第8章 AD与DA转换.ppt

第8章MCS-51单片机的其它功能模块及应用,8.1A/D与D/A转换器及其应用,8.1.1自动测控系统的构成,图8-1-1微机测控系统结构图,1D/A转换器的主要参数（1）分辨率分辨率是指D/A转换器模拟输出所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。对于一个n位的D/A转换器，分辨率可表示为：分辨率=,分辨率与D/A转换器的位数有关，位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小。,8.1.2数/模转换器（DAC）,（2）转换精度转换精度是指D/A转换器实际输出的模拟电压与理论输出模拟电压的最大误差。通常要求D/A转换器误差小于/2。（3）转换时间转换时间是指D/A转换器在输入数字信号开始转换，到输出的模拟电压达到稳定值所需的时间。转换时间越小，工作速度就越高。,2.DA转换器基本结构,图8-1-2D/A转换器内部结构,1）DAC0832的特性DAC0832采用二次缓冲方式，这样可以在输出的同时，采集下一个数据，从而提高转换速度。更重要的是能够在多个转换器同时工作时，实现多通道D/A的同步转换输出。主要的特性参数如下：（1）分辨率为8位；（2）只需在满量程下调整其线性度；（3）可与所有的单片机或微处理器直接接口，需要时亦可不与微处理器连用而单独使用；（4）电流稳定时间1us；（5）可双缓冲、单缓冲或直通数据输入；（6）低功耗，200mW；（7）逻辑电平输入与TTL兼容；（8）单电源供电（+5+15V）；,3DAC0832内部结构及其应用,2）DAC0832引脚功能该D/A转换器为二十脚双列直插式封装，各引脚含义如下：DI7DI0：数字量数据输入线。ILE：数据锁存允许信号，高电平有效；,（chipselect）：片选信号，输入，低电平有效。,（write1）：写信号1，它作为输入寄存器的写选通信号（锁存信号）将输入数据锁入8位输入锁存器。,（write2）：写信号2，即DAC寄存器的写选通信号。,有效时，将锁存在输入寄存器中的数据送到8位DAC寄存器中进行锁存，此时传送控制信号必须有效。,图8-10DAC0832内部结构和引脚图,RFB（feedbackresistor）：反馈电阻引脚。反馈电阻在芯片内部，与外部运算放大器配合构成I/V转换器，提供电压输出。IOUT1（DACcurrentoutput1）：模拟电流输出1，它是逻辑电平为“1”的各位输出电流之和。当DI7DI0各位均为“1”时，IOUT1最大，当DI7DI0各位均为“0”时，IOUT1为最小值。IOUT2（DACcurrentoutput2）：模拟电流输出2，它是逻辑电平为“0”的各位输出电流之和。IOUT1IOUT2常量。VREF（referencevoltageinput）：参考电压输入引脚，输入电压范围10V10V，要求电压准确、稳定性好。VCC（digitalsupplyvoltage）：芯片的供电电压，范围5V15V。AGND（analogground）：模拟地，芯片模拟电路接地点。DGND（digitalground）：数字地，芯片数字电路接地点。,DAC0832形成了三种工作方式如下。直通方式：LE1和LE2一直为高电平，数据可以直接进入D/A转换器。单缓冲方式：LE1或LE2其中一个一直为高电平，只控制一级寄存器。双缓冲方式：不让LE1和LE2一直为高电平，控制两级寄存器。控制LE1从高变低，DI7DI0数据存入输入寄存器;控制LE2从高变低，数据存入DAC寄存器，同时开始D/A转换。,图8-1-4DAC0832电压输出电路,（3）DAC0832的模拟输出,表8-1-1DAC0832数字量与模拟量对照表,8.1.3MCS-51对8位DAC0832的接口,直通方式单缓冲方式,图8-1-5单缓冲方式下的DAC0832和51单片机的连接,例8-1-1DAC0832用作波形发生器。试根据图8-1-5接线，分别写出产生锯齿波、三角波的程序。解：在图8-1-5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。现把产生上述三种波形的参考程序列出如下：锯齿波程序ORG1000HSTART:MOVR0，#0FEHMOVXRoINCASJMPSTARTEND,#include#include/包含绝对地址访问库#defineDA0832XBYTE0 x00FE#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoidstair(void)uchar;while(1)for(i=0;i=255;i=i+)DAC0832=i;,三角波程序三角波由线性下降段和线性上升段组成。相应程序为:ORG1080HSTART:CLRAMOVR0，#0FEHDOWN:MOVXR0，A;线性下降段INCAJNZDOWN;若未完，则DOWNMOVA，#0FEHUP:MOVXR0，A;线性上升段DECAJNZUP;若未完，则UPSJMPDOWN;若已完，则循环END,3.双缓冲方式,图8-1-78031与两片DAC0832的接口(双缓冲方式),#include#include/包含绝对地址访问库#defineINPUTR1XBYTE0 xDFFF#defineINPUTR2XBYTE0 xF7FF#defineDACRXBYTE0 x7FFF#defineucharunsignedcharvoiddac2b(uchardata1,uchardata2)INPUTR1=Xdata;/Xdata写入1#DAC0832INPUTR2=Ydata;/Ydata写入1#DAC0832DACR=0;/启动1#和2#DAC0832同时工作,1A/D转换器的主要技术指标（1）分辨率（resolution）,（4）偏移误差（offseterror）（5）满刻度误差（fullscaleerror）（6）绝对精度（absoluteaccuracy）（7）相对精度（relativeaccuracy）,（2）转换速率（conversionrate）（3）量化误差（quantizingerror）,8.1.4A/D转换器ADC0809的接口,图8-1-8A/D转换器内部结构,2A/D转换器基本结构,3ADC0809内部结构及其应用,ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。,图8-1-9ADC0809的内部结构和引脚信号,IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。,OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一+5V。GND：地。,4.ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。,可采用下述三种方式。（1）定时传送方式对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。（3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。,图8-1-10ADC0809查询方式的硬件电路,8.1.5ADC0809与MCS-51的连接及其应用,图8-1-118031和ADCO809的接口,MAIN:MOVR1，#data;置数据区首地址MOVDPTR，#7FF8H;端口地址送DPTR，P2.7=0，;且指向通道IN0MOVR7，#08H;置转换的通道个数LOOP:MOVXDPTR，A;启动A/D转换MOVR6，#0AH;软件延时，等待转换结束DELAY:NOPNOPNOPDJNZR6，DELAYMOVXA，DPTR;读取转换结果MOVR1，A;存储转换结果INCDPTR;指向下一个通道INCR1;修改数据区指针DJNZR7，LOOP;8个通道全采样完否？未完则继续,#include#include/*包含绝对地址访问库*/#defineIN0XBYTE0 x7FF8/*设置ADC0809的通道0地址*/#defineucharunsignedcharvoidadc0809(ucharidata*x)/*采样结果放指针中的A/D采集函数*/uchari;ucharxdata*ad_adr;ad_adr=/*下一通道*/,82串行通信及串行接口,8.2.1串行通信的基本知识1串行通信的两种基本方式1）异步传送方式,2）同步传送方式同步传送是一种连续传送数据的方式。在通信开始以后，发送端连续发送字符，接收端也连续接收字符，直到通信告一段落。,2串行通信中数据的传送方式3并串变换和串行接口,8.2.2MCS-51系列单片机的串行接口,1MCS-51单片机串行口的控制,表8-2-1串行口的工作方式,2MCS-51系列单片机串行口的工作方式,1）方式0：移位寄存器输入输出方式2）方式1：10位异步接收发送3）方式2：11位异步接收发送4）方式3：11位异步接收和发送方式(波特率同方式1),5）波特率的计算MCS-51单片机串行口的四种工作方式对应着三种波特率。对于工作方式0，波特率是固定的，发送的同步脉冲的频率为单片机时钟频率的112，即fosc12。对于工作方式2，波特率有两种可供选择，即fosc32和fosc64。对于方式1和方式3，波特率都由定时器1的溢出率来决定，可以用下面公式表示：,8.2.3MCS-51系列单片机的串行口的应用,1.串行口方式0用作扩展并行IO口,例8-2-1：用805l串行口外接CD4094扩展8位并行口，8位并行口的各位都接一个发光二极管，要求发光二极管从左到右以一定延迟轮流显示，并不断循环。设发光二极管为共阴极接法，如图8-2-7所示。,例8-2-2用8051串行口外加移位寄存器扩展8位输入口，输入数据由八个开关提供，另有一个开关K提供联络信号，连接如图8-2-8所示。,#include#defineucharunsignedchar#defineTR1/发送接收差别值ucharidatabuf10;/数据缓冲区ucharpf;voidinit(void)/串口初始化TMOD=0X20;/定时器1为定时方式2TH1=0 xe8;/设定波特率1200TL1=0 xe8;PCON=0 x00;TR1=1;/启动T/C1SCON=0 x50;/串行口工作于方式1,voidsend(ucharidata*d)uchari;doSBUF=0 xaa;/发送联络信号aawhile(TI=0);/TI为0说明不发送，在这里等待发送TI=0;/发送完毕则清发送标准while(RI=0);/等待回答RI=0;/回答完毕则清回答标准while(SBUF0 xbb)!=0);/没准备好。do,pf=0;/清校验和for(i=0;i16;i+)SBUF=di;/发送一个数据pf+=di;/求校验和while(TI=0);TI=0;SBUF=pf;/发送校验和while(TI=0);TI=0;while(RI=0);RI=0;/等待B机应答while(SBUF!=0);/回答出错则重发,voidreceive(ucharidata*d)uchari;dowhile(RI=0);RI=0;while(SBUF0 xaa)!=0);/判断请求与否SBUF=0 xbb;while(TI=0);TI=0;while(1)pf=0;/清校验和for(i=0;i16;i+)while(RI=0);RI=0;,di=SBUF;/接收一个数据pf+=di;/求校验和while(RI=0);RI=0;/接收A机校验和if(SBUFpf)=0)/比较校验和SBUF=0X00;break;/校验正确发00elseSBUF=0XFF;/校验出错发ffwhile(TI=0);TI=0;,voidmain(void)init();if(TI=0)send(buf);elsereceive(buf);,8.3MCS-51单片机综合应用实例,8.3.1设计单片机应用系统的基本步骤1.确定设计任务和系统功能指标，编写设计任务书2.总体设计3.硬件系统设计4.软件设计5.硬件、软件调试6.系统总调、性能测定7.编制设计文件,8.3.2篮球专项技能综合测试仪需求分析和总体设计,系统功能和技术要求系统总体设计,8.3.3LED显示器接口,图8-3-2八段LED数码管结构,图8-3-2八段LED数码管结构,表8-3-1八段LED数码管字形代码表,图8-3-4利用8255扩展的多位LED数码管显示接口电路,图8-3-5数码显示器显示流程图,8.3.4键盘输入接口,例8-3-1请根据图8-3-6写出8051对键盘的查询程序（对键盘的软件去抖动暂没考虑）。图8-3-68031独立式键盘接口KEY:JNBP1.0，FUNC1