9 单片机与数模及模数转换器接口

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9

单片机与数模及模数转换器接口

教学基本要求： 教学基本要求： 熟悉DAC0832的内部结构及工作方式 DAC0832的内部结构及工作方式； (1)、熟悉DAC0832的内部结构及工作方式； 掌握单片机与DAC0832的接口原理 DAC0832的接口原理； (2)、掌握单片机与DAC0832的接口原理； 熟悉ADC0809的内部结构及功能 ADC0809的内部结构及功能； (3)、熟悉ADC0809的内部结构及功能； 掌握单片机与ADC0809的接口原理 ADC0809的接口原理； (4)、掌握单片机与ADC0809的接口原理； 教学重点： 教学重点： 单片机与DAC0832的接口原理 DAC0832的接口原理； (1)、单片机与DAC0832的接口原理； 单片机与ADC0809的接口原理 ADC0809的接口原理； (2)、单片机与ADC0809的接口原理； 教学难点： 教学难点： )、单片机与DAC0832接口的程序设计 单片机与DAC0832接口的程序设计； (1)、单片机与DAC0832接口的程序设计； )、单片机与ADC0809接口的程序设计 单片机与ADC0809接口的程序设计； (2)、单片机与ADC0809接口的程序设计；

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9.19.1.1

MCS-51单片机与D/A转换器的接口和应用 MCS-51单片机与D/A转换器的接口和应用 单片机与D/AD/A转换器概述 D/A转换器概述

1、概述 D/A转换器输入的是数字量，经转换后输出的是模拟量。 D/A转换器输入的是数字量，经转换后输出的是模拟量。 转换器输入的是数字量 D/A转换器按输出形式可分为： D/A转换器按输出形式可分为： 转换器按输出形式可分为 (1)、电压输出形式 )、电压输出形式 输入：二进制数或BCD码数 输入：二进制数或BCD码数 BCD 输出： 输出：电压 (2)、电流输出形式 )、电流输出形式 输入：二进制数或BCD码数 输入：二进制数或BCD码数 BCD 输出： 输出：电流

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D/A转换器按其内部是否含有锁存器可分为： D/A转换器按其内部是否含有锁存器可分为： 转换器按其内部是否含有锁存器可分为 (1)、内部无数据锁存器的D/A转换器 )、内部无数据锁存器的D/A转换器 内部无数据锁存器 (2)、内部有数据锁存器的D/A转换器 )、内部有数据锁存器的D/A转换器 内部有数据锁存器 2、技术指标 D/A转换器的技术性能指标： D/A转换器的技术性能指标： 转换器的技术性能指标 绝对精度、相对精度

、线性度、输出电压范围、温度系数、输 绝对精度、相对精度、线性度、输出电压范围、温度系数、 入数字代码种类(二进制或BCD码 入数字代码种类(二进制或BCD码)等。 BCD (1)、分辩率 )、分辩率 分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述， 分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数 D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述 字量的位数有关。 字量的位数有关。 如果数字量的位数为n 如果数字量的位数为n,则D/A转换器的分辨率为2-n。这就意味 D/A转换器的分辨率为2 转换器的分辨率为 着数/模转换器能对满刻度的2 输入量作出反应。 着数/模转换器能对满刻度的2-n输入量作出反应。

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使用时，应根据分辨率的需要来选定转换器的位数。DAC常可 使用时，应根据分辨率的需要来选定转换器的位数。DAC常可 分为8 分为8位、10位、12位三种。 10位 12位三种。 位三种 (2)、建立时间 )、建立时间 建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数， 建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字 D/A转换速度快慢的一个参数 量变化到输出达到终值误差± 1/2)LSB(最低有效位) 量变化到输出达到终值误差±(1/2)LSB(最低有效位)时所需 的时间。通常以建立时间来表示转换速度。 的时间。通常以建立时间来表示转换速度。

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典型D/A转换器芯片DAC D/A转换器芯片 9.1.2 典型D/A转换器芯片DAC 0832 DAC0832是一个8 D/A转换器。单电源供电， V~ V均 DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5 V~+15 V均 是一个 转换器 可正常工作。基准电压的范围为± V;电流建立时间为1 μs; 可正常工作。基准电压的范围为±10 V;电流建立时间为1 μs; CMOS工艺，低功耗20 mW。 CMOS工艺，低功耗20 mW。 工艺 DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式(DIP)封装。 DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式(DIP)封装。 转换器芯片为20引脚CS WR1 AGND DI3 DI2 DI1 DI0 Vref Rfb DGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 VCC ILE WR2 XFER DI4 DI5 DI6 DI7 Iout2 Iout1

DAC 0832

Iout2 Iout1 Rfb

+ -

电电输输

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1、各引脚信号说明如下： 各引脚信号说明如下： (1)、DI7~DI0:转换数据输入； )、DI7~DI0:转换数据输入

; DI7 (2)、/CS:片选信号(输入),低电平有效； )、/CS:片选信号(输入),低电平有效； /CS ),低电平有效 (3)、ILE:数据锁存允许信号(输入),高电平有效； )、ILE:数据锁存允许信号(输入),高电平有效； ILE ),高电平有效 (4)、/WR1:第1写信号(输入),低电平有效； )、/WR1: /WR1 写信号(输入),低电平有效； ),低电平有效 (5)、/XFER:数据传送控制信号(输入),低电平有效； )、/XFER:数据传送控制信号(输入),低电平有效； /XFER ),低电平有效 (6)、/WR2:第2写信号(输入),低电平有效； )、/WR2: /WR2 写信号(输入),低电平有效； ),低电平有效 (7)、 Iout1:电流输出1; )、 Iout1:电流输出1 (8)、 Iout2:电流输出2; )、 Iout2:电流输出2 Rfb:反馈电阻端； (9)、 Rfb:反馈电阻端； V~ V; (10)、Vref:基准电压，其电压范围是-10 V~+10 V; 10)、Vref:基准电压，其电压范围是)、Vref (11)、 DGND:数字地； 11)、 DGND:数字地； )、 (12)、 AGND:模拟地。 12)、 AGND:模拟地。

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DAC0832内部结构 内部结构： 2、 DAC0832内部结构：

DI0 …

8位

DI7 ILE CS WR1 WR2 XFER & & &

输输 寄锁转LE1

8位 DAC

8位 D/A

寄锁转LE2

转转转

Vref Iout2 Iout1 Rfb AGND VCC DGND

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9.1.3 单缓冲方式的接口与应用 1、单缓冲方式连接+5 V

P0

74LS373 G

ALE 8051 P2.7 WR

DAC0832 VCC ILE Vref Rfb DI7~DI0 CS Iout1 XFER Iout2 WR1 AGND WR2 DGND

- A +

Vout

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+5 V

地地与与输输P0.7~P0.0

CS

ILE

WR

DI0 DI1 DI2 DI3 Iout1 DI4 Iout2 DI5 DI6 DI7 DAC0832 WR1 WR2 XFER

VCC Vref Rfb

10 k

10 k

+10 V - + - + -10 V10 k

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2、单缓冲方式应用举例 例：产生锯齿波。 产生锯齿波。

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假定输入寄存器地址为7FFFH,产生锯齿波的源程序清单如下： 假定输入寄存器地址为7FFFH,产生锯齿波的源程序清单如下： 7FFFH ORG DASAW: DASAW: MOV MOV WW: WW: MOVX INC NOP NOP NOP A

JMP WW 0200H DPTR, 输入寄存器地址，假定P DPTR,#7FFFH ;输入寄存器地址，假定P2.7接 A, A ;延时 #00H 00H ;转换初值 ；D/A转换 D/A转换 @DPTR, @DPTR,A

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9.1.4 双缓冲方式的接口与应用 1、双缓冲方式连接

WR 8031 P0.7~P0.0

锁 锁 转

与 与 转 +5 V

WR1 WR2 XFER CS ILE DI7~DI0

ALE EA

DAC0832

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2、双缓冲方式应用举例 例：利用单片机控制X-Y绘图仪。 利用单片机控制X 绘图仪。

P0.7~P0.0

锁 锁 转

与 与 转

CS XFER

0832 Rfb Iout1 Iout2

WR

DI7~DI0 WR1 WR2 CS 0832 XFER DI7~DI0

- +

Vx

0831

Rfb Iout1 Iout2

- +

Vy

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假定X方向DAC 0832输入寄存器地址为F0H, 方向DAC 0832输 输入寄存器地址为F0H 假定X方向DAC 0832输入寄存器地址为F0H,Y方向DAC 0832输 入寄存器地址为F1H 两个DAC寄存器公用地址为F2H F1H, DAC寄存器公用地址为F2H; 入寄存器地址为F1H,两个DAC寄存器公用地址为F2H;X坐标数据 存于DATA单元中， 坐标数据存于DATA+1单元中， DATA单元中 DATA+1单元中 存于DATA单元中，Y坐标数据存于DATA+1单元中，则绘图仪的驱 动程序为： 动程序为： MOV R1, #DATA ;X坐标数据单元地址 MOV R0, #0F0H ;X向输入寄存器地址 @R1 坐标数据送A MOV A, @R1 ;X坐标数据送A @R0 MOVX @R0, A ;X坐标数据送输入寄存器 INC R1 ;指向Y坐标数据单元地址 指向Y 指向Y INC R0 ;指向Y向输入寄存器地址 @R1 坐标数据送A MOV A, @R1 ;Y坐标数据送A @R0 MOVX @R0, A ;Y坐标数据送输入寄存器 指向两个DAC DAC寄存器地址 INC R0 ;指向两个DAC寄存器地址 @R0 MOVX @R0, A ;X、Y转换数据同步输出

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9.2

MCS-51单片机与A/D MCS-51单片机与A/D 转换器的接口和应用 单片机与

A/D转换器：实现模拟量→数字量的转换。 A/D转换器：实现模拟量→数字量的转换。 转换器 A/D转换器的一般分类： A/D转换器的一般分类： 转换器的一般分类 (1)、计数式A/D转换器； )、计数式A/D转换器； 计数式A/D转换器 (2)、双积分式A/D转换器； )、双积分式A/D转换器； 双积分式A/D转换器 (3)、逐次逼近式A/D转换器； )、逐次逼近式A/D转换器； 逐次逼近式A/D转换器 (4)、并行式A/D转换器

。 )、并行式A/D转换器。 并行式A/D转换器 目前最常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。 目前最常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。 A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器

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典型A/D转换器芯片ADC A/D转换器芯片 9.2.1 典型A/D转换器芯片ADC 0809 0809是典型的 是典型的8 通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺 A/D转换器 工艺， ADC 0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺， 其转换时间为100μS左右。 其转换时间为100μS左右。 100μS左右 0809的内部逻辑结构 1、ADC 0809的内部逻辑结构ST CLK EOC IN0 … 8路 D0 8位 A/D 8

IN7 A B C ALE

模模模 开开3

三三 输输 锁锁转D7 VCC GND …

地地 锁锁 与与与

转转转

VR(-) VR(+)

OE

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2、信号引脚 0809转换器芯片为28引脚 双列直插式(DIP)封装。 转换器芯片为28引脚， ADC 0809转换器芯片为28引脚，双列直插式(DIP)封装。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 IN3 IN4 ADC0809 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLOCK VCC Vref(+) GND D1 IN2 IN1 IN0 ADDA ADDB ADDC ALE D7 D6 D5 D4 D0 Vref(-) D2 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

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(1)、IN7~IN0:模拟量输入通道； )、IN7~IN0:模拟量输入通道； IN7 ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性， ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围 对输入模拟量的要求主要有 V,若信号过小还需进行放大。另外， A/D转换过程中 转换过程中， 0~5 V,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， 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。 在输入前应增加采样保持电路。 (2)、A、B、C:地址线； )、A 地址线； A为低位地址，C为高位地址，用于对模拟通道进行选择； 为低位地址， 为高位地址，用于对模拟通道进行选择；C B A 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 选择的通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7

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(3)、ALE:地址锁存允许信号； )、ALE:地址锁存允许信号； ALE 在对应ALE上跳沿， 在对

应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中； ALE上跳沿 地址状态送入地址锁存器中； (4)、START:转换启动信号； )、START:转换启动信号； START START上跳沿时，所有内部寄存器清0 START下跳沿时， START上跳沿时，所有内部寄存器清0;START下跳沿时，开 上跳沿时 下跳沿时 始进行A/D转换； A/D转换期间，START应保持低电平； 始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平； A/D转换 转换期间 应保持低电平 (5)、D7~D0:数据输出线； )、D7~D0:数据输出线； D7 (6)、OE:输出允许信号； )、OE:输出允许信号； OE 用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 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； OE=0,输出数据线呈高电阻；OE=1,输出转换得到的数据； (7)、CLK:时钟信号，通常使用频率为500kHz的时钟信号； )、CLK:时钟信号，通常使用频率为500kHz的时钟信号； CLK 500kHz的时钟信号 (8)、EOC:转换结束状态信号。 )、EOC:转换结束状态信号。 EOC EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。 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； 作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用；

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