第8章MCS-51與D/A、A/D的接口8.1MCS-51單片機(jī)與ADC的接口8.1.1A/D轉(zhuǎn)換器概述一．A/D轉(zhuǎn)換器的類(lèi)型及原理A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）的作用是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在有很多類(lèi)型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片，不同的芯片，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一樣，轉(zhuǎn)換原理也不同，各種A/D轉(zhuǎn)換芯片根據(jù)轉(zhuǎn)換原理可分為計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次比較式、雙重積分型和并行式A/D轉(zhuǎn)換器等；按轉(zhuǎn)換方法可分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器；按其分辨率可分為4~16位的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。1．計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器

計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器由D/A轉(zhuǎn)換器、計(jì)數(shù)器和比較器組成，工作時(shí)，計(jì)數(shù)器由零開(kāi)始計(jì)數(shù)，每計(jì)一次數(shù)后，計(jì)數(shù)值送往D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將生成的模擬信號(hào)與輸入的模擬信號(hào)在比較器內(nèi)進(jìn)行比較，《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口若前者小于后者，則計(jì)數(shù)值加1，重復(fù)D/A轉(zhuǎn)換及比較過(guò)程，依此類(lèi)推，直到當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)與輸入的模擬信號(hào)相同，則停止計(jì)數(shù)，這時(shí)，計(jì)數(shù)器中的當(dāng)前值就為輸入模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。這種A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原理清楚，但它的轉(zhuǎn)換速度與精度之間存在矛盾，當(dāng)提高精度時(shí)，轉(zhuǎn)換的速度就慢，當(dāng)提高速度時(shí)，轉(zhuǎn)換的精度就低，所以在實(shí)際中很少使用。2．逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器及控制電路組成部分。與計(jì)數(shù)型相同，也要進(jìn)行比較以得到轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，但逐次逼近型是用一個(gè)寄存器從高位到低位依次開(kāi)始逐位試探比較。轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：開(kāi)始時(shí)寄存器各位清0，轉(zhuǎn)換時(shí)，先將最高位置1，送D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量小，則1保留，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入模擬量大，則1不保留，然后從第二位依次重復(fù)上述過(guò)程直至最低位，最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。一個(gè)n位的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換只須要比較n次，轉(zhuǎn)換時(shí)間只取決于位數(shù)和時(shí)鐘周期。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，在實(shí)際中廣泛使用?！秵纹瑱C(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口

雙重積分型A/D轉(zhuǎn)換器將輸入電壓先變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，然后再把此時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，它屬于間接型轉(zhuǎn)換器。它的轉(zhuǎn)換過(guò)程分為采樣和比較兩個(gè)過(guò)程。采樣即用積分器對(duì)輸入模擬電壓進(jìn)行固定時(shí)間的積分，輸入模擬電壓值越大，采樣值越大，比較就是用基準(zhǔn)電壓對(duì)積分器進(jìn)行反向積分，直至積分器的值為0，由于基準(zhǔn)電壓值固定，所以采樣值越大，反向積分時(shí)積分時(shí)間越長(zhǎng)，積分時(shí)間與輸入電壓值成正比，最后把積分時(shí)間轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，則該數(shù)字量就為輸入模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。由于在轉(zhuǎn)換過(guò)程中進(jìn)行了兩次積分，因此稱(chēng)為雙重積分型。雙重積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，穩(wěn)定性好，測(cè)量的是輸入電壓在一段時(shí)間的平均值，而不是輸入電壓的瞬間值，因此它的抗干擾能力強(qiáng)，但是轉(zhuǎn)換速度慢，雙重積分型A/D轉(zhuǎn)換器在工業(yè)上應(yīng)用也比較廣泛。3．雙重積分型A/D轉(zhuǎn)換器二．A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)1．分辨率2．轉(zhuǎn)換時(shí)間3．量程4．轉(zhuǎn)換精度《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口8.1.2ADC0809與MCS-51的接口一．ADC0809芯片ADC0809是CMOS單片型逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，具有8路模擬量輸入通道，有轉(zhuǎn)換起?？刂疲M輸入電壓范圍為0~+5V，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100

s，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADDAADDBADDCALE通道選擇開(kāi)關(guān)地址鎖存和譯碼定時(shí)和控制逐次逼近寄存器SAR8位三態(tài)鎖存緩沖器DACOEEOCCLOCKSTARTVCCGNDVREF+VREF-ADC0809D0D1D2D3D4D5D6D7《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口二．ADC0809的引腳ADC0809芯片有28個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝，如圖?！秵纹瑱C(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口其中：IN0~IN7：8路模擬量輸入端。D0~D7：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選擇8路模擬通道中的一路，選擇情況見(jiàn)表。ADDCADDBADDA選擇通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，由低電平變高電平鎖存。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，由高電平變低電平啟動(dòng)。《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出。當(dāng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，該引腳為低電平，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，該線腳輸出高電平。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，如果從該引腳輸入高電平，則打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出鎖存器的數(shù)據(jù)從D0~D7送出。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ.REF+、REF-：基準(zhǔn)電壓輸入端。Vcc：電源，接+5V電源。GND：地。三．ADC0809的工作流程《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口ADC0809的工作流程如圖所示：1．輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中，經(jīng)地址譯碼器譯碼從8路模擬通道中選通一路模擬量送到比較器。2．送START一高脈沖，START的上升沿使逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并使EOC信號(hào)為低電平。3．當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入到輸出三態(tài)鎖存器，并使EOC信號(hào)回到高電平，通知CPU已轉(zhuǎn)換結(jié)束。4．當(dāng)CPU執(zhí)行一讀數(shù)據(jù)指令，使OE為高電平，則從輸出端D0~D1讀出數(shù)據(jù)。四．ADC0809與MCS-51單片機(jī)的接口下圖是一個(gè)ADC0809與8051的一個(gè)接口電路圖。1．硬件連接《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEWR

P2.7RDINTO+++5VGNDD0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTARTOEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

VREF+VREF-ADC08098051分頻器2．軟件編程設(shè)接口電路用于一個(gè)8路模擬量輸入的巡回檢測(cè)系統(tǒng)，使用中斷方式采樣數(shù)據(jù)，把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi)RAM的30H~37H單元中。采樣完一遍后停止采集?！秵纹瑱C(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口匯編語(yǔ)言編程：

ORG0003H LJMPINT0 ORG0100H；主程序

MOVR0，#30H；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針

MOVR2，#08H；設(shè)置8路采樣計(jì)數(shù)值

SETBIT0；設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式

SETBEA；CPU開(kāi)放中斷

SETBEX0；允許外部中斷0中斷

MOVDPTR，#0000H；送入口地址并指向IN0LOOP：MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，A的值無(wú)意義HERE：SJMPHERE；等待中斷

ORG0200H；中斷服務(wù)程序INT0：MOVXA，@DPTR；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量

MOV@R0，A；存入片內(nèi)RAM單元

INCDPTR；指向下一模擬通道

INCR0；指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元

DJNZR2，NEXT；8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù)

CLREA；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷

CLREX0；禁止外部中斷0中斷

RETI；中斷返回NEXT：MOVX@DPTR，A；再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

RETI；中斷返回《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口C語(yǔ)言編程：#include<reg51.h>#include<absacc.h>//定義絕對(duì)地址訪問(wèn)#defineucharunsignedchar#defineIN0XBYTE[0x0000]//定義IN0為通道0的地址staticuchardatax[8];//定義8個(gè)單元的數(shù)組，存放結(jié)果ucharxdata*ad_adr;//定義指向通道的指針uchari=0;voidmain(void){ IT0=1;//初始化

EX0=1; EA=1; i=0; ad_adr=&IN0;//指針指向通道0 *ad_adr=i;//啟動(dòng)通道0轉(zhuǎn)換

for(;;){;}//等待中斷}《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口voidint_adc(void)interrupt0//中斷函數(shù){ x[i]=*ad_adr;//接收當(dāng)前通道轉(zhuǎn)換結(jié)果

i++; ad_adr++;//指向下一個(gè)通道

if(i<8) { *ad_adr=i;//8個(gè)通道未轉(zhuǎn)換完，啟動(dòng)下一個(gè)通道返回

} else { EA=0;EX0=0;//8個(gè)通道轉(zhuǎn)換完，關(guān)中斷返回

}}《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口8.2MCS-51單片機(jī)與DAC的接口8.2.1D/A轉(zhuǎn)換器概述一．D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)1．分辨率。2．精度3．線性度4．溫度靈敏度5．建立時(shí)間二．D/A轉(zhuǎn)換的分類(lèi)D/A轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異。按輸入數(shù)字量的位數(shù)分：8位、10位、12位和16位等；按輸入的數(shù)碼分：二進(jìn)制方式和BCD碼方式；按傳送數(shù)字量的方式分：并行方式和串行方式；按輸出形式分：電流輸出型和電壓輸出型，電壓輸出型又有單極性和雙極性；按與單片機(jī)的接口分：帶輸入鎖存的和不帶輸入鎖存的。下面介紹幾種常用的D/A轉(zhuǎn)換芯片?！秵纹瑱C(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口三．D/A轉(zhuǎn)換器與單處機(jī)的連接1．?dāng)?shù)據(jù)線的連接D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線的連接主要考慮兩個(gè)問(wèn)題：一是位數(shù)，當(dāng)高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器與8位數(shù)據(jù)總線的MCS-51單片機(jī)接口時(shí)，MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)必須分時(shí)輸出，這時(shí)必須考慮數(shù)據(jù)分時(shí)傳送的格式和輸出電壓的“毛刺”問(wèn)題；二是D/A轉(zhuǎn)換器有無(wú)輸入鎖存器的問(wèn)題，當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部沒(méi)有輸入鎖存器時(shí)，必須在單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器之間增設(shè)鎖存器或I/O接口。2．地址線的連接

一般的D/A轉(zhuǎn)換器只有片選信號(hào)，而沒(méi)有地址線。這時(shí)單片機(jī)的地址線采用全譯碼或部分譯碼，經(jīng)譯碼器輸出來(lái)控制D/A轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)，也可由某一位I/O線來(lái)控制D/A轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)。3．控制線的連接D/A轉(zhuǎn)換器主要有片選信號(hào)、寫(xiě)信號(hào)及啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)等，一般由單片機(jī)的有關(guān)引腳或譯碼器提供?！秵纹瑱C(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口8.2.2MCS-51與8位DAC0832的接口一．DAC0832芯片DAC0832是一種電流型D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)字輸入端具有雙重緩沖功能，可以雙緩沖、單緩沖或直通方式輸入，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖。與與與DI0~DI7ILECSWR1WR2XFER輸入寄存器DAC寄存器D/A轉(zhuǎn)換器LE1LE2VREFRFBIout1Iout2AGNDVCCDGNDDAC0832《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口二．DAC0832的引腳DAC0832有20引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。CSWR1AGNDDI3DI2DI2DI0VREFRFBDGNDVCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT21234567891020191817161514131211其中：DI0～DI7（DI0為最低位）：8位數(shù)字量輸入端。ILE：數(shù)據(jù)允許控制輸入線，高電平有效。：片選信號(hào)。：寫(xiě)信號(hào)線1?！秵纹瑱C(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口：寫(xiě)信號(hào)線2。：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。IOUT1：模擬電流輸出線1。它是數(shù)字量輸入為“1”的模擬電流輸出端。IOUT2：模擬電流輸出線2，它是數(shù)字量輸入為“0”的模擬電流輸出端，采用單極性輸出時(shí)，IOUT2常常接地。Rfb：片內(nèi)反饋電阻引出線，反饋電阻制作在芯片內(nèi)部，用作外接的運(yùn)算放大器的反饋電阻。VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線。電壓范圍為－10V～＋10V。VCC：工作電源輸入端，可接＋5V～＋15V電源。AGND：模擬地。DGND：數(shù)字地。三．DAC0832的工作方式DAC0832有三種方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。1．直通方式：《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口

、、、直接接地，ILE接電源，DAC0832工作于直通方式，此時(shí)，8位輸入寄存器和8位DAC寄存器都直接處于導(dǎo)通狀態(tài)，8位數(shù)字量到達(dá)DI0~DI7，就立即進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，從輸出端得到轉(zhuǎn)換的模擬量。當(dāng)引腳2．單緩沖方式：當(dāng)連接引腳

、、、，使得兩個(gè)鎖存器的一個(gè)處于直通狀態(tài)，另一個(gè)處于受控制狀態(tài)，或者兩個(gè)被控制同時(shí)導(dǎo)通，DAC0832就工作于單緩沖方式，例如下圖就是一種單緩沖方式的連接對(duì)于下圖的單緩沖連接，只要數(shù)據(jù)DAC0832寫(xiě)入8位輸入鎖存器，就立即開(kāi)始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)輸出端輸出?！秵纹瑱C(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口Vout-VCCILECSWR1DI0~DI7WR2XFERDGNDAGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V--5V--A+-P2.7WRP0.0~P0.780513．雙緩沖方式：當(dāng)8位輸入鎖存器和8位DAC寄存器分開(kāi)控制導(dǎo)通時(shí)，DAC0832工作于雙緩沖方式，雙緩沖方式時(shí)單片機(jī)對(duì)DAC0832的操作分兩步，第一步，使8位輸入鎖存器導(dǎo)通，將8位數(shù)字量寫(xiě)入8位輸入鎖存器中；第二步，使8位DAC寄存器導(dǎo)通，8位數(shù)字量從8位輸入鎖存器送入8位DAC寄存器。第二步只使DAC寄存器導(dǎo)通，在數(shù)據(jù)輸入端寫(xiě)入的數(shù)據(jù)無(wú)意義。下圖就是一種雙緩沖方式的連接?！秵纹瑱C(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口P2.7P2.6WRP0.0~P0.78051

Vout-VCCILECSXFERWR1WR2DI0~DI7DGNDAGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V--5V--A+-四．DAC0832的應(yīng)用D/A轉(zhuǎn)換器在實(shí)際中經(jīng)常作為波形發(fā)生器使用，通過(guò)它可以產(chǎn)生各種各樣的波形。它的基本原理如下：利用D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比這一特點(diǎn)，通過(guò)程序控制CPU向D/A轉(zhuǎn)換器送出隨時(shí)間呈一定規(guī)律變化的數(shù)字，則D/A轉(zhuǎn)換器輸出端就可以輸出隨時(shí)間按一定規(guī)律變化的波形。《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口【例8-1】

根據(jù)圖8.9編程從DAC0832輸出端分別產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波。根據(jù)單緩沖方式圖的連接，DAC0832的口地址為7FFFH。匯編語(yǔ)言編程：鋸齒波MOVDPTR，#7FFFHCLRALOOP：MOVX@DPTR，A INCA SJMPLOOP三角波：

MOVDPTR，#7FFFH CLRALOOP1：MOVX@DPTR，A INCA CJNEA，#0FFH，LOOP1LOOP1：MOVX@DPTR，A DECA JNZLOOP2 SJMPLOOP1方波：

MOVDPTR，#7FFFHLOOP：MOVA，#00H MOVX@DPTR，A ACALLDELAY MOVA，#FFH MOVX@DPTR，A ACALLDELAY SJMPLOOPDELAY：MOVR7，#0FFH DJNZR7，$ RET《單片機(jī)原理、應(yīng)用及c51程序設(shè)計(jì)》第8章__MCS-51與DA、AD的接口C語(yǔ)言編程：鋸齒波：#include<absacc.h>//定義絕對(duì)地址訪問(wèn)#defineucharunsignedchar#defineD