《单片机应用技术》课件第4章单片机AD与DA转换接口技术

第4章单片机的A/D与D/A转换接口技术

4.1

A/D转换电子秤的数据采集项目设计项目A/D工作原理A/D(AnalogtoDigital)转换：从模拟信号到数字信号的转换。

电压

(3V)10010010

逐次逼近式A/D转换器:一种速度较快、精度较高的转换器，其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。A/D转换器分类转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为Ｖo，与送入比较器的待转换的模拟量Ｖi进行比较，若Ｖo<Ｖi，该位1被保留，否则被清除。置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，若Ｖo<Ｖi，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。双积分式A/D转换器:

转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜，但转换速度较慢，一般用于速度要求不高的场合。

双积分ADC的基本原理是对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。ADC0809电源及基准电压ADC0809是一个8位8通道的逐次逼近式AD转换器。电源电压Vcc：5V基准电压Vref(+):5vVref(-):0V

ADC0809通道选择ADDA、ADDB、ADDC：地址线IN7〜IN0：8个模拟量输入通道。AD0809控制端CLOCK:时钟，小于640KHzALE（AddressLockEnable）：有效时，通道选择锁存START：转换启动信号EOC(EndOfConversion):转换状态OE(OutEnable)：输出允许0809输出D7~D00809输出：D7D6D5D4D3D2D1D0ADC0809的工作时序START：转换启动信号EOC:转换状态OE：输出允许采用ADC0809轮流采集2路0~5V的电子秤传感器电路形成的模拟信号，转换为8位的数字信号00~FFH后，送单片机处理，并在4个数码管上显示采集的电压值。

动手做—画出硬件电路图

用可调电位器构成0~5V调压电路，模拟电子秤传感器测量电压，本设计有IN0、IN1共2路通道，只需要单片机控制ADDA、ADDB、ADDC中的ADDA一个地址的高低电平就能实现，其它ADDB、ADDC2个接地就可。所以，选择通道，只需要单片机P1.4控制ADC0809的ADDA一端，其它的ADDB、ADDC接地。ADC0809的转换的时钟信号由单片机的P1.3产生。ADC0809的转换的控制线START、EOC、OE分别与单片机的P1.2、P1.1和P1.0连接。ADC0809采集的数据送到单片机的 P3口，单片机数据处理后，再通过P0口送段码，通过P2.0~P2.3送位控信号到4位数码管，显示测量结果。

根据设计要求，采用ADC0809的电子秤数据采集A/D转换，其源程序如下。#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineulongunsignedlongucharled_table[]={0x3f,0x6,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x7,0x7f,0x6f};//0-9共9个数,用于段控uchari,d;voidT_init();//定时器初始化,为AD转化提供时钟voidDisplay(uchar);//延时函数声明voidADC();//ADC转换函数声明voiddelay(uchar);//延时函数声明sbitAD_OE=P1^0;//单片机P1.0产生OE信号sbitAD_EOC=P1^1;//单片机P1.1读取EOC信号sbitAD_ST=P1^2;//单片机P1.2产生START信号sbitAD_CLK=P1^3;//单片机P1.3产生时钟信号sbitADD_A=P1^4;//单片机P1.4控制2路模拟信号输入sbitW1=P2^0;//单片机P2.0控制第1个数码管显示sbitW2=P2^1;//单片机P2.1控制第2个数码管显示sbitW3=P2^2;//单片机P2.2控制第3个数码管显示sbitW4=P2^3;//单片机P2.3控制第4个数码管显示/************主程序***************/voidmain(void){ T_init();//定时器初始化,为AD转化提供时钟

while(1) { ADC();//AD转换

}}/************定时器初始化***************/voidT_init(void){ TMOD=0x02;//定时器0工作方式2 TH0=TL0=0xf6;//初值设定,10us IE=0x82;//开中断10000010 TR0=1;//启动定时器0}/************定时器0中断函数***************/voidT0_Int(void)interrupt1{AD_CLK=!AD_CLK;//AD0809C0809采样时钟信号,约50KHz}/************数码管显示***************/voidDisplay(uchard){ ulongc; c=d*500000/255/100;//取mv数,为减少计算误差，分子分母都放大100倍

P0=led_table[c/1000]|0x80;//取千位加小数点

W1=0; delay(1); W1=1; P0=led_table[(c%1000)/100];//取百位

W2=0; delay(1); W2=1; P0=led_table[(c%100)/10];//取十位

W3=0; delay(1); W3=1; P0=led_table[c%10];//取个位

W4=0; delay(1); W4=1;}/************ADC转换***************/voidADC(void){ uchartemp; if(((i++)%2)==0)//用于交替选择通道0和通道1 { ADD_A=0;//选择通道0 } else { ADD_A=1;//选择通道1 } AD_ST=0; AD_ST=1; AD_ST=0;//启动转换

while(AD_EOC==0);//等待转换结束

AD_OE=1;//允许输出

for(temp=0;temp<100;temp++) { d=P3; Display(d); delay(1); } AD_OE=0;//关闭输出}/************延时t(ms)***************/voiddelay(uchart){ ucharj,k; for(j=0;j<t;j++) { for(k=0;k<255;k++){} }}1.时钟产生的程序设计ADC0809所需时钟信号的典型值为640kHz，最小值为10kHz，最大值为1280Hz，本设计用单片机定时器产生该时钟50kHz。若单片机系统时钟为12MHz，采用定时器0工作方式2，10μs产生一次中断，每次中断形成管脚的一次高低电平的变化，产生50kHz方波，因此，初值为：TH0=TL0=F5。2.转换工作过程的程序设计单片机START从低到高，再到低，转换开始。启动开始的程序语句为：AD0809_ST=0;AD0809_ST=1;AD0809_ST=0。单片机查询EOC输出信号由低变高，A/D转换完成。等待转换结束的程序语句为：while(AD0809_EOC==0)。单片机再控制OE高电平，将转换结果的数字量输出到数据总线上，传到单片机。允许输出的程序语句为：AD0809_OE=1;3.转换结果的显示方式将单片机采集到的转换好的8位数字量，通过数据处理成十进制数，再采用4个共阴数码管显示0~5V的传感器电压值。仿真运行图

仿真运行图

4.2

D/A转换的锯齿波形发生器项目设计项目单片机的D/A应用D/A工作原理项目：用DAC0832产生任意波形项目：用DAC0832控制直流电机转速D/A工作原理D/A(DigitaltoAnalog)转换：从数字信号到模拟信号的转换。

10001010电压V(2V)DA分类按输入的二进制数的位数分类，有八位、十位、十二位和十六位等。按输出是电流还是电压分类，分为电压输出器件和电流输出器件。依数字量的传送方式分，有并行和串行D/A转换器；

DA分辨率

例如8位数的分辨率为1/256≈0.004，10位数分辨率为1/1024，约等于0.001。由此可见数字量位数越多，分辨率也就越高。分辨率通常用数字输入信号的位数表示，有8位、10位、12位等。D/A转换芯片DAC0832DAC0832主要特性：10脚DGND数字地4脚AGND模拟地数字和模拟地单点连接。工作电源VCC：＋5V～＋15V参考电压VREF：-10V～10V数字量输入分辨率：8位数字输入。输出电流输出I1电流输出I2反馈电阻端：内部有反馈电阻，也可以外接VOUT=－VREF×D/2550832控制信号CS片选ILE(InputLockEnable)

输入数据锁存WR1第1写（输入信号）WR2第2写（输入信号）XFER数据传送控制信号内部结构图1.LE1决定数据输入，LE2决定寄存器。2.LE1、LE2、WR1、WR2、CS、XFER都是低电平有效，ILE高电平有效。3.WR1、WR2、CS、XFER、ILE有效，则LE1、LE2有效，直通。4.WR1、WR2、CS、XFER有个别无效，则LE1、LE2无效，锁存。DAC0832与8051的接口电路1.直通方式：数据直通+寄存器直通ILE接高电平，CS、WR1、WR2和XFER都接数字地，8位数字量一旦到达DI7～DI0输入端，就立即加到8位D/A转换器，被转换成模拟量。2.单缓冲单缓冲方式是控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收资料，或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟量输出。或几路模拟量异步输出的情形。1）数据直通+寄存器锁存2）数据锁存+寄存器直通3）数据+寄存器同时通或锁存3.双缓冲双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到DAC寄存器，即分两次锁存输入资料。此方式适用于多个D/A转换同步输出的情节。数据锁存+寄存器锁存4.输出端

Iout1：电流输出1。Iout2：电流输出2。Iout1+Iout2=常数。Rfb：反馈电阻。DAC0832是电流输出，为了取得电压输出，需要在电压输出端接运放，Rfb是运放电路的反馈电阻。动手做——画出硬件电路图

项目采用单缓冲工作方式，将ILE接电源，将CS、XFER接单片机同一个控制端Q0，WR1、WR2接单片机WR，这样，两个寄存器的LE1、LE2同时同样地受控。单片机的P0口控制了74LS373的输出Q0，CS、XFER接Q0，所以P2、P0口的外部地址为0x00fe,即二进制表达为00000000(P2)11111110(P0)时，ADC0832的CS有效，DA启动转换。根据DAC0832的工作原理和项目设计要求，采用DAC0832的锯齿波发生器，源程序如下。#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0x00fe]//00000000(P2)11111110(P0地址、数据复用),XBYTE定义外部16位地址，可以操作WR和RD引脚，可实现DA启动ucharnum;/****************主程序*****************/voidmain(void){ TMOD=0x01;//T0工作方式1 TL0=-1000%256;//1ms初值低8位

TH0=-1000/256;//1ms初值高8位

IE=0x82;//定时中断允许

TR0=1;//启动定时中断

while(1) { DAC0832=num;//00fe、WR有效、输出电压M }}/****************定时0中断函数*****************/voidTime0()interrupt1{ TL0=-1000%256;//T0初值重置

TH0=-1000/256; num++; if(num==255)num=0; }程序中，#defineDAC0832XBYTE[0x00fe]语句的XBYTE定义外部16位地址0x00fe，用二进制表达为0000000011111110，其中高8位由P2输出，低8位由P0地址及数据复用输出,使得74LS373输出端Q0低电平有效，从而产生DAC0832的CS/XFER有效，同时通过单片机P3.6/WR引脚，可以操作DAC0832的WR1、WR2引脚有效，实现单缓冲工作方式。

程序中，改变延时时间可以改变波形周期；改变输出8位的最大值，即可改变波形的幅值。仿真运行图

仿真运行图

4.3

D/A转换多功能波形发生器项目设计项目采用DAC0832形成多个模拟信号，模拟信号的波形为矩形波、锯齿波、三角波和正弦波等。动手做——画出硬件电路图

同样，采用单缓冲工作方式。单片机的P0口控制了74LS373的输出Q0，CD、XFER接Q0，所以P2、P0口的外部地址为0x00fe,即二进制表达为00000000(P2)11111110(P0)时，ADC0832CS有效，DA启动转换。P3.0、P3.1、P3.2、P3.3接4个按键，分别控制输出矩形波、锯齿波、三角波和正弦波。采用DAC0832的多功能发生器源程序，设计源程序如下。#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0x00fe]//00000000(P2)11111110(P0地址、数据复用),XBYTE定义外部16位地址，可以操作WR和RD引脚，可实现DA启动sbitk1=P3^0;//矩形波按钮sbitk2=P3^1;//锯齿波按钮sbitk3=P3^2;//三角波按钮 sbitk4=P3^3;//正弦波按钮 ucharm,flag,num1,num2,num3,num4; /**********正弦波数据表*************/ucharcodesine_tab[256]={0x80,0x83,0x85,0x88,0x8A,0x8D,0x8F,0x92,0x94,0x97,0x99,0x9B,0x9E,0xA0,0xA3,0xA5,0xA7,0xAA,0xAC,0xAE,0xB1,0xB3,0xB5,0xB7,0xB9,0xBB,0xBD,0xBF,0xC1,0xC3,0xC5,0xC7,0xC9,0xCB,0xCC,0xCE,0xD0,0xD1,0xD3,0xD4,0xD6,0xD7,0xD8,0xDA,0xDB,0xDC,0xDD,0xDE,0xDF,0xE0,0xE1,0xE2,0xE3,0xE3,0xE4,0xE4,0xE5,0xE5,0xE6,0xE6,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE6,0xE6,0xE5,0xE5,0xE4,0xE4,0xE3,0xE3,0xE2,0xE1,0xE0,0xDF,0xDE,0xDD,0xDC,0xDB,0xDA,0xD8,0xD7,0xD6,0xD4,0xD3,0xD1,0xD0,0xCE,0xCC,0xCB,0xC9,0xC7,0xC5,0xC3,0xC1,0xBF,0xBD,0xBB,0xB9,0xB7,0xB5,0xB3,0xB1,0xAE,0xAC,0xAA,0xA7,0xA5,0xA3,0xA0,0x9E,0x9B,0x99,0x97,0x94,0x92,0x8F,0x8D,0x8A,0x88,0x85,0x83,0x80,0x7D,0x7B,0x78,0x76,0x73,0x71,0x6E,0x6C,0x69,0x67,0x65,0x62,0x60,0x5D,0x5B,0x59,0x56,0x54,0x52,0x4F,0x4D,0x4B,0x49,0x47,0x45,0x43,0x41,0x3F,0x3D,0x3B,0x39,0x37,0x35,0x34,0x32,0x30,0x2F,0X2D,0x2C,0X2A,0x29,0x28,0x26,0x25,0x24,0x23,0x22,0x21,0x20,0x1F,0x1E,0x1D,0x1D,0x1C,0x1C,0x1B,0x1B,0x1A,0x1A,0x1A,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x1A,0x1A,0x1A,0x1B,0x1B,0x1C,0x1C,0x1D,0x1D,0x1E,0x1F,0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x28,0x29,0X2A,0x2C,0X2D,0x2F,0x30,0x32,0x34,0x35,0x37,0x39,0x3B,0x3D,0x3F,0x41,0x43,0x45,0x47,0x49,0x4B,0x4D,0x4F,0x52,0x54,0x56,0x59,0x5B,0x5D,0x60,0x62,0x65,0x67,0x69,0x6C,0x6E,0x71,0x73,0x76,0x78,0x7B,0x7D};/****************延时函数t(ms)*************/voiddelay(uchart){ucharj,k;for(j=0;j<t;j++) { for(k=0;k<255;k++){} }} /*************矩形波子程序***************/voidrect(void){ num1=num1+32; if(num1==255)num1=0; if(num1<64)DAC0832=1;//00fe,WR有效，输出电压0 elseDAC0832=255;//00fe，WR有效，输出电压255}/*************锯齿波子程序***************/voidsaw(void){ num2++; if(num2==255)num2=0; DAC0832=num2;//00fe，WR有效，输出电压M}/*************三角波子程序***************/voidtri(void){ if(flag==0) { num3++; if(num3==255) { flag=1; } DAC0832=num3;//00fe，WR有效，输出电压M } else { num3--;

if(num3==0) { flag=0; } DAC0832=num3;//00fe，WR有效，输出电压M }}/*************正弦波子程序***************/voidsine(void){ num4++; if(num4==255)num4=0; DAC0832=sine_tab[num4];//00fe,WR有效，输出电压表 }/*************波形选择按键函数***************/voidkey(void){ while(1) { if(k1==0)//检测矩形波按钮

{

delay(10);//消抖10ms if(k1==0)//如果矩形波按钮按下

{ m=1; } while(!k1);//松开继续执行

} if(k2==0)//检测锯齿波按钮

{ delay(10);//消抖10ms if(k2==0)//如果按下锯齿波按钮

{ m=2; } while(!k2);//松开后继续执行

} if(k3==0)//检测三角波按钮

{ delay(10);//消抖10ms if(k3==0)//如果三角波按钮

{ m=3; }

while(!k3);//松开后继续执行

} if(k4==0)//检测正弦波按钮

{ delay(10);//消抖10ms if(k4==0)//如果按下正弦波按钮

{ m=4; } while(!k4);//松开后继续执行

} }}/*************主程序***************/voidmain(void){ TMOD=0x01;//T0工作方式1 TL0=-1000%256;//1ms初值低8位

TH0=-1000/256;//1ms初值高8位

IE=0x82;//定时中断允许

TR0=1;//启动定时中断

while(1) {

key(); }}/*************定时器0中断函数***************/voidTime0()interrupt1{ TL0=-1000%256;//T0初值重置

TH0=-1000/256; switch(m) { case1:rect();break; case2:saw();break; case3:tri();break; case4:sine();break; } }仿真运行图

仿真运行图

4.4

D/A转换控制直流电机的项目设计项目项目采用DAC0832形成的模拟信号，控制模拟信号电压，从而控制直流电机的运转速度。动手做——画出硬件电路图

采用单缓冲工作方式。单片机的P3口的P3.0、P3.1、P3.2按键分别控制了加速、减速和停止。采用DAC0832控制直流电机加速、减速和停止，设计源程序如下。#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[