单片机原理及应用第10章-80C51单片机的测控接口课件.pptx

1、13.7第第10章章 80C51单片机的测控接口单片机的测控接口D/A转换接口技术转换接口技术10.1A/D转换接口技术转换接口技术10.2开关量的接口技术开关量的接口技术 10.312:392 单片机用于智能仪表和测控系统时，需要处理大量的单片机用于智能仪表和测控系统时，需要处理大量的外部信息，这些信息除包含外部信息，这些信息除包含数字量数字量外，还可能包含外，还可能包含模拟量模拟量与开关量与开关量信息。信息。工程实践中经常遇到被测对象的一些物理参数，如温工程实践中经常遇到被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、位移、速度等，这些参数均是度、流量、压力、位移、速度等，这些参数均是模拟量模

2、拟量。虽然这些模拟量已经由传感器、变送器变换成标准的电压虽然这些模拟量已经由传感器、变送器变换成标准的电压或电流信号，但还需要通过模拟量或电流信号，但还需要通过模拟量/数字量数字量(A/D)转换器，转换器，将其转换成为计算机能够处理的相应的将其转换成为计算机能够处理的相应的数字信号数字信号。12:393 同样同样，计算机对模拟量设备进行控制时，如控制电动，计算机对模拟量设备进行控制时，如控制电动调节阀、模拟调速系统、模拟记录仪等，就需要将计算机调节阀、模拟调速系统、模拟记录仪等，就需要将计算机输出的输出的数字信号数字信号通过通过数字量数字量/模拟量模拟量(D/A)转换器转换器，转换成，转换成外

3、设能够接收的相应的模拟信号。外设能够接收的相应的模拟信号。另一类常见的信号是另一类常见的信号是开关信号开关信号，它们来自开关类器件，它们来自开关类器件的输入，如拨盘开关、扳键开关、继电器的触点等。当计的输入，如拨盘开关、扳键开关、继电器的触点等。当计算机输出控制对象是具有开关状态的设备时，计算机的输算机输出控制对象是具有开关状态的设备时，计算机的输出就应该为开关量。出就应该为开关量。12:394模拟量模拟量I/O接口的作用：接口的作用：实际工业生产环境实际工业生产环境检测与控制的是连续变化的模拟量检测与控制的是连续变化的模拟量 例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量例如：电压、电流、压力、温

4、度、位移、流量 计算机内部计算机内部进行处理的是离散的数字量进行处理的是离散的数字量二进制数、十六进制数二进制数、十六进制数模拟量模拟量D/A传感器传感器执行元件执行元件A/D数字量数字量数字量数字量模拟量模拟量模拟量输入模拟量输入(数据采集数据采集)模拟量输出模拟量输出(过程控制过程控制)计算机计算机工业生产过程的控制工业生产过程的控制图图11-112:395模拟量模拟量I/O通道的组成通道的组成模拟量模拟量I/O接口电路的任务接口电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工工业业生生产产过过程程传感器信号处理多路转换&采样保持A/D转换驱动放大D/A转换输出接口

5、微型计算机执行机构输入接口物理量物理量变换变换信号信号处理处理信号信号变换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道变送器低通滤波图11-212:396模拟量输入通道模拟量输入通道传感器（传感器（Transducer）非电量非电量电压、电流电压、电流 变送器（变送器（Transformer）转换成标准的电信号转换成标准的电信号信号处理（信号处理（Signal Processing）放大、整形、滤波放大、整形、滤波 多路转换开关（多路转换开关（Multiplexer）多选一多选一采样保持电路（采样保持电路（Sample Holder，S/H）保证变换时信号恒定不变保证变换时信号恒定不变A

6、/D变换器（变换器（A/D Converter）模拟量转换为数字量模拟量转换为数字量 12:397模拟量输出通道模拟量输出通道D/A变换器（变换器（D/A Converter）数字量转换为模拟量数字量转换为模拟量低通滤波低通滤波平滑输出波形平滑输出波形驱动放大驱动放大提供足够的驱动电压，电流提供足够的驱动电压，电流12:39810.1 D/A转换接口技术转换接口技术 数字量到模拟量的转换称为数字量到模拟量的转换称为数数/模转换模转换。完成数完成数/模转换的器件称为模转换的器件称为D/A转换器转换器(Digital to Analog Converter)，通常用通常用DAC表示。表示。DAC能

7、够将数能够将数字量转换成与之成正比的电压或电流信号。字量转换成与之成正比的电压或电流信号。12:399 组成：模拟开关、组成：模拟开关、电阻网络电阻网络、运算放大器、运算放大器 两种电阻网络：权电阻网络、两种电阻网络：权电阻网络、R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络 基本结构如图：基本结构如图：VrefRf 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VO数字量数字量1.D/A转换器的基本原理及分类转换器的基本原理及分类 数字量是二进制代码的位组合，每一位数字代码都有一数字量是二进制代码的位组合，每一位数字代码都有一定的定的“权权”，并对应一定大小的模拟量。为了将数字量转换，并对应一定大小的模拟量。为了将数字

8、量转换成模拟量，应将每一位都转换为相应的模拟量，然后将其求成模拟量，应将每一位都转换为相应的模拟量，然后将其求和即可得到与该数字量成正比的模拟量。和即可得到与该数字量成正比的模拟量。12:3910D/A变换原理变换原理 运放的放大倍数足够大时，输出电压运放的放大倍数足够大时，输出电压Vo与输入电压与输入电压Vin的关系为：的关系为：fOinRV=-VR式中：式中：Rf 为反馈电阻为反馈电阻 R 为输入电阻为输入电阻 VinRf VoR 12:3911 若输入端有若输入端有n个支路个支路,则输出电压则输出电压VO与输入电压与输入电压Vi的关系为：的关系为：VinRf VOR1n0fini=1i1

9、V=-RVR式中：式中：Ri 为第为第i支路支路的的输入输入 电阻电阻Rn12:3912 令每个支路的输入电阻为令每个支路的输入电阻为2iRf,并令并令Vin为一基准电压为一基准电压Vref，则有则有:nn0frefrefiii=1i=1f11V=-RV=-V2 R2n0irefii=11V=-SV2若若Si=1,该项对该项对VO有贡献有贡献若若Si=0,该项对该项对VO无贡献无贡献 如果每个支路由一个开关如果每个支路由一个开关Si 控制，控制，Si=1表示表示Si 合上，合上，Si=0表示表示Si 断开，则上式变换为断开，则上式变换为:12:39132Rf4Rf8Rf16Rf32Rf64Rf

10、128Rf256RfVrefRf V VO OS8S7S6S5S4S3S2S1D/A转换原理电路转换原理电路运放运放权电阻网络权电阻网络模拟开关模拟开关12:3914 如果用如果用8位二进制代码来控制图中的位二进制代码来控制图中的S1S8(Di=1时时Si闭闭合；合；Di=0时时Si断开断开)，那么根据二进制代码的不同，输出，那么根据二进制代码的不同，输出电压电压VO也不同，这就构成了也不同，这就构成了8位的位的D/A转换器。转换器。可以看出，当代码在可以看出，当代码在0FFH之间变化时，之间变化时，VO相应地在相应地在0-(255/256)Vref之间变化。之间变化。为控制电阻网络各支路电阻

11、值的精度，实际的为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换转换器采用器采用R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络(见下页见下页)，它只用两种阻值的电，它只用两种阻值的电阻阻(R和和2R)。12:3915R-2R T型电阻网络型电阻网络refnVV1refnVV212refnVV102112:3916T型电阻网络型电阻网络D/A转换器的原理图转换器的原理图 计算机输出的数字信号首先传送到数据锁存器计算机输出的数字信号首先传送到数据锁存器(或寄存器或寄存器)中，然后由中，然后由模拟电子开关模拟电子开关把把数字信号的高低电平数字信号的高低电平变成对应的变成对应的电子开关状态电子开关状态。当数字量某

12、位为当数字量某位为1时，电子开关就将基准电压源时，电子开关就将基准电压源VREF接入接入电阻网络的相应支路；若为电阻网络的相应支路；若为0时，则将该支路接地。时，则将该支路接地。各支路的电流信号经过电阻网络加权后，由运算放大器求各支路的电流信号经过电阻网络加权后，由运算放大器求和并变换成电压信号，作为和并变换成电压信号，作为D/A转换器的输出。转换器的输出。12:3917T型电阻网络型电阻网络D/A转换器的原理图转换器的原理图 VREF为外加基准电源，为外加基准电源，Rfb为外接运算放大器的反馈电阻。为外接运算放大器的反馈电阻。D7D0为控制电流开关的数据。由图可以得到：为控制电流开关的数据。

13、由图可以得到：输出电压输出电压VO的大的大小与数字量具有对小与数字量具有对应的关系。这样就应的关系。这样就完成了数字量到模完成了数字量到模拟量的转换。拟量的转换。12:3918D/A转换器的分类：转换器的分类：(1)依数字量的位数依数字量的位数分：分：8位、位、10位、位、12位与位与16位位D/A转换器；转换器；(2)依数字量的数码形式依数字量的数码形式分：分：二进制二进制码和码和BCD码码D/A转换器；转换器；(3)按信号输入按信号输入方式分方式分：并行并行总线总线D/A转换器和串行总线转换器和串行总线D/A转换器；转换器；并行并行D/A转换器通过并行总线接收数据。转换器通过并行总线接收数

14、据。串行串行D/A转换器通过转换器通过I2C总线、总线、SPI总线等串行总线接收数据。串行方式占用总线等串行总线接收数据。串行方式占用接口资源少，用于转换速度要求不高的系统。并行方式占用接口资源多，用于转换接口资源少，用于转换速度要求不高的系统。并行方式占用接口资源多，用于转换数据量大，转换速度高的系统。数据量大，转换速度高的系统。(4)按输出信号的按输出信号的形式：形式：电压电压输出型和电流输出型。输出型和电流输出型。电压输出型电压输出型D/A转换器可以直接从电阻阵列输出电压，常作为高速转换器可以直接从电阻阵列输出电压，常作为高速D/A转换转换器使用。电流输出型器使用。电流输出型D/A转换器

15、通常需要在其输出端接入一个反相输入的运算放大转换器通常需要在其输出端接入一个反相输入的运算放大器，将其转换为电压输出。器，将其转换为电压输出。12:3919早期的早期的D/A转换芯片转换芯片只具有只具有电流输出型电流输出型的，且不具有输入寄存的，且不具有输入寄存器。所以在单片机应用系统中使用这种芯片必须外加数字输入锁存器。所以在单片机应用系统中使用这种芯片必须外加数字输入锁存器、基准电压源以及输出电压转换电路。这一类芯片主要有器、基准电压源以及输出电压转换电路。这一类芯片主要有DAC0800系列系列(美国美国National Semiconductor公司生产公司生产)、AD7520系系列列(

16、美国美国Analog Devices公司生产公司生产)等。等。中期的中期的D/A转换芯片转换芯片在芯片内在芯片内增加了一些与计算机接口相关的增加了一些与计算机接口相关的电路及控制引脚电路及控制引脚，具有数字输入寄存器，能和，具有数字输入寄存器，能和CPU数据总线直接相数据总线直接相连。通过控制端，连。通过控制端，CPU可直接控制数字量的输入和转换，并且可以可直接控制数字量的输入和转换，并且可以采用与采用与CPU相同的相同的+5V电源供电。这类芯片特别适用于单片机应用电源供电。这类芯片特别适用于单片机应用系统的系统的D/A转换接口。这类芯片有转换接口。这类芯片有DAC0830系列、系列、AD75

17、24等。等。近期的近期的D/A转换器转换器将一些将一些D/A转换外围器件集成到了芯片的内部，转换外围器件集成到了芯片的内部，简化了接口逻辑，提高了芯片的可靠性及稳定性。如芯片内部集成简化了接口逻辑，提高了芯片的可靠性及稳定性。如芯片内部集成有基准电压源、输出放大器及可实现模拟电压的单极性或双极性输有基准电压源、输出放大器及可实现模拟电压的单极性或双极性输出等。这类芯片有出等。这类芯片有AD558、DAC82、DAC811等。等。12:39202.D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 (1)分辨率分辨率 分辨率是指分辨率是指D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。转换器模拟输出电压

18、可能被分离的等级数。输入数字量位数越多，输出电压可分离的等级越多，在实输入数字量位数越多，输出电压可分离的等级越多，在实际应用中往往用输入数字量的位数表示际应用中往往用输入数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。转换器的分辨率。此外，此外，D/A转换器也可以用能分辨的最小输出电压转换器也可以用能分辨的最小输出电压(此时输此时输入的数字代码只有最低有效位为入的数字代码只有最低有效位为1，其余各位都是，其余各位都是0)与最大输与最大输出电压出电压(此时输入的数字代码各有效位全为此时输入的数字代码各有效位全为1)之比给出。之比给出。n位位D/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为 ，表示，表示D/A转换器

19、在理论上可以转换器在理论上可以达到的精度。达到的精度。121n12:3921(2)转换误差转换误差 表示表示D/A转换器实际输出的模拟量与理论输出模拟量之间的转换器实际输出的模拟量与理论输出模拟量之间的差别。差别。转换误差的来源很多，如转换器中各元件参数值的误差、基准电源不转换误差的来源很多，如转换器中各元件参数值的误差、基准电源不够稳定和运算放大器零漂的影响等。够稳定和运算放大器零漂的影响等。D/A转换器的绝对误差转换器的绝对误差(或绝对精度或绝对精度)是是指输入端加入最大数字量指输入端加入最大数字量(全全1)时，时，D/A转换器的理论值与实际值之差。该转换器的理论值与实际值之差。该误差值应

20、低于误差值应低于LSB/2(LSB指指Least Significant Bit，最低有效位，最低有效位)。255256REFV例如，一个例如，一个8位的位的D/A转换器，对应最大数字量的模拟理论输转换器，对应最大数字量的模拟理论输出值出值为为,所以实际值不应超过所以实际值不应超过 REF11LSB=2512V12:3922(3)建立时间建立时间 指指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需时间。一般用输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需时间。一般用D/A转转换器输入的数字量从全换器输入的数字量从全0变为全变为全1时，输出电压达到规定的误差范围时，输出电压达到规定的误差

21、范围(LSB/2)时所需时所需时间表示。时间表示。D/A转换器的建立时间较快，单片集成转换器的建立时间较快，单片集成D/A转换器建立时间最短可达转换器建立时间最短可达0.1s以内。以内。(4)线性度线性度 也也称非线性误差，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是指实际输出值与理论值之差在满刻度的1%之之内。内。(5)温度系数温度系数 指在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度指在输入不变的情

22、况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高输出条件下温度每升高1oC，输出电压变化的百分数作为温度系数。，输出电压变化的百分数作为温度系数。除上述各参数外，在使用除上述各参数外，在使用D/A转换器时还应注意它的输出电压特性。由于输出电转换器时还应注意它的输出电压特性。由于输出电压事实上是一串离散的瞬时信号，要恢复信号原来的时域连续波形，还必须采用保压事实上是一串离散的瞬时信号，要恢复信号原来的时域连续波形，还必须采用保持电路对离散输出进行波形复原。持电路对离散输出进行波形复原。此外此外还应注意还应注意D/A的工作电压、输出方式、输出范围和逻辑电平等。的工作电压、

23、输出方式、输出范围和逻辑电平等。12:3923DAC0832是美国是美国National Semiconductor生产的生产的DAC0830系列产品中的一种，系列产品中的一种，该系列芯片具有以下特点：该系列芯片具有以下特点：并行并行D/A转换；转换；分辨率分辨率8位；位；电流建立时间电流建立时间1s；片内二级数据锁存，提供数据输入双缓冲、单缓冲和直通三种工作方式；片内二级数据锁存，提供数据输入双缓冲、单缓冲和直通三种工作方式；电流输出型芯片，通过外接一个运算放大器，可以很方便地提供电压输出。电流输出型芯片，通过外接一个运算放大器，可以很方便地提供电压输出。输出电流线性度可在满量程下调节；输出

24、电流线性度可在满量程下调节；逻辑电平输入与逻辑电平输入与TTL兼容，与兼容，与80C51单片机连接方便；单片机连接方便；单一电源供电单一电源供电(+5V+15V)。低功耗，低功耗，20mW。10.1.2 DAC0832芯片及其与单片机的接口芯片及其与单片机的接口12:39241.DAC0832的结构的结构图10-2 DAC0832的内部逻辑框图“8位输入寄存器位输入寄存器”用于存放用于存放CPU送来的数字量，使输入数字量送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由得到缓冲和锁存，由LE1控制；控制；“8位位DAC寄存器寄存器”存放待转换的数字量，由存放待转换的数字量，由LE2控制；控制；“8位

25、位D/A转换电路转换电路”由由T型电阻网络和电子开关组成，型电阻网络和电子开关组成，T型电型电阻网络输出和数字量成正比的模拟电流。阻网络输出和数字量成正比的模拟电流。11LELECSWRI22LEWRXFER12:39252.DAC0832的引脚的引脚 图图10-3 DAC0832的引脚的引脚 图图10-2 DAC0832的内部逻辑框图的内部逻辑框图 12:39262.DAC0832的引脚的引脚IOUT1：电流输出电流输出1端，输入数字量全端，输入数字量全“1”时，时，IOUT1最大，最大，输输 入数字量全为入数字量全为“0”时，时，IOUT1最小。最小。DI0DI7：8位数字信号输入端位数字

26、信号输入端CS：片选端。片选端。ILE：数据锁存允许控制端，高电平有效。数据锁存允许控制端，高电平有效。WR1：输入寄存器写选通控制端。当输入寄存器写选通控制端。当CS=0、ILE=1、WR1=0时，数据信号被锁存时，数据信号被锁存在在输入寄存器中。输入寄存器中。XFER：数据传送控制。数据传送控制。WR2：DAC寄存器写选通控制端。当寄存器写选通控制端。当XFER=0，WR2=0时，时，输入寄存器状态传入输入寄存器状态传入DAC寄存器中。寄存器中。12:3927IOUT2：D/A转换器电流输出转换器电流输出2端，端，IOUT2+IOUT1=常数。常数。Rfb：外部反馈信号输入端，外部反馈信号

27、输入端，内部已有反馈电阻内部已有反馈电阻Rfb，根据需要，根据需要也可外接反馈电阻。也可外接反馈电阻。Vcc：电源输入端，可在电源输入端，可在+5V+15V范围内。范围内。DGND：数字信号地。数字信号地。AGND：模拟信号地。模拟信号地。12:39283.DAC0832的工作方式的工作方式图图10-4 DAC0832单极性输出电路单极性输出电路 D为数字输入量，为数字输入量，VREF为基准电为基准电压。可见，单极性输出压。可见，单极性输出VOUT的正的正负极性由负极性由VREF的极性确定，当的极性确定，当VREF的极性为正时，的极性为正时，VOUT为负，为负，当当VREF的极性为负时，的极性

28、为负时，VOUT为正。为正。VOUT=-DVREF/2n 12:3929图图10-5 DAC0832双极性输出电路双极性输出电路OUTOUTDOUTRDREF()(2/2/2)VVVRVRRVR 1DREFREFREFREF22/2(/21)nnVVDVVDV 11REF(2)/2nnDV将待转换的数字量的偏移二进制码代替上式中的将待转换的数字量的偏移二进制码代替上式中的D，可求出双极性，可求出双极性VOUT。若。若VREF由正改为负，那由正改为负，那么么VOUT也反相。例如数字量也反相。例如数字量D的十进制为的十进制为+127，对应的带符号二进制为对应的带符号二进制为01111111B，偏移

29、二进制，偏移二进制代码则为代码则为1111 1111B，此时输出，此时输出VOUT(假设假设VREF为为正正)：77OUTREFREFREF(2552)/2(127/128)1LSBVVVV12:3930图10-5 DAC0832双极性输出电路同理，当数字量同理，当数字量D的十进制为的十进制为-127，对应的带符号二进制数为对应的带符号二进制数为1111 1111B，偏移二进制代码则为偏移二进制代码则为0000 0001B，此，此时输出时输出OUT为：为：77OUTREFREFREF(12)/2(127/128)(1LSB)VVVV 在双极性输出中，在双极性输出中，1LSB=VREF/2n-1

30、=VREF/128，而单极性输出中，而单极性输出中，1LSB=VREF/2n=VREF/256。可见双极性输出时的。可见双极性输出时的分辨率比单极性输出时降低了分辨率比单极性输出时降低了1/2，这是由，这是由于对双极性输出而言，最高位作为符号位，于对双极性输出而言，最高位作为符号位，只有只有7位数值位。位数值位。12:39314.DAC0832与与80C51单片机的接口方式单片机的接口方式(1)直通方式直通方式 两个锁存器都处于跟随状态，不对数据进行锁存，即控两个锁存器都处于跟随状态，不对数据进行锁存，即控制信号制信号CS、WR1、ILE、WR2和和XFER都预先设置为有效都预先设置为有效状态

31、，使状态，使LE1和和LE2都为都为1。这样，。这样，D/A转换不受控制，一转换不受控制，一旦有数字量输入就立即进行旦有数字量输入就立即进行D/A转换。因此转换。因此DAC0832的输的输出随时跟随输入的数字量的变化而变化。出随时跟随输入的数字量的变化而变化。12:3932(2)单缓冲方式单缓冲方式 单缓冲方式有两种实现方法，其一是令两个数据缓冲器一单缓冲方式有两种实现方法，其一是令两个数据缓冲器一个处于直通方式，另一个处于受控方式，如图个处于直通方式，另一个处于受控方式，如图10-6所示；其二所示；其二是将两级数据缓冲器的控制信号并联相接，使其同时受控，如是将两级数据缓冲器的控制信号并联相接

32、，使其同时受控，如图图10-7所示。所示。图图10-6 DAC0832单缓冲方式单缓冲方式(一个受控，一个直通一个受控，一个直通)图图10-7 DAC0832单缓冲方式单缓冲方式(两个同时受控两个同时受控)12:3933(3)双缓冲方式双缓冲方式图图10-8 DAC0832双缓冲方式双缓冲方式 1#DAC和和2#DAC的片选信号分别接的片选信号分别接单片机的地址线单片机的地址线P2.5和和P2.6，2片片DAC的传送控制信号的传送控制信号XFER并接与单片机并接与单片机的地址线的地址线P2.7相连，故相连，故2片片DAC的第一的第一级数据锁存是分别受控的，而第二级级数据锁存是分别受控的，而第二

33、级数据锁存是同时受控的，才能实现数据锁存是同时受控的，才能实现2片片DAC同步输出模拟量同步输出模拟量。因此因此数字量输入锁存和数字量输入锁存和D/A转换输出转换输出分两步完成。首先，将数字量分别送分两步完成。首先，将数字量分别送入各路入各路DAC的输入寄存器；然后，控的输入寄存器；然后，控制各路制各路DAC将各自输入寄存器中的数将各自输入寄存器中的数据，同时送入据，同时送入DAC寄存器，进行寄存器，进行D/A转换输出。转换输出。对于对于1片片DAC来说，由于来说，由于CS和和XFER分别接单片机的地址线，因此分别接单片机的地址线，因此占用两个占用两个I/O端口地址，输入寄存器端口地址，输入寄

34、存器和和DAC寄存器各占一个，分别对应于寄存器各占一个，分别对应于两步完成两步完成D/A转换所需的地址。根据转换所需的地址。根据图图10-8的接线，的接线，1#DAC和和2#DAC的的输入锁存器的地址分别为输入锁存器的地址分别为DFFFH和和BFFFH，2片片DAC的的DAC寄存器的地寄存器的地址同为址同为7FFFH。双双级缓冲方式适用于多路级缓冲方式适用于多路D/A转换器转换器接口，控制多路接口，控制多路DAC同步输出不同模同步输出不同模拟电压的单片机系统。拟电压的单片机系统。12:39345.应用举例应用举例例例10-1 设计设计DAC0832与与AT89C52单片机连接的仿真电路，编单片

35、机连接的仿真电路，编写程序用写程序用DAC0832芯片生成三角波。芯片生成三角波。图图10-9 DAC0832与与AT89C52单片机连接的仿真电路单片机连接的仿真电路12:3935/*用用DAC0832生成三角波生成三角波*/#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7fffvoid DelayMS(uint ms)/延时程序延时程序 uchar i;while(ms-)for(i=0;i120;i+);void main()/主程序主程序 uchar

36、 i;uchar k;k=0;/k为三角波上升和下降的标志位为三角波上升和下降的标志位/i=0;while(1)/循环输出三角波循环输出三角波 if(k=0)/输出三角波的下降沿输出三角波的下降沿 i+;DAC0832=i;if(i=255)k=k;DelayMS(1);Else /输出三角波的上升沿输出三角波的上升沿 i-;DAC0832=i;if(i=0)k=k;DelayMS(1);12:3936例例10-2 针对图针对图10-8所示电路，设计使所示电路，设计使DAC0832(1)输出锯齿波、输出锯齿波、DAC0832(2)输出三角波的程序，并用输出三角波的程序，并用proteus仿真验

37、证。仿真验证。图图10-10 DAC0832双缓冲方式双缓冲方式proteus仿真电路仿真电路12:3937/*采用两片采用两片DAC0832同时生成三角波同时生成三角波与锯齿波的程序与锯齿波的程序*/#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar xdata*DAC0832;void DelayMS(uint ms)/延时程序延时程序 uchar i;while(ms-)for(i=0;i120;i+);void main()/主程序主程序 uchar i,k,l;k=0,i=0,l=0;wh

38、ile(1)DAC0832=0 xDFFF;/指向指向(1)号号DAC的第一级锁存器的第一级锁存器 if(k=0)/输出三角波输出三角波 i+;/数字量递增数字量递增 *DAC0832=i;if(i=255)k=k;DelayMS(1);else i-;/数字量递减数字量递减 *DAC0832=i;if(i=0)k=k;DelayMS(1);DAC0832=0 xBFFF;/指向指向(2)号号DAC的第一级锁存器的第一级锁存器 *DAC0832=l;/输出锯齿波输出锯齿波 l+;DelayMS(1);DAC0832=0 x7FFF;/指向指向(1)号和号和(2)号号的的DAC锁存器地址锁存器地

39、址 *DAC0832=0 x00;/2个数据同时由第一个数据同时由第一级向第二级传送，级向第二级传送，12:393810.2 A/D转换接口技术转换接口技术 模拟量到数字量的转换称为模模拟量到数字量的转换称为模/数转换，数转换，完成模完成模/数转换的器件数转换的器件称为称为A/D转换器转换器(Analog to Digital Converter)，通常用，通常用ADC表示。表示。ADC能够将电压信号转换为与之成比例的数字量。能够将电压信号转换为与之成比例的数字量。分类：分类：按照转换原理按照转换原理A/D转换器可分为转换器可分为逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器、双积分式双积分式A/D转

40、换器转换器、计数式、计数式A/D转换器和并行式转换器和并行式A/D转换器。转换器。其中常用的是其中常用的是逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器和和双积分式双积分式A/D转换器转换器。逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器的精度、速度和价格比较适中，是最常的精度、速度和价格比较适中，是最常用的用的A/D转换器件。双积分式转换器件。双积分式A/D转换器转换精度高、抗干扰性转换器转换精度高、抗干扰性好、价格便宜，但转换速度较慢，在转换速度要求不高的场合应好、价格便宜，但转换速度较慢，在转换速度要求不高的场合应用较为广泛。用较为广泛。12:393910.2.1 A/D转换器原理与技术指标转换器原理与

41、技术指标 1.A/D转换器的原理转换器的原理 逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器的原理是转换器的原理是“逐位比较逐位比较”，其过，其过程与用砝码在天平上称物体质量类似。用砝码在天平上程与用砝码在天平上称物体质量类似。用砝码在天平上称物体质量的示意图如图称物体质量的示意图如图10-12所示，当被测物体放入左所示，当被测物体放入左面的盘中后，我们就按从大到小的顺序先将最大砝码放面的盘中后，我们就按从大到小的顺序先将最大砝码放入右面的盘中进行称量，如果此时天平向右倾斜，则从入右面的盘中进行称量，如果此时天平向右倾斜，则从盘子中取出这个砝码，换成比它小一点的砝码重新称量，盘子中取出这个砝码，换成比它小一

42、点的砝码重新称量，如此反复地称量下去，最后盘中所装砝码的总重量就是如此反复地称量下去，最后盘中所装砝码的总重量就是物体重量的近似值。物体重量的近似值。图图10-12用砝码在天平上称物体质量的示意图用砝码在天平上称物体质量的示意图 12:3940 逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器结构：由转换器结构：由D/A转换器、比较器和逐转换器、比较器和逐次逼近寄存器次逼近寄存器SAR组成。组成。图图10-13 逐次比较型的逐次比较型的A/D转换器原理图转换器原理图 1）ADC从高到低逐次给从高到低逐次给SAR的每一位的每一位“置置1”（即加上不同权重的砝码），（即加上不同权重的砝码），SAR相当于放法码的称

43、盘；相当于放法码的称盘；2）每次）每次SAR中的数据经中的数据经D/A转换为电压转换为电压VN；3）VN与输入电压与输入电压VIN比较，若比较，若VNVIN，保持当前位的，保持当前位的1，否则当前位，否则当前位置置0；4）从高到低逐次比较下去，直到）从高到低逐次比较下去，直到SAR的每一位都尝试完；的每一位都尝试完；5）SAR内的数据就是与内的数据就是与Vi相对应的相对应的2进制数。进制数。12:39412.A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标(2)量化误差量化误差 ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过

44、程称为量化。量量化误差是化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。实际上，要准确表示的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。实际上，要准确表示模拟量，模拟量，ADC的位数需很大甚至无穷大。一个分辨率有限的的位数需很大甚至无穷大。一个分辨率有限的ADC的阶梯状转换特的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的性曲线与具有无限分辨率的ADC转换特性曲线转换特性曲线(直线直线)之间的最大偏差即是量化误之间的最大偏差即是量化误差。如图差。如图10-14所示。所示。(1)分辨率分辨率 分辨率是指输出数字量变化一个最低有效位分辨率是指输出数字量变化一个最低有效位LSB时，所对应的输入时，所对应的输入

45、模拟量的最小变化量。模拟量的最小变化量。A/D转换器的分辨率定义为满刻度电压与转换器的分辨率定义为满刻度电压与2n之比值，其中之比值，其中n为为ADC的的位数，即位数，即=VNFS ，其中，其中VNFS为满刻度值。为满刻度值。分辨率衡量的是分辨率衡量的是ADC对输入电压微小变化的响应能力，分辨率越高，对输入电压微小变化的响应能力，分辨率越高，对输入量的微小变化反应越灵敏。对输入量的微小变化反应越灵敏。n12(a)未偏移时未偏移时 (b)偏移后偏移后图图10-14 ADC的转换特性的转换特性 12:3942(4)转换精度转换精度 转换精度反映转换精度反映A/D转换器实际输出数字量与理论输出值的转

46、换器实际输出数字量与理论输出值的接近程度。可以表示成绝对精度或相对精度，但是转换精度接近程度。可以表示成绝对精度或相对精度，但是转换精度所对应的误差不包括量化误差。所对应的误差不包括量化误差。(5)量程量程 量程是指量程是指A/D能够转换的电压范围，如能够转换的电压范围，如0+5V，-10+l0V等。等。(3)转换速率与转换时间转换速率与转换时间转换时间是指完成一次转换时间是指完成一次A/D转换所需的时间，即从启动转转换所需的时间，即从启动转换开始到得到稳定的数字输出量所需的时间。转换速率是换开始到得到稳定的数字输出量所需的时间。转换速率是转换时间的倒数，即每秒钟转换的次数。转换时间的倒数，即

47、每秒钟转换的次数。12:3943ADC0809是典型的是典型的逐次逼近式逐次逼近式8位位A/D转换器，转换器，有有8个模拟量输个模拟量输入通道，可对入通道，可对8路模拟信号轮流进行路模拟信号轮流进行A/D转换，特点如下：转换，特点如下：分辨率为分辨率为8位。位。转换时间为转换时间为100s(当外部时钟输入频率当外部时钟输入频率fc=640kHz时时)。单一单一+5V电源供电，模拟输入电压范围为电源供电，模拟输入电压范围为0+5V。具有锁存控制的具有锁存控制的8通道多路输入模拟开关。通道多路输入模拟开关。可锁存三态输出，输出与可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容。电平兼容。功耗为功耗为I5mW。

48、不必进行零点和满度调整。不必进行零点和满度调整。转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频率范围：转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频率范围：10kHz1280kHz。典型值为：时钟频率为。典型值为：时钟频率为640kHz，转换时间约，转换时间约为为100s。10.2.2 ADC0809芯片及其与单片机的接口芯片及其与单片机的接口12:39441.ADC0809的内部结构的内部结构 由由8位位A/D转换器转换器、8路模拟量选路模拟量选择开关、通道地址锁存与译码电路择开关、通道地址锁存与译码电路和三态输出锁存器构成。和三态输出锁存器构成。8路模拟量受选择开关的控制，路模拟量受选择开关的控制，同

49、一时刻只有同一时刻只有1路可以进入路可以进入A/D转换转换器，通道号由地址译码电路根据器，通道号由地址译码电路根据A、B、C的值给出，转换成的值给出，转换成8位数字量位数字量后经输出锁存器并行输出。改变后经输出锁存器并行输出。改变A、B、C三位的值，就可以选择不同的三位的值，就可以选择不同的模拟量输入通道。模拟量输入通道。图图10-15 ADC0809的内部结构的内部结构 12:39452.ADC0809的引脚功能的引脚功能图图10-16 ADC0809的引脚的引脚 共共28脚，双列直插式封装。主要引脚功能如下：脚，双列直插式封装。主要引脚功能如下：(1)IN0IN7：8路模拟信号输入端。路模

50、拟信号输入端。(2)D0D7：8位数字量输出端。位数字量输出端。(3)C、B、A：控制控制8路模拟通道的切换，路模拟通道的切换，C、B、A=000111分别对应分别对应IN0IN7通道。通道。(4)OE、START、CLK：控制信号端，控制信号端，OE为输出允许端，为输出允许端，START为启动信号输入端，为启动信号输入端，CLK为时钟信号输入端。为时钟信号输入端。(5)VR(+)和和VR(-)：参考电压输入端。参考电压输入端。12:39463.ADC0809与单片机的接口与单片机的接口图图10-17 ADC0809与单片机的接线图与单片机的接线图 通常用单片机的地址线作为通常用单片机的地址线