AD和DA转换器接口.ppt

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1、第九章第九章 A/DA/D和和D/AD/A转换器接口转换器接口 9.1 MCS-519.1 MCS-51单片机与单片机与D/AD/A转换器的转换器的接口和应用接口和应用9.1.1 9.1.1 典型典型D/AD/A转换器芯片转换器芯片DAC0832DAC0832 DAC0832 DAC0832是一个是一个8 8位位D/AD/A转换器转换器芯片，单电源供电，从芯片，单电源供电，从+5V+5V+15V+15V均可正常工作，基准电压的范围为均可正常工作，基准电压的范围为10V10V，电流建立时间为，电流建立时间为1 1s s，CMOSCMOS工艺，低功耗工艺，低功耗20mm20mm。其内部结构如。其内

2、部结构如以下图，它由以下图，它由1 1个个8 8位输入存放器、位输入存放器、1 1个个8 8位位DACDAC存放器和存放器和1 1个个8 8位位D/AD/A转换转换器组成和引脚排列如以下图。器组成和引脚排列如以下图。 CS1WRAGNDDI3DI2DI1DI0VrefRfbDGNDVccILE2WRDI4DI5DI6DI7Iout2Iout1XFER1234567891011121314151617181920DAC0832图9.2 DAC0832引脚图功能ILE8位D/A转换器8位DAC寄存器8位数据输入寄存器VCC20IOUT212IOUT111Rfb93AGND1013141516567

3、LsbD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D74VSS(DGND)Vref817181912XFER2WRCS1WR1LE2LE图9.1 DAC0832的内部结构该D/A转换器为20引脚双列直插式封装，各引脚含义如下：(1)D7D0转换数据输入。(2)CS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)WR1第一信号输入，低电平有效。该信号与ILE 信号共同控制输入存放器是数据直通方式还是数据锁存方式：当ILE=1和XFER=0时，为输入存放器直通方式；当ILE=1和WR1 =1时，为输入存放器锁存方式。(5) WR2 第2写信号(输入),低电平有效.该信号

4、与信号合在一起控制DAC存放器是数据直通方式还是数据锁存方式:当 WR2=0和XFER=0时,为DAC存放器直通方式; 当WR2=1和XFER=0时,为DAC存放器锁存方式。 (6)XFER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)Rfb反响电阻端 既运算放大器的反响电阻端，电阻15K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，Rfb 即

5、为运算放大器的反响电阻，运算放大器的接法如以下图。(10)Vref基准电压，是外加高精度电压源，与芯片内的电 阻网络相连接，该电压可正可负，范围为-10V+10V.(11)DGND数字地(12)AGND模拟地9.1.2 DAC0832工作方式 DAC0832利用WR1 、 WR2 、ILE、XFER 控制信号可以构成三种不同的工作方式。1) 直通方式 WR1= WR2 =0时，数据可以从输入端经 两 个存放器直接进入D/A转换器。2)单缓冲方式 两个存放器之一始终处于直通，即WR1=0或WR2=0，另一个存放器处于受控状态。3)双缓冲方式 两个存放器均处于受控状态。这种工作方式适合于多模拟信号

6、同时输出的应用场合。 9.1.3 单缓冲方式的接口与应用1单缓冲方式连接 所谓单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入存放器中有一个多位DAC存放器处于直通方式，而另一个处于受控锁存方式。 单缓冲方式连接 如以下图。 为使DAC存放器处于直通方式，应使WR2 =0和XFER=0。为此可把这两个信号固定接地，或如电路中把WR2与WR1相连，把XFER与CS相连。 为使输入存放器处于受控锁存方式，应把WR1接80C51的WR，ILE接高电平。此外还应把CS接高位地址线或地址译码输出，以便于对输入存放器进行选择。 图9.3 DAC0832单缓冲方式接口 WR74LS373GDAC0832DI7 0C

7、SXFER1WR2WRVccILEVrefRfbIout1Iout2AGNDDGND-+5VP2.7ALEP080C51Vout2单缓冲方式应用举例【例9.1】锯齿波电压发生器在一些控制应用中，需要有一个线性增长的电压锯齿波来控制检测过程、移动记录笔或移动电子束等。对此可通过在DAC0832的输出端接运算放大器，由运算放大器产生锯齿波来实现，其电路连接图如以下图。 图9.4 用DAC0832产生锯齿波电路 CSDIODI71WR地址译码输出P0.7 P0.0WRILE VCCVrefRfbIout1Iout22WRXFER-+-+10V-10V10k10k+5V1/2LM324DAC0832图

8、中的DAC0832工作于单缓冲方式，其中输入存放器受控，而DAC存放器直通。假定输入存放器地址为7FFFH，产生锯齿波的程序清单如下： MOV A， #00H ；取下限值 MOV DPTR，#7FFFH；指向0832口地址MM： MOVX DPTR，A；输出 INC A；延时 NOP NOP NOP SJMP MM；反复执行上述程序就可得到如以下图的锯齿波。 图9.5 D/A 转换产生的锯齿波几点说明： (1)程序每循环一次，A加1，因此实际上锯齿波的上升边是由256个小阶梯构成的，但由于阶梯很小，所以宏观上看就如图中所画的先行增长锯齿波。 FFHV00HTt2可通过循环程序段的机器周期数，计

9、算出锯齿波的周期。并可根据需要，通过延时的方法来改变波形周期。假设要改变锯齿波的频率，可在AJMP MM指令前参加延迟程序即可。延时较短时可用NOP指令实现本程序就是如此，需要延时较长时，可以使用一个延长子程序。延迟时间不同，波形周期不同，锯齿波的斜率就不同。3通过A加1，可得到正向的锯齿波，反之A减1可得到负向的锯齿波。4 程序中A的变化范围是0255，因此得到的锯齿波是满幅度的。如要求得到非满幅锯齿波，可通过计算求的数字量的处置和终值，然后在程序中通过置初值和终值的方法实现。 【例】 矩形波电压发生器采用单缓冲方式，口地址设为FEFFH.参考程序如下： ORG 1100HSTART: MO

10、V DPTR , #00FEH ；送DAC0832口地址LOOP: MOV A , #dataH ；送高电平数据 MOVX DPTR , A LCALL DELAYH ；调用延时子程序 MOV A , #dataL ；送低电平数据 MOVX DPTR , A LCALL DELAYL ；调用延时子程序 SJMP LCALL 执行上述程序就可得到如以下图的矩形波。 图9.5 D/A转换产生的矩形波 V#dateH#dateLT/2T/2几点说明：1以上程序产生的是矩形波，其低点平的宽度由延时子程序DELAYL所延时的时间来决定，高电平的宽度那么由DELAYH所延时的时间决定。2 改变延时子程序D

11、ELAYL和的DELAYH延时时间，就可改变矩形波上下沿的宽度。假设DELAYL=DELAYH两者延时一样，那么输出的是方波。3 改变上限值或下限值便可改变矩形波的幅值；单极性输出时为0-5V或0+5V；双极性输出时为-5V+5V。 【例】三角波电压发生器利用DAC0832产生三角波的参考程序如下： MOV A , #00H ；取下限值 MOVX DPTR , #FEFFH ；指向0832口地址 SS1： MOVX DPTR , A ；输出 NOP ；延时 NOP NOPSS2: INC A ；转换值增量 JNZ SS1 ；未到峰值，那么继续SS3: DEC A ；已到峰值，那么取后沿 MOV

12、X DPTR , A ；输出 NOP ；延时 NOP NOP JNZ SS3 ；未到谷值，那么继续 SJMP SS2 ；已到谷值，那么反复 9.1.4 双缓冲方式的接口与应用 在多路D/A转换的情况下，假设要求同步转换输出，必须采用双缓冲方式。DAC0832采用双缓冲方式时，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步进行的。 第一， CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入存放器中。 第二，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各路输入存放器中的数据进入DAC存放器，实现同步转换输出。图为两片DAC0832与8031的双缓冲方式连接电路，能实现两路同步输出。 图9.6

13、 8031与DAC0832双缓冲方式接口电路 CSXFERRfbIout1Iout21WR2WRWRDAC0832DAC0832RfbIout1Iout2CSXFERDI7DI01WR2WRDI7DI0-+-+VxVyP0.7 P0.080C51P2.5P2.6P2.7实现两路同步输出的程序如下： MOV DPTR，#0DFFFH；送08321输入锁存器地址 MOV A，#data1 ；data1送08321输入锁存器 MOVX DPTR，A； MOV DPTR，#0BFFFH；送08322输入锁存器地址 MOV A，#data2 ；data2送08322输入锁存器 MOVX DPTR，A；

14、MOV DPTR，#7FFFH ；送两路DAC存放器地址 MOVX DPTR，A ；两路数据同步转换输出 9.2 MCS-519.2 MCS-51单片机与单片机与A/DA/D转换器的转换器的接口和应用接口和应用9.2.1 9.2.1 典型典型A/DA/D转换器芯片转换器芯片ADC0809ADC0809 8 8路模拟信号的分时采集，片路模拟信号的分时采集，片内有内有8 8路模拟选通开关，以及相应路模拟选通开关，以及相应的通道抵抗锁存用译码电路，其的通道抵抗锁存用译码电路，其转换时间为转换时间为100100s s左右。左右。1.ADC08091.ADC0809的内部逻辑结构的内部逻辑结构 ADC0

15、809ADC0809的内部逻辑结构图如的内部逻辑结构图如图图9-79-7所示。所示。 图9.7 ADC0809内部逻辑结构 图9.8 ADC0809引脚图 8位A/D转换器三态输出锁存缓冲器地址锁存与译码8位模拟开关Vref(+)12Vref(-)16ADC08097EOCMsbD7D01920211881517141113VccGNDOE910CLKSTART6ALE22ADDC23ADDB24ADDA25IN754321282726IN012345678910111213141516171819202122232425262728ADC0809IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOC

16、D3OECLOCKVccVref(+)GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0D2Vref(-)图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。表9-1为通道选择表，图9.9 ADC0809的工作时序图 表9-1 通道选择表 C B A0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1被选择的通道IN0

17、IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7图9.9 ADC0809的工作时序图 ALE地址AD模拟量输入INSTARTEOCOED0 D7数字量输出data2信号引脚 ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图。 对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下： IN7IN0模拟量输入通道 A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为 高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。 ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。 START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START

18、下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST. D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片 机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高 OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。 CLK 时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。 EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态 标志，又可作为中断请求信号使用

19、。 Vcc +5V电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V)。9.2.2 MCS-51单片机与ADC0809的接口 ADC0809与MCS-51单片机的连接如以下图。电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。1. 8路模拟通道选择 图9.10 ADC0809与MCS-51的连接 A0 A7+5VGNDIN0IN7ABCVR(+)VR(-)CLKD0D7EOCSTALEOEADC080974LS373ALEP2.01IN TW RR DP08

20、0C512+-A0A1A2如以下图模拟通道选择信号A、B、C分别接最低三位地址A0、A1、A2即P、P、P，而地址锁存允许信号ALE由P控制，那么8路模拟通道的地址为0FEF8H0FEFFH.此外，通道地址选择以WR作写选通信号，这一局部电路连接如以下图。 图9.11 ADC0809的局部信号连接 图9.12 信号的时间配合P2.0WRA0A1A3ALESTARTABCWRALESTART寄存器清“0”地址锁存A/D启动 从图中可以看到，把ALE信号与START信号接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入锁存通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。图是有关信号的时间配合示意图。 启动A/D转换只需

21、要一条MOVX指令。在此之前，要将P清零并将最低三位与所选择的通道好似对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN0通道时，可采用如下两条指令，即可启动A/D转换： MOV DPTR , #FE00H ；送入0809的口地址 MOVX DPTR , A ；启动A/D转换IN0 注意：此处的A与A/D转换无关，可为任意值。 2.转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。1定时传送方式 对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是的和固定的。例如ADC080

22、9转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。2查询方式 A/D转换芯片由说明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可却只转换是否完成，并接着进行数据传送。 3中断方式 把说明转换完成的状态信号EOC作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以RD信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。 不管

23、使用上述那种方式，只要一旦确认转换结束，便可通过指令进行数据传送。所用的指令为MOVX 读指令，仍以图9-17所示为例，那么有 MOV DPTR , #FE00H MOVX A , DPTR 该指令在送出有效口地址的同时，发出有效信号RD，使0809的输出允许信号OE有效，从而翻开三态门输出，是转换后的数据通过数据总线送入A累加器中。 这里需要说明的示，ADC0809的三个地址端A、B、C即可如前所述与地址线相连，也可与数据线相连，例如与D0D2相连。这是启动A/D转换的指令与上述类似，只不过A的内容不能为任意数，而必须和所选输入通道号IN0IN7相一致。例如当A、B、C分别与D0、D1、D2

24、相连时，启动IN7的A/D转换指令如下：MOV DPTR， #FE00H ；送入0809的口地址MOV A ，#07H ；D2D1D0=111选择IN7通道 MOVX DPTR， A ；启动A/D转换9.2.3 A/D转换应用举例 设有一个8路模拟量输入的巡回监测系统，采样数据依次存放在外部RAM 0A0H0A7H单元中,按图所示的接口电路，ADC0809的8个通道地址为0FEF8H0FEFFH.其数据采样的初始化程序和中断效劳程序假定只采样一次如下：初始化程序： MOV R0, #0A0H ；数据存储区首地址 MOV R2, #08H ；8路计数器 SETB IT1 ；边沿触发方式 SETB EA ；中断允许 SETB EX1 ；允许外部中断1中断 MOV DPTR, #0FEF8H ；D/A转换器地址LOOP: MOVX DPTR, A ；启动A/D转换HERE: SJMPHERE ； 等待中断中断效劳程序： DJNZ R2, ADEND MOVX A, DPTR ；数据采样 MOVX R0, A ；存数 INC DPTR ；指向下一模拟通道 INC R0 ；指向数据存储器下一单元 MOVX DPTR, AADEND: RETI