第11章at89s51單片機(jī)與da、ad轉(zhuǎn)換器的接口

1、1,第11章 AT89S51單片機(jī)與D/A、 A/D 轉(zhuǎn)換器的接口,1,,2,2,第11章 目錄11.1 AT89S51單片機(jī)與DAC的接口 11.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器簡介 11.1.2 AT89S51單片機(jī)與8位D/A轉(zhuǎn)換器0832的接口設(shè)計(jì) 11.1.3 AT89S51單片機(jī)與12位D/A轉(zhuǎn)換器AD667的接口設(shè)計(jì) 11.1.4 AT89S51與串入的12位

2、D/A轉(zhuǎn)換器AD7543的接口設(shè)計(jì)11.2 AT89S51單片機(jī)與ADC的接口 11.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器簡介 11.2.2 AT89S51與逐次比較型8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的接口 11.2.3 AT89S51與逐次比較型12位A/D轉(zhuǎn)換器AD1674的接口,3,11.2.4 AT89S51與雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器MC14433的接口11.3 89S51單片機(jī)與V/F轉(zhuǎn)換器的接口 1

3、1.3.1 用V/F轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的原理 11.3.2 常用V/F轉(zhuǎn)換器LMX31簡介 11.3.3 V/F轉(zhuǎn)換器與MCS-51單片機(jī)接口 11.3.4 LM331應(yīng)用舉例,4,內(nèi)容概要在單片機(jī)測控系統(tǒng)中，被測量的溫度、壓力、流量、速度等非電物理量，須經(jīng)傳感器先轉(zhuǎn)換模擬電信號，必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理。模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件為A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）。單片機(jī)處理完畢的數(shù)字

4、量，有時(shí)需轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。器件稱為D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）。本章介紹典型的ADC、DAC集成電路芯片，以及與單片機(jī)的硬件接口設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。,5,11.1 AT89S51單片機(jī)與DAC的接口介紹單片機(jī)系統(tǒng)如何輸出模擬量。目前商品化DAC芯片較多，設(shè)計(jì)者只需要合理的選用合適的芯片，了解它們的功能、引腳外特性以及與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)方法即可。由于現(xiàn)在部分的單片機(jī)芯片中集成了D/A轉(zhuǎn)換器，位數(shù)一般在10位左右，且轉(zhuǎn)換速度也很快，所以單

5、片的DAC開始向高的位數(shù)和高轉(zhuǎn)換速度上轉(zhuǎn)變。低端的產(chǎn)品，如8位的D/A轉(zhuǎn)換器，開始面臨被淘汰的危險(xiǎn)，但是在實(shí)驗(yàn)室或涉及某些工業(yè)控制方面的應(yīng)用，低,5,6,端的8位DAC以其優(yōu)異性價(jià)比還是具有相當(dāng)大的應(yīng)用空間的。11.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器簡介1．概述購買和使用D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)，要注意D/A轉(zhuǎn)換器選擇的幾個(gè)問題。（1）D/A轉(zhuǎn)換器的輸出形式有兩種輸出形式。一種是電壓輸出，即給D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，而輸出為電壓。另一種是

6、電流輸出。,6,7,對電流輸出的D/A轉(zhuǎn)換器，如需要模擬電壓輸出，可在其輸出端加一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的I-V轉(zhuǎn)換電路，將電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。（2）D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口形式單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器的連接，早期多采用8位數(shù)字量并行傳輸?shù)牟⑿薪涌?，現(xiàn)在除并行接口外，帶有串行口的D/A轉(zhuǎn)換器品種也不斷增多。除了通用的UART串行口外，目前較為流行的還有I2C串行口和SPI串行口等。所以在選擇單片D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)，要考慮單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)

7、換器的接口形式。,7,8,2．主要技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)很多，使用者最關(guān)心的幾個(gè)指標(biāo)如下。（1）分辨率指單片機(jī)輸入給D/A轉(zhuǎn)換器的單位數(shù)字量的變化，所引起的模擬量輸出的變化，通常定義為輸出滿刻度值與2n之比（n為D/A轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)）。習(xí)慣上用輸入數(shù)字量的二進(jìn)制位數(shù)表示。位數(shù)越多，分辨率越高，即D/A轉(zhuǎn)換器對輸入量變化的敏感程度越高。例如，8位的D/A轉(zhuǎn)換器，若滿量程輸出為10V，根據(jù)分辨率定義，則分辨率為10V/2n，分辨率為

8、:,8,9,10V/256=39.1mV ，即輸入的二進(jìn)制數(shù)最低位的變化可引起輸出的模擬電壓變化39.1mV，該值占滿量程的0.391%，常用符號1LSB表示。同理：10位D/A轉(zhuǎn)換1 LSB = 9.77mV = 0.1%滿量程12位D/A轉(zhuǎn)換1 LSB = 2.44mV = 0.024%滿量程16位D/A轉(zhuǎn)換1 LSB =

9、0;0.076mV = 0.00076%滿量程使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)對D/A轉(zhuǎn)換器分辨率的需要來選定D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。,9,10,（2）建立時(shí)間描述D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換快慢的一個(gè)參數(shù)，用于表明轉(zhuǎn)換時(shí)間或轉(zhuǎn)換速度。其值為從輸入數(shù)字量到輸出達(dá)到終值誤差?(1/2)LSB時(shí)所需的時(shí)間。電流輸出的轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，而電壓輸出的轉(zhuǎn)換器，由于要加上完成I-V轉(zhuǎn)換的運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換時(shí)間要長一些?？焖貲/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)

10、間可控制在1?s以下。,10,11,（3）轉(zhuǎn)換精度理想情況下，轉(zhuǎn)換精度與分辨率基本一致，位數(shù)越多精度越高。但由于電源電壓、基準(zhǔn)電壓、電阻、制造工藝等各種因素存在著誤差。嚴(yán)格講，轉(zhuǎn)換精度與分辨率并不完全一致。只要位數(shù)相同，分辨率則相同，但相同位數(shù)的不同轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度會有所不同。例如，某種型號的8位DAC精度為?0.19%，而另一種型號的8位DAC精度為?0.05%。,11,12,11.1.2 AT89S51與8位D/A轉(zhuǎn)換器

11、0832的接口設(shè)計(jì)1．DAC0832芯片介紹（1）DAC0832的特性美國國家半導(dǎo)體公司的DAC0832芯片是具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC，它能直接與AT89S51單片機(jī)連接，主要特性如下。① 分辨率為8位。② 電流輸出，建立時(shí)間為1?s。,12,13,③ 可雙緩沖輸入、單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入。④ 單一電源供電（+5V～+15V）。⑤ 低功耗，20mW。（2）DAC0832的引腳及邏輯結(jié)構(gòu)引腳如圖11-1

12、所示，DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)如圖11-2所示。,13,14,14,圖11-1 DAC0832的引腳圖,15,15,圖11-2 DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu),16,引腳功能：DI0～DI7：8位數(shù)字信號輸入端，與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線P0口相連，用于接收單片機(jī)送來的待轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)字量，DI7為最高位。 ：片選端，當(dāng) 為低電平時(shí)，本芯片被選中。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制端，高電平有效。 ：第一級輸入寄存器寫選

13、通控制，低電平有效。當(dāng) =0，ILE=1， =0時(shí)，待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)信號被鎖存到第一級8位輸入寄存器中。,16,,,17,：數(shù)據(jù)傳送控制，低電平有效。 ：DAC寄存器寫選通控制端，低電平有效。當(dāng) =0， =0時(shí)，輸入寄存器中待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳入8位DAC寄存器中。IOUT1：D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出1端，輸入數(shù)字量全為“1”時(shí)，IOUT1最大，輸

14、入數(shù)字量全為“0”時(shí)，IOUT1最小。IOUT2：D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出2端，IOUT2 + IOUT1 = 常數(shù)。Rfb：外部反饋信號輸入端，內(nèi)部已有反饋電阻Rfb，根據(jù)需要也可外接反饋電阻。VCC：電源輸入端，在+5V～+15V范圍內(nèi)。,17,,,18,DGND：數(shù)字信號地。AGND：模擬信號地，最好與基準(zhǔn)電壓共地。DAC0832內(nèi)部電路如圖11-2所示?！?位輸入寄存器”用于存放

15、單片機(jī)送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由 加以控制；“8位DAC寄存器”用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由 控制； “8位D/A轉(zhuǎn)換電路”受“8位DAC寄存器”輸出的數(shù)字量控制，能輸出和數(shù)字量成正比的模擬電流。因此，需外接I-V轉(zhuǎn)換的運(yùn)算放大器電路，才能得到模擬輸出電壓。,18,19,2．AT89S51單片機(jī)與DAC0832的接口電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)接口電路時(shí)，常用單緩沖方式或雙緩沖方式的單極性輸

16、出。（1）單緩沖方式指DAC0832內(nèi)部的兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器有一個(gè)處于直通方式，另一個(gè)處于受AT89S51單片機(jī)控制的鎖存方式。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖是多路模擬量輸出但并不要求多路輸出同步的情況下，可采用單緩沖方式。單緩沖方式的接口電路如圖11-3所示。,19,20,20,圖11-3 單緩沖方式下單片機(jī)與DAC0832的接口電路,21,圖11-3所示的是單極性模擬電壓輸出電路，由于DAC0832是8位（28=

17、256）的D/A轉(zhuǎn)換器，由基爾霍夫定律列出的方程組可解得0832輸出電壓vo與輸入數(shù)字量B的關(guān)系為 顯然，輸出的模擬電壓vo和輸入的數(shù)字量B以及基準(zhǔn)電壓VREF成正比，且B為0時(shí)，vo也為0，輸入數(shù)字量為255時(shí)，vo為最大的絕對值輸出，且不會大于VREF。,21,,22,圖11-3中， 和 接地，故DAC0832的“8位DAC寄存器”（見圖11-2）工作于直通方式?！?位輸入寄存器”受

18、 和 端控制，而且 由譯碼器輸出端FEH送來（也可由P2口的某一條口線來控制）。因此，單片機(jī)執(zhí)行如下兩條指令就可在 和 上產(chǎn)生低電平信號，使DAC0832接收AT89S51送來的數(shù)字量。MOVR0，#0FEH；DAC端口地址FEH→R0MOVX@R0，A；單片機(jī)的 和譯碼器FEH輸出端有效,22,23,現(xiàn)舉例說明單緩沖方式下DAC0832的應(yīng)用?！纠?1-1】　DAC083

19、2用作波形發(fā)生器。試根據(jù)圖11-3，分別寫出產(chǎn)生鋸齒波、三角波和矩形波的程序。在圖11-3中，運(yùn)算放大器A輸出端Vout直接反饋到Rfb，故這種接線產(chǎn)生的模擬輸出電壓是單極性的。產(chǎn)生上述三種波形的參考程序如下。① 鋸齒波的產(chǎn)生 ORG2000HSTART：MOVR0，#0FEH；DAC地址FEH→ R0MOVA，#00H；數(shù)字量→A,23,24,LOOP：MOVX@R0，A ；數(shù)字量→D/A轉(zhuǎn)換器

20、 INCA ；數(shù)字量逐次加1SJMP LOOP當(dāng)輸入數(shù)字量從0開始，逐次加1進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，模擬量與其成正比輸出。當(dāng)A = FFH時(shí)，再加1則溢出清0，模擬輸出又為0，然后又重新重復(fù)上述過程，如此循環(huán)，輸出的波形就是鋸齒波，如圖11-4所示。實(shí)際上，每一上升斜邊要分成256個(gè)小臺階，每個(gè)小臺階暫留時(shí)間為執(zhí)行后三條指令所需要的時(shí)間。因此 “INC A”指令后插入NOP指令或延時(shí)程

21、序，則可改變鋸齒波頻率。,24,25,25,圖11-4 DAC0832產(chǎn)生的鋸齒波輸出,26,② 三角波的產(chǎn)生。 ORG2000HSTART：MOVR0，#0FEHMOVA，#00HUP： MOVX @R0，A；產(chǎn)生三角波的上升邊INCAJNZUPDOWN：DECA ；A=0時(shí)減1為FFH， 產(chǎn)生三角波的下降邊,26,27,MOVX@R0，AJNZDOWN

22、SJMPUP輸出的三角波如圖11-5所示。 圖11-5 DAC0832產(chǎn)生的三角波輸出,27,28,③ 矩形波的產(chǎn)生 ORG2000HSTART：MOV R0，#0FEHLOOP：MOVA，#data1 ；#data1為上限電平對應(yīng)的數(shù)字量MOVX@R0，A；置矩形波上限電平LCALL DELAY1；調(diào)

23、用高電平延時(shí)程序MOV A，#data2 ；#data2為下限電平對應(yīng)的數(shù)字量MOVX@R0，A；置矩形波下限電平LCALL DELAY2；調(diào)用低電平延時(shí)程序SJMP LOOP；重復(fù)進(jìn)行下一個(gè)周期,28,29,圖11-6 DAC0832產(chǎn)生的矩形波輸出輸出的矩形波如圖11-6所示。 DELAY1、DELAY2為兩個(gè)延時(shí)程序，分別決定輸出的矩形波高、低電平時(shí)的持續(xù)寬度。

24、矩形波頻率也可用延時(shí)方法改變。,29,30,（2）雙緩沖方式多路的D/A轉(zhuǎn)換要求同步輸出時(shí)，必須采用雙緩沖同步方式。此方式工作時(shí)，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分兩步完成的。單片機(jī)必須通過 來鎖存待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，通過 來啟動D/A轉(zhuǎn)換（見圖11-2）。因此，雙緩沖方式下，DAC0832應(yīng)該為單片機(jī)提供兩個(gè)I/O端口。AT89S51單片機(jī)和DAC0832在雙緩沖方式下的連接如圖11-7所示。,30

25、,31,31,圖11-7 單片機(jī)和兩片DAC0832的雙緩沖方式接口電路,32,由圖11-7可見，1#DAC0832因 和譯碼器FDH相連而占有FDH和FFH兩個(gè)I/O端口地址（由譯碼器的連接邏輯來決定），而2#DAC0832的兩個(gè)端口地址為FEH和FFH。其中，F(xiàn)DH和FEH分別為1#和2#DAC0832的數(shù)字量輸入控制端口地址，而FFH為動D/A轉(zhuǎn)換的端口地址。其余連接如圖11-7所示。若把圖11-7中DAC輸出

26、的模擬電壓Vx和Vy來控制X-Y繪圖儀，則應(yīng)把Vx和Vy分別加到X-Y繪圖儀的X通道和Y通道，而X-Y繪圖儀由X、Y兩個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，其中一個(gè)電機(jī)控制繪筆沿X方向運(yùn)動；另一個(gè)電機(jī)控制繪筆沿Y方向運(yùn)動。,32,33,因此對X-Y繪圖儀的控制有一基本要求：就是兩路模擬信號要同步輸出，使繪制的曲線光滑。如果不同步輸出，例如先輸出X通道的模擬電壓，再輸出Y通道的模擬電壓，則繪圖筆先向X方向移動，再向Y方向移動，此時(shí)繪制的曲線就是階梯狀的。

27、通過本例，也就不難理解DAC設(shè)置雙緩沖方式的目的所在。,33,34,【例11-2】設(shè)AT89S51內(nèi)部RAM中有兩個(gè)長度為20的數(shù)據(jù)塊，其起始地址為分別為addr1和addr2，根據(jù)圖11-7，編寫能把a(bǔ)ddr1和addrr2中數(shù)據(jù)從1#和2#DAC0832同步輸出的程序。程序中addr1和addr2中的數(shù)據(jù)，即為繪圖儀所繪制曲線的x、y坐標(biāo)點(diǎn)。由圖11-7可知，DAC0832各端口地址為：FDH：1#DAC0832數(shù)字量輸入控制

28、端口FEH：2#DAC0832數(shù)字量輸入控制端口FFH：1#和2#DAC0832啟動D/A轉(zhuǎn)換端口,34,35,首先使工作寄存器0區(qū)的R1指向addr1；1區(qū)的R1指向addr2；0區(qū)工作寄存器的R2存放數(shù)據(jù)塊長度；0區(qū)和1區(qū)工作寄存器區(qū)的R0指向DAC端口地址。程序如下： ORG2000Haddr1DATA 20H；定義存儲單元addr2 DATA 40H；定義存儲單元DTOUT：MOV

29、R1，#addr1；0區(qū)R1指向addr1MOVR2，#20；數(shù)據(jù)塊長度送0區(qū)R2SETBRS0 ；切換到工作寄存器1區(qū)MOVR1，#addr2；1區(qū)R1指向addr2CLRRS0；返回工作寄存器0區(qū)NEXT：MOVR0，#0FDH ；0區(qū)R0指向1#DAC數(shù)字量控制端口MOVA，@R1；addr1中數(shù)據(jù)送A,35,36,MOVX @R

30、0，A；addr1中數(shù)據(jù)送1#DACINCR1；修改addr1指針0區(qū)R1SETBRS0；轉(zhuǎn)入1區(qū)MOVR0，#0FEH；1區(qū)R0指向2#DAC0832數(shù)字量控制端口MOVA，@R1；addr2中數(shù)據(jù)送AMOVX @R0，A；addr2中數(shù)據(jù)送2#DAC0832INCR1；修改addr2指針1區(qū)R1INCR0；1區(qū)R0指向DAC的啟動D/A轉(zhuǎn)換端口MOVX

31、 @R0，A；啟動DAC進(jìn)行轉(zhuǎn)換CLRRS0；返回0區(qū)DJNZR2，NEXT；若未完， 則跳轉(zhuǎn)NEXTLJMPDTOUT；若送完， 則循環(huán),36,37,3．DAC0832的雙極性的電壓輸出有些場合則要求DAC0832雙極性模擬電壓輸出，下面介紹如何實(shí)現(xiàn)。在雙極性電壓輸出的場合下，可以按照圖11-8所示接線。圖中，DAC0832的數(shù)字量由單片機(jī)送來，A1和A2均為運(yùn)算放大器，vo通過2R電阻反

32、饋到運(yùn)算放大器A2輸入端，G點(diǎn)為虛擬地，其他電路如圖11-8所示。由基爾霍夫定律列出的方程組可解得,37,,38,由上式知，當(dāng)單片機(jī)輸出給DAC0832的數(shù)字量B≥128時(shí)，即數(shù)字量最高位b7為1 ，輸出的模擬電壓vo為正；當(dāng)單片機(jī)輸出給DAC0832的數(shù)字量B<128時(shí)，即數(shù)字量最高位為0，則vo的輸出電壓為負(fù)。 圖11-8 雙極性DAC的接法,38,39,11.1.3 AT89S51與12位

33、D/A轉(zhuǎn)換器AD667的接口設(shè)計(jì)8位分辨率不夠時(shí)，可以采用高于8位分辨率的DAC，例如，10位、12位、14位、16位（例如AD669）的DAC。AD667是一種分辨率為12位的并行輸入、電壓輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，建立時(shí)間≤3?s。輸入方式為雙緩沖輸入；輸出方式為電壓輸出，通過硬件編程可輸出+5V、+10V、?2.5V、?5V和?10V；內(nèi)含高穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓源，可方便地與4位、8位或16位微處理器接口；雙電源工作電壓為?12V～?15

34、V。,39,40,1．引腳介紹AD667為28腳雙列直插式封裝，圖11-9所示為雙列直插式封裝引腳圖，表11-1為其引腳說明。 圖11-9 AD667引腳圖,40,41,41,42,（1）內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖11-10所示為AD667內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖。,42,圖11-10 AD667內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖,43,（2）應(yīng)用特性① 模擬電壓輸出范圍的配置AD667通過片外引腳的不同電路連接，可獲

35、得不同的輸出電壓量程范圍。單極性工作時(shí)，可以獲得0～5V和0～10V的電壓。雙極性工作時(shí)，可獲得?2.5V、?5.5V和?10V的電壓。具體量程配置可由引腳1、2、3、9的不同連接實(shí)現(xiàn)，見表11-2。由于AD667內(nèi)置的量程電阻與其他元器件具有熱跟蹤性能，所以AD667的增益和偏置漂移非常小。,43,44,44,45,② 單極性電壓輸出圖11-11為0～10V單極性電壓輸出電路原理圖。,45,圖11-11 0～10V單極性電壓

36、輸出的電路原理圖,46,在電路運(yùn)行之前，為保證轉(zhuǎn)換精度，首先要進(jìn)行電路調(diào)零和增益調(diào)節(jié)。 電路調(diào)零 數(shù)字輸入量全為“0”時(shí)，調(diào)節(jié)50k?電位器RP1，使其模擬電壓輸出端（VOUT）電壓為0.000V。在大多數(shù)情況下，并不需要調(diào)零，只要把腳4與腳5相連（接地）即可。增益調(diào)節(jié) 數(shù)字輸入量全為“1”時(shí)，調(diào)節(jié)100?電位器RP2 ，使其模擬電壓輸出為9.9976V，即滿量程的10.000V減去1LSB（約為2.44mV）所對應(yīng)的模擬輸出量

37、。,46,47,③ 雙極性電壓輸出圖11-12為-5V～+5V雙極性電壓輸出的電路。在電路運(yùn)行之前，為保證轉(zhuǎn)換精度，首先要進(jìn)行偏置調(diào)節(jié)和增益調(diào)節(jié)。 偏置調(diào)節(jié) 數(shù)字輸入量全為“0”時(shí)，調(diào)節(jié)100?的電位器RP1 ，使其模擬電壓輸出端電壓為?5.000V。 增益調(diào)節(jié) 數(shù)字輸入量全為“1” ，調(diào)節(jié)電位器RP2 ，使其模擬輸出電壓值為4.9976V，即正滿量程電壓輸出5.000V減去1LSB（約為2.44mV）所對應(yīng)的模擬輸出量。,

38、47,48,,48,圖11-12 ±5V雙極性電壓輸出電路原理圖,49,④ 內(nèi)部/外部基準(zhǔn)電壓源的使用AD667有內(nèi)置低噪聲基準(zhǔn)電源，其絕對精度和溫度系數(shù)都是通過激光修正，具有長期穩(wěn)定性。片內(nèi)基準(zhǔn)電源可提供片內(nèi)D/A轉(zhuǎn)換器所需的基準(zhǔn)電流，還可通過緩沖電路驅(qū)動外部電路，一般可向外部負(fù)載提供0.1mA的驅(qū)動電流。⑤ 接地與動態(tài)電容的接法AD667把模擬地AGND與電源地PGND分開，可以減少器件的低頻噪聲和增強(qiáng)高速性能

39、。把地回路分開的目的是為了盡量減少低電平信號路徑中的電流。,49,50,AGND是輸出放大器中的地端，應(yīng)與系統(tǒng)中的模擬輸出電壓基準(zhǔn)地直接相連，任何由輸出放大器驅(qū)動的負(fù)載都應(yīng)該接在模擬地引腳上。電源地PGND可以與模擬電源的接地點(diǎn)就近連接。最后AGND與PGND在一點(diǎn)上進(jìn)行連接，一般連接到電源地PGND上。另外，AD667的電源引腳到模擬地引腳間應(yīng)加上適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙?。在輸出放大器反饋電阻兩端加一個(gè)20pF的小電容，可以明顯改善

40、輸出放大器的動態(tài)性能。,50,51,⑥ 數(shù)字輸入控制與數(shù)據(jù)代碼AD667的總線接口邏輯由4個(gè)獨(dú)立的可尋址鎖存器組成，其中有3個(gè)4位的輸入數(shù)據(jù)鎖存器（第一級鎖存器）和1個(gè)12位的DAC鎖存器（第二級鎖存器）。利用3個(gè)4位鎖存器可以直接從4位、8位或16位微處理器總線分次或一次加載12位數(shù)字量；一旦數(shù)字量被裝入12位的輸入數(shù)據(jù)鎖存器，就可以把12位數(shù)據(jù)傳入第二級的DAC鎖存器，這種雙緩沖結(jié)構(gòu)可以避免產(chǎn)生錯誤的模擬輸出。4個(gè)鎖存器由4

41、個(gè)地址輸入A0～A3和 控制，所有的控制都是低電平有效，對應(yīng)關(guān)系見表11-3。,51,52,52,53,所有鎖存器都是電平觸發(fā)，也就是說，當(dāng)對應(yīng)的控制信號都有效時(shí)，鎖存器輸出跟蹤輸入數(shù)據(jù)；當(dāng)任何一個(gè)控制信號無效時(shí)，數(shù)據(jù)就被鎖存。它允許一個(gè)以上的鎖存器被同時(shí)鎖存。建議任何未使用的數(shù)據(jù)和控制引腳最好與電源地相連，以改善抗噪聲干擾特性。AD667使用正邏輯的二進(jìn)制輸入編碼，大于2.0V的輸入電壓表示邏輯“1”，而小于0.8V的

42、輸入電壓表示邏輯“0”。,53,54,單極性輸出時(shí)，輸入編碼采用直接二進(jìn)制編碼，全“0”數(shù)據(jù)輸入000H產(chǎn)生零模擬輸出；全“1”數(shù)據(jù)輸入FFFH產(chǎn)生比滿量程少1LSB的模擬輸出。雙極性輸出時(shí)，輸入編碼采用偏移二進(jìn)制編碼，數(shù)據(jù)輸入為000H時(shí)，產(chǎn)生負(fù)的滿量程輸出；數(shù)據(jù)輸入為FFFH時(shí)，產(chǎn)生比滿量程少1LSB的模擬輸出；數(shù)據(jù)輸入為800H時(shí)，模擬輸出為0。其中1LSB為最低位對應(yīng)的模擬電壓。雙極性輸出時(shí)輸入與輸出關(guān)系如圖11-13所示，

43、輸入數(shù)字量N與輸出模擬電壓VOUT的關(guān)系為:,54,,55,式中，VR為輸出電壓量程。,55,圖11-13 雙極性輸出與輸入關(guān)系,56,⑦ 與單片機(jī)接口的數(shù)據(jù)格式AD667與單片機(jī)接口的數(shù)據(jù)格式為左對齊或右對齊的數(shù)據(jù)格式。左對齊數(shù)據(jù)格式為：右對齊數(shù)據(jù)格式為：,56,57,2．AD667與AT89S51單片機(jī)的接口圖11-14所示為AT89S51單片機(jī)與AD667的接口電路。,57,圖11-14 AD667與AT89

44、S51單片機(jī)的接口電路,58,單片機(jī)把AD667所占的3個(gè)端口地址視為外部數(shù)據(jù)存儲器的3個(gè)單元，對其進(jìn)行選通，完成對AD667數(shù)據(jù)傳送鎖存及轉(zhuǎn)換的功能。假定低8位數(shù)據(jù)存20H單元，高4位數(shù)據(jù)存21H的低4位，D/A轉(zhuǎn)換的程序如下：MOVA，20HMOVDPTR，#7FFEHMOVX@DPTR，A；低8位進(jìn)第一級鎖存器MOVA，21HMOVDPTR，#7FFDHMOVX@DPTR，A；高

45、4位進(jìn)第一級鎖存器MOVDPTR，#7FFBHMOVX@DPTR，A ；啟動第二級鎖存器RET,58,59,11.1.4 AT89S51與串行輸入的12位D/A轉(zhuǎn)換器AD7543的接口設(shè)計(jì)1. AD7543簡介美國AD公司為異步串行口設(shè)計(jì)的12位價(jià)廉D/A轉(zhuǎn)換器。直接與AT89S51的串行口相連，結(jié)構(gòu)如圖11-15所示。AD7543片內(nèi)由12位串行輸入并行輸出移位寄存器（寄存器A）和12位DAC

46、輸入寄存器（寄存器B）組成。在選通信號的前沿或后沿（可選擇）定時(shí)把SRI引腳上的串行數(shù)據(jù)裝入寄存器A，一旦寄存器A裝滿，在加載脈沖的控制下，寄存器A的數(shù)據(jù)便裝入寄存器B中。,60,60,圖11-15 AD7543的片內(nèi)結(jié)構(gòu),61,AD7543的引腳如圖11-16所示，功能如下：OUT1：AD7543的電流輸出引腳1。OUT2：AD7543的電流輸出引腳2。AGND：模擬地。STB1：寄存器A的選通控制信號。 ：寄

47、存器B加載1輸入。當(dāng) 和 為低電平時(shí)，寄存器A的內(nèi)容送到寄存器B。SRI：單片機(jī)輸入到寄存器A的串行數(shù)據(jù)輸入引腳。 ：寄存器B加載2輸入。,61,,,62,：寄存器A選通3輸入。STB4：寄存器A選通4輸入。DGND：數(shù)字地。 ：寄存器B清除輸入，用于異步地將寄存器B復(fù)位至 000H。VDD：+5V電源。VREF：基準(zhǔn)電壓輸入。Rfb：DAC反

48、饋輸入引腳。,62,,,63,63,圖11-16 AD7543的引腳,64,2. AD7543與AT89S51的接口接口電路如圖11-17所示,圖中只給出與D/A轉(zhuǎn)換有關(guān)的電路。,64,圖11-17 AD7543與AT89S51的接口電路,65,圖11-17中的單片機(jī)串行口直接與AD7543相連，串行口選用方式0，其TXD端移位脈沖的負(fù)跳變將RXD輸出的串行位數(shù)據(jù)移入AD7543，利用地址譯碼器的輸出信號產(chǎn)生 ，從而將AD754

49、3移位寄存器A中的內(nèi)容移入到寄存器B中，并啟動D/A轉(zhuǎn)換。由于AD7543的12位數(shù)據(jù)是高至低逐位串行輸入的，而AT89S51的串行口方式0是低至高逐位串行輸出的，因,65,66,此在數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸D7543之前必須重新裝配。下面是單片機(jī)的驅(qū)動程序，假設(shè)AD7543的端口地址為“addrH”，數(shù)據(jù)緩沖器單元地址為dbufh(高4位)和dbufl(低8位)。OUTDA：MOV A，#dbufh；取高4位數(shù)據(jù)ACALL A

50、SMB；調(diào)用裝配子程序MOVSBUF，A；串行口輸出MOV A，#dbufl；取低8位數(shù)據(jù),66,67,ACALLASMB；調(diào)用裝配子程序MOVSBUF，A；串行口輸出MOVDPTR，#addrH；AD7543端口地址送數(shù)據(jù)指針MOVX@DPTR，A ；將AD7543寄存器A送寄存器BRETASMB：MOVR6，#00H；裝配子程序MOVR7，#

51、08HCLRC,67,68,AL0：RLCAXCHA，R6RRCAXCHA，R6DJNZR7，AL0XCHA，R6RET,68,69,11.2 AT89S51單片機(jī)與ADC的接口11.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器簡介A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計(jì)思想和制造技術(shù)層出不窮。為滿足各種不同的檢測

52、及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)運(yùn)而生。,69,70,1．A/D轉(zhuǎn)換器概述目前單片的ADC芯片較多，對設(shè)計(jì)者來說，只需合理的選擇芯片即可。現(xiàn)在部分的單片機(jī)片內(nèi)集成了A/D轉(zhuǎn)換器，在片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器不能滿足需要，還是需外擴(kuò)。另外作為擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換器的基本方法，讀者還是應(yīng)當(dāng)掌握。盡管A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，但目前廣泛應(yīng)用在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的主要有逐次比較型轉(zhuǎn)換器和雙積分型轉(zhuǎn)換器，此外?-Δ式轉(zhuǎn)換器逐漸得到重

53、視和較為廣泛的應(yīng)用。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，在精度、速度和價(jià)格上都適中，是最常用的A/D轉(zhuǎn)換器。,70,71,雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高、抗干擾性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，與逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器相比，轉(zhuǎn)換速度較慢，近年來在單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中也得到廣泛應(yīng)用。 ? -?式ADC具有積分式與逐次比較型ADC的雙重優(yōu)點(diǎn)。它對工業(yè)現(xiàn)場的串模干擾具有較強(qiáng)的抑制能力，不亞于雙積分ADC，它比雙積分ADC有較高的轉(zhuǎn)換速度，與逐次比較型

54、ADC相比，有較高的信噪比，分辨率高，線性度好，不需要采樣保持電路。由于上述優(yōu)點(diǎn)，???式ADC得到了重視，已有多種???式A/D芯片可供用戶選用。,71,72,A/D轉(zhuǎn)換器按照輸出數(shù)字量的有效位數(shù)分為4位、8位、10位、12位、14位、16位并行輸出以及BCD碼輸出的 3位半、4位半、5位半等多種。目前，除并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器外，隨著單片機(jī)串行擴(kuò)展方式的日益增多，帶有同步SPI串行接口的A/D轉(zhuǎn)換器的使用也逐漸增多。串行輸出的A/

55、D轉(zhuǎn)換器具有占用端口線少、使用方便、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此，讀者要給予足夠重視。較為典型的串行A/D轉(zhuǎn)換器為美國TI公司的TLC549（8位）、TLC1549（10位）以及TLC1543（10位）和TLC2543（12位）。,72,73,單片機(jī)與串行A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)，涉及同步串行口SPI的內(nèi)容，本章不做介紹，感興趣的讀者，請見第12章。本章僅介紹單片機(jī)與各種并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計(jì)。A/D轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換速度可大致分為超高速（

56、轉(zhuǎn)換時(shí)間≤1ns）、高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤1?s）、中速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤1ms）、低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤1s）等幾種不同轉(zhuǎn)換速度的芯片。為適應(yīng)系統(tǒng)集成的需要，有些轉(zhuǎn)換器還將多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、時(shí)鐘電路、基準(zhǔn)電壓源、二–十進(jìn)制譯碼器和轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)芯片內(nèi)，為用戶提供很多方便。,73,74,2．A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率A/D完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。（2）分辨率在A/D轉(zhuǎn)換器中，分辨率是衡量A/

57、D轉(zhuǎn)換器能夠分辨出輸入模擬量最小變化程度的技術(shù)指標(biāo)。分辨率取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，所以習(xí)慣上用輸出的二進(jìn)制位數(shù)或BCD碼位數(shù)表示。例如，A/D轉(zhuǎn)換器AD1674的滿量程輸入電壓為5V，可輸出12位二進(jìn)制數(shù)，即用212個(gè)數(shù)進(jìn)行量化，,74,75,其分辨率為1LSB，也即5V/212=1.22mV，其分辨率為12位，或A/D轉(zhuǎn)換器能分辨出輸入電壓1.22mV的變化。又如，雙積分型輸出BCD 碼的A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，其滿量程輸入

58、電壓為2V，其輸出最大的十進(jìn)制數(shù)為1999，分辨率為三位半（BCD 碼），如果換算成二進(jìn)制位數(shù)表示，其分辨率約為11位，因?yàn)?999最接近于211=2048。量化過程引起的誤差稱為量化誤差。是由于有限位數(shù)字量對模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。理論上規(guī)定為一個(gè)單位分辨率的-1/2 - +1/2LSB ，提高A/D位數(shù)既可以提高分辨率，又能夠減少量化誤差。,75,76,（3）轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度定義為一個(gè)實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器與一個(gè)

59、理想A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上的差值，可用絕對誤差或相對誤差表示。11.2.2 AT89S51與逐次比較型8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的接口1．ADC0809引腳及功能逐次比較型8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器，其引腳如圖11-18所示。,76,77,77,圖11-18 ADC0809的引腳圖,78,共28引腳，雙列直插式封裝。引腳功能如下： IN0～I(xiàn)N7：8路模擬信號輸入端。 D0～D7：轉(zhuǎn)換完畢的8

60、位數(shù)字量輸出端。 A、B、C與ALE：控制8路模擬輸入通道的切換。A、B、C分別與單片機(jī)的三條地址線相連，三位編碼對應(yīng)8個(gè)通道地址端口。C、B、A = 000～111分別對應(yīng)IN0～I(xiàn)N7通道的地址。各路模擬輸入之間切換由軟件改變C、B、A引腳的編碼來實(shí)現(xiàn)。,78,79,OE、START、CLK：OE為輸出允許端，START為啟動信號輸入端，CLK為時(shí)鐘信號輸入端。VR（+）、VR（?）：基準(zhǔn)電壓輸入端。2．A

61、DC0809結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理結(jié)構(gòu)如圖11-19所示。采用逐次比較法完成A/D轉(zhuǎn)換，單一的+5V電源供電。片內(nèi)帶有鎖存功能的8選1模擬開關(guān)，由C、B、A的編碼來決定所選的通道。完成一次轉(zhuǎn)換需100?s左右（轉(zhuǎn)換時(shí)間與CLK腳的時(shí)鐘頻率有關(guān)），具有輸出TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上。通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚珹DC0809可對0～5V的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。,79,80,80,圖11-19 ADC0809結(jié)構(gòu)框圖,81,3．AT

62、89S51單片機(jī)與ADC0809的接口先了解單片機(jī)如何控制ADC開始轉(zhuǎn)換，如何得知轉(zhuǎn)換結(jié)束以及如何讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果的問題?？刂艫DC0809過程如下：先用指令選擇ADC0809的一個(gè)模擬輸入通道，當(dāng)執(zhí)行“MOVX @DPTR，A”時(shí)，單片機(jī)的 信號有效，從而產(chǎn)生一個(gè)啟動脈沖。信號給ADC0809的START腳，開始對選中通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC0809發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC（高電平）信號，該信號可供單片機(jī)查詢，也

63、可反相后作為向單片機(jī)發(fā)出的中斷請求信號。,81,82,當(dāng)執(zhí)行指令“MOVX A，@DPTR”時(shí)，單片機(jī)發(fā)出讀控制 信號，通過邏輯電路控制OE端為高電平，把轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)字量讀入到單片機(jī)的累加器A中。單片機(jī)讀取ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，可采用查詢和中斷控制兩種方式。查詢方式是在單片機(jī)把啟動信號送到ADC之后，執(zhí)行其他程序，同時(shí)對ADC0809的EOC腳不斷進(jìn)行檢測，以查詢ADC變換是否已經(jīng)結(jié)束，如查詢到變換已經(jīng)結(jié)束，則讀入

64、轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。,82,83,中斷控制方式是在啟動信號送到ADC之后，單片機(jī)執(zhí)行其他程序。ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷請求信號時(shí)，單片機(jī)響應(yīng)此中斷請求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。中斷控制方式效率高，所以特別適合于轉(zhuǎn)換時(shí)間較長的ADC。（1）查詢方式ADC0809與AT89S51的查詢式接口如圖11-20所示。,83,84,84,圖11-20 ADC0809與AT89S51查詢式接口,85,圖11-

65、20所示的基準(zhǔn)電壓是提供給A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換時(shí)所需要的基準(zhǔn)電壓，這是保證轉(zhuǎn)換精度的基本條件?；鶞?zhǔn)電壓要單獨(dú)用高精度穩(wěn)壓電源供給，其電壓的變化要小于1LSB。否則當(dāng)被變換的輸入電壓不變，而基準(zhǔn)電壓的變化大于1LSB，也會引起A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量變化。由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，可利用單片機(jī)提供的地址鎖存允許信號ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得，ALE引腳的頻率是AT89S51單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6（但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)

66、，將少一個(gè)ALE脈沖）。如果單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用6MHz，則ALE引腳的輸出頻率為1MHz，,85,86,再二分頻后為500kHz，符合ADC0809對時(shí)鐘頻率的要求。當(dāng)然，也可采用獨(dú)立的時(shí)鐘源輸出，直接加到ADC的CLK腳。由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，其8位數(shù)據(jù)輸出引腳D0～D7可直接與單片機(jī)的P0口相連。地址譯碼引腳C、B、A分別與地址總線的低三位A2、A1、A0相連，以選通IN0～I(xiàn)N7中的一個(gè)通道。,86,87,在啟

67、動A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的寫信號 和P2.7控制ADC的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動，由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)，啟動并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號 和P2.7引腳經(jīng)一級“或非門”后產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號，用來打開三態(tài)輸出鎖存器。下面的程序是采用軟件延時(shí)的方式，分別對8路模擬信號輪流采樣一次，并依次把結(jié)果轉(zhuǎn)儲到數(shù)據(jù)存儲區(qū)的轉(zhuǎn)換程序。,87,88,MAIN：MOV

68、R1，#data；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOVDPTR，#7FF8H；端口地址送DPTR， ；P2.7=0， 且指向通道IN0MOVR7，#08H；置通道個(gè)數(shù)LOOP：MOVX @DPTR，A；啟動A/D轉(zhuǎn)換MOVR6，#0AH；軟件延時(shí)， 等待轉(zhuǎn)換結(jié)束DELAY：NOPNOPNOPDJNZR6，DELAYMOVX A，@DPTR；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果,88,89

69、,MOV@R1，A；存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果INCDPTR；指向下一個(gè)通道INCR1；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針DJNZR7，LOOP；8個(gè)通道全采樣完；否？未完則繼續(xù)…………,89,90,（2）中斷方式ADC0809與AT89S51單片機(jī)的中斷方式接口電路只需要將圖11-20所示的EOC引腳經(jīng)過一“反門”連接到AT89S51單片機(jī)的外中斷輸入引腳 即可。采用中斷方式可大大節(jié)省單片機(jī)的時(shí)間