13第11章单片机详解

第11章模拟单元11.2STC15F2K60S2片内A/D和D/A转换器11.1MCS51A/D和D/A转换器的扩展11.1MCS51A/D和D/A转换器的扩展计算机控制系统通常设有模拟量输入及输出通道，前者由A/D转换器构成，后者由D/A转换器构成。标准MCS51单片机没有片内的A/D和D/A转换器，系统中如有需求则需外部扩展。在此以8位的A/D和D/A转换器为例介绍扩展方法。11.1.1并行A/DADC0809及其接口电路1、引脚功能和典型连接电路⑴IN0～IN7：8路模拟信号输入端。⑵C、B、A：8路模拟信号转换选择端。与低8位地址中A0～A2连接。由A0～A2地址000～111选择IN0～IN7八路A/D通道。⑶CLK：外部时钟输入端。时钟频率高，A/D转换速度快。允许范围为10～1280KHz。通常由80C51ALE端直接或分频后与0809CLK端相连接。⑷D0～D7：数字量输出端。⑸OE：A/D转换结果输出允许控制端。OE=1，允许将A/D转换结果从D0～D7端输出。通常由80C51的RD端与0809片选端（例如P2.0）通过或非门与0809OE端相连接。⑹ALE：地址锁存允许信号输入端。0809ALE信号有效时将当前转换的通道地址锁存。⑺START：启动A/D转换信号输入端。当START端输入一个正脉冲时，立即启动0809进行A/D转换。START端与ALE端连在一起，由80C51WR与0809片选端（例如P2.0）通过或非门相连。⑻EOC：A/D转换结束信号输出端，高电平有效。⑼UREF（+）、UREF（-）：正负基准电压输入端。⑽Vcc：正电源电压（+5V）。GND：接地端。2、ADC0809应用实例⑴中断方式用中断方式对8路模拟信号依次A/D转换一次，并把结果存入以30H为首址的内RAM中，试编制程序。ORG0000H;复位地址LJMPSTAT;转初始化程序ORG0013H;中断服务子程序入口地址LJMPPINT1;中断,转中断服务子程序;ORG0100H;初始化程序首地址STAT:MOVR1,#30H;置数据区首址MOVR7,#8;置转换通道数SETBIT1;置边沿触发方式SETBEX1;开外中断SETBEA;CPU开中断MOVDPTR,#0FEF8H;置0809通道0地址MOVX@DPTR,A;启动0通道A/DSJMP$;等待A/D中断ORG0200H;中断服务子程序首地址PINT1:PUSHACC;保护现场PUSHPSWMOVXA,@DPTR;读A/D值MOV@R1,A;存A/D值INCDPTR;修正通道地址INCR1;修正数据区地址MOVX@DPTR,A;启动下一通道A/DDJNZR7,GORET;判8路采集完否?未完继续CLREX1;8路采集已完,关中断GORET:POPPSW;恢复现场POPACCRETI;中断返回⑵查询方式工作在查询方式时,0809EOC端可直接与80C51P1口或P3口中任一端线相连。设用P1.0直接与0809EOC端相连，试用查询方式编制程序，对8路模拟信号依次A/D转换一次，并把结果存入以40H为首址的内RAM中。MAIN:MOVR1,#40H;置数据区首址MOVR7,#8;置通道数SETBP1.0;置P1.0输入态MOVDPTR,#0FEF8H;置0809通道0地址LOOP:MOVX@DPTR,A;启动A/DJNBP1.0,$;查询A/D转换结束否？未完继续查询等待MOVXA,@DPTR;A/D已结束,读A/D值MOV@R1,A;存A/D值INCDPTR;修改通道地址INCR1;修改数据区地址DJNZR7,LOOP;判8路采集完否?未完继续RET;8路采集完毕,返回⑶延时等待方式工作在延时等待方式时,0809EOC端可不必与80C51相连,是根据时钟频率计算出A/D转换时间,略微延长后直接读A/D转换值。0809EOC端开路，fosc=6MHz，试用延时等待方式编制程序，对8路模拟信号依次A/D转换一次，并把结果存入以50H为首址的内RAM中。MAIN:MOVR1,#50H;置数据区首址MOVR7,#8;置通道数MOVDPTR,#0FEF8H;置0809通道0地址LOOP:MOVX@DPTR,A;启动A/DMOVR6,#50;DJNZR6,$;延时100S:2S×50=100SMOVXA,@DPTR;读A/D值MOV@R1,A;存A/D值INCDPTR;修正通道地址INCR1;修正数据区地址DJNZR7,LOOP;判8路采集完否?未完继续RET;8路采集完毕,返回11.1.2串行A/DADC0832及其接口电路ADC0832是2通道8位串行A/D转换器,转换速度较高（250KHz时转换时间32s）；单电源供电，功耗低（15mw）。1、引脚功能VDD、VSS：电源接地端，VDD同时兼任VREF；CS：片选端，低电平有效；DI：数据信号输入端；DO：数据信号输出端；CLK：时钟信号输入端，要求低于600KHz；CH0、CH1：模拟信号输入端（双通道）；2、典型应用电路P1.0片选CS；TXD(P3.1)发送时钟信号输入ADC0832CLK；RXD(P3.0)与DI、DO端连接在一起。编码通道选择CH0CH100＋－01－＋10＋11＋3、串行A/D转换工作时序工作时序分为二个阶段：⑴起始和通道配置，由CPU发送，从ADC0832DI端输入；⑵A/D转换数据串行输出，由ADC0832从DO端输出，CPU接收。4、软件编程按图9-21（b）电路，试编制A/D转换子程序。入口:CY=0,采样CH0;CY=1,采样CH1;出口:ACC存放A/D转换结果。CLKBITTXDDATBITRXDCSBITP1.0AD0832:SETBCSSETBDATCLKCLKCLRCS;启动SETBCLK;第一位,固定高电平CLRCLKJCN1SETBDAT;CH01,0SETBCLKCLRCLKCLRDATSETBCLKCLRCLKSJMPN2N1:SETBDAT;CH11,1SETBCLKCLRCLKSETBDATSETBCLKCLRCLKN2:MOVR7,#8;读出8位结果SETBDATN3：SETBCLKCLRCLKMOVC,DATRLCADJNZR7,N3SETBCSRET11.1.3DAC0832及其接口电路DAC0832是8位D/A芯片，由美国国家半导体公司生产，是目前国内应用较广的8位D/A芯片（请特别注意ADC0832与DAC0832的区别）。1、结构和引脚功能①DI0～DI7：8位数据输入端。②ILE：输入数据允许锁存信号，高电平有效。③CS：片选端，低电平有效。④WR1：输入寄存器写选通信号，低电平有效。WR2：DAC寄存器写选通信号，低电平有效。⑤XFER：数据传送信号，低电平有效。⑥IOUT1、IOUT2：电流输出端。⑦RFB：反馈电流输入端。⑧UREF：基准电压输入端。⑨Vcc：正电源端；AGND：模拟地；DGND：数字地。2、DAC0832工作方式用软件指令控制这5个控制端：ILE、CS、WR1、WR2、XFER，可实现三种工作方式：⑴直通工作方式：5个控制端均有效，直接D/A；⑵单缓冲工作方式：5个控制端一次选通；⑶双缓冲工作方式：5个控制端分二次选通。3、DAC0832应用实例(1)单缓冲方式电路按图9-27，要求输出锯齿波如图9-29（a）所示，幅度为UREF/2=2.5V。程序如下：START:MOVDPTR,#7FFFH;置DAC0832地址;LOOP1:MOVR7,#80H;置锯齿波幅值;1机周LOOP2:MOVA,R7;读输出值;1机周MOVX@DPTR,A;输出;2机周DJNZR7,LOOP2;判周期结束否?2机周SJMPLOOP1;循环输出;2机周(2)双缓冲方式按图9-28（a）编程，DAC0832⑴和⑵输出端接运放后，分别接图形显示器X轴和Y轴偏转放大器输入端，实现同步输出，更新图形显示器光点位置。已知X轴信号和Y轴信号已分别存于30H、31H中。DOUT:MOVDPTR,#0DFFFH;置DAC0832(1)输入寄存器地址MOVA,30H;取X轴信号MOVX@DPTR,A;X轴信号→0832(1)输入寄存器MOVDPTR,#0BFFFH;置DAC0832(2)输入寄存器地址MOVA,31H;取Y轴信号MOVX@DPTR,A;Y轴信号→0832(2)输入寄存器MOVDPTR,#7FFFH;置0832(1)、(2)DAC寄存器地址MOVX@DPTR,A;同步D/A,输出X、Y轴信号RETSTC15F2K60S2单片机集成有8路10位高速电压输入逐次比较型模数转换器（ADC），速度可达到300KHz（30万次/秒），可做温度检测、压力检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。ADC输入通道与P1口复用，上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为ADC功能，不作为ADC使用的口可继续作为I/O口使用。11.2STC15F2K60S2片内A/D转换器11.2.1ADC组成和结构STC15F2K60S2的模拟单元包括以下部分：多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、10位DAC、转换结果寄存器（ADC_RES和ADC_RESL）、ADC控制寄存器ADC_CONTR等。1STC15F2K60S2的ADC转换原理STC15F2K60S2的ADC是逐次比较型模数转换器。逐次比较型ADC由一个比较器和D/A转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出进行比较，经多次比较，使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。STC15F2K60S2单片机ADC模块的参考电压源是输入工作电压Vcc，一般不用外接参考电压源。如果Vcc不稳定（例如电池供电的系统中，电池电压常常在5.3V-4.2V之间变化），则可以在8路A/D转换的一个通道外接一个稳定的参考电压源，计算出此时的工作电压Vcc，再计算出其他几路A/D转换通道的电压。1）P1口模拟功能控制寄存器P1ASF（地址为9DH，复位值为00H）2与ADC有关的特殊功能寄存器位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名称P17ASFP16ASFP15ASFP14ASFP13ASFP12ASFP11ASFP10ASF如果要使用相应口的模拟功能，需将P1ASF特殊功能寄存器中的相应位置为1。如，若要使用P1.6的模拟量功能，则需要将P16ASF设置为1。注意，P1ASF寄存器不能位寻址，可以使用汇编语言指令ORLP1ASF,#40H，也可以使用C语言语句P1ASF|=0x40;ADC_POWER：ADC电源控制位。0：关闭ADC电源。1：打开ADC电源。注意：1.进入空闲模式前，将ADC电源关闭，即ADC_POWER=0。2.启动A/D转换前一定要确认ADC电源已打开，A/D转换结束后关闭ADC电源可降低功耗，也可不关闭。3.初次打开内部ADC转换模拟电源，需适当延时，等内部模拟电源稳定后，再启动A/D转换。4.启动A/D转换后，在A/D转换结束之前，不改变任何I/O口的状态，有利于提高A/D转换的精度。位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名称ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS02）ADC控制寄存器ADC_CONTR（地址为BCH，复位值为00H）SPEED1、SPEED0：ADC转换速度控制位。外部晶体时钟或内部R/C振荡器所产生的系统时钟，不使用时钟分频寄存器CLK_DIV对系统时钟分频后所产生的供给CPU工作所使用的时钟。优点：不仅可以让ADC用较高的频率工作，提高A/D的转换速度；而且可以让CPU用较低的频率工作，降低系统的功耗。位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名称ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS0SPEED1SPEED0A/D转换所需时间1190个时钟周期转换一次，CPU工作频率