單片機與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的接口與應(yīng)用

單片機與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的接口與應(yīng)用第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日9.1MCS-51單片機與D/A轉(zhuǎn)換器的 接口和應(yīng)用9.1.1典型D/A轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832DAC0832是一個8位D/A轉(zhuǎn)換器芯片，單電源供電，從+5V～+15V均可正常工作，基準(zhǔn)電壓的范圍為±10V，電流建立時間為1μs，CMOS工藝，低功耗20mm。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9.1所示，它由1個8位輸入寄存器、1個8位DAC寄存器和1個8位D/A轉(zhuǎn)換器組成和引腳排列如圖9.2所示。

第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日該D/A轉(zhuǎn)換器為20引腳雙列直插式封裝，各引腳含義如下：(1)D7～D0——轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入。(2)CS——片選信號（輸入），低電平有效。(3)ILE——數(shù)據(jù)鎖存允許信號（輸入），高電平有效。(4)WR1——第一信號（輸入），低電平有效。該信號與ILE信號共同控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式：當(dāng)ILE=1和XFER=0時，為輸入寄存器直通方式；當(dāng)ILE=1和WR1=1時，為輸入寄存器鎖存方式。(5)WR2——第2寫信號(輸入),低電平有效.該信號與信號合在一起控制DAC寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式:當(dāng)WR2=0和XFER=0時,為DAC寄存器直通方式;當(dāng)WR2=1和XFER=0時,為DAC寄存器鎖存方式。(6)XFER——數(shù)據(jù)傳送控制信號(輸入),低電平有效。

第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日(7)Iout2——電流輸出“1”。當(dāng)數(shù)據(jù)為全“1”時，輸出電流最大； 為全“0”時輸出電流最小。(8)Iout2——電流輸出“2”。 DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是：Iout1+Iout2=常數(shù)。(9)Rfb——反饋電阻端既運算放大器的反饋電阻端，電阻（15KΩ）已固化在芯片中。因為DAC0832是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，為得到電壓的轉(zhuǎn)換輸出，使用時需在兩個電流輸出端接運算放大器，Rfb即為運算放大器的反饋電阻，運算放大器的接法如圖9.3所示。(10)Vref——基準(zhǔn)電壓，是外加高精度電壓源，與芯片內(nèi)的電阻網(wǎng)絡(luò)相連接，該電壓可正可負(fù)，范圍為-10V～+10V.(11)DGND——數(shù)字地(12)AGND——模擬地第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日9.1.2DAC0832工作方式

DAC0832利用WR1、WR2、ILE、XFER控制信號可以構(gòu)成三種不同的工作方式。1)

直通方式——WR1=WR2=0時，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng) 兩個寄存器直接進入D/A轉(zhuǎn)換器。2)單緩沖方式——兩個寄存器之一始終處于直通，即WR1=0或WR2=0，另一個寄存器處于受控狀態(tài)。3)雙緩沖方式——兩個寄存器均處于受控狀態(tài)。這種 工作方式適合于多模擬信號同時輸出的應(yīng)用場合。

第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日9.1.3單緩沖方式的接口與應(yīng)用1．單緩沖方式連接所謂單緩沖方式就是使DAC0832的兩個輸入寄存器中有一個（多位DAC寄存器）處于直通方式，而另一個處于受控鎖存方式。單緩沖方式連接如圖9.3所示。為使DAC寄存器處于直通方式，應(yīng)使WR2=0和XFER=0。為此可把這兩個信號固定接地，或如電路中把WR2與WR1相連，把XFER與CS相連。

為使輸入寄存器處于受控鎖存方式，應(yīng)把WR1接80C51的WR，ILE接高電平。此外還應(yīng)把CS接高位地址線或地址譯碼輸出，以便于對輸入寄存器進行選擇。

第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日圖9.3DAC0832單緩沖方式接口

第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日2．單緩沖方式應(yīng)用舉例【例9.1】鋸齒波電壓發(fā)生器在一些控制應(yīng)用中，需要有一個線性增長的電壓（鋸齒波）來控制檢測過程、移動記錄筆或移動電子束等。對此可通過在DAC0832的輸出端接運算放大器，由運算放大器產(chǎn)生鋸齒波來實現(xiàn)，其電路連接圖如圖9.4所示。

圖9.4用DAC0832產(chǎn)生鋸齒波電路

第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日圖中的DAC0832工作于單緩沖方式，其中輸入寄存器受控，而DAC寄存器直通。假定輸入寄存器地址為7FFFH，產(chǎn)生鋸齒波的程序清單如下：

MOVA，#00H ；取下限值 MOVDPTR，#7FFFH ；指向0832口地址MM：MOVX@DPTR，A ；輸出INCA ；延時 NOP NOP NOP SJMPMM ；反復(fù)執(zhí)行上述程序就可得到如圖9.5所示的鋸齒波。

第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日圖9.5D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的鋸齒波幾點說明：(1)程序每循環(huán)一次，A加1，因此實際上鋸齒波的上升邊是由256個小階梯構(gòu)成的，但由于階梯很小，所以宏觀上看就如圖中所畫的先行增長鋸齒波。

第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日（2）可通過循環(huán)程序段的機器周期數(shù)，計算出鋸齒波的周期。并可根據(jù)需要，通過延時的方法來改變波形周期。若要改變鋸齒波的頻率，可在AJMPMM指令前加入延遲程序即可。延時較短時可用NOP指令實現(xiàn)（本程序就是如此），需要延時較長時，可以使用一個延長子程序。延遲時間不同，波形周期不同，鋸齒波的斜率就不同。（3）通過A加1，可得到正向的鋸齒波，反之A減1可得到負(fù)向的鋸齒波。（4）程序中A的變化范圍是0～255，因此得到的鋸齒波是滿幅度的。如要求得到非滿幅鋸齒波，可通過計算求的數(shù)字量的處置和終值，然后在程序中通過置初值和終值的方法實現(xiàn)。

第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日【例9.2】矩形波電壓發(fā)生器采用單緩沖方式，口地址設(shè)為FEFFH.參考程序如下：ORG1100HSTART:MOVDPTR,#00FEH；送DAC0832口地址LOOP:MOVA,#dataH；送高電平數(shù)據(jù)MOVX@DPTR,ALCALLDELAYH；調(diào)用延時子程序MOVA,#dataL；送低電平數(shù)據(jù)MOVX@DPTR,ALCALLDELAYL；調(diào)用延時子程序SJMPLCALL

第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日執(zhí)行上述程序就可得到如圖9.5所示的矩形波。

圖9.5D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的矩形波

第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日幾點說明：（1）以上程序產(chǎn)生的是矩形波，其低點平的寬度由延時子程序DELAYL所延時的時間來決定，高電平的寬度則由DELAYH所延時的時間決定。（2）改變延時子程序DELAYL和的DELAYH延時時間，就可改變矩形波上下沿的寬度。若DELAYL=DELAYH（兩者延時一樣），則輸出的是方波。（3）改變上限值或下限值便可改變矩形波的幅值；單極性輸出時為0～-5V或0～+5V；雙極性輸出時為-5V～+5V。

【例9.3】三角波電壓發(fā)生器利用DAC0832產(chǎn)生三角波的參考程序如下：

第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日MOVA,#00H；取下限值MOVXDPTR,#FEFFH；指向0832口地址SS1：MOVX@DPTR,A；輸出NOP；延時NOPNOPSS2:INCA；轉(zhuǎn)換值增量JNZSS1；未到峰值，則繼續(xù)SS3:DECA；已到峰值，則取后沿MOVX@DPTR,A；輸出NOP；延時NOPNOPJNZSS3；未到谷值，則繼續(xù)SJMPSS2；已到谷值，則反復(fù)

第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日9.1.4雙緩沖方式的接口與應(yīng)用

在多路D/A轉(zhuǎn)換的情況下，若要求同步轉(zhuǎn)換輸出，必須采用雙緩沖方式。DAC0832采用雙緩沖方式時，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分兩步進行的。第一，

CPU分時向各路D/A轉(zhuǎn)換器輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量并鎖存在各自的輸入寄存器中。第二，CPU對所有的D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)出控制信號，使各路輸入寄存器中的數(shù)據(jù)進入DAC寄存器，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換輸出。 圖9.6為兩片DAC0832與8031的雙緩沖方式連接電路，能實現(xiàn)兩路同步輸出。

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圖9.68031與DAC0832雙緩沖方式接口電路

第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日實現(xiàn)兩路同步輸出的程序如下：

MOVDPTR，#0DFFFH；送0832（1）輸入鎖存器地址MOVA，#data1；data1送0832（1）輸入鎖存器MOVX@DPTR，A ；MOVDPTR，#0BFFFH；送0832（2）輸入鎖存器地址MOVA，#data2；data2送0832（2）輸入鎖存器MOVX@DPTR，A ；MOVDPTR，#7FFFH；送兩路DAC寄存器地址MOVX@DPTR，A；兩路數(shù)據(jù)同步轉(zhuǎn)換輸出

第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日9.2MCS-51單片機與A/D轉(zhuǎn)換器的 接口和應(yīng)用9.2.1典型A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC08098路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100μs左右。1.ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖9-7所示。

第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日

圖9.7ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖9.8ADC0809引腳圖

第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日圖中多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。表9-1為通道選擇表，圖9.9ADC0809的工作時序圖

表9-1通道選擇表

第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日圖9.9ADC0809的工作時序圖

第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日2．信號引腳ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖9.8。對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7～IN0——模擬量輸入通道A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表9-1。ALE——地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日START——轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復(fù)位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號有時簡寫為ST.D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高OE——輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日CLK——時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號。EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài) 標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用。Vcc——+5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V)。第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日9.2.2MCS-51單片機與ADC0809的接口ADC0809與MCS-51單片機的連接如圖9.10所示。電路連接主要涉及兩個問題。一是8路模擬信號通道的選擇，二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。1.8路模擬通道選擇

第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日圖9.10ADC0809與MCS-51的連接

第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日如圖9.11所示模擬通道選擇信號A、B、C分別接最低三位地址A0、A1、A2即（P0.0、P0.1、P0.2），而地址鎖存允許信號ALE由P2.0控制，則8路模擬通道的地址為0FEF8H～0FEFFH.此外，通道地址選擇以WR作寫選通信號，這一部分電路連接如圖9.12所示。

圖9.11ADC0809的部分信號連接圖9.12信號的時間配合第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日從圖中可以看到，把ALE信號與START信號接在一起了，這樣連接使得在信號的前沿寫入（鎖存）通道地址，緊接著在其后沿就啟動轉(zhuǎn)換。圖9.19是有關(guān)信號的時間配合示意圖。啟動A/D轉(zhuǎn)換只需要一條MOVX指令。在此之前，要將P2.0清零并將最低三位與所選擇的通道好像對應(yīng)的口地址送入數(shù)據(jù)指針DPTR中。例如要選擇IN0通道時，可采用如下兩條指令，即可啟動A/D轉(zhuǎn)換：

MOVDPTR,#FE00H；送入0809的口地址MOVX@DPTR,A；啟動A/D轉(zhuǎn)換（IN0）注意：此處的A與A/D轉(zhuǎn)換無關(guān)，可為任意值。

第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認(rèn)完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時傳送方式對于一種A/D轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可卻只轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。

第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日（3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以RD信號有效時，OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受。不管使用上述那種方式，只要一旦確認(rèn)轉(zhuǎn)換結(jié)束，便可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。所用的指令為MOVX讀指令，仍以圖9-17所示為例，則有

MOVDPTR,#FE00HMOVXA,@DPTR 該指令在送出有效口地址的同時，發(fā)出有效信號RD，使0809的輸出允許信號OE有效，從而打開三態(tài)門輸出，是轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送入A累加器中。

第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日這里需要說明的示，ADC0809的三個地址端A、B、C即可如前所述與地址線相連，也可與數(shù)據(jù)線相連，例如與D0～D2相連。這是啟動A/D轉(zhuǎn)換的指令與上述類似，只不過A的內(nèi)容不能為任意數(shù)，而必須和所選輸入通道號IN0～IN7相一致。例如當(dāng)A、B、C分別與D0、D1、D2相連時，啟動IN7的A/D轉(zhuǎn)換指令如下：