89C51单片机与DA转换器,AD转换器的接口

1、89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 第第1111章章 89C51D/A 89C51D/A转换器、转换器、 A/D A/D转换器的接口转换器的接口 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 非电物理量（温度、压力、流量、速度等），须经传感器非电物理量（温度、压力、流量、速度等），须经传感器 转换成模拟电信号（电压或电流），必须转换成数字量，才能转换成模拟电信号（电压或电流），必须转换成数字量，才能 在单片机中处理。在单片机中处理。 A/D A/D转换器（转换器（ADCADC）：模拟量：模拟量数字量的器件。数字量的器件。 D/A D/A转换器（转换器（DACDAC）：数字量：

2、数字量模拟量的器件模拟量的器件。 数字量，也常常需要转换为模拟信号。数字量，也常常需要转换为模拟信号。 只需合理选用商品化的大规模只需合理选用商品化的大规模ADCADC、DACDAC芯片，了解引脚及芯片，了解引脚及 功能以及与单片机的接口设计。功能以及与单片机的接口设计。 11.1 11.1 89C5189C51与与DACDAC的接口的接口 11.1.1 D/A11.1.1 D/A转换器概述转换器概述 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 1. 1. 概述概述 输入：数字量，输出：模拟量。输入：数字量，输出：模拟量。 转换过程：送到转换过程：送到DACDAC的各位二进制数按其权的大

3、小转换为相的各位二进制数按其权的大小转换为相 应的模拟分量，再把各模拟分量叠加，其和就是应的模拟分量，再把各模拟分量叠加，其和就是D/AD/A转换的结果。转换的结果。 使用使用D/AD/A转换器时，要注意区分转换器时，要注意区分: : * * D/A D/A转换器的输出形式转换器的输出形式; ; * * 内部是否带有锁存器。内部是否带有锁存器。 (1) (1) D/AD/A转换器的两种输出形式转换器的两种输出形式 两种输出形式两种输出形式: :电压输出形式与电流输出形式。电流输出电压输出形式与电流输出形式。电流输出 的的D/AD/A转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个转换器，如需模拟电

4、压输出，可在其输出端加一个I-VI-V转转 换电路。换电路。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 （2 2）D/AD/A转换器内部是否带有锁存器转换器内部是否带有锁存器 由于由于D/A转换需要一定的时间，在这段时间内转换需要一定的时间，在这段时间内D/A转换器输入转换器输入 端的数字量应保持稳定，为此应当在端的数字量应保持稳定，为此应当在D/A转换器数字量输入端的转换器数字量输入端的 设置锁存器。目前的设置锁存器。目前的D/A转换器内部大多带有锁存器，有的还具转换器内部大多带有锁存器，有的还具 有双重或多重数据缓冲电路。有双重或多重数据缓冲电路。 89C51单片机与DA转换器,A

5、D转换 器的接口 2.2.主要技术指标主要技术指标 (1)(1)分辨率分辨率 输入给输入给DACDAC的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通 常定义为输出满刻度值与常定义为输出满刻度值与2 2n n之比。显然，二进制位数越多，分之比。显然，二进制位数越多，分 辨率越高。辨率越高。 例如，若满量程为例如，若满量程为1010V V，根据定义则分辨率为根据定义则分辨率为1010V/2V/2n n。设设8 8 位位D/AD/A转换，即转换，即n=8n=8，分辨率为分辨率为1010V/2V/2n n =39.1mV =39.1mV，该值占满量程该值占满量程

6、的的0.391%0.391%，用，用1 1LSBLSB表示。表示。 同理：同理：1010位位 D/AD/A：1 1 LSB=9.77mV=0.1% LSB=9.77mV=0.1% 满量程满量程 1212位位 D/AD/A：1 1 LSB=2.44mV=0.024% LSB=2.44mV=0.024% 满量程满量程 根据对根据对DACDAC分辨率的需要分辨率的需要, ,来选定来选定DACDAC的位数。的位数。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 (2)(2)建立时间建立时间 描述描述DACDAC转换快慢的参数转换快慢的参数, ,表明转换速度。表明转换速度。 定义：为从输入数字量到输

7、出达到终值误差定义：为从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)(1/2)LSB(LSB(最低有最低有 效位效位) )时所需的时间。电流输出时间较短，电压输出再加上时所需的时间。电流输出时间较短，电压输出再加上I-VI-V 转换时间，因此建立时间要长一些。快速转换时间，因此建立时间要长一些。快速DACDAC可达可达1 1 s s以下。以下。 (3(3）精度）精度 理想情况，精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。理想情况，精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。 但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存在着误差但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存在着误差, ,精精 度与分辨率并不完全一致

8、。度与分辨率并不完全一致。 位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器精度位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器精度 会有所不同。例如，某型号的会有所不同。例如，某型号的8 8位位DACDAC精度为精度为0.19%0.19%，另一型号的，另一型号的 8 8位位DACDAC精度为精度为0.05%0.05%。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 11.1.2 11.1.2 AT89C51AT89C51与与8 8位位DAC0832DAC0832的接口的接口 1. 1. DAC0832DAC0832芯片介绍芯片介绍 (1)(1)DAC0832DAC0832的特性的特性 美国国

9、家半导体公司产品，具有两个输入数据寄存器的美国国家半导体公司产品，具有两个输入数据寄存器的8 8位位 DAC,DAC,能直接与能直接与89C5189C51单片机相连。主要特性如下：单片机相连。主要特性如下： * * 分辨率为分辨率为8 8位；位； * * 电流输出，稳定时间为电流输出，稳定时间为1 1 s s； * * 可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入；可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入； * * 单一电源供电（单一电源供电（+5+5+15+15V V）；）； 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 （2 2）DAC0832DAC0832的引脚及逻辑结构的引脚及逻辑结构 引

10、脚：引脚： 图图11-111-1 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 DAC0832DAC0832的逻辑结构：的逻辑结构： 图图11-211-2 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 引脚功能：引脚功能： DI0DI0DI7DI7：8 8位数字信号输入端位数字信号输入端 CSCS* *： 片选端。片选端。 ILEILE： 数据锁存允许控制端，高电平有效。数据锁存允许控制端，高电平有效。 WR1WR1* *：输入寄存器写选通控制端。当输入寄存器写选通控制端。当CSCS* *=0=0、ILE=1ILE=1、 WR1 WR1* *=0=0时，数据信号被锁存时，数据信号被锁存

11、在在输入寄存器中。输入寄存器中。 XFERXFER* *：数据传送控制。数据传送控制。 WR2WR2* * ：DACDAC寄存器写选通控制端。当寄存器写选通控制端。当XFERXFER* *=0=0，WR2WR2* * =0=0 时，输入寄存器状态传入时，输入寄存器状态传入DACDAC寄存器中。寄存器中。 I IOUT1 OUT1： ：电流输出电流输出1 1端，输入数字量全端，输入数字量全“1 1”时，时，IOUT1IOUT1最大，最大， 输入输入 数字量全为数字量全为“0 0”时，时，IOUT1IOUT1最小。最小。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 I IOUT2 OUT2：

12、 ：D/AD/A转换器电流输出转换器电流输出2 2端，端，IOUT2+IOUT1=IOUT2+IOUT1=常数。常数。 RfbRfb：外部反馈信号输入端，外部反馈信号输入端， 内部已有反馈电阻内部已有反馈电阻RfbRfb，根据需要根据需要 也可外接反馈电阻。也可外接反馈电阻。 VccVcc：电源输入端，可在电源输入端，可在+5+5V V +15V+15V范围内。范围内。 DGNDDGND：数字信号地。数字信号地。 AGNDAGND：模拟信号地。模拟信号地。 “8位输入寄存器位输入寄存器”用于存放用于存放CPU送来的数字量，使输入数字量送来的数字量，使输入数字量 得得 到缓冲和锁存，由到缓冲和锁

13、存，由LE1*控制；控制； “8位位DAC寄存器寄存器” 存放待转换的数字量，由存放待转换的数字量，由LE2*控制；控制； “8位位D/A转换电路转换电路”由由T型电阻网络和电子开关组成，型电阻网络和电子开关组成，T型电阻型电阻 网络输出和数字量成正比的模拟电流。因此，网络输出和数字量成正比的模拟电流。因此，DAC0832通常需通常需 要外接要外接I-V转换的运算放大器电路，才能得到模拟输出电压。转换的运算放大器电路，才能得到模拟输出电压。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 2. AT89C512. AT89C51与与DAC0832DAC0832的接口电路设计的接口电路设计 设

14、计设计AT89C51AT89C51单片机与单片机与DAC0832DAC0832的接口电路时，常用单缓的接口电路时，常用单缓 冲方式或双缓冲方式的单极性输出。冲方式或双缓冲方式的单极性输出。 (1)(1)单缓冲方式单缓冲方式 DAC0832 DAC0832的两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个的两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个 处于受控的锁存方式。处于受控的锁存方式。 在不在不要求多路输出同步的情况下，可采用单缓冲方式。要求多路输出同步的情况下，可采用单缓冲方式。 单缓冲方式的接口如图单缓冲方式的接口如图11-11-3:3: 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11

15、-311-3 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-311-3中，中，WR2WR2* *和和XFERXFER* *接地，故接地，故DAC0832DAC0832的的“8 8位位DACDAC寄存器寄存器” （见图（见图11-211-2）处于处于直通方式。直通方式。“8 8位输入寄存器位输入寄存器”受受CSCS* *和和WR1WR1* * 端控制，且由译码器输出端端控制，且由译码器输出端FEHFEH送来（也可由送来（也可由P2P2口的某一根口线口的某一根口线 来控制）。因此，来控制）。因此，8 89C519C51执行如下两条指令

16、就可在执行如下两条指令就可在WR1WR1* *和和CSCS* *上上 产生低电平信号，使产生低电平信号，使08320832接收接收8 89C519C51送来的数字量。送来的数字量。 MOVMOVR0R0，#0FEH#0FEH ；DACDAC地址地址FEHR0 FEHR0 MOVX R0MOVX R0，A A ；WRWR* *和译码器和译码器FEHFEH输出端有效输出端有效 现说明现说明DAC0832DAC0832单缓冲方式的应用。单缓冲方式的应用。 例例11-1 11-1 DAC0832DAC0832用作波形发生器。试根据图用作波形发生器。试根据图11-311-3，分别写出，分别写出 产生锯齿

17、波、三角波和矩形波的程序。产生锯齿波、三角波和矩形波的程序。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 锯齿波的产生锯齿波的产生 ORG 2000HORG 2000H START:MOV R0START:MOV R0，#0FEH#0FEH；DACDAC地址地址FEH R0FEH R0 MOV AMOV A，#00H#00H；数字量数字量A A LOOP: MOVX R0LOOP: MOVX R0，A A ；数字量数字量D/AD/A转换器转换器 INC A INC A ；数字量逐次加数字量逐次加1 1 SJMP LOOPSJMP LOOP 图图11-411-4 89C51单片机与DA转换

18、器,AD转换 器的接口 输入数字量从输入数字量从0 0开始，逐次加开始，逐次加1 1，为，为FFHFFH时，加时，加1 1则清则清0 0，模拟，模拟 输出又为输出又为0 0，然后又循环，输出锯齿波，如图，然后又循环，输出锯齿波，如图11-11-4 4。 每一上升斜边分每一上升斜边分256256个小台阶，每个小台阶暂留时间为执行个小台阶，每个小台阶暂留时间为执行 后三条指令所需要的时间。后三条指令所需要的时间。 三角波的产生三角波的产生 ORG 2000HORG 2000H START: MOV R0START: MOV R0，#0FEH#0FEH MOV AMOV A，#00H#00H UP:

19、 MOVXUP: MOVXR0R0，A A ；三角波上升边三角波上升边 INC AINC A JNZ UPJNZ UP DOWN:DOWN: DEC A DEC A；A=0A=0时再减时再减1 1又为又为FFHFFH MOVX R0MOVX R0，A A JNZ DOWNJNZ DOWN ；三角波下降边三角波下降边 SJMP UPSJMP UP 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 矩形波的产生矩形波的产生 ORG 2000HORG 2000H START:START: MOV R0MOV R0，#0FEH#0FEH LOOP:LOOP: MOV AMOV A，#data1#dat

20、a1 MOVX R0MOVX R0，A A；置矩形波上限电平置矩形波上限电平 LCALL DELAY1LCALL DELAY1；调用高电平延时程序调用高电平延时程序 MOV AMOV A，#data2#data2 图图11-511-5 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 MOVX R0MOVX R0，A A；置矩形波下限电平置矩形波下限电平 LCALL DELAY2LCALL DELAY2；调用低电平延时程序调用低电平延时程序 SJMP LOOPSJMP LOOP；重复进行下一个周期重复进行下一个周期 DELAY1 DELAY1、DELAY2DELAY2为两个延时程序，决定矩形波

21、高、低电平为两个延时程序，决定矩形波高、低电平 时的持续时的持续时间时间。频率也可采用延时长短来改变。频率也可采用延时长短来改变。 图图11-611-6 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 （2 2）双缓冲方式）双缓冲方式 多路多路同步输出，必须采用双缓冲同步方式。接口电路如图同步输出，必须采用双缓冲同步方式。接口电路如图11-11- 7 7： 1 1# #DAC0832DAC0832因和译码器因和译码器FDHFDH相连，占有两个端口地址相连，占有两个端口地址FDHFDH和和FFHFFH。 2 2# #DAC0832DAC0832的两个端口地址为的两个端口地址为FEHFEH和和F

22、FHFFH。其中，其中，FDHFDH和和FEHFEH分别分别 为为1 1# #和和2 2# #DAC0832DAC0832的数字量输入控制端口地址，而的数字量输入控制端口地址，而FFHFFH为启动为启动D/AD/A 转换的端口地址。转换的端口地址。 图图11-11-7 7中中DACDAC输出的输出的V VX X和和V VY Y信号要同步，控制信号要同步，控制X X- -Y Y绘图仪绘绘图仪绘 制的曲线光滑，否则绘制的曲线是阶梯状。控制程序如下：制的曲线光滑，否则绘制的曲线是阶梯状。控制程序如下： 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-711-7 89C51单片机与DA转换

23、器,AD转换 器的接口 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 例例11-2 11-2 设设AT89C51AT89C51单片机内部单片机内部RAMRAM中有两个长度为中有两个长度为2020的数据块，的数据块， 其起始地址为分别为其起始地址为分别为addr1addr1和和addr2addr2，请根据图，请根据图11-711-7所示，编写所示，编写 能把能把addr1addr1和和addrr2addrr2中数据从中数据从1#1#和和2#DAC08322#DAC0832同步输出的程序。同步输出的程序。 程序中程序中addr1addr1和和addr2addr2中的数据，即为绘图仪所绘制曲线的

24、中的数据，即为绘图仪所绘制曲线的x x、y y 坐标点。坐标点。 DAC0832各端口地址：各端口地址： FDH: 1FDH: 1# #DAC0832DAC0832数字量输入控制端口数字量输入控制端口 FEH: 2#DAC0832数字量输入控制端口数字量输入控制端口 FFH: 1#和和2#DAC0832启动启动D/A转换端口转换端口 工作寄存器工作寄存器0 0区的区的R1R1指向指向addr1addr1；1 1区的区的R1R1指向指向addr2addr2；0 0区的区的 R2R2存放数据块长度；存放数据块长度；0 0区和区和1 1区的区的R0R0指向指向DACDAC端口地址。程序为：端口地址。

25、程序为： 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 ORG 2000HORG 2000H addr1 DATA 20Haddr1 DATA 20H； 定义存储单元定义存储单元 addr2 DATA 40Haddr2 DATA 40H； 定义存储单元定义存储单元 DTOUT: MOV R1DTOUT: MOV R1，#addr#addr； 0 0区区R1R1指向指向addr1addr1 MOV R2MOV R2，#20#20； 数据块长度送数据块长度送0 0区区R2R2 SETB RS0SETB RS0； 切换到工作寄存器切换到工作寄存器1 1区区 MOV R1MOV R1，#addr2

26、#addr2； 1 1区区R1R1指向指向addr2addr2 CLR RS0CLR RS0； 返回返回0 0区区 NEXT: MOV R0NEXT: MOV R0，#0FDH#0FDH； 0 0区区R0R0指向指向1 1# #DAC0832DAC0832数数 ；字量控制端口；字量控制端口 MOV AMOV A，R1R1；addr1addr1中数据送中数据送A A MOVX ROMOVX RO，A A；addr1addr1中数据送中数据送1 1# #DAC0832DAC0832 INC R1 INC R1 ； 修改修改addr1addr1指针指针0 0区区R1R1 SETB RS0 SETB

27、RS0 ； 转转1 1区。区。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 MOV R0MOV R0，#0FEH #0FEH ；1 1区区R0R0指向指向2 2# #DAC0832DAC0832数字量数字量 ；控制端口；控制端口 MOV AMOV A，R1 R1 ；addr2addr2中数据送中数据送A A MOVX R0MOVX R0，A A ；addr2addr2中数据送中数据送2 2# #DAC0832DAC0832 INC R1 INC R1 ；修改修改addr2addr2指针指针1 1区区R1R1 INC R0 INC R0 ；1 1区区R0R0指向指向DACDAC的启动的启动

28、D/AD/A转换端口转换端口 MOVX R0MOVX R0，A A ；启动启动DACDAC进行转换进行转换 CLR RS0 CLR RS0 ；返回返回0 0区区 DJNZ R2DJNZ R2，NEXT NEXT ；若未完，则跳若未完，则跳NEXTNEXT LJMP DTOUT LJMP DTOUT ；若送完，则循环若送完，则循环 ENDEND 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 3 3DAC0832DAC0832的单、双极性的电压输出的单、双极性的电压输出 有些应用场合需要有些应用场合需要DAC0832DAC0832为单极性模拟电压输出，而有些场合为单极性模拟电压输出，而有些场合

29、 则要求则要求DAC0832DAC0832双极性模拟电压输出，下面简单介绍。双极性模拟电压输出，下面简单介绍。 （1 1）DACDAC用作单极性电压输出。用作单极性电压输出。 在需要单极性模拟电压环境下，可以按照图在需要单极性模拟电压环境下，可以按照图11-311-3所示接线。由所示接线。由 于于DAC0832DAC0832是是8 8位的位的D/AD/A转换器，由基尔霍夫定律列出方程组，转换器，由基尔霍夫定律列出方程组， 故可得输出电压故可得输出电压v vo o与输入数字量与输入数字量B B的关系为的关系为 式中，式中，B B = = 2 27 7b b7+ 27+ 26 6b b6+26+2

30、1 1b b1+21+20 0b b0 0；V VREF REF/256 /256为一常数。为一常数。 显然，显然，v vo o和输入数字量和输入数字量B B成正比。成正比。B B为为0 0时，时， v vo o也为也为0 0，输入数字，输入数字 量为量为255255时，时， v vo o为最大值，输出电压为单极性。为最大值，输出电压为单极性。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 （2 2）DACDAC用作双极性电压输出。用作双极性电压输出。 在需双极性电压输出的场合下，可以按照图在需双极性电压输出的场合下，可以按照图11-811-8所示接线。图所示接线。图 中，中，DAC083

31、2DAC0832的数字量由单片机送来，的数字量由单片机送来，A1A1和和A2A2均为运算放大器，均为运算放大器， v vo o通过通过2 2R R电阻反馈到运算放大器电阻反馈到运算放大器A2A2输入端，其他如图输入端，其他如图11-811-8所所 示。示。G G点为虚拟地，可由基尔霍夫定律列出方程组，并解得点为虚拟地，可由基尔霍夫定律列出方程组，并解得 由上式可知，在选用由上式可知，在选用+V+VREFREF时，若输入数字量最高位时，若输入数字量最高位b7b7为为“1”1”， 则输出模拟电压则输出模拟电压vovo为正；若输入数字量最高位为为正；若输入数字量最高位为“0”0”，则输，则输 出模拟

32、电压出模拟电压vovo为负。在选用为负。在选用-V-VREFREF时，时，vovo输出值正好和选用输出值正好和选用 +V+VREFREF时极性相反。时极性相反。 REF o (128) 128 V vB 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-811-8 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 11.1.3 11.1.3 89C5189C51与与1212位电压输出型位电压输出型D/AD/A转换器转换器AD667AD667的接口设计的接口设计 8 8位位DACDAC分辨率不够，可采用分辨率不够，可采用1010位、位、

33、1212位、位、1414位、位、1616位的位的DACDAC。本。本 节介绍节介绍89C5189C51与与1212位位D/AD/A转换器转换器AD667AD667的接口设计。的接口设计。 AD667AD667是分辨率为是分辨率为1212位的电压输出型位的电压输出型D/AD/A转换器，建立时间转换器，建立时间3 3 s s （至（至0.01%0.01%）。）。 输入方式输入方式: :双缓冲输入；双缓冲输入； 输出方式输出方式: :电压输出，通过硬件编程可输出电压输出，通过硬件编程可输出+5V+5V，+10V+10V， 2.5V2.5V，5V5V和和10V10V； 内含高稳定的基准电压源内含高稳定

34、的基准电压源 可方便地与可方便地与4 4位、位、8 8位或位或1616位微处理器接口；位微处理器接口； 双电源工作电压双电源工作电压: :12V12V15V15V。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 1.1.引脚介绍引脚介绍 标准标准2828脚双列直插式。图脚双列直插式。图11-911-9为引脚图，表为引脚图，表11-111-1为其引脚说明。为其引脚说明。 （1 1）内部功能结构及应用特性）内部功能结构及应用特性 图图11-1011-10是是AD667AD667内部功能结构框图。内部功能结构框图。 应用特性应用特性: : 模拟电压输出范围的配置模拟电压输出范围的配置 AD667

35、AD667通过片外引脚的不同连接，可获得不同的输出电压量程通过片外引脚的不同连接，可获得不同的输出电压量程 范围。范围。 单极性工作时，可以获得单极性工作时，可以获得0 05V5V和和0 010V10V的电压。的电压。 双极性工作时，可获得双极性工作时，可获得2.5V2.5V，5.5V5.5V和和10V10V的电压。具体的电压。具体 量程配置可由引脚量程配置可由引脚1 1，2 2，3 3，9 9的不同连接实现，如表的不同连接实现，如表11-211-2所列。所列。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-911-9 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 89C51

36、单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-1011-10 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 由于由于AD667AD667内置的量程电阻与其他元器件具有热跟踪性能，所内置的量程电阻与其他元器件具有热跟踪性能，所 以以AD667AD667的增益和偏置漂移非常小。的增益和偏置漂移非常小。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 单极性电压输出单极性电压输出 图图11-1111-11为为0 010V10V单极性电压输出电路原理图。单极性电压输出电路原理图。 在电路运行之前，为保证转换精度，首先要进行电路调零在电路运行之前，为保证转换精度，首先要进行电路调零 和增益调节

37、。和增益调节。 电路调零电路调零 数字输入量全为数字输入量全为“0”0”时，调节时，调节50k50k 电位器电位器W1W1， 使其模拟电压输出端（使其模拟电压输出端（VOUTVOUT）电压为）电压为0.000V0.000V。在大多数情况。在大多数情况 下，并不需要调零，只要把下，并不需要调零，只要把4 4脚与脚与5 5脚相连（接地）即可。脚相连（接地）即可。 增益调节增益调节 数字输入量全为数字输入量全为“1” 1” 时，调节时，调节100100 电位器电位器W2W2， 使其模拟电压输出为使其模拟电压输出为9.9976V,9.9976V,即满量程的即满量程的10.000V10.000V减去减去

38、1LSB1LSB （约为（约为2.44mV2.44mV）所对应的模拟输出量。）所对应的模拟输出量。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-1111-11 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 双极性电压输出双极性电压输出 图图11-1211-12是是-5V-5V+5V+5V双极性电压输出。在电路运行之前，双极性电压输出。在电路运行之前， 为保证转换精度，首先要进行偏置调节和增益调节。为保证转换精度，首先要进行偏置调节和增益调节。 图图11-1211-12 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 内部内部/ /外部基准电压源的使用外部基准电压源的使用

39、AD667 AD667有内置低噪声基准电源，其绝对精度和温度系数都是有内置低噪声基准电源，其绝对精度和温度系数都是 通过激光修正的，具有长期的稳定性。通过激光修正的，具有长期的稳定性。 片内基准电源可提供片内片内基准电源可提供片内D/AD/A转换器所需的基准电流，典型值转换器所需的基准电流，典型值 为为V VREFIN REFIN端提供的 端提供的0.5mA0.5mA，BPOFFBPOFF（Bipolar OffsetBipolar Offset）端提供的）端提供的 1.0mA1.0mA。 接地与动态电容的接法接地与动态电容的接法 模拟地模拟地AGNDAGND与电源地与电源地PGNDPGND分

40、开，可以减少器件的低频噪声分开，可以减少器件的低频噪声 和增强高速性能。把地回路分开的目的是为了尽量减少低电平和增强高速性能。把地回路分开的目的是为了尽量减少低电平 信号路径中的电流。信号路径中的电流。AGNDAGND是输出放大器中的地端，应与系统中是输出放大器中的地端，应与系统中 的模的模拟地拟地直接相连直接相连。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 电源地电源地PGNDPGND可以与模拟电源的接地点就近连接。最后可以与模拟电源的接地点就近连接。最后AGNDAGND与与 PGNDPGND在一点上进行连接，一般连接到电源地在一点上进行连接，一般连接到电源地PGNDPGND上。上。

41、 另外，另外，AD667AD667的电源引脚到模拟地引脚间应加上适当的去耦的电源引脚到模拟地引脚间应加上适当的去耦 电容。电容。 在输出放大器反馈电阻两端加一个在输出放大器反馈电阻两端加一个20pF20pF的小电容，可以明显的小电容，可以明显 改善输出放大器的动态性能。改善输出放大器的动态性能。 数字输入控制与数据代码数字输入控制与数据代码 AD667AD667的总线接口逻辑由的总线接口逻辑由4 4个独立的可寻址锁存器组成，其中个独立的可寻址锁存器组成，其中 有有3 3个个4 4位的输入数据锁存器（第一级锁存器）和位的输入数据锁存器（第一级锁存器）和1 1个个1212位的位的 DACDAC锁存

42、器（第二级锁存器）。利用锁存器（第二级锁存器）。利用3 3个个4 4位锁存器可以直接从位锁存器可以直接从 4 4位、位、8 8位或位或1616位微处理器总线分次或一次加载位微处理器总线分次或一次加载1212位数字量；位数字量； 一旦数字量被装入一旦数字量被装入1212位的输入数据锁存器，就可以把位的输入数据锁存器，就可以把1212位位 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 数据传入第二级的数据传入第二级的DACDAC锁存器，这种双缓冲结构可以避免产锁存器，这种双缓冲结构可以避免产 生错误的模拟输出。生错误的模拟输出。 4 4个锁存器由个锁存器由4 4个地址输入个地址输入A0A0A3

43、A3和控制，所有的控制都和控制，所有的控制都 是低电平有效，对应关系如表是低电平有效，对应关系如表11-311-3所列。所列。 所有锁存器都是电平触发，当控制信号有效时，锁存器所有锁存器都是电平触发，当控制信号有效时，锁存器 输出跟踪输入数据；当控制信号无效时，数据就被锁存。它输出跟踪输入数据；当控制信号无效时，数据就被锁存。它 允许一个以上的锁存器被同时锁存。允许一个以上的锁存器被同时锁存。 建议任何未使用的数据和控制引脚最好与电源地相连，建议任何未使用的数据和控制引脚最好与电源地相连， 以改善抗噪声干扰特性。以改善抗噪声干扰特性。 AD667 AD667使用正逻辑编码。使用正逻辑编码。 8

44、9C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 单极性输出时，输入编码采用直接二进制编码，输入单极性输出时，输入编码采用直接二进制编码，输入000H000H产生产生 零模拟输出；输入零模拟输出；输入FFFHFFFH产生比满量程少产生比满量程少1LSB1LSB的模拟输出。的模拟输出。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 双极性输出时，输入编码采用偏移二进制编码。双极性输出时，输入编码采用偏移二进制编码。 输入为输入为000H000H时，产生负的满量程输出；时，产生负的满量程输出； 输入为输入为FFFHFFFH时，产生比满量程少时，产生比满量程少1LSB1LSB的模拟输出；的模拟输出

45、； 输入为输入为800H800H时，模拟输出为时，模拟输出为0 0。其中。其中1LSB1LSB为最低位对应的模拟电为最低位对应的模拟电 压。双极性输出时输入与输出关系如图压。双极性输出时输入与输出关系如图11-1311-13所示，输入数所示，输入数 字量字量N N与输出模拟电压与输出模拟电压V VOUT OUT的关系为： 的关系为： 式中，式中，V VR R为输出电压量程。为输出电压量程。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-1311-13 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 与微处理器的接口数据格式与微处理器的接口数据格式 AD667AD667与位微处理

46、器接口的数据格式为左对齐或右对齐的数据与位微处理器接口的数据格式为左对齐或右对齐的数据 格式。格式。 2 2AD667AD667与与89C5189C51单片机的接口单片机的接口 图图11-1411-14所示为所示为AD667AD667与与89C5189C51单片机接口电路。单片机接口电路。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-1411-14 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 AT89C51 AT89C51把把AD667AD667所占的所占的3 3个端口地址视为外部数据存储器个端口地址视为外部数据存储器 的的3 3个单元，对其进行选通。假定低个单元，对其进

47、行选通。假定低8 8位数据存于位数据存于20H20H单元，高单元，高 4 4位数据存入位数据存入21H21H的低的低4 4位，实现位，实现D/AD/A转换的程序如下：转换的程序如下： MOVMOVA,20HA,20H MOVMOVDPTR,#7FFEHDPTR,#7FFEH MOVXMOVXDPTR,ADPTR,A; ;低低8 8位进第一级锁存器位进第一级锁存器 MOVMOVA,21HA,21H MOVMOVDPTR,#7FFDHDPTR,#7FFDH MOVXMOVXDPTR,ADPTR,A; ;高高4 4位进第一级锁存器位进第一级锁存器 MOVMOVDPTR,#7FFBHDPTR,#7FF

48、BH MOVXMOVXDPTR,A DPTR,A ; ;启动第二级锁存器启动第二级锁存器 RETRET 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 11.2 AT89C5111.2 AT89C51单片机与单片机与ADCADC的接口的接口 11.2.1 A/D11.2.1 A/D转换器概述转换器概述 A/D A/D转换器（转换器（ADCADC）的作用就是把模拟量转换成数字量，以便）的作用就是把模拟量转换成数字量，以便 于计算机进行处理。于计算机进行处理。 随着超大规模集成电路技术的飞速发展，随着超大规模集成电路技术的飞速发展，A/DA/D转换器的新设转换器的新设 计思想和制造技术层出不穷。

49、为满足各种不同的检测及控制任计思想和制造技术层出不穷。为满足各种不同的检测及控制任 务的需要，大量结构不同、性能各异的务的需要，大量结构不同、性能各异的A/DA/D转换芯片应运而生。转换芯片应运而生。 1 1A/DA/D转换器简介转换器简介 尽管尽管A/DA/D转换器的种类很多，但目前广泛应用在单片机应用转换器的种类很多，但目前广泛应用在单片机应用 系统中的主要有以下几种类型：逐次比较型转换器、双积分型系统中的主要有以下几种类型：逐次比较型转换器、双积分型 转换器、转换器、-式转换器。式转换器。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 逐次比较型逐次比较型: :精度、速度和价格都适中

50、，是最常用的精度、速度和价格都适中，是最常用的A/DA/D转换转换 器件。器件。 双积分型双积分型: :精度高、抗干扰性好、价格低廉精度高、抗干扰性好、价格低廉, ,但转换速度慢，但转换速度慢， 得到广泛应用。得到广泛应用。 -型型: :具有积分式与逐次比较式具有积分式与逐次比较式ADCADC的双重优点。对工业的双重优点。对工业 现场的串模干扰具有较强的抑制能力，不亚于双积分现场的串模干扰具有较强的抑制能力，不亚于双积分ADCADC， 但比双积分但比双积分ADCADC的转换速度快的转换速度快，与逐次比较式与逐次比较式ADCADC相比，有较相比，有较 高的信噪比，分辨率高，线性度好不需采样保持电

51、路。因此，高的信噪比，分辨率高，线性度好不需采样保持电路。因此， -型得到重视。型得到重视。 V/FV/F转换型转换型: :适于转换速度要求不太高，远距离信号传输。适于转换速度要求不太高，远距离信号传输。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 2. 2. A/DA/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 (1) 转换时间和转换速率转换时间和转换速率 完成一次转换所需要的时间。转换时间的倒数为转换速率。完成一次转换所需要的时间。转换时间的倒数为转换速率。 (2) (2) 分辨率分辨率 用输出二进制位数或用输出二进制位数或BCDBCD码位数表示。例如码位数表示。例如AD574AD5

52、74，二进制，二进制1212 位，即用位，即用212212个数进行量化，分辨为个数进行量化，分辨为1 1LSBLSB，百分数表示百分数表示 1/212=0.241/212=0.24。 又如双积分式又如双积分式A/DA/D转换器转换器MC14433,MC14433, 分辨率为三位半。若满字分辨率为三位半。若满字 位为位为19991999，其分辨率为，其分辨率为1/1999=0.05%1/1999=0.05%。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 量化过程引起的误差为量化误差，是由于有限位数字对模拟量化过程引起的误差为量化误差，是由于有限位数字对模拟 量进行量化而引起的误差。量化误差

53、理论上规定为量进行量化而引起的误差。量化误差理论上规定为1 1个单位分辨个单位分辨 率，提高分辨率可减少量化误差。率，提高分辨率可减少量化误差。 （3 3）转换精度）转换精度 定义为一个实际定义为一个实际ADCADC与一个理想与一个理想ADCADC在量化值上的差值。可用在量化值上的差值。可用 绝对误差或相对误差表示。绝对误差或相对误差表示。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 11.2.2 11.2.2 89C5189C51与与ADC 0809ADC 0809（逐次比较型）的接口逐次比较型）的接口 ADC0809ADC0809引脚及功能引脚及功能 逐次比较式逐次比较式8 8路模拟

54、输入、路模拟输入、8 8位输出的位输出的A/DA/D转换器。引转换器。引 脚如图脚如图11-1511-15所示。所示。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-1511-15 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 共共2828脚，双列直插式封装。主要引脚功能如下：脚，双列直插式封装。主要引脚功能如下： (1)(1)IN0IN0IN7IN7：8 8路模拟信号输入端。路模拟信号输入端。 (2) (2) D0D0D7D7：8 8位数字量输出端。位数字量输出端。 (3) (3) C C 、B B 、A A：控制控制8 8路模拟通道的切换，路模拟通道的切换，C C、B B

55、、A=A=000 111111分别对应分别对应IN0IN0IN7IN7通道。通道。 (4) (4) OEOE、STARTSTART、CLKCLK：控制信号端，：控制信号端，OEOE为输出允许端，为输出允许端，STARTSTART 为启动信号输入端，为启动信号输入端，CLKCLK为时钟信号输入端。为时钟信号输入端。 V VR R(+)(+)和和V VR R(-)(-)：参考电压输入端。：参考电压输入端。 2. 2. ADC0809ADC0809结构及转换原理结构及转换原理 结构如图结构如图11-111-16 6。 0809 0809完成完成1 1次转换需次转换需100100 s s左右，可对左右

56、，可对0 05 5V V信号进行转换。信号进行转换。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-1611-16 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 3.3.AT89C51AT89C51与与ADC0809ADC0809的接口的接口 单片机如何来控制单片机如何来控制ADCADC? ? 首先用指令选择首先用指令选择08090809的一个模拟输入通道，当执行的一个模拟输入通道，当执行MOVX MOVX DPTRDPTR，A A时，单片机的时，单片机的WRWR* *信号有效，产生一个启动信号给信号有效，产生一个启动信号给 08090809的的STARTSTART脚，对选中

57、通道转换。脚，对选中通道转换。 转换结束后，转换结束后，08090809发出转换结束发出转换结束EOCEOC信号，该信号可供查询，信号，该信号可供查询， 也可向单片机发出中断请求也可向单片机发出中断请求; ;当执行指令：当执行指令：MOVX AMOVX A，DPTRDPTR，单单 片机发出片机发出RDRD* *信号信号, ,加到加到OEOE端高电平把转换完毕的数字量读到端高电平把转换完毕的数字量读到A A 中。中。 查询和中断控制两种工作方式。查询和中断控制两种工作方式。 (1)(1)查询方式查询方式 08090809与与89C5189C51单片机的接口如图单片机的接口如图11-111-17

58、7。 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 图图11-1711-17 89C51单片机与DA转换器,AD转换 器的接口 ALE ALE脚的输出频率为脚的输出频率为1 1MHzMHz，（时钟频率为，（时钟频率为6 6MHzMHz），经经D D触发器触发器 二分频为二分频为500kHz500kHz时钟信号。时钟信号。 0809 0809输出三态锁存，输出三态锁存，8 8位数据输出可直接与数据总线相连。位数据输出可直接与数据总线相连。 引脚引脚C C、B B、A A分别与地址总线分别与地址总线A2A2、A1A1、A0A0相连，选通相连，选通IN0IN0IN7IN7 中的一个。中的一个。P

59、2.7P2.7（A15A15）作为片选信号，在启动作为片选信号，在启动A/DA/D转换时，由转换时，由 WRWR* *和和P2.7P2.7控制控制ADCADC的地址锁存和转换启动，由于的地址锁存和转换启动，由于ALEALE和和STARTSTART连连 在一起，因此在一起，因此08090809在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。 读取转换结果，用读取转换结果，用RDRD* *信号和信号和P2.7P2.7脚经或非后，产生的正脉脚经或非后，产生的正脉 冲作为冲作为OEOE信号，用以打开三态输出锁存器。信号，用以打开三态输出锁存器。 89C51单片机与DA转换器

60、,AD转换 器的接口 对对8 8路模拟信号轮流采样一次，采用软件延时的方式，并依路模拟信号轮流采样一次，采用软件延时的方式，并依 次把结果转储到数据存储区。次把结果转储到数据存储区。 MAIN:MAIN: MOV R1MOV R1，#data#data; ;置数据区首地址置数据区首地址 MOV MOV DPTR DPTR，#7FF8H;#7FF8H;端口地址送端口地址送DPTRDPTR，P2.7=0P2.7=0， ；且指向通道；且指向通道IN0IN0 MOVMOVR7R7，#08H#08H; ;置转换的通道个数置转换的通道个数 LOOP: MOVXLOOP: MOVX DPTR DPTR，A