大学单片机接口技术（C51版）-张道德-课件PPT
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大学单片机接口技术（C51版）-张道德-课件PPT,大学,单片机,接口,技术,c51,张道德,课件,ppt
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单片机接口技术(C51版),第九章 数据采集编程,内容概述,本章主要介绍单片机系统数据采集的方法及软硬件设计。 教学目标 1.了解D/A及A/D的转换在单片机系统的作用和意义。 2. 理解D/A转换器的分辩率、转换精度、线性度等主要性能指标的含义，了解DAC0832的内部结构，掌握DAC0832的单极性输出、双极性输出以及直通、单缓冲、双缓冲等工作方式，能设计相关的接口电路并编写相应的C51源程序。 3.理解逐次逼近型A/D转换器的工作原理，理解ADC0809的引脚工作时序，能设计ADC0809与单片机的接口电路，能对查询、中断、延时三种工作方式的ADC0809编写相应的C51程序。 4.了解串行输入输出A/D转换器TLC0832的结构及工作原理，能设计该芯片的应用电路，并根据芯片的时序图编写TLC0832读、写数据的C51源程序。,9.1 概述,D/A转换器（Digital to Analog Converter）是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件。 A/D转换器（Analog to Digital Converter）则相反，它能把模拟量转换成相应数字量。,9.2 D/A转换器DAC0832,9.2.1 D/A转换器的性能指标 DAC性能指标颇多，主要有以下四个： 分辨率（Resolution）: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。一个n位的DAC所能分辨的最小电压增量定义为满量程值的2-n倍。 例如：满量程为10V的8位DAC芯片的分辨率为10V2-8=39mV；一个同样量程的16位DAC的分辨率高达10V2-16=153V 。 转换精度（Conversion Accuracy）:指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。对T型电阻网络的DAC，其转换精度和参考电压VREF、电阻值和电子开关的误差有关。 例如：满量程时理论输出值为10V，实际输出值是在9.99V10.01V之间，其转换精度为10mV 。通常，DAC的转换精度为分辨率之半，即为LSB/2。LSB是分辨率，是指最低一位数字量变化引起幅度的变化量。,9.2.1 D/A转换器的性能指标,偏移量误差（Offset Error）:指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。这种误差通常可以通过DAC的外接VREF和电位计加以调整。 线性度（Linearity）:DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。通常，线性度不应超出 LSB。 除上述指标外，转换速度（Conversion Rate）和温度灵敏度（Temperature Sensitivity）也是DAC的重要技术参数。,9.2.2 DAC0832引脚及内部结构,1)DAC0832内部结构 2)引脚功能,9.2.3 DAC0832的应用,9.2.3.1 DAC用作单极性电压输出 VREF/256为一常数。 显然，Vout和B成正比关系。输入数字量B为0时，Vout也为0，输入数字量为256时，Vout为负的最大值，输出电压为负的单极性。,9.2.3.2 DAC0832用作双极性电压输出,接线方法 由 得出,9.2.4 DAC0832应用实例,1）直通方式 2）单缓冲方式,例9-2-1 DAC0832用作波形发生器,按上页的图接线，分别写出产生锯齿波和方波的程序。 解：在图9-2-5中，运算放大器OA输出端VOUT直接反馈到RFB，故这种接线产生的模拟输出电压是单极性的。 源程序如下： #pragma db oe sb #include #include #define DAC0832 XBYTE0x7fff /* 定义DAC0832端口地址 */ #define uchar unsigned char void delay(uchar t) /* 延时函数 */ while(t-); ,源程序,void saw(void) /* 锯齿波发生函数 */ uchar i; for (i=0;i255;i+) DAC0832=i; void square(void) /* 方波发生函数 */ DAC0832=0x00; delay(0x10); DAC0832=0xff; delay(0x10); ,源程序,void main(void) uchar i,j; i=j=0xff; while(i-) saw(); /* 产生一段锯齿波 */ while(j-) square(); /* 产生一段方波 */ ,9.3 A/D转换器ADC0809,ADC0809是一种逐次逼近型A/D转换器。 转换一开始SAR向DAC置MSB（逻辑“1”），并通过比较器，将DAC的模拟输出（1/2满量程）与模拟输入信号比较。若DAC输出小于模拟输入，则MSB保留。若DAC的输出大于模拟输入，则MSB丢弃（逻辑“0”），然后SAR继续向DAC置入次高位，将它保留还是丢弃，取决于DAC输出与模拟输入的比较结果。这种试探过程一直进行到LSB为止，此时转换即告完成，数据由输出线送出。,四位逐次逼近型A/D转换时序,10.3.2 ADC0809应用实例,ADC0809与单片机接口时序,ADC0809时序图,例9-3-1,在一控制系统中，巡回检测一遍8路模拟量输入。 解：ADC0809通道0端口地址为FEF0H。采用中断方式依次读取8个通道的数据，分别存到外部RAM的0000H-0007H单元。 程序中定义了两个指针变量* ADC及* ADCdata，分别指向ADC0809接口地址（0xfef0）和外部RAM单元地址。 源程序如下： #include unsigned char xdata * ADC; /* 定义ADC0809端口指针 */ unsigned char xdata * ADCdata; /* 定义ADC0809数据缓冲器指针 */ unsigned char i;,源程序,void main() ADC=0xfef0; ADCdata=0x0000; /* 定义端口地址和数据缓冲器地址 */ i=8; /* ADC0809有8个模拟输入通道 */ EA=1; EX1=1;IT1=1; /* 开中断 */ *ADC=i; /* 启动ADC0809 */ while(i); /* 等待8个通道A/D转换完毕 */ void int1() interrupt 2 unsigned char tmp; tmp=*ADC; /* 读取A/D转换结果 */ *ADCdata=tmp; /* 结果值存储到数据缓冲器 */ ADCdata+; /* 数据缓冲器指针地址加1 */ i-; *ADC=i; /* 启动下一个模拟输入通道A/D转换 */ ,例9-3-2 绝对地址访问,利用C51的绝对地址访问实现例9-3-1的数据采集功能。 C51编译器提供一组预定义宏，该宏文件为“absacc.h”,利用它可以方便地实现对任何内存空间的直接操作。 采用这种方法将上题改写为如下程序：,#include #include /* 包含绝对地址操作预定义头文件 */ #define ADC 0xfef0 /* 定义ADC0809端口地址 */ #define ADCdata 0x0000 /* 定义数据缓冲器地址 */ unsigned char i;,C51源程序,void main() i=8; /* ADC0809有8个模拟输入通道 */ EA=1; EX1=1;IT1=1; /* 开中断 */ XBYTEADC=i; /* 启动ADC0809 */ while(i); /* 等待8个通道A/D转换完毕 */ void int1() interrupt 2 unsigned char tmp; tmp=XBYTEADC; /* 读取A/D转换结果 */ i-; XBYTEADCdata+i=tmp; /* 结果值存储到数据缓冲器 */ XBYTEADC=i; /* 启动下一个模拟输入通道A/D转换 */ ,9.3.3 A/D接口设计要点,选择合适的系统采样速度 减小A/D转换的孔径误差 合理选用A/D转换器 选择A/D转换芯片应遵循下述原则： 1）根据传感器接口通道的总误差，选择A/D转换器精度及分辩率。 2）根据信号对象变化率及转换精度要求，确定A/D 转换速度，以保证系统的实时性要求。 3）根据环境条件选择A/D转换芯片的一些环境参数要求，如工作温度，功耗，可靠性等级等性能。 4）根据计算机接口特性，考虑如何选择A/D转换器的输出状态。 5）另外还要考虑成本、资源、是否流行芯片等因素。,9.4 8位A/D转换器TLC0832,TLC0832是美国TI公司推出的8 位串行A/D转换器，体积小，引脚少，与微处理器接口电路简单，已取得广泛应用。 9.4.1 主要技术特点 8位分辨率 易于和微处理器接口或独立使用 满比例尺工作或用5v基准电压 可单通道或差分输入选择 单5V供电，输入范围05V 输入和输出与TTL和CMOS兼容 在FCLOCK=250Hz时，转换时间为32us 非线性调整误差 1 LSB TLC0832有2个输入通道。,9.4.2 TLC0832工作原理,TLC0832使用采样数据比较器的结构，用逐次逼近流程，转换差分模拟输入信号。要转换的输入电压连到一个输入端，相对于地（单端输入）或另一输入端（差分输入）。TLC0832的输入端可以分配为正极（）或负极（），当连到分配为正端的输入电压低于分配为负端的输入电压时，转换结果为全0。,TLC0832的工作时序,图9-4-2 TLC0832时序图,TLC0832多路控制器逻辑表,9.4.3 应用实例,例9-4-1 图9-4-3是某温度数据采集系统的电路原理图，采用热敏电阻作为温度传感器，使用TLC0832的通道0采集温度数据。,C51源程序,关于TLC0832数据采集部分源程序如下，readadc()函数返回A/D转换结果。 / TLC0832数据采集程序 #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit adcdo=P14; sbit adccs=P12; sbit adcclk=P13; sbit adcdi=P10; void delay1(uchar x); uchar readadc(void); void adcck(void);,C51源程序,void delay1(uchar x) /*延时函数*/ uchar i; for(i=0;ix;i+); void adcck(void) /*时钟信号函数*/ adcclk=1; delay1(2); adcclk=0; delay1(2); ,C51源程序,uchar readadc(void) uchar i; char ch0=0; adccs=0; /* 片选信号为0 */ adcck(); adcdi=1; /* 启动A/D
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