单片机模拟量接口.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,10,章,模拟量接口,本章重点,D/A,转换的原理与方法,DAC0832/DAC1208,的结构与应用,A/D,转换原理与方法,ADC0809,和,ADC574A,的结构与应用,模拟量接口,主要用于单片机控制和测量仪表中,前向通道,后向通道,10.1 D/A,转换器,把数字信号转换成模拟信号的器件,D/A,转换器的输出可以是电流，也可以是电压，但多数是电流信号,在大多数电路中，,D/A,转换器输出的电流信号需要用运算放大器再转换成电压输出,10.1.1 D/A,转换原理,二进制展开求和,I,3,I,2,I,1,I,0,C,点电压为：,-,（,1/2,）*,V,ref,B,点电压为：,-,（,1/4,）*,V,ref,A,点电压为：,-,（,1/8,）*,V,ref,I,0,I,1,I,2,I,3,当输入二进制各位分别是,D,3,、,D,2,、,D,1,、,D,0,时，运算放大器的输入电流为：,10.1.2 D/A,转换器的指标,分辨率,转换精度,建立时间,线性度,温度系数,电源抑制比,输出电平,工作温度范围,分辨率：,D/A,转换器能够分辨的最小电压差，通常用最低有效位对应的模拟量来表示。若满量程记做,V,fs,，一个,n,位,D/A,转换器的分辨率为,V,fs,/2,n,。,为输出电压接近理想值的程度，通常用数字量的最低有效位,(,LSB),的一半表示，即,(1/2)LSB,。,10.1.3 D/A,转换器的选型,主要考虑芯片的性能、结构及应用特性,用位数,(8,位、,10,位、,12,位等,),表示的转换精度是否能满足系统对误差的要求、转换时间是否合理,结构和应用特性,输入特性、输出特性,锁存特性及转换控制,参考电压源,10.2 D/A,转换器的应用,DAC0830,DAC0832,的输入数字量为,8,位，具有双缓冲、单缓冲和直通三种数据输入方式,CMOS,工艺，低功耗,(20mW),，,逻辑电平与,TTL,兼容,参考电压范围,10V,；,电流建立时间,1s,，,温度系数,0.0002%,10.2.1 DAC0832,的结构,10.2.2 DAC0832,的应用,直通方式,控制信号减到最少,一般用于无计算机控制的系统,单缓冲方式,内部的两个寄存器仅有一个受选通信号的控制,DAC0832,的应用,单缓冲方式,DAC0832,的应用,例使用图,10-4,所示的电路，编写产生锯齿波的子程序。,将输出数据依次增大，就会产生锯齿波，可编写如下的子程序。,MOVDPTR,#6000H;,输入寄存器地址,AGAIN:,INCA;,数字量增,1,MOVXDPTR,A;,转换,SJMPAGAIN;,反复,0V(0),-V,ref,(255),例 使用图,10-4,所示的电路，编写产生方波的子程序。,假设三角波要求的最高电压是,0V,，最低电压为,-,V,ref,，则子程序如下：,MOV DPTR,#6000H,CLR A,DOWN:MOVX DPTR,A,CALL DELAY,INC A,JNZ DOWN,MOV A,#0FEH,UP:MOVX DPTR,A,CALL DELAY,DEC A,JNZ UP,SJMP DOWN,0V(0),-V,ref,(255),三角波,例 使用图,10-4,所示的电路，编写产生三角波的子程序。,假设方波高电压所对应的数字量为,V,high,，低电压对应的数字量为,V,low,，则子程序如下：,MOV DPTR,#6000H,AGAIN:MOV A,#VHIGH,MOVX DPTR,A,CALL DELAY,MOV A,#VLOW,MOVX DPTR,A,CALL DELAY,SJMP AGAIN,V,high,V,low,DAC0832,的应用,例使用图,10-4,所示的电路，怎样产生正弦波输出？,每一时刻所对应的数字量可以使用三角函数计算得出,通常将标准的正弦函数值,(,一个周期、或半个周期、或,1/4,周期,),事先计算出来，保存到程序存储器中,DAC0832,的应用,双缓冲方式,输入寄存器和,DAC,寄存器都由外部信号控制,通常用在多个,DAC0832,同步输出模拟信号的场合,将各个,DAC0832,欲转换的数据准备好，依次写入其输入寄存器，然后一个统一的写操作启动所有的,D/A,转换，使得所需模拟信号能同时出现,DAC0832,的应用,双缓冲方式,DAC0832(1),输入寄存器的地址为：,2000H,。,0,0,1,0,1,1,DAC0832(2),输入寄存器的地址为：,6000H,。,DAC0832(1),、,(2),DAC,寄存器的地址为：,4000H,。,程序代码如下：,MOV DPTR,#2000H,MOV A,#DATA1,MOVX DPTR,A,MOV DPTR,#6000H,MOV A,#DATA2,MOVX DPTR,A,MOV DPTR,#4000H,MOVX DPTR,A,DAC0832,的应用,双极性模拟量输出,10.2.3 DAC1208,的结构与应用,DAC1208,为,12,位的,D/A,转换器,DAC1208,内部有三个寄存器,4,位的输入寄存器，存放,12,位待转换数字量的低,4,位,8,位输入寄存器，存放,12,位待转换数字量的高,8,位,12,位的,DAC,寄存器，存放从两个输入寄存器送来的,12,位数字量,12,位的,D/A,转换电路,DAC1208,的结构与应用,DAC1208,的结构与应用,向,DAC1208,送,12,位数字量时，应先送高,8,位，再送低,4,位,实际电路中，一片,DAC1208,至少要占用,3,个,I/O,端口地址，分别是,4,位输入寄存器、,8,位输入寄存器和,12,位,DAC,寄存器,即,DAC1208,必须工作在双缓冲方式,DAC1208,的结构与应用,尽管,DAC1208,有,12,条数据线，但,MCS-51,的数据总线是,8,位的，一次只能传送,8,位数据,DAC1208,中,12,位数字量输入的高,8,位是一个整体，可以直接与数据总线相连,低,4,位可以连接到数据总线的低,4,位，也可以连接到数据总线的高,4,位,DAC1208,的结构与应用,高,8,位输入寄存器的地址为：,8005H,。,P,2.7,P,2.6,P,2.5,P,0.4,P,0.3,P,0.2,B,1 0 0 0 0 1 1 B,低,4,位输入寄存器的地址为：,8004H,。,1 0 0 0 0 1 0 B,12,位,DAC,寄存器的地址为：,8000H,。,1 0 0 0 0 0 ,B,例 为图,10-9,所示的电路编写程序，将内,RAM,地址为,40H,和,41H,中的,12,位数字量送,DAC1208,转换输出。其中,40H,中存放待转换数字量的高,8,位数据，,41H,的高,4,位中存放待转换数字量的低,4,位数据。,程序如下：,MOV R0,#40H,MOV A ,R0,MOV DPTR,#8005H,MOVX DPTR,A,INC R0,MOV A ,R0,SWAP A,MOV DPTR,#8004H,MOVX DPTR,A,MOV DPTR,#8000H,MOVX DPTR,A,先送高,8,位,后送低,4,位,启动转换,DAC1208,的结构与应用,如果使用,8255A,作为输出口的扩展，,DAC1208,可以与,8255A,的,A,口或,B,口的,8,位、以及,C,口的,4,位直接相连,但两个端口的数据仍然需要两次送出，也须先高,8,位后低,4,位,10.3 A/D,转换器,将模拟量转换成数字量,通常输入电压信号,输出二进制数字量,A/D,转换主要有计数式、双积分式、逐次逼近式、,-,式等方法,10.3.1 A/D,转换原理,计数式,A/D,转换,C=1,，计数器从,0,开始计数,C=0,，计数停止,转换由信号,S,启动，并将计数器内容清,0,。,A/D,转换原理,逐次逼近式,A/D,转换,若,V,i,V,O,，则控制器使寄存器中数值增大。,若,V,i,V,O,，则控制器使寄存器中数值减小。,A/D,转换原理,双积分式,A/D,转换,A/D,转换原理,-,式,A/D,转换,根据前一采样值与后一采样值之差，即所谓的增量进行量化编码,由于编码位数少，采样和编码可以同时完成，因此不需要采样保持电路，大大简化了系统的结构,表示增量，,表示求和,10.3.2 A/D,转换器的指标,分辨率和量化误差,转换精度,转换时间与转换速率,电源灵敏度,失调,(,零点,),温度系数和增益温度系数,10.3.3 A/D,转换器的选择,根据前向通道的总误差，选择,A/D,转换器精度及分辨率,根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定,A/D,转换速度，保证系统实时性要求,根据环境条件选择,A/D,转换芯片的环境参数要求,根据计算机接口特征，考虑如何选择,A/D,转换器的输入输出特性,10.4 A/D,转换器的应用,以,ADC0809,和,AD574A,为例,ADC0809,是典型的,8,位逐次逼近式,A/D,转换器，可对,8,路模拟信号分时进行,A/D,转换,AD574A,为,12,位,A/D,转换器,10.4.1 ADC0809,的结构,2,、,ADC0809,的引脚功能,采用,DIP28,引脚封装形式。各引脚功能如下。,IN0IN7,：,8,路模拟电压输入，用于输入待转换的模拟电压。,ADDA,、,ADDB,、,ADDC,：地址信号，用于选择,IN0IN7,中的某一路模拟量。其中,ADDC,为最高位，,ADDA,为最低位。,ALE,：地址锁存允许信号。,START,：启动转换信号，高电平有效。上升沿清零,SAR,，下降沿启动,ADC,工作。,EOC,：转换结束信号，高电平有效。在,START,信号上升沿后,08,个时钟周期内，,DOC,变为低电平，转换结束时变高，表示转换结束。,OE,：输出允许信号。,2,-1,2,-8,：数字量输出。,CLK,：时钟信号输入。,VCC,、,GND,、,REF(+),、,REF(-),：,ADC0809,的时序,10.4.2 ADC0809,的应用,ADC0809,内部有一个,8,位的三态输出锁存缓冲器，所以它既可以看作一种,A/D,转换器件，也可以看成是一个并行输入器件,ADC0809,可以直接和,MCS-51,接口，也可以通过像,8255A,这样的并行接口芯片连接。在大多数情况下，,MCS-51,单片机是和,ADC0809,直接相连的,ADC0809,的应用,P,2.7,P,2.6,P,2.5,P,0.2,P,0.1,P,0.0,B,1 0 0 ,0 0 0 B,8000H,为启动,A/D,转换地址。,MOV DPTR,，,#8000H MOV A,，,#05H MOVX DPTR,，,A,CLK,为,ALE,信号用,D,触发器,2,分频得到,ADC0809,的应用,ADDC,、,ADDB,和,ADDA,是连接到数据总线的,D2,、,D1,和,D0,的，若执行,MOVDPTR,#8000H,MOVA,#05H,MOVXDPTR,A,多路开关选择,IN5,输入的模拟电压送比较器,START,上的正脉冲启动,ADC0809,的工作,ADC0809,的应用,单片机响应中断后，应该读取三态缓冲器中的数字量。对地址,8000H,的一次读操作可使,OE,引脚出现一个正脉冲,读取转换后数据,MOVDPTR,#8000H,MOVXA,DPTR,例 某系统使用图,10-15,所示的电路连接，共有,8,路模拟电压输入。编写程序，将,8,路输入的实时转换结果存放于内,RAM,的,40H47H,单元中，程序主循环中将读取这些数据。,程序如下：,DSEG AT 40H,AIN,：,DS 8,CURR,：,DS 1,DSEG AT 60H,STACK,：,DS 20H,ADC09 XDATA 8000H,CSEG AT 0000H,ORG 0000H,LJMP MAIN,ORG 0003H,LJMP INT0-ISR,ORG 0030H,MAIN,：,MOV SP ,#STACK-1,SETB IT0,SETB EX0,SETB EA,MOV CURR,#00H,MOV DPTR,#ADC09,MOV A ,CURR,MOVX DPTR,A,MAIN-LOOP:,SJMP MAIN-LOOP,INT0-ISR:,PUSH PSW,PUSH ACC,MOV A,R0,PUSH ACC,PUSH DPH MOV R0,A,PUSH DPL POP ACC,MOV A,CURR POP PSW,ADD A,#AIN RETI,MOV R0,A END,MOV DPTR,#ADC09,MOVX,A,DPTR,MOV R0,A,MOV A,CURR,INC A,ANL A,#07H,MOV CURR,A,MOV DPTR,#ADC09,MOVX DPTR,A,POP DPL,POP DPH,POP ACC,ADC0809,的应用,ADC0809,的应用,启动,ADC0809,对,IN6,转换的代码片段,MOVDPTR,#7F06H;P2.7,为,0,低,3,位为,110B,MOVXDPTR,A,读取转换结果的代码段与前面类似，仅仅是地址不同,MOVDPTR,#7F00H;P2.7,为,0,MOVXA,DPTR,10.4.3 AD574A,的结构与应用,AD574A,是,12,位逐次逼近式,A/D,转换器,芯片内部有参考电压源和转换时钟；有三态输出数据锁存器；输入模拟电压的量程可灵活设置，有两个输入引脚，其一为,0,10V,的单极性或,-5,+5V,的双极性输入线，其二为,0,20V,的单极性或,-10V,+10V,的双极性输入线；转换时间,25s,；,数字量位数可以选择,8,位或,12,位,AD574A,的结构与应用,AD574A,的结构与应用,CE,R/C#,12/8#,A0,操作,0,无操作,1,无操作,1,0,0,0,启动,12,位转换,1,0,0,1,启动,8,位转换,1,0,1,1,12,位数据并行输出,1,0,1,0,0,输出高,8,位数据,1,0,1,0,1,输出低,4,位数据,CS#,AD574A,的结构与应用,AD574A,的结构与应用,AD574A,的结构与应用,例针对图,10-19,所示的连接电路，编写程序，将,A/D,转换所得数字量存入内部,RAM,的,40H,和,41H,单元。其中，,40H,中存放低,8,位，,41H,中存放高,4,位。虽然,STS,连接到了,INT0,引脚，但是由于转换时间比较短，若使用中断方式，,CPU,频繁响应中断，降低了系统性能。请使用查询方式实现,AD574A,的结构与应用,如果要使用,AD574A,对多路模拟量转换，可外接模拟多路开关,如,CD4051,、,CD4052,、,AD7501,、,MAX354,、,MAX355,等,通常要考虑,通道数量、泄漏电流、切换速度、开关电阻、,AD574A,的结构与应用,CD4051,引脚配置,10.5,案例实训,模拟信号的叠加,使用,ADC0809,将输入的两路模拟信号转换为数字量叠加，然后用,DAC0832,再转换为模拟量输出，在示波器上观察原始和叠加后的信号波形,两路模拟电压可以分别从,ADC0809,的,IN0,和,IN1,输入，转换结果保存在,MCS-51,单片机内部,RAM,中,将两个数字量相加，结果送,DAC0832,进行转换。,仅使用一片,DAC0832,即可,案例实训,