第九章 系统扩展之AD,DA

第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口内容提要:9.1D/A转换9.2A/D转换CPU处理的数据是数字量信号实际控制系统中计算机除了处理数字信号量以外，还需要处理渐变的模拟量信息，如对温度、压力、位移等工程信号量检测得到的模拟电压量等，另外还需要输出模拟信号量进行实时控制，如直流电机调速所需要的不同幅值直流电压量输出等，因此，计算机系统需要模拟量到数字量以及数字量到模拟量的转化处理。实现模拟信号到数字信号转化的专用芯片叫A/D转换器；而完成数字量到模拟量转化的专用芯片称为D/A转换器。第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口图9-1单片机和被控实体间的接口示意图第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口9.1D/A转换9.1.1D/A转换器分类与性能指标按转换方式分为并行和串行两大类，按生产工艺分为双极型和MOS型等，转换数字量的长度有8位、10位、12位等，而转换速度有低速、高速不同芯片，输出形式有电压型和电流型等。描述D/A转换器性能的技术指标主要有：1.分辨率分辨率反映输出模拟电压的最小变化量，即一位输入数据变化使输出模拟量变化的值的大小，一般用数字量的位数来表示。同样满量程电压输出，D/A位数越多其分辨率越高。2.建立时间建立时间指输入数字量从零变为最大值，而模拟输出达到终值误差±1/2LSB时所用时间，反应了转换速度。3.转换精度转换精度具体分为绝对精度和相对精度两种衡量指标，主要指的是理论输出值和实际输出值间的偏差。第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口9.1.2D/A转换的重要指标分辨率的定义：最小输出电压与最大输出电压所对应的数字量之比。如10位D/A转换器：分辨率=1/（210－1）=1/1023=0.001反映了D/A转换的灵敏度。9.1.3D/A转换器DAC0830~0832·8位分辨率·具有两个输入数据寄存器（8位）；可单缓冲、双缓冲或直接输入，实现多通道D/A同步转换输出。·须外接参考电压源·为电流输出型D/A转换器1、DAC0832内部结构P242图9.3有20个引脚。第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——D/A有20个引脚。DI0~DI7——数据输入线ILE——数据允许锁存/CS——输入寄存器选择/WR1——输入寄存器的写选通/WR2——DAC寄存器的写选通/XREF——数据传送信号Vref——基准电源输入Rfb——反信号输入（内有反馈电阻）Iout1、Iout2——电流输出Vcc、AGND、DGND——电源、地第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——D/A2、与8031单片机接口及操作软件（1）单缓冲方式P243图9.4第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——D/A完成一次D/A转换的程序：MOVDPTR，#7FFFH；DAC0832口地址MOVA，#DATA；欲转换的数字量MOVX@DPTR,A；D/A转换第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——D/A（2）双缓冲器同步方式电路：图9.12图中：译码器输出口1选中DAC0832(1)译码器输出口2选中DAC0832(2)输入锁存器译码器输出口3控制两芯片/XREF同步转换3、应用例、利用单片机及DAC0832产生阶梯波，DAC0832采用单缓冲方式，定时1ms，增幅10，10ms一循环。解：START：MOVA，#00HMOVDPTR，#7FFFH；转换器地址MOVR1，#0AH；10个台阶（10ms）（图）第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——D/ALOOP：MOVX@DPTR，A；送欲转换数字量CALLDL1；延时1msDJNZR1，NEXT；10个台阶未完继续增幅SJMPSTARTNEXT：ADDA，#10JMPLOOPDL1：MOV20H，#249DLL：NOPNOPDJNZ20H，DLLRET如此，还可产生锯齿波，三角波等。9.2A/D转换9.2.1常用A/D转换器的转换原理1、逐次逼近式2、双积分式首先将模拟电压转换成积分时间，然后用数字脉冲计时方法转换成计数脉冲数，最后将此代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成二进制或BCD码输出。因此，双积分型A/D转换器转换时间较长，一般要大于40～50ms。第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口分辨率的定义：输出数字量变化一个相邻数码所需要输入模拟电压的变化量。用公式表示为：满刻度电压/2n（n为位数）9.2.2ADC0808/08098路8位A/D转换器·采用逐次逼近式A/D转换原理（时钟：10~1280KHz）·模拟输入有8个通道（任一通道模拟都可以转换为一个8位数字量输出）第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/D1、ADC0809内部结构及引脚第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/D引脚（有28条）：IN0~IN7——8路模拟量输入通道的输入口；2-1~2-8——8位数字量输出口；START——启动输入口启动转换ALE——通道地址锁存EOC——转换结束输出信号OE——输出允许CLK——时钟端ADDA、ADDB、ADDC——8路模拟开关的3位地址选择端REF（+）、REF（-）——参电压输入端Vcc、GND——电源、地。第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/D2、ADC0809与8031单片机接口设计有查询方式、中断方式、等待延时方式。片内无时钟，由单片机的ALE（fosc/6）经二分频后接入。若fosc=6MHz，则接入时钟为500KHz，满足：10~1280KHz的要求。第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/DP2.7（片选）地址码输入通道CBA7FF8H0×××···×000IN0······7FFFH0×××···×111IN7第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/D例对通道IN0采样一次，转换，并将转换结果存到数据存储区。解：MAIN：MOVR1，#data；存数地址MOVDPTR，#7FF8H；P2.7=0，指向IN0MOVX@DPTR，A；不论A中为何内容都启动转换MOVR6，#0AH；软件延时DLAY：NOPNOPNOPNOPNOPDJNZR6，DLAYMOVXA，@DPTR；读转换结果MOV@R1,A；存储数据第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/DA/D转换接口的设计1、硬件连线第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/D图中，ALE=START=/（/WR+P2.7）OE=/（/RD+P2.7）通道地址：P27P26···P20P07···P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14···A8A7···A3A2A1A07FFBH0×···××···×000······7FFFH0×···××···×111第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/D2、软件设计方法（1）延时等待方式分别8路模拟信号轮流采样一次，并依次把结果转存到数据存储区的采样转换程序如下（设数据区首地址30H；采样采用循环程序，R7作计数器）：ORG0000HAJMPMAINORG0100HMAIN：MOVR1，#30HMOVDPTR，#7FF8HMOVR7，#08H第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/DLOOP：MOVX@DPTR，AMOVR6，#0FHDLAY：NOPNOPNOPNOPDJNZR6，DLAYMOVXA，@DPTRMOV@R1，AINCDPTRINCR1DJNZR7，LOOPRET第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/D(2)中断方式合上K1，启动转换后，经tEOC时间，EOC输出负脉冲波形，表示某通道转换已结束，单片机可以取走数据。让八个通道轮流转换一遍。ORG0000HAJMPMAIN2ORG0013HAJMPINTR1ORG0300HMAIN2：MOVR1，#30HSETBIT1；下降沿触发/INT1中断SETBEX1；允许/INT1中断SETBEA；开中断MOVR7，#08H；待转换的通道个数，即循环次数MOVDPTR，#7FF8H；指向通道0MOV@DPTR，A；启动首次转换WAIT：CJNER7，#00H，$；等待中断CLREX1；8个通道转换完成，结束SJMP$ORG0500HINTR1:MOVXA，@DPTR；读取转换结果MOV@R1，A；存数INCDPTR；通道号加1INCR1DECR7MOVX@DPTR，A；启动下一次转换RETIEND第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/D（3）查询方式启动转换后，经tOEC时间后，转换结束，EOC输出负脉冲。所以，启动转换后，延时tEOC时间，检查EOC电平，若为0说明仍在转换中，若为高电平说明转换结束，书中只针对IN0通道模似量转换一次而编程。ADC0801~0804转换芯片与ADC0809芯片的区别是：ADC0801~0804是单通道模拟信号。第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/DP00DB0REF+P01DB1REF-P02DB2·········P07DB7P27/CSVIN+/WR/WRVIN-/RD/RD/INT1INTR8031ADC0801上图中，模拟通道地址是：7FFFH。编程同ADC0809，只是仅有一个通道。第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口——A/D小结：DAC0832的作用是什么？分辨率是多少位？ADC0809的作用是什么？有几个模拟通道？布置作业：用DAC0832产生锯齿波，周期１ms.试画出8051与DAC0832接线图，并写出程序．第9章MCS-51扩展之A/D，D/A转换接口