《单片机应用技术》000-9（周君芝）课件 项目六 AD与DA转换技术的应用

单片机应用技术（第2版）项目5项目4项目3项目2项目1C语言基础知识单片机开发软件及硬件系统的认识中断系统与定时/计数器的应用显示器与键盘接口技术的应用串行接口技术的应用目录项目7项目6A/D与D/A转换技术的应用单片机综合实践项目6A/D与D/A转换技术的应用项目导读众所周知，单片机只能处理数字量，但在实际应用中，往往会有一些模拟量需要处理，如温度、压力等，此时，单片机就需要连接A/D转换器，将模拟量转换为数字量，然后送入单片机进行处理。单片机输出的处理结果也是数字量，但有些终端控制器件是模拟型器件，只接受模拟量，此时，单片机就需要连接D/A转换器，将输出的数字量转换为模拟量，然后传递给终端控制器件。本项目主要介绍A/D转换器和D/A转换器的工作原理，并通过对典型转换器ADC0809和DAC0832的介绍，帮助学生掌握其应用。知识目标掌握A/D转换器的工作原理、主要性能指标掌握ADC0809的引脚功能及内部结构掌握ADC0809与单片机的连接方式掌握D/A转换器的工作原理、主要性能指标掌握DAC0832的引脚功能及内部结构掌握DAC0832与单片机的连接方式达成目标达成目标技能目标能根据需要，编写程序，完成ADC0809与单片机之间的连接能根据需要，编写程序，完成DAC0832与单片机之间的连接素质目标养成自主学习、协作学习、探究学习的意识弘扬脚踏实地、刻苦钻研、爱岗敬业的劳模精神加强实践练习，注重学思结合、知行统一，增强勇于探索的创新精神项目导航设计数字电压表——A/D转换技术的应用任务6.1设计信号发生器——D/A转换技术的应用任务6.2C设计数字电压表

——A/D转换技术的应用

011211101101011011010010011001101010100100110110100101100101110110101001101110101010101011010100110100106.16.1任务工单扫一扫查看任务工单任务描述随着电子技术的发展，传统的指针式电压表已经不能满足数字化时代的需求了。采用单片机的数字电压表，由于具有精度高、抗干扰能力强、可扩展性强、集成方便等优点，已被广泛应用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化领域，显示出强大的生命力。请设计一个数字电压表，能测量0～5V的直流电压，并能精确到小数点的后两位。任务实施1．整体设计思想

2．硬件设计3．软件设计4．仿真调试详细内容扫码观看6.1.1A/D转换器的基本知识

A/D转换器用于将模拟量转换为数字量，如图所示。A/D转换的过程可分为采样、保持、量化和编码四个步骤。量化采样保持编码1．A/D转换器的工作原理6.1.1A/D转换器的基本知识采样是指利用脉冲周期性地获取模拟量的瞬时值，从而得到一系列时间上离散的脉冲采样值（离散量），如图所示。1）采样6.1.1A/D转换器的基本知识保持是指在两次采样之间，将前一次采样值保存下来，使其在量化编码期间不发生变化，如图所示。2）保持6.1.1A/D转换器的基本知识量化是指将采样保持电路输出的离散量转化为数字量。3）量化编码是指将量化后的数值通过编码用一个代码表示出来，代码就是A/D转换器输出的数字量。4）编码6.1.1A/D转换器的基本知识【例6-1】假设输入的模拟量为0～4.99V，经8次采样输出的离散量分别为0.00V、0.71V、1.42V、2.13V、2.84V、3.55V、4.28V和4.99V。试对离散量进行量化并编码。【解】离散量经量化后输出3位二进制数，离散量与数字量的对应关系如表所示离散量/V0.000.711.422.132.843.554.284.99数字量0000010100111001011101116.1.1A/D转换器的基本知识知识链接A/D转换器按转换原理的不同可分为双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器、计数式A/D转换器及并行式A/D转换器等。其中，常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。前者转换精度高，抗干扰能力强，价格便宜，但转换速度较慢；后者转换精度高，转换速度快，但抗干扰能力不强。6.1.1A/D转换器的基本知识分辨率是指A/D转换器对输入模拟量的分辨能力，通常用转换数字量的位数来描述，如8位、10位、16位等，位数越多，分辨率越高。从理论上讲，一个n位A/D转换器，其数字量变化为0～2n−1，当输入模拟电压满刻度为X时，A/D转换器对输入模拟电压的分辨率为X/(2n−1)。例如，一个8位A/D转换器，当输入模拟电压满刻度为5V时，输出数字量的变化范围为0～255，则转换电路对输入模拟电压的分辨率为5V/255=19.6mV。2．A/D转换器的主要性能指标A/D转换器的主要性能指标有分辨率、转换误差和转换时间等。1）分辨率6.1.1A/D转换器的基本知识转换误差是指A/D转换器实际输出的数字量和理论上输出的数字量之间的误差。2）转换误差转换时间是指A/D转换器从接到转换启动信号开始，到输出端获得稳定的数字信号所需要的时间，用于衡量A/D转换器的转换速度。不同类型的A/D转换器转换速度相差很大。（1）双积分式A/D转换器的转换速度最慢，需要几百毫秒。（2）逐次逼近式A/D转换器的转换速度较快，需要几十微秒。（3）并行式A/D转换器的转换速度最快，仅需要几十纳秒。3）转换时间6.1.2典型A/D转换器ADC08091．ADC0809的引脚功能ADC0809为典型的8位逐次逼近式A/D转换器，它由单个+5V电源供电，片内有8路模拟选通开关，可以分时对8路输入模拟量进行A/D转换，转换时间为100μs。在同类型的产品中，ADC0809的分辨率、转换速度和价位都属于中等水平。ADC0809的引脚排列如图所示。6.1.2典型A/D转换器ADC0809各引脚功能定义如下。

IN0～IN7：模拟量输入通道。

D0～D7：数字量输出通道，可以与单片机直接相连。ADDA、ADDB、ADDC：地址输入端，用于选择通道。ADDA为低位，ADDC为高位。ADDA、ADDB和ADDC构成的地址码与选通通道的对应关系如表所示。地址码选通通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN76.1.2典型A/D转换器ADC0809

Vref（+）和Vref（−）：正、负参考电压输入端，用来与输入的模拟量进行比较，作为逐次逼近的基准。单极性输入时，Vref（+）=5V，Vref（−）=0V；双极性输入时，Vref（+）、Vref（−）分别接正、负极性的参考电压。

ALE：地址锁存允许端，高电平有效。此信号有效时，ADDA、ADDB、ADDC三位地址码被锁存，译码后选通对应的模拟通道。该信号常和START信号一起使用，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。

START：A/D转换启动信号端，正脉冲有效。START端输入下降沿时启动芯片，开始A/D转换；在A/D转换期间，START端保持低电平状态；START端输入上升沿时，所有内部寄存器清“0”，复位芯片。6.1.2典型A/D转换器ADC0809

EOC：转换结束信号输出端，高电平有效。EOC=0时，表示正在进行转换；EOC=1时，表示转换结束。EOC既可作为查询的状态标志，也可作为中断请求信号。OE：输出允许信号端，高电平有效，用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换后的数据。OE=0时，输出数据线呈高阻态；OE=1时，输出转换得到的数据。CLOCK：时钟信号端。ADC0809内部没有时钟发生装置，该引脚用于连接外部时钟信号。时钟频率为10～1280kHz，最常用的为640kHz。VCC：电源端，接+5V电压。GND：接地端。6.1.2典型A/D转换器ADC0809ADC0809主要由8路模拟开关、地址锁存与译码器、8位A/D转换器及三态输出锁存器等组成，其内部结构如图所示。2．ADC0809的内部结构6.1.2典型A/D转换器ADC0809

8路模拟开关：用于通道IN0～IN7上8路模拟电压的分时输入。地址锁存与译码器：用于对ADDA、ADDB和ADDC地址位的锁存和译码，译码输出用于通道选择。8位A/D转换器：逐次逼近式转换器，A/D转换在8位A/D转换器内完成，转换后的数字量输出至三态输出锁存器。三态输出锁存器：用于锁存A/D转换完成后的数字量。ADC0809采用的是一种经济的多路数据采集方法，8路模拟开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，转换结果通过三态输出锁存器输出。6.1.2典型A/D转换器ADC0809ADC0809与单片机的连接电路如图所示。ADC0809与单片机的连接电路主要涉及两个问题：一是8路通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。3．ADC0809与单片机的连接6.1.2典型A/D转换器ADC0809通道选择信号ADDA、ADDB、ADDC分别接最低三位地址A0、A1、A2，地址锁存允许信号ALE由P2.0端口控制，通道地址选择以

作写选通信号。若无关位都取1，则8路通道的地址为FEF8H～FEFFH。ALE信号与START信号是接在一起的，这样可在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换，有关信号的时间配合如图所示。1）通道的选择6.1.2典型A/D转换器ADC0809启动A/D转换只需要一条对外部RAM写语句。例如，要选择IN0通道时，采用如下两条指令，即可启动A/D转换。#defineADDIN0XBYTE[0XFEF0] /*定义ADC0809通道0的地址*/ADDIN0=0X00; /*启动A/D转换（IN0）*/6.1.2典型A/D转换器ADC0809输入不同的指令，便开启不同的通道。这就像我们人生的道路一样，今天我们做出不一样的选择，明天我们也会走上不一样的人生道路。面对选择，我们不妨大胆一些。因为选择是一次又一次自我重塑的过程，让我们不断地成长、不断地完善。如果说，人生是一次不断选择的旅程，那么当千帆阅尽，最终留下的就是一片属于自己的独一无二的风景。6.1.2典型A/D转换器ADC0809A/D转换后得到的数据是数字量的，这些数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，数据才能进行传送。为此可采用以下三种方式：定时方式、查询方式和中断方式。2）转换数据的传送定时方式查询方式中断方式6.1.2典型A/D转换器ADC0809（1）定时方式。对于A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如，ADC0809的转换时间为128μs，相当于6MHz的单片机的64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，当A/D转换启动后即调用该延时子程序，延迟时间一到，转换完成，即可进行数据传送。（2）查询方式。ADC0809有表明转换完成的状态信号EOC，因此可以用查询方式测试EOC的状态，即可知转换是否完成，并确定何时进行数据传送。若EOC=0，则表示A/D转换正在进行，须继续查询；若EOC=1，则表示转换完成，给OE引脚一个高电平，即可进行数据传送。6.1.2典型A/D转换器ADC0809（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。不管采用哪种方式，一旦确定A/D转换完成，即可通过指令进行数据传送。数据传送的基本过程为：首先送出端口地址，并以信号作为选通信号，当信号有效时，OE信号即有效，然后将转换数据送到数据总线上，供单片机读取。ADC0809数据传送程序如下。#defineADDIN0XBYTE[0XFEF0] /*定义ADC0809的端口地址*/unsignedcharaddata;addata=ADDIN0; /*读A/D转换数据（IN0）*/6.1.2典型A/D转换器ADC0809该程序在送出有效端口地址的同时，发出

有效信号，使ADC0809的输出允许信号OE有效，从而打开三态输出锁存器，把转换后的数据通过数据总线送入内部变量addata中。6.1.2典型A/D转换器ADC0809【例6-2】根据ADC0809与AT89C51单片机的接口电路，设计实现8路模拟量输入的巡回检测系统，并将数据存放到数据存储区中。【问题分析】

ADC0809的8个通道地址为FEF8H～FEFFH。在C51程序设计中，如果要访问外部RAM器件，需要通过XBYTE指令来定义，在本系统中，ADC0809通道0的地址为0xFEF8H。6.1.2典型A/D转换器ADC0809#include<reg51.h>#include<absacc.h> /*绝对地址访问头文件*/#defineIN0XBYTE[0xFEF8] /*设置ADC0809通道0的地址*/unsignedchari; /*通道选择控制*/unsignedcharx[8]; /*存放8个通道的A/D转换数据*/unsignedcharxdata*ad_adr; /*存放通道地址*/voidint0_isr(void)interrupt0{ x[i]=*ad_adr; /*存放转换结果*/ ad_adr++; /*地址增1，指向下一通道*/ i++; while(i==8)EA=0; }

/*8个通道转换完毕，关中断*/【参考代码】6.1.2典型A/D转换器ADC0809intmain(void){ IT0=1; /*设置边沿触发方式*/ EX0=1; /*外部中断0开中断*/ EA=1; /*开总中断*/ i=0; /*初始化i为第0通道*/ ad_adr=&IN0; /*通道0地址送ad_adr*/ *ad_adr=0; /*写外部I/O地址操作，启动A/D转换*/ while(1); /*等待中断*/ return0;}课堂小结1A/D转换器的基本知识2典型A/D转换器ADC0809C设计信号发生器

——D/A转换技术的应用

011211101101011011010010011001101010100100110110100101100101110110101001101110101010101011010100110100106.26.2任务工单扫一扫查看任务工单任务描述信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。例如，通过信号发生器可用不同的波形实现对产品质量的检测、距离检测报警等。请设计一个信号发生器，能实现方波、三角波和正弦波的输出，且输出信号幅度稳定、频率可调。任务实施详细内容扫码观看1．整体设计思想

2．硬件设计3．软件设计4．仿真调试6.2.1D/A转换器的基本知识D/A转换器是将数字量转换为模拟量，如图所示。1．D/A转换器的工作原理D/A转换器的工作原理如图所示，首先数字量输入到数据寄存器中，各位分别控制对应的模拟电子开关，然后模拟电子开关将数字量的电平变成对应的电子开关状态。当数字量某位为“1”时，电子开关将基准电压UR接入电阻解码网络相应的支路；某位为“0”时，则将该支路接地。各支路的电流信号经电阻解码网络加权后，由运算放大器求和，并转换成模拟量输出。6.2.1D/A转换器的基本知识知识链接D/A转换器按电阻解码网络的不同，可分为T形电阻网络DAC、倒T形电阻网络DAC和权电阻网络DAC等。实际应用中，通常使用T形电阻网络DAC。6.2.1D/A转换器的基本知识2．D/A转换器的主要性能指标分辨率是指D/A转换器对输出模拟量的分辨能力，通常用输入数字量的位数来描述，数字量位数越多，分辨率越高。若D/A转换器输入数字量的位数为n，则其分辨率为1/(2n−1)。转换误差是指D/A转换器实际输出的模拟量和理论上输出的模拟量之间的误差。建立时间是指D/A转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟量输出所需要的时间，用于衡量D/A转换器的转换速度。D/A转换器的主要性能指标有分辨率、建立时间和转换误差等。1）分辨率2）建立时间3）转换误差6.2.1D/A转换器的基本知识在平时的工作和学习中，当我们遇到问题一时难以解决时，我们可以尝试转换思路、转换思维，从多个角度观察问题，这样我们会对问题有更加全面的认识，从而会有更好的解决方案。6.2.2典型D/A转换器DAC0832DAC0832是典型的8位D/A转换器，T形电阻网络，转换控制方便，建立时间为1μs，可与51系列单片机直接连接，价格低廉，应用非常广泛。1．DAC0832的引脚功能DAC0832采用双列直插式封装，有20个引脚，其引脚排列如图所示。6.2.2典型D/A转换器DAC0832各引脚功能定义如下。

：片选信号输入端，低电平有效。ILE：数据锁存允许信号端，高电平有效。

：8位输入寄存器的写信号端，低电平有效。

：DAC寄存器的写信号端，低电平有效。

：数据传送控制信号端，低电平有效。AGND：模拟电路接地端。DI0～DI7：8位数字量输入端。Vref：参考电压输入端，范围为−10～+10V。6.2.2典型D/A转换器DAC0832Rfb：反馈电阻引出端。DAC0832是电流输出，当采用电压输出时，需要电压输出端接运算放大器，Rfb可作为外部运算放大器的反馈电阻引出端。Iout1：模拟电流输出端1。当DAC寄存器中数据全为1时，输出电流最大；当DAC寄存器中数据全为0时，输出电流为0。Iout2：模拟电流输出端2。Iout2与Iout1的和为一个常数，即Iout1+Iout2=常数。Iout2在单极性输出时，接地；在双极性输出时，接运算放大器。VCC：电源端，一般为5～15V。DGND：数字电路接地端。6.2.2典型D/A转换器DAC08322．DAC0832的内部结构DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A转换器等组成，其内部结构如图所示。6.2.2典型D/A转换器DAC0832从图中可以看出，输入寄存器和DAC寄存器构成两级数据输入缓存，数字量通过两级寄存器后送至D/A转换器的输入端。这样的设计可以做到当后一级锁存器（DAC寄存器）向D/A转换器输出数据时，前一级寄存器（输入寄存器）可接收新的数据，从而提高了转换速度。ILE、

和

是输入寄存器的控制信号。当ILE、

和

均有效时，可以将引脚上的数据写入输入寄存器。

和是DAC寄存器的控制信号。当两个信号均有效时，DAC寄存器工作在直通方式；当其中某个信号为高电平时，DAC寄存器工作在锁存方式。6.2.2典型D/A转换器DAC08323．DAC0832与单片机的连接根据对DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器的控制方法的不同，DAC0832与单片机的连接方式有以下三种方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。直通方式单缓冲方式双缓冲方式6.2.2典型D/A转换器DAC0832直通方式是指将输入寄存器和DAC寄存器的相关控制信号均置为有效状态的方式。采用直通方式时，两个寄存器均处于开通状态，当数字量送到数据输入端时，数据从输入端经过两个寄存器时可以不经过任何缓冲直接进入D/A转换器进行转换。1）直通方式6.2.2典型D/A转换器DAC0832直通方式控制简单，转换速度快。6.2.2典型D/A转换器DAC0832单缓冲方式是指输入寄存器和DAC寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控状态的方式。单缓冲方式的连接原理如图所示，

和端接地，DAC寄存器处于直通方式；ILE端接高电平，

端与译码器输出信号相连，

端与单片机的

信号相连，输入寄存器的状态由单片机控制。单缓冲方式适用于只有一路模拟量输出或有多路模拟量但不要求同时输出的情况。2）单缓冲方式6.2.2典型D/A转换器DAC0832双缓冲方式是指两个寄存器均处于受控状态的方式。双缓冲方式适合于多路模拟量同时输出的应用场合。双缓冲方式的连接原理如图所示，

、

端分别与译码器输出信号相连，

、

端与单片机的

信号相连，从而实现两个寄存器的状态均由单片机控制。采用双缓冲方式时，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步进行的。第一步，CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中；第二步，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，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。如图所示为两片DAC0832与8051单片机的双缓冲方式连接电路，可以实现两路同步输出。3）双缓冲方式6.2.2典型D/A转换器DAC0832双缓冲方式的连接原理图两片DAC0832与8051单片机的双缓冲方式连接电路6.2.2典型D/A转换器DAC0832【例6-3】利用DAC0832产生一个线性增长的锯齿波。【问题分析】锯齿波的信号是线性变化的，先线性增加然后回到最小再线性增加，根据这个特点，利用程序本身进行自加或自减即可实现。产生锯齿波的程序设计流程如图所示。6.2.2典型D/A转换器DAC0832#include<reg51.