第9章80C51单片机的模拟量接口

第9章80C51单片机的模拟量接口2020/2/21D/A转换器及其与单片机的接口9.1Ａ/Ｄ转换器及其与单片机的接口9.29.1D/A转换器及其与单片机的接口2020/2/229.1.1D/A转换器的原理及主要技术指标一、D/A转换器的基本原理及分类Ｔ型电阻网络D/A转换器：10101010101010102RD7R2R2R2R2R2R2R2R2RRRRI7I7I-+VREFI6I5I4I3I2I1I0I6I5I4I3I2I1I0RfbIO1IO2D6D5D4D3D2D1D0VORRR9.1D/A转换器及其与单片机的接口输出电压的大小与数字量具有对应的关系。2020/2/24二、D/A转换器的主要性能指标2n1、分辨率分辨率是指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时，所对应的输出模拟量（常为电压）的变化量。它反映了输出模拟量的最小变化值。分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS/。FS表示满量程输入值，n为二进制位数。对于5V的满量程，采用８位的DAC时，分辨率为5V/256＝19.5mV；当采用12位的DAC时，分辨率则为5V/4096＝1.22mV。显然，位数越多分辨率就越高。2、线性度线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数表示。如±１％是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±１％以内。2020/2/23、绝对精度和相对精度绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。绝对精度是由DAC的增益误差（当输入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数码输入为全０时，DAC的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起的。绝对精度（即最大误差）应小于1个LSB。相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的百分比表示。2020/2/264、建立时间建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时，输出模拟信号达到满刻度值的±1/2LSB所需的时间。是描述D/A转换速率的一个动态指标。电流输出型DAC的建立时间短。电压输出型DAC的建立时间主要决定于运算放大器的响应时间。根据建立时间的长短，可以将DAC分成超高速（＜1μS)、高速（10～1μS）、中速（100～10μS）、低速（≥100μS）几档。应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概念不同。DAC的位数多时，分辨率会提高，对应于影响精度的量化误差会减小。但其它误差（如温度漂移、线性不良等）的影响仍会使DAC的精度变差。9.1D/A转换器及其与单片机的接口DAC0832主要特性2020/2/279.1.1DAC0832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。DAC0832的内部结构及引脚2020/2/28输入锁存器DAC寄存器D/A转换器DI7～DI0ILECSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RfbAGNDVCC&&&LE1LE2单缓冲方式2020/2/29MOVDPTR,#7FFFHMOVA,#dataMOVX@DPTR,A9.1.2DAC0832与单片机的接口80C51P2.7P0WRCSXFERWR1WR2ILEVCC+5V-+RfbVODAC0832IOUT1IOUT21kΩ1MΩDI0DI7DGNDVSS1/4LM324VREF-5V双缓冲方式2020/2/210MOVDPTR,#0DFFFHMOVA,#data1MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0BFFFHMOVA,#data2MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#7FFFHMOVX@DPTR,A80C51P2.7P0WRCSXFERWR1WR2ILEVCCDAC0832(1)DI0DI7CSXFERWR1WR2ILEVCC+5VDAC0832(2)DI0DI7P2.6P2.5直通方式2020/2/211ILE接＋5V，CS、WR1、WR2、XFER均接地。【例9-1】如图所示。试编写程序段，实现产生三角波。已知三角波的最低值和最高值分别为WL和WH。80C51P2.7P0WRCSXFERWR1WR2ILEVCC+5V-+RfbVODAC0832IOUT1IOUT21kΩ1MΩDI0DI7DGNDVSS1/4LM324VREF-5VMOVDPTR,#7FFFHMOVR7,#WLUP:INCR7MOVA,R7MOVX@DPTR,ACJNER7,#WH，UPDOWN:DECR7MOVA,R7MOVX@DPTR,ACJNER7,#WL，DOWNJMPUP2020/2/212129.2.1Ａ／Ｄ转换器的原理及主要技术指标一、逐次逼近式ADC的转换原理D/A转换器N位寄存器控制逻辑VINSTARTEOCVNVREF锁存缓存器D7D0D3D5D1D2D4D6OE特点:转换速度较高，功率较低9.2Ａ/Ｄ转换器及其与单片机的接口2020/2/213139.2.1Ａ／Ｄ转换器的原理及主要技术指标一、逐次逼近式ADC的转换原理D/A转换器N位寄存器控制逻辑VINSTARTEOCVNVREF锁存缓存器D7D0D3D5D1D2D4D6OE特点:转换速度较高，功率较低9.2Ａ/Ｄ转换器及其与单片机的接口2020/2/2149.2Ａ/Ｄ转换器及其与单片机的接口9.2.1ADC0809芯片及其与单片机的接口ADC0809A/D转换器主要性能分辨率为８位；精度：ADC0809小于±1LSB；单+5V供电，模拟输入电压范围为0～＋5V；具有锁存控制的８路输入模拟开关；可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容；功耗为15mW；不必进行零点和满度调整；转换时间约为100µS（时钟频率640KHz时）。2020/2/215ADC0809的结构与引脚IN7三态输出锁存器8路模拟开关地址锁存与译码8位A/D转换器IN0CBAALE3D7D0D3D5D1D2D4D6OEEOCVR(+)VR(-)STARTCLK12345678910111213142827262524232221201918171615IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLKVCCVR(+)GNDD1IN2IN1IN0ABCALED7D6D5D4D0VR(-)D2ADC0809START:启动转换信号EOC:转换结束信号ALE:地址锁存允许2020/2/216ADC0809与单片机接口EOCADC0809D0～D774LS373OEGALE80C51D7::D0Q7::Q0P3.3EAP0ABCCKQDQ1≥1≥1STARTALEOECLKWRP2.7RDIN0IN7CKQDQ查询方式中断方式（程序略）2020/2/217主要性能9.2.2AD574A芯片及其与单片机的接口可工作于12位，也可工作于8位；可12位一次读出或８位４位两次读出；三态输出缓冲器，TTL电平；最大转换时间为25µS；输入信号可是单极性，也可是双极性单极性输入时输出原码。双极性输入时输出偏移码；典型功耗为390mW；非线性误差：AD574AK为±1/2LSB。12位，转换时间25µS，转换精度≤0.05％。2020/2/218引脚定义12/8：数据模式选择A0：字节选择控制R/C：读/转换选择CE：芯片启动STS：状态信号REFIN：基准电压输入BIPOFF：双极性补偿12345678910111213142827262524232221201918171615VLOG12/8CSA0R/CCEVCCREFOUTAGREFINVEEBIPOFF10VIN20VINSTSDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0DGAD5742020/2/219单极性输入接法+15V-15V100kΩ100kΩ100Ω100Ω0～10V0～20VDGAG10VIN20VINBIPOFFREFINREFOUTAD574R2R1数字量输出：D=4096VIN/VFS从10VIN输入时：1LSB=10/4096=24（mV)从20VIN输入时：1LSB=20/4096=49（mV)2020/2/220双极性接法-5V～+5V-10V～+10VDGAG10VIN20VINAD574100ΩREFINREFOUTBIPOFF100ΩR2R1数字量输出：D＝2048（1+2VIN/VFS）D是12位偏移二进制码。把D的最高位求反便得到补码2020/2/221AD574A与单片机的接口STSAD574DB1174LS373OEGALE80C51D7::D0Q7::Q0P1.0EAP0.7R/C&CEWRRD100ΩREFINREFOUTBIPOFF100ΩR2R1-5V～+5V-10V～+10VAG10VIN20VINA0CS12/8P0.0DB4DB3DB0DG（程序略）2020/2/2229.2.3串行A/D转换器TLC0831及其与单片机的接口串行输出A/D转换器TLC0831主要性能分辨率为８位；单通道输入，串行输出；+5V供电时输入电压范围为0～＋5V；输出电平与TTL电平兼容；转换速度：转换时间32μS（频率250KHz时）。2020/2/223TLC0831的引脚定义TLC0831CSIN+IN-GNDVCCCLKDOREFTLC0831CSIN+IN-GNDVCCCLKDOREF80C51P1.3P1.4P1.5+5V模拟输入串行输出IN+：差分+输入端IN-：差分-输入端(接地)REF：参考电压输入端DO：SPI串行数据输出端CLK：SPI时钟输入端2020/2/224TLC0831的转换时序123456转换时间78910MSBLSB12345670高阻高阻DOCSCLK80C51单片机内部没有硬件SPI接口，需要利用软件模拟SPI的时序。（程序略）