital Converter（ADC）,双积分型A/D转换器特点：,1、抗干扰性好 （针对噪声）,2、精度高,3、速度慢,可用于智能仪表。,7.5.1 双积分型A/D转换器原理,7.5.2 逐位逼近型A/D转换器原理,逐位逼近式A/D转换框图,1）给N位寄存器清零；,2）将N位寄存器最高位置“1”，即dn-1=1；,3）DAC将N位寄存器输出的数字量转换为模拟量VS；,4）当US UX ，置数控制逻辑电路使该位“1”保留；,当US UX ，置数控制逻辑电路使该位“1”清除， 即该位置“0”；,5）将N位寄存器次高位置“1”； 即dn-2=1；重复步骤 3）、4）、5）。,转换过程：,7.5.2 逐位逼近型A/D转换器原理,ADC的主要技术指标,3、相对精度：,以输出二进制代码的位数表示分辨率。位数越多， 量化误差越小，转换精度越高。,完成一次A/D转换所需要的时间。即从它接到转换 命令起直到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。,实际转换值和理想特性之间的最大偏差。,1、分辨率：,2、转换速度：,4、其它：偏移误差、线性误差、绝对精度等基本概念。,7.5.2 逐位逼近型A/D转换器原理,7.6 MCS-51单片机与8位A/D转换器接口技术,7.6.1 ADC0809的主要功能, 分辨率为8位。 总的不可调误差在(1/2)LSB和1LSB范围内。 典型转换时间为100s。 具有锁存控制的8路多路开关。 具有三态缓冲输出控制。 单一+5V供电，此时输入范围为05V。 输出与TTL兼容。 工作温度范围40+85。,7.6.2 ADC0809的的组成及工作原理,三 态 输 出 锁 存 器,VCC IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 A B C ALE GND,OE REF(-) REF(+) START CLK,ADC0808/0809原理图及引脚,End of Conversion,Output Enable,Address Latch Enable,640kHZ,通道地址, 模拟多路转换器, A/D转换电路,8个标准模拟开关 三态输出锁存器 三位地址锁存器,控制电路与时序 D/A转换器（8位） 逐位逼近寄存器（8位） 电压比较器（高精度）,7.6.2 ADC0809的的组成及工作原理,1、ADC0809由两大部分组成,2、工作原理（时序）,锁存,启动,100S,7.6.2 ADC0809的的组成及工作原理,(1) IN0IN7：8个模拟量输入端。,(2) VREF (+)，VREF ()：正负参考电压，用来提供D/A转换器的基准参考电压。一般VREF (+)接+5V高精度参考电源，VREF ()接模拟地。,(3)START：启动A/D转换，当START为高电平时，A/D开始转换。,(4) EOC：转换结束信号。当A/D转换结束时，由低电平转为高电平。此信号可用作A/D转换是否完成的查询信号或向CPU请求中断的信号。,7.6.3 引脚介绍,ADC0808/0809引脚,OE（OUTPUT ENABLE）：输出允许信号或称为A/D数据读信号。当此信号为高电平时，可从A/D转换器中读取数据。此信号可作系统中的片选信号。 CLK：工作时钟，最高允许值为1.2MHz，可通过外接振荡电路改变频率，也可用系统ALE分频获得，当CLK为640kHz时，转换时间为100s。 ALE：通道地址锁存允许，上升沿有效，锁存C、B、A通道地址，则选中的通道的模拟输入送A/D转换器。 A、B、C：通道地址输入，C为最高，A为最低。 D0D7：数字量输出线。 VCC，GND：电源电压VCC接+5V，GND为数字地。,7.6.3 引脚介绍,ADC0808/0809引脚,7.6.4 ADC0809与8031的接口设计,CH0 CH1 CH7 +5V 接地,0,0,0,0,MOVX DPTR，A,；令（DPTR）= 7FF8H,P27= 0,MOVX A，DPTR,CBA= 000,CH0,写,读,ADC0809转换器程序设计方法：,2、延时方式 MOV R7，#25 ;延时常数 DJNZ R7， $ ;重复执行一次4S,7.6.4 ADC0809与8031的接口设计,3、中断方式 程序可分为3部分 1）对中断 及其工作单元初始化 START：MOV R0，#70H ;RAM首地址 MOV R7，#16 ;计数器，采样16次 MOV SP，#3F ;设堆栈 SETB IT0 ;设边沿触发 SETB EX0 ; 开中断 SETB EA ;CPU开中断 ,2）主程序：启动A/D转换 MOV DPTR，#7FF8H ;选A/D及其0通道CH0 MOVX DPTR，A ;启动A/D转换 ,7.6.4 ADC0809与8031的接口设计,3）中断服务程序 （即数据采集或者叫做采样） INT0P：PUSH ACC ;A进栈 MOVX A， DPTR ;读A/D数据 MOV R0，A ;A/D数据送RAM INC R0 ;地址加“1” POP ACC ;A出栈 RETI ;返主,7.6.4 ADC0809与8031的接口设计,例2：根据图7-22接口电路连接