第11章 51单片机与DA、AD 转换器的接口综述

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AD转换器与单片机的接口技术

A/D转换器与单片机的接口技术
从物理信号到电信号的转换
A/D转换器的作用是将模拟的电信号转换成数字信号。在将物理量转换成数字量之前，必须先将物理量转换成电模拟量，这种转换是靠传感器完成的。传感器的种类繁多，如温度传感器，压力传感器、光传感器、气敏传感器等。温度传感器：典型的温度传感器有热电偶和热敏电阻。热电偶是利用热点效应来工作的，室温下的输出电压为毫伏级的。热敏电阻是一种半导体新型感温元件，具有负的电阻温度系数，当温度升高时，其电阻减小。湿度传感器：是利用湿度变化引起其电阻值或电容量变化原理制成的，即将湿度变化转换成电量变化。
1
ADC574工作时序表 1 1 1 1
0
0 0 0 0
0
0 1 1 1
×
× 1 0 0
0
1 × 0 1
启动12位转换
启动8位转换 12位数据输出高8位数据输出低4位数据输出
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AD574A的工作时序
AD574A的工作时序：
LOOP： DELY： POLL：
R0，#40H R1，#78H R2，#08H EX0 @R1 ，A R3，#20H R3，DELY P3.2 P3.2，POLL A，@R1 @R0，A R0 R1 R2，LOOP
；采样数据存放首址；IN0通道地址；模拟量通道数；禁止中断；启动A/D转换；延时一会儿，约40us ；等待EOC信号变低；设置P3.2为输入模式；查询转换是否结束；读取转换结果；存放结果
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ADC0809与51单片机接口
ADC0809与单片机接口
通道地址： 78H~7FH
Copyright 2006

MCS-51单片机与DA转换器的接口和应用

A/D和D/A转换接口技术难点•DAC0832工作方式•ADC0809工作方式要求掌握：•MCS-51单片机与D/A转换器的接口连接•MCS-51单片机与A/D转换器的接口连接•初始化编程及应用了解：•典型D/A转换器芯片DAC0832的管脚功能•典型A/D转换器芯片ADC0809的管脚功能3.1 MCS-51单片机与D/A转换器的接口和应用3.1.1典型D/A转换器芯片DAC0832DAC0832是一个8位D/A转换器芯片，单电源供电，从+5V～+15V均可正常工作，基准电压的范围为±10V，电流建立时间为1μs，CMOS工艺，低功耗20mW。

其内部结构如图9.1所示，它由1个8位输入寄存器、1个8位DAC寄存器和1个8位D/A转换器组成和引脚排列如图1所示。

图1 DAC0832引脚功能该D/A转换器为20引脚双列直插式封装，各引脚含义如下：(1)D7～D0——转换数据输入。

(2)——片选信号（输入），低电平有效。

(3)ILE——数据锁存允许信号（输入），高电平有效。

(4)——第一信号（输入），低电平有效。

该信号与ILE 信号共同控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式：当ILE=1和=0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和=1时，为输入寄存器锁存方式。

(5)——第2写信号(输入),低电平有效.该信号与信号合在一起控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式:当=0和=0时,为DAC寄存器直通方式; 当=1和=0时,为DAC寄存器锁存方式。

(6)——数据传送控制信号(输入),低电平有效。

(7)Iout2——电流输出“1”。

当数据为全“1”时，输出电流最大；为全“0”时输出电流最小。

(8)Iout2——电流输出“2”。

DAC转换器的特性之一是：Iout1 +Iout2=常数。

(9)R fb——反馈电阻端既运算放大器的反馈电阻端，电阻（15KΩ）已固化在芯片中。

因为DAC0832是电流输出型D/A转换器，为得到电压的转换输出，使用时需在两个电流输出端接运算放大器，R fb 即为运算放大器的反馈电阻，运算放大器的接法如图2所示。

51单片机(AD及DA转换器)PPT优秀课件

例2 产生锯齿波
MOV A，#00H ;起始值
MOV DPTR,#0FEFFH
MM：MOVX @DPTR,A ;送转换
INC A
NOP
NOP
NOP
;决定坡度
SJMP MM
15
DAC0832编程应用举例：例3产生三角波
MOV A，#00H
MOV DPTR,#0FEFFH
SS1: MOVX @DPTR,A ;送转换
ALE
6
WR
P2.0
12MHz
INT1 RD
锁存器 74LS373
8D Q0
G
Q1 Q2
OE
≥1 ≥1
D0-D7 ADDA ADDB ADDC
CLK START ALE OE EOC
1、先送通道号地址到A、B、C，由ALE信号锁存通道号地址，然后让START有效启动A/D转换。即执行一条MOVX @DPTR, A指令产生WR信号，使ALE、START有效，锁存通道号并启动A/D转换。A/D转换完毕，EOC端发出一正脉冲，表示转换结束。
NOP
NOP
NOP
SS2: INC A
;等速上升
JNZ SS1
SS3: DEC A
MOVX @DPTR，A
NOP
NOP
NOP
;等速下降
JNZ SS3
SJMP SS2
三角波
同样的编程思路，若要产生如下的梯形波也很容易：
梯形波
16
例4
正弦波电压输出为双极性电压，最简单的办法是将一个周期内电压变化的幅值(-5V～+5V)按8位D/A分辨率分为256个数值列成表格，然后依次将这些数字量送入D/A转换输出。只要循环不断地送数，在输出端就能获得正弦波输出。

AD,DA与单片机接口

11.1 A/D转换器模拟量转变为数字量
一、性能指标 1、转换精度模拟量是连续的，而数字量是离散的模拟量和数字量不是一一对应的 · 绝对误差：中间值和理论值之差为绝对误差 · 相对误差：绝对误差与满刻度值之比 2、转换时间一次转换所需的时间 3、分辨率 1LSB对应的固定时间积分，然后反向积分 · 逐次逼近法中速 P220(3)P242(4) 图11－1 速度低万用表中使用计数器(一般) 低位向高位逐一进行计数和进位中分比较
START 启动转换信号，脉冲式 CLOCK 外部时钟 EOC 转换结束信号，高电平有效 D0~D7 OE IN0~IN7 8路模拟输入 C B A 通道选择 ALE VREF(+) VREF(-) VCC GND
A/D转换器接口
#define IN0 XBYTE[0x7ff8] sbit ad_busy=P3^3; void ad0809 (uchar idata *x) { uchar i; uchar xdata *ad_adr; ad_adr=&IN0; for(i=0;i<8;i++) { *ad_adr=0; i=i; i=i; while(ad_busy==1); x[i]=*ad_adr; ad_adr++; } }
二、光电耦合器三、步进电机与单片机的接口 P214(3)P236(4) 图10－6
四、软件编程 1、三相单三拍 A=>B=>C=>A 01H=>02H=>04H=>01H 2、三相六拍方式 3、变速控制
uchar j=0x01; if(cf=0) for(i=0;i<n;i++) { P1=j; dlms(DL); j=j<<1; if((j^0x08)==0) j=0x01; } else { for(i=0;i<n;i++) { P1=j; dlms(DL); j=j>>1; if(j==0) j=0x04; } }

MCS-51单片机与DA、AD转换器的接口

MCS-51单片机与D/A、A/D转换器的接口
一、填空
1. A/D转换器按转换原理形式可分为式、式和式。

2. A/D转换器0809按转换原理为（）。

三、简答
2. A/D转换器的分辨率如何表示？它与精度有何不同？
3. 判断A/D转换结束否一般可采用几种方式？每种方式有何特点？
4. D/A转换器的主要技术指标有哪些？分辨率是如何定义的？参考电压V R的作用如何？
5. D/A转换器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
6. D/A转换器的主要性能指标都有哪些?设某DAC为二进制12位,满量程输出电压为5V,
试问它的分辨率是多少?
7. 说明图中AD0809 的IN0, IN1, IN2, IN3, IN4, IN5, IN6, IN7等8个通道的地址(C,B,A位为000时, IN0通道, 以此类推, 为111时, IN7通道)。

8. 单片机控制ADC转换时, 程序查询方式与中断控制方式有什么不同? 各自的优缺点是什
么?
10．在一个由8031单片机与一片ADC0809组成的数据采集系统中，ADC0809的8个输入通道的地址为7FF8H~7FFFH，试画出有关接口电路图，并编写出每隔1分钟轮流采集一次8个通道数据的程序，共采样50次，其采样值存入片外RAM 2000H单元开始存储区中。

第十一章 MCS-51单片机与AD、DA转换器的接口

第十一章MCS-51单片机与A/D、D/A转换器的接口11.1 对于电流输出的D/A转换器，为了得到电压的转换结果，应使用（由运算放大器构成的电流/电压转换电路）11.2 D/A转换器的主要性能指标有哪些？设某DAC为二进制12位，满量程输出电压为5V，试问它的分辨率是多少？答：D/A转换器的主要性能指标：分辨率、建立时间、精度。

它的分辨率为：5V/2= 1.220703125mv。

1211.3 说明DAC用作程控放大器的工作原理答：DAC用作程控放大器的工作原理详见：P28311.4 使用双缓冲方式的D/A转换器，可以实现多路模拟信号的（同时）输出11.5 MCS-51 与DAC0832接口时，有哪三种连接方式？各有什么特点？各适合在什么场合使用?答：单缓冲，双缓冲，直通。

单缓冲：两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个受控锁存锁存方式，应用只有一路输出，或多路，不需求同步。

双缓冲：数字量的输入锁存和DAC转换输出分两步完成，适用多路准环的同步输出。

直通：所有控制信号均有效，适用于连续反馈控制电路。

11.7 分析A/D转换器产生量化误差的原因，1个8位的A/D转换器，当输入电压为0-5V时，其最大的量化误差是多少？答：量化过程引起的误差.量化误差是由于有限位数字量对模拟量进行量化而引起的误差，提高分辨率可以减少量化误差。

△=+LSB/2=+1/2*5/2 =+89.77mv 11.12 判断下列说法是否正确？1）转换速率这一指标仅适用于A/D转换器，D/A转换器不用考虑转换速率这一问题（F）2）ADC0809可以利用转换结束信号EOC向8031发出中断请求（T）3）输出模拟量的最小变化量称为A/D转换器的分辨率（F）。

DA转换器与单片机的接口技术.ppt

D/A转换器的性能参数
• 数据转换器的温度系数：温度系数用于说明转换器受温度变化影响的特性。增益温度系数定义为周围温度变化1℃所引起的满量程模拟值变化的百万分数（10-6/℃）
D/A转换器的性能参数
• 建立时间：为在数字输入端发生满量程的变化以后，D/A的模拟输出稳定到最终值 1/2LSB时，所需要的时间。
/soft/appid/16287.html
5.5 D/A转换器与单片机的接口技术
• • • • •转换精度温度系数建立时间
D/A转换器的性能参数
• 分辨率(Resolution)：表明DAC对模拟值的分辨能力，它是最低有效位（LSB）所对应的模拟值，确定了能由DAC产生的最小模拟量变化。
D/A转换器的性能参数
• 精度（Accuracy）D/A精度表明D/A转换的精确程度。它可分为绝对精度和相对精度。绝对精度（绝对误差）指的是在数字输入端加有给定的代码时，在输出端实际测得的模拟输出值（电压或电流）与应有的理想输出值之差。相对精度是指满量程校准以后，任一数字输入的模拟输出与他的理论值之差。 • 注意：精度和分辨率是两个截然不同的参数。分辨率取决于转换器的位数，而精度则取决于转换器和各部件的精度和
DAC0832引脚图
• • • • • 主要特性如下：分辨率—8位建立时间—1微秒增益温度系数—20*10-6/℃ 输入—TTL电平功耗—20mw 8
D7~ D0
位输入寄存器
8 位 D/A 寄存器
8 位 D/A 转换器
VREF IOUT2 IOUT1
ILE
&
LE1
LE1
Rfb
• • • • • • • • • • • •

4 MCS51与DA和AD转换器的接口.pps

4 MCS-51与D/A及A/D转换器接口4.1 概述4.2 D/A转换器及其接口4.3 A/D转换器及其接口4.1 概述典型计算机控制系统示意图如图4－1所示。

4.2 D/A转换器及其接口4.2.1 D/A转换器工作原理4.2.2 D/A转换器性能指标4.2.3 DAC0832及其接口设计4.2.1D/A转换器工作原理D/A转换器的原理：D/A转换器的作用是把二进制数字量转换成相应的模拟量。

基本要求：输出电压Vout应该与输入数字量成正比既：Vout =B×VRV R：参考电压；B为数字量，常为一个二进制数。

B=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+b1×21+b0×20式中，bn-1为B的最高位；b0为B的最低位。

原理：“按权展开，然后相加”数字量的权：20、21、22 、……..常用T型电阻网络型D/A转换器如图4－2 所示。

把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟量，并通过运算放大器求和相加。

根据克希荷夫定律，如下关系成立：=－B×V REF／2nVout4.2.2 D/A转换器性能指标l分辨率（Resolution）辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，取决于输入数字量的二进制位数。

l转换精度（Conversion Accuracy）指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。

l偏移量误差（Offset Error）偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。

l线性度（Linearity）线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。

4.2.3 DAC0832及其接口设计1.DAC0832内部结构及引脚功能(1)内部结构DAC0832内部由三部分电路组成（如图4－3所示）。

“8位输入寄存器”、“8位DAC寄存器”、“8位D/A转换电路”由8位T型电阻网络和电子开关组成，(2)引脚功能DAC0832共有20条引脚，双列直插式封装。

51单片机ad、da转换器[精制材料]

（1）分辨率(Res程ol）ut时io所n)需要的时间。
（2）偏移误差(O建ffs立e时tE间rro是r)D/A转换速率快慢的一个重（3）精度(Accur要速ac参率y)数越。低很。显不然同，型建号D立A时C间的越建大立，时转间换一
（4）转换速度(co般n从ve几rt个in纳g 秒sp到ee几d个) 微秒不等。若输出
（3）精度(Accuracy)
（4）转换速率/建立时间(converting speed)
（5）温度灵敏度(TemperatureSensitivity)
实操应用
3
二、DAC及其接口
（一）DAC介绍：数模转换，将一个二进制数字信号转换成与此值成正比的模拟信号。
1．DAC结构：DAC芯片上集成有D/A转换电路和辅助电路。
第三节 A/D、D/A转换器
一、模拟接口概述
在实际系统中，单片机经常要对来自控制现场的各种模拟信号进行采集和处理，如电压、电流等随时间连续变化的电量，或者是温度、压力、流量等随时间连续变化的非电量。单片机要接收这些模拟量，就要通过ADC来实现；如果单片机控制的对象需要模拟量，则要用到DAC。
（5）温度灵敏度(形Te式m是p电er流at，urDeSAeCn的si建tiv立it时y)间是很短的；若输出形式是电压，DAC的建立时间主
要是输出运算放大器所需要的响应时间。
实操应用
6
二、DAC及其接口
（一）DAC介绍：数模转换，将一个二进制数字信号转换成与此值成正比的模拟信号。
1．DAC结构：DAC芯片上集成有D/A转换电路和辅助电路。
差一般可在D／A转换器外部用电位器
调节到实最操应小用。
4
二、DAC及其接口

MCS-51与DA、AD的接口

程序如下：
#include <reg51.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit P1_0=P1^0; uint count,period; bit rflag=0; void control (void) { TMOD=0X09; IT0=1; TH0=0; TL0=0; P1_0=0; P1_0=1; TR0=1; EX0=1; EA=1; }
IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLOCK VCC VREF+ GND D1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 2 IN2 IN1 IN0 ADDA ADDB ADDC ALE D7 D6 D5 D4 D0 VREFD2
三．D/A转换器与单处机的连接 1．数据线的连接 D/A转换器与单片机的数据线的连接主要考虑两个问题：一是位数，当高于8位的D/A转换器与8位数据总线的MCS-51单片机接口时，MCS-51单片机的数据必须分时输出，这时必须考虑数据分时传送的格式和输出电压的“毛刺”问题；二是D/A转换器有无输入锁存器的问题，当D/A转换器内部没有输入锁存器时，必须在单片机与D/A转换器之间增设锁存器或I/O接口。 2．地址线的连接一般的D/A转换器只有片选信号，而没有地址线。这时单片机的地址线采用全译码或部分译码，经译码器输出来控制D/A转换器的片选信号，也可由某一位I/O线来控制D/A转换器的片选信号。 3．控制线的连接 D/A转换器主要有片选信号、写信号及启动转换信号等，一般由单片机的有关引脚或译码器提供。

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（3）转换精度
理想情况下，转换精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。实际，由于电源电压、基准电压、电阻、制造工艺等各种因素存在着误差。因此，转换精度与分辨率并不完全一致。位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器转换
精度会有所不同。
例如，某种型号的8位DAC精度为0.19%，而另一种型号的8位DAC精度为0.05%。
（4）EA 为片内、片外程序存储器的选择控制信号。
AT89S51的4个并行I/O口，如果用于片外系统并行扩展的需要，真正作为数字I/O用，就剩下P1和P3的部分口线了。
8
A/D转换器（ADC） D/A转换器（DAC）用途
A/D转换器（ADC）--将模拟量转换成数字量的器件
用在单片机测控系统的前向通道中：
（2）数据总线（Data Bus，DB）：用于单片机与外部存储
器之间或与I/O接口之间传送数据，数据总线是双向的。（3）控制总线（Control Bus，CB）：控制总线是单片机发出的各种控制信号线。
5
1．P0口作为低8位地址/数据总线
AT89S51受引脚数目限制，P0口既用作低8位地址总线，又用作数据总线（分时复用），因此需增加一个8位地址锁存器。 AT89S51访问外部扩展的存储器单元或I/O接口寄存器时：先发出低8位地址送地址锁存器锁存，锁存器输出作为系统的低8位地址（A7~ A0）。随后，P0口又作为数据总线口（D7~ D0），如图11-2所示。 2．P2口的口线作为高位地址线
第11章
51单片机与D/A、 A/D 转换器的接口
1
第11章
目录
11.0 51单片机片外并行扩展（接口）结构 11.1 AT89S51单片机与DAC的接口
11.1.1 D/A转换器简介
11.1.2 AT89S51单片机与8位D/A转换器0832的接口设计 11.2 AT89S51单片机与ADC的接口 11.2.1 A/D转换器简介 11.2.2 AT89S51与逐次比较型8位A/D转换器ADC0809的接口
14
（2）建立时间
描述D/A转换器转换快慢的参数，用于表明转换速度。其值为从输入数字量到输出达到终值误差 (1/2)LSB时所需的时间。电流输出的转换时间较短；电压输出的转换器，由于要加上完成 I-V 转换的运算放大器的延迟时间，转换时间要长一些。
快速D/A转换器的转换时间可控制在1s以下。
P2口用作系统的高8位地址线，再加上地址锁存器提供的低
8位地址，便形成了系统完整的16位地址总线。
6
单片机系统的片外扩展寻址范围达64KB。
图11-2
AT89C51单片机扩展的片外三总线
7
3．控制信号线
除地址线和数据线外，还要有系统的控制总线。这些信号有的就是单片机引脚的第一功能信号，有的则是P3口第二功能信号。包括：（1） PSEN作为外扩程序存储器的读选通控制信号。（2）RD 和 WR为外扩数据存储器和I/O的读、写选通控制信号。（3）ALE作为P0口发出的低8位地址锁存控制信号。
2
51单片机片外并行扩展（接口）结构
AT89S51单片机采用总线结构，扩展片外 ROM RAM I/O设备.
图11-1 AT89S51单片机的片外并行系统扩展结构
3
并行系统扩展主要包括存储器扩展和I/O接口部件扩展。
（1）程序存储器扩展、数据存储器扩展独立编址：
AT89S51单片机采用程序存储器空间和数据存储器空间分
16
51单片机与8位D/A转换器0832的接口设计
1．DAC0832芯片介绍（1）DAC0832的特性
美国国家半导体公司的DAC0832芯片，是具有两个输入
数据寄存器的8位DAC，它能直接与51单片机连接。
被测量的温度、压力、流量、速度等非电物理量，须经传感器先转换成模拟电信号，再经A/D转换器转换成数字量后，才能在单片机中用软件进行处理。
D/A转换器（DAC）--将数字量转换为模拟信号的器件
用在单片机测控系统的后向通道中。
9
AT89S51单片机与DAC的接口

部分的单片机芯片内集成了D/A转换器；
13
例 8位的D/A转换器，若满量程输出为10V，求分辨率。
根据定义，分辨率为： 10V/2n=10V/256=39.1mV 即输入的二进制数最低位的变化（常用符号1LSB表示），可引起输出的模拟电压变化39.1mV，该值占满量程的0.391%。同理： 10位D/A转换 12位D/A转换 16位D/A转换 1 LSB = 9.77mV = 0.1%满量程 1 LSB = 2.44mV = 0.024%满量程 1 LSB = 0.076mV = 0.00076%满量程
11
（2）D/A转换器与单片机的接口形式
早期采用8位数字量并行传输的并行接口目前，除并行接口外，带有串行口的D/A转换器品种也
不断增多。通用的UART串行口、I2C串行口和SPI串行口等。
12
2．DAC主要技术指标
（1）分辨率
单片机输入给D/A转换器的单位数字量的变化,所引起的模拟量输出的变化. 定义为输出满刻度值与2n之比（n为D/A转换器的二进制位数）。习惯上用输入数字量的二进制位数表示。位数越多，分辨率越高，即D/A转换器对输入量变化的敏感程度越高。
开的哈佛结构。扩展后，系统形成了两个并行的外部存储
器空间。（2）I/O接口部件扩展与数据存储器扩展统一编址。
4
系统扩展以AT89S51为核心，通过总线把单片机与各扩展部
件连接起来。
进行系统扩展首先要构造系统总线。（1）地址总线（Address Bus，AB）：用于传送单片机发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O接口芯片中的寄存器单元的选择。

独立的DAC芯片
设计者只需要合理的选用合适的芯片，了解它们的功能、
引脚外特性以及与单片机的接口设计方法即可。
10Biblioteka 选用D/A转换器时，注意D/A转换器选择的几个问题:
（1）D/A转换器的输出形式
电压输出
输入的是数字量，而输出为电压。
电流输出对电流输出的D/A转换器，如需要模拟电压输出，可在其输出端加一个由运算放大器构成的I-V转换电路，将电流输出转换为电压输出。