课件说明0单片机

1、第8章 AD和DA转换接口技术 8.1 概述 8.3 D/A转换接口技术 8.2 A/D转换接口技术 8.1 概述模拟量输入通道过程通道模拟量输出通道数字量输入通道数字量输出通道模/数转换模拟量转换成数字量。称ADC（Analog to Digital Conversion）,简称A/D数/模转换数字量转换成模拟量。称DAC（Digital to Analog Conversion）,简称D/A 8.2 A/D转换接口技术一、A/D转换基本知识 1.采样与采样定理 模拟信号：时间上连续，幅值上连续的信号，f(t)离散模拟信号：时间上离散，幅值上连续的信号，f*(t)数字信号：时间上离散，幅值上

2、离散的信号，f(n) 采样：将模拟信号按一定时间间隔抽取为离散模拟信号的过程叫采样采样周期：这个抽样时间间隔称为采样周期香龙采样定理：若模拟信号的最高频率为fmax，则为保证对信号的主要特征的复现，采样频率必须满足f2fmax，采样后得到的采样序列信号f*(0T)、f*(1T)、.f*(nT)才能表征原信号信息。也即是说，只有选择适当小的采样周期T，即能保证对模拟信号的准确采样2.量化与量化误差 设计算机字长为L，输入信号的满度值为Xm，则计算机系统实际上将Xm分成了2L等份，每一等份为q = Xm/2L，q称为量化单位量化：所谓量化就是将信号用含多少个q的数量来表示的过程例：MCS51单片机

3、字长L = 8，设输入满度值为+5V则量化单位q = 5V/28 = 19.53mV也就是说，19.53mV输入信号的量化值为00000001，而40mV输入信号的量化值为00000010，5V信号的量化值为11111111量化误差为 (1/2)q = 9.7mV。也就是说，09.7mv，以下的信号被量化为00000000，9.719.53mV的信号即被量化为00000001 计算机系统的字长总是有限的，量化过程中不可避免地要对离散模拟信号进行舍入，即存在量化误差，量化误差为 (1/2)q 量化误差： (1/2)q 所谓量化误差就是量化过程中的舍入误差，它反映了计算机系统对模拟信号处理的精度

4、显然，计算机系统字长越长，则量化误差越小 通常，将计算机系统的量化误差用有效位数表示，数字量的最低位即最小有效位1LSB，(LSBLeatst Significant BiT)，与此相对应的模拟电压称为一个量化单位 上例中，1LSB19.53mV 例如，8位ADC对5V满幅度模拟信号的分辨率可以说成 8位 19.53mV 0.39二、AD转换器的主要性能指标 习惯上以输出的二进制位数表示分辨率。如一个输出为8位二进制数的ADC，称其分辨率为8位 也可以用对应于lLSB的输入模拟电压来表示分辨率 分辨率还可以用百分数来表示1.分辨率 A/D转换是用数字量对模拟量进行量化，由于存在最小量化单位，在

5、转换中就会出现误差，这一误差称为量化误差 理想A/D转换器的量化误差为1/2 LSB 上例中的量化误差为9.7mV2.量化误差3.转换精度 失调误差 失调误差也称为零点误差。失调误差反映了ADC零点的偏差，通常由电路漂移引起，可以通过电路调整来消除 增益误差 当输出数字量达到满量程时，所对应的输入模拟量与理想的模拟量数值之差，称为增益误差或满量程误差.增益误差也可以通过电路调整来消除 非线性误差 非线性误差是指实际转换特性与理想转换特性之间的最大偏差。它不能通过电路调整来消除。 微分非线性误差 在A/D转换曲线上，实际台阶幅度与理想台阶幅度（即理论上的1LSB）之差，称为微分非线性误差。如果此

6、误差超过1LSB，就会出现丢失某个数字码的现象。微分非线性误差又叫不失码误差5.温度系数 温度系数表示ADC受环境温度影响的程度。一般用环境温度变化1所产生的相对转换误差来表示，以ppm/为单位 4.转换时间 转换时间是指ADC完成一次转换所需要的时间，其倒数为转换速率。转换时间反映了ADC的速度 转换精度是指一个实际的ADC与理想的ADC相比的转换误差。绝对精度一般以LSB为单位给出。相对精度则是绝对精度与满量程的比值。不同厂家生产的ADC的转换精度指标的表达方式可能不同。有的给出综合误差指标，有的给出分项误差指标总误差E总与分项误差Ei之间的关系为 ADC分类逐次逼近式 三、常用ADC及其

7、与MCS51单片机的接口 逐次逼近型双积分型直接并行型型流水线型 也称逐次比较型 逐次逼近ADC兼顾了转换速度和转换精度，是应用较广泛的ADC，分辨率816-bit，转换时间从几s100s 双积分式 双积分型转换精度高，但转换时间长，约几百ms 1. AD0808/0809的原理 8路8位A DC（1）结构（2）引脚定义 OE：输出允许信号。高电平信号时，三态输出将A/D转换结果输出到外部数据总线 ALE：地址锁存信号。下降沿锁存 START：A/D转换启动信号。上升沿，内部寄存器清零，下降沿开始A/D转换 EOC：转换结束标志。启动后变为低电平，转换结束后立即输出一正阶跃信号CLOCK：外部

8、时钟输入。时钟频率典型值为640kHz，允许范围为101280kHz。时钟频率降低时，A/D转换速度也降低 REF(+)、REF()：正负基准电压输入端。基准电压的中心值(VREF(+)+VREF() / 2应接近于VCC / 2，其偏差值不应超过土0.1V。正、负基准电压的典型值分别为5V、0V VCC、GND：5V电源 （3）主要性能指标 分辨率：8位 总非调整误差：0808为土0.5LSB，0809为1LSB 转换时间：100s（时钟频率为640kHz时） 输入模拟通道数：8路 输出电平：与TTL电平兼容 电源：单电源宁5V供电 基准电压为5V时允许输入信号范围为05V 功耗：10mW

9、（4）数字量输出与模拟输入之间的关系 VREF()0时 （5）双极性输入转换电路 VIN=(5+VI)/2VIN=(10+VI)/4 2、8位ADC 0808/0809 与8031单片机接口设计 ALE管脚一直输出一个频率为单片机时钟频率1/6的脉冲信号（在外部RAM读写时可能有停顿），可以提供给ADC作为时钟 单片机6MHz时，fALE=1MHz，这时ADC0908/0809是允许的。如果12MHz，则需要外加分频电路 （1）电路边沿触发CA2BA1AA0 （2）程序设计 中断方式ORG0100HMAIN:SETBIT1；设置/INT1为边沿触发方式SETBEX1；允许/INT1中断SETB

10、EAMOVDPTR，#0FEF8H；选择通道IN0MOVXDPTR，A；启动ADCSJMP$；等待中断A-D：MOVDPTR，0FEFFHMOVXA，DPTR；读取MOV30H，ARETI 查询方式A-D：MOVDPTR，#0FEF8H；选择通道IN0MOVXDPTR，A；启动ADCNOP；避开EOC的延迟NOPJNBP3.3，$；判断/INT1管脚为0否？MOVDPTR，0FEFFHMOVXA，DPTR；读取MOV30H，ARETCBA：A2A0 IN0IN7口地址：FEF8HFEFFHADC读取地址：FEFFH P2.0（片选） 地址码 输入通道 C B A FEF8H 0 0 0 0 I

11、N0 FEFFH 0 1 1 1 IN7 3、12位ADC1210/1211与单片机的接口设计 ADC1210/1211是低功耗、中速12位逐次逼近ADC，CMOS工艺，24脚双列直插式封装。1210的分辩率和精度均为l2位，1211的分辨率为12位，精度为10位 ADC1210/1211具有电源电压范围宽、双极与单极性模拟输入信号均可转换、功耗低等许多优点，非常适合于一些中、小型的应用系统 主要性能指标：12位分辨率 线性为1/2LSB 单电源+5v到15v电源电压范围双极或单极性模拟输入转换速率100s/l2位、30s/l0位200K模拟输入阻抗 ADC1210/1211典型驱动时钟为65

12、kHz/SC是启动信号，持续1个时钟周期的低电平脉冲有效转换结束时，/CC标志变成低电平单片机的字长仅8位，完成一次12位数据输入需要读取ADC两次 （1）电路（2）程序设计 ADCP： MOV R0，#10H；置数据缓冲区地址MOV DPTR，#2000HMOVDPTR，A；启动A/D转换WAITC：JNB P3.4，WAITC；等待转换结束MOV DPTR，#2100H；转换结束读人高位数据MOVX A，DPTRANL A，#0FH ；屏蔽高4位MOVXRo，A；保存高位数据INC ROMOV DPTR，#2200H；读入低8位数据MOVX A，DPTRMOVXRo，A；保存低8位数据 8

13、.3 D/A转换接口技术 一、D/A转换基本知识 总电流I =A1I1+A2I2+A3I3+A4I4输出电压VOUT=R IR（A12-1+ A22-2+ A32-3+ A42-4） I1(1/21) IRI2(1/22) IRI3(1/23) IRI4(1/24) IR 设DAC字长为N，满量程基准电压为VREF则一个二进制数B的D/A输出可由下式描述 二、DA转换器的主要性能指标1.分辨率 习惯上以DAC的二进制位数表示分辨率。如一个输出为8位DAC，称其分辨率为8位2.转换精度 （与ADC情况类似）3.建立时间 DAC的输入数据发生变比后，输出模拟量达到稳定数值即进入规定的精度范围内所需

14、要的时间称为建立时间 建立时间反映了DAC的速度，相对于ADC而言，DAC的转换速度较快，一般其建立时间1S 三、常用DAC及其与MCS51单片机的接口 DAC的类型很多，分8位、10位、2位、16位等 通常都带有输入寄存器，可与微机直接连接。输人数据一般为并行数据，也有串行数据 从输出信号来说，DAC有电流型和电压型之分。电流型直接输出是电流量，若片内有输出放大器，则能输出电压量，并能实现单极性或双极性电压输出 有些DAC具有特殊功能，如能输出多路模拟量，输出工业控制用的标准420mA电流倌号等 典型的DAC有: 8位电流型DAC0832 12位DAC1208 电压输出型的AD558 多路输

15、出型AD7528 1. DAC0832的原理 （1）结构 8位输入锁存器 8位DAC寄存器 8位D/A转换器及转换控制电路构成20脚双列直插式封装双缓冲 VREF：基准电源输入端 RFB：反馈信号输入端 IOUT1、IOUT2：电流输出端 VCC：电源输入端 AGND；模拟地 DGND：数字地 （2）引脚功能DI0DI7：8位数据输入端ILE：输入寄存器允许信号，输入，高电平有效 /CS：片选信号，输入，低电平有效 /WR1：输入寄存器写信号，输入。低电平有效 /XFER：数据传送信号，输入，低电平有效 /WR2：DAC寄存器的写信号，输入，低电子有效 由ILE、/CS、/WR1的逻辑组合产生

16、输入寄存器控制信号/LE1 当/LE1为低电平时，输入寄存器内容随输入变比，/LE1的正跳变将输入数据锁存由/XFER、/WR2组成DAC寄存器的控制信号/LE2。/LE2的正跳变将输入数据锁存到DAC寄存器 （3）主要技术指标： 分辨率：8位； 输出电流稳定时间；1S； 非线性误差：o.2%FSR； 温度系数：2ppm/； 工作方式：双缓冲、单缓冲和直通方式； 逻辑输入：与TTL电平兼容； 功耗：20 mW。 电源：5V15V。 （4）DAC0832与单片机的接口电路设计 单缓冲方式 当应用系统中只有一路DAC，或者虽有多路DAC但不要求同步输出时，可采用单缓冲方式 程序如下：MOVDPTR

17、，7FFFH ；送DAC0832口地址MOVA，#data；要转换的数字量#data送AMOVXDPTR，A ；数字量送DAC芯片，进行D/A转换输出 2、CPU向所有的DAC发出启动转换信号，使各路输入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出双缓冲方式 双缓冲方式时，数字量的锁存和D/A转换是分两步进行的：1、CPU分时向各路DAC输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中程序如下MOVDPTR，0DFFFH；选中1第一级寄存器MOV A，data1; data1送1第一级寄存器MOVXDPTR，AMOVDPTR，0BFFFH；选中2第一级寄存器MOV A，data2; data1

18、送1第一级寄存器MOVXDPTR，AMOVDPTR，07FFFH；选中1、2第二级寄存器MOVX DPTR，A；启动1、2同步转换 123（5）D/A输出电路 单极性输出方式 双极性输出方式 片内反馈电阻Rfb=R 输出范围：0-VREF输出范围：-VREF/2+VREF/2例：编制一段程序，使图示电路产生一个正弦波。 程序如下：MOVR5，00H ；计数器赋初值SIN： MOV A，R5MOVDPTR，TAB; 送表格首址MOVCA，ADPTR；查表得正弦值MOVDPTR，#0BFFFH；送0832地址MOVXDPTR，A；输出转换INCR5SJMPSINTAB：DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H,99,9CH, 9FH,A2H,A5H,A8H,ABH,AEH,B1H,B4H,B7H,BAH, BCH,BFH