第10章 模拟接口

单片微型计算机原理及应用A

Microcontroller’sPrinciple

andApplications课程主讲：訾学博第1章:微机原理概述第2章:单片机概述第3章:MCS-51单片机的硬件结构(*)第4章:MCS-51单片机指令系统(*)第5章:MCS-51单片机程序设计(*)第7章:MCS-51的定时器/计数器(*)第6章:MCS-51的中断系统(*)第8章:MCS-51的串行口(*)第9章:系统扩展技术第10章:模拟接口第11章:人机交互接口课程内容2本讲主要内容D/A转换器及其与单片机的接口Ａ/Ｄ转换器及其与单片机的接口第10章模拟接口3DAC0832主要特性10.1.1DAC0832芯片主要特性与结构分辨率８位；电流建立时间１μS；数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；输出电流线性度可在满量程下调节；输入逻辑电平与TTL兼容；单电源供电（＋5V～＋15V）；低功耗，20mＷ。10.1D/A转换器及其与单片机的接口4----D/A电路一般是作成集成电路芯片，转换出来的模拟量是电压量。

----D/A有8位\10位\12位\16位,位数越多分辨率就越高;但其它误差（如温度漂移、线性不良等）影响仍会使精度变差----D/A转换即是将数字量转换成相应的模拟量，常用于控制系统中。如单片机输出不同的数字量经D/A转换后加给直流电机，即可控制电机的转速。D/A转换器原理5DAC0832引脚图

IOUT2电流输出2

CS选片

WR1输入写DI0~DI7数据线DAC写

WR2IOUT1电流输出1数据锁存

ILE数据传送

XFER0832----8位D/ACSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VREFRFRDGNDVccILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT2IOUT1DAC083210.1.2DAC0832芯片结构6高电平：数据进入负跳变：锁存ILE与CS有效，WR1低时数据进入与WR1控制作用类似适于一路输出，或几路输出不要求同步的系统。----将两级寄存器的控制信号并接在一起，相当于控制一级寄存器（线选译码地址7FFFH）。

10.1.3DAC0832与80C51单片机的接口1、单缓冲工作方式采用单缓冲方式输出锯齿波、矩形波、三角波、梯形波等的D/A转换程序锯齿波ORG2000HSTART：MOVDPTR，#7FFFH；选中0832MOVA，#00H；D/A数据初值LP：MOVX@DPTR，A；转换INCA；修改D/A数据SJMPLP；循环，输出连续模拟量A=00A=0FFH9三角波ORG2000HSTART：MOVDPTR，#7FFFH；选中0832MOVA，#00H；D/A数据初值UP：MOVX@DPTR，A；转换INCA；修改D/A数据（上升）JNZUP；未上升到最大值，继续DOWN：DECA；否则，修改D/A数据（下降）

MOVX@DPTR，A；转换JNZDOWN；未下降到最小值，继续SJMPUP；一个周期结束，继续A=00A=0FFHA=00A=0FFH10双极性输出：（偏移码：补码符号位取反）

分辨率比单极性时降低1/2（最高位作为符号位，只有7位数值位）。可推出：VOUT＝（D－27）×VREF/27当D＝127，偏移码为11111111，VOUT＝VREF－1LSB当D＝-127，偏移码为00000001，VOUT＝-(VREF－1LSB)11多路D/A转换输出，且要求同步输出时。2、双缓冲工作方式12完成两路D/A同步输出的程序：MOV

DPTR，#0DFFFH；指向0832（１）输入锁存器MOVA，#data1MOVX@DPTR，A；data1送入0832（１）输入锁存器MOVDPTR，#0BFFFH；指向DAC0832（２）输入锁存器MOVA，#data2MOVX@DPTR，A；data2送入0832（2）输入锁存器MOVDPTR，#7FFFH；同时启动0832(1)、0832(2)MOVX@DPTR，A；完成D/A转换输出13DAC0832的片选CS、写信号WR1、WR2及传送控制信号XFER全部接地，允许锁存ILE接+5V。直通方式，数字量一旦输入，就直接进入DAC寄存器，进行D/A转换。3、直通工作方式141）ADC结构：ADC芯片上集成有A/D转换电路和辅助电路。2）ADC的参数：主要关心的指标是分辨率、转换速度以及输入电压的范围。

分辨率主要由位数来决定。转换时间的差别很大，可以在100微秒到几个微秒之间选择。位数增加，转换速率提高，A／D转换器的价格也急剧上升。故应从实际需要出发、慎重选择。3）ADC芯片的引脚模拟量输入信号转换启动信号转换结束信号数字量输出信号ADC芯片10.2A/D转换器及其与单片机的接口10.2.1ADC介绍15最高位先置1，其余全0VIN与80H对应的VN比较VIN大，本位D7置1，下位置1VIN小，本位D7置0，下位置1如此类推。。。。8位比较完，输出结果164）ADC分类A/D转换器（ADC）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。目前应用较广泛的主要有以下几种类型：逐次比较式转换器、双积分式转换器、Σ-Δ式A/D转换器和V/F转换器。逐次逼近型:精度、速度和价格上都适中，是最常用的A/D转换器件。双积分型:精度高、抗干扰性好、价格低廉,但转换速度慢，在单片机应用领域中也得到广泛应用。Σ-Δ型:具有积分式与逐次比较式ADC的双重优点。它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ADC，它比双积分ADC有较高的转换速度，与逐次比较式ADC相比，有较高的信噪比，分辨率高，线性度好，不需要采样保持电路。由于上述优点，Σ-Δ式ADC得到了重视。V/F转换型:适于转换速度要求不太高，须进行远距离信号传输的A/D转换过程。5）A/D转换器的主要技术指标(1)转换时间和转换速率A/D完成一次转换所需要的时间。转换时间的倒数为转换速率。并行式A/D转换器，转换时间最短约为20~50ns，速率为50~20M次/s（1M=106）；双极性逐次比较式转换时间约为0.4

s，速率为2.5M次/s。(2)分辨率习惯上用输出二进制位数或BCD码位数表示。例如AD574A/D转换器，可输出二进制12位即用212个数进行量化，其分辨率为1LSB，用百分数表示为1/212=0.24‰。又如双积分式输出BCD码的A/D转换器MC14433，其分辨率为三位半。若满字位为1999，用百分数表示其分辨率为1/1999×100%=0.05%。量化过程引起的误差为量化误差，是由于有限位数字量对模拟量进行量化而引起的误差。量化误差理论上规定为一个单位分辨率，提高分辨率可减少量化误差。（3）转换精度定义为一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值。可用绝对误差或相对误差表示。

ADC0809是一种8路模拟输入8路数字输出的逐次比较型A/D转换器。目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCK10.2.2ADC0809的结构地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装。CLOCKADC0809的引脚地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCKADC0809的引脚IN7～IN0：模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围0～5V，若信号过小还需进行放大。另外，在A/D转换过程中，模拟量输入的值不应变化太快，因此，对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-ADDA、ADDB、ADDC：地址线。ADDA为低位地址，ADDC为高位地址，用于对模拟通道进行选择CLOCKADC0809的引脚ADDCADDBADDA选择的通道000001010011100101110111IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7通道选择表地址状态与通道相对应的关系表地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCKSTART：转换启动信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。ADC0809的引脚地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-D7~D0：数据输出线。其为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。CLOCKADC0809的引脚地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-OE：输出允许信号。其用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数据。CLOCKADC0809的引脚地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-EOC：转换结束状态信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。CLOCKADC0809的引脚地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCK：时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500kHz的时钟信号。CLOCKADC0809的引脚地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-Vref：参考电源。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V（Vref(+)=+5V，Vref(-)=0V）CLOCKADC0809的引脚

ADC0809与80C51单片机的连接方式很多。电路连接主要涉及两个问题，一是8路模拟信号通道选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCK10.2.3ADC0809与80C51单片机的接口

8路模拟信号通道选择线的连接方法有2种：与DB连接和与AB连接。地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCKADC0809的接口方法AB0AB1AB2ADC0809的接口方法单片机如何控制ADC?首先选择ADC0809的一个模拟输入通道，然后产生一个启动信号给0809的START脚，对选中通道进行转换。当转换结束后，ADC0809发出转换结束信号EOC，该信号可供查询，也可作为向单片机发出的中断请求信号；EOC信号有效后，执行读操作：MOVXA，@DPTR，单片机发出RD*信号加到OE端，把转换完毕的数字量读到单片机中。

A/D转换后得到的是数字量的数据，这些数据应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转换完成，因为只有确认数据转换完成后，才能进行传送。为此，可采用下述三种方式。

1)定时传送方式

2)查询方式

3)中断方式地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCK对于一种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转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机R64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用这个延时子程序，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。在这种方式下，EOC引脚悬空。定时传送方式单片机启动0809后，延迟10us，检测EOC，若EOC=0则A/D转换没有结束，继续检测EOC，直到EOC=1。当EOC=1时，A/D转换已经结束，单片机读取A/D转换结果。在这种方式下，EOC必须接到8051的一条I/O线上。P1.0查询传送方式单片机启动A/D转换后可以做其它工作，当A/D转换结束时，EOC由0---1经过非门传到INT端，8051收到中断请求信号，若8051开着中断，则进入中断服务程序，在中断服务程序中单片机读取A/D转换的结果。在这种方式下，EOC必须经过非门接到8051的中断请求输入线INT0或INT1上，89C51的中断触发方式为下降沿触发。INT0中断传送方式ADC芯片主要用于进行数据采集。定时方式单路数据采集查询方式单路数据采集中断方式单路数据采集定时方式多路数据采集10.2.4ADC0809的应用定时方式单路数据采集用ADC0809的IN7通道连续采集40个数据，存于内RAM中以50H为起始地址的单元中。试编程。MOVR0，#50H；内RAM首地址MOVR7，#40；采集40个数据MOVR2,#07H；通道IN7地址号MOVDPTR,#0000H；0809的地址UP:MOVA,R2MOVX@DPTR,A；启动A/D转换LCALLD1MS；等待A/D转换结束MOVXA,@DPTR；读取A/D转换结果MOV@R0,A；存入内RAMINCR0；修改内RAM单元地址DJNZR7,UPSJMP$用ADC0809的IN7通道连续采集40个数据，存于内RAM中以50H为起始地址的单元中。试编程。

MOVR0，#50H；内RAM首地址

MOVR7，#40；采集40个数据

MOVR2,#07H；通道IN7地址号

MOVDPTR,#0000H；0809的地址UP:MOVA,R2MOVX@DPTR,A；启动A/D转换

JNBP1.0,$；查询A/D转换是否结束

MOVXA,@DPTR；读取A/D转换结果

MOV@R0,A；存入内RAMINCR0；修改内RAM单元地址

DJNZR7,UPSJMP$查询方式单路数据采集用ADC0809的IN7通道连续采集40个数据，存于内RAM中以50H为起始地址的单元中。试编程。ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPAINTMAIN:MOVIE,#81HMOVR0，#50HMOVR7，#40MOVR2,#07HMOVDPTR,#0000HMOVA,R2MOVX@DPTR,A；启动A/D转换SJMP$