1、單片機第8章：數模轉換 單片機與d/a a/d轉換接口 d/a及 第八章 單片機與d/a及a/d轉換接口單 片 機 原 理 多 媒 體 教 程 教學重點d/a轉換器及其與單片機的接口 轉換器及其與單片機的接口d/a轉換器的主要技術指標 d/a轉換器的主要技術指標 dac0832芯片及其與單片機接口 dac0832芯片及其與單片機接口 a/d轉換器及其與單片機的接口 轉換器及其與單片機的接口a/d轉換器的原理及主要技術指標 d adc0809芯片及其與單片機的接口 adc0809芯片及其與單片機的接口1 mcs-51單片機外部功能擴展 第八章 mcs-51單片機外部功能擴展 a/d、d/a接口應

2、用框圖： a/d、d/a接口應用框圖： 接口應用框圖單 片 機 原 理 多 媒 體 教 程 給定值 比較器 a 掌握器 d d/a轉換器 執行機構 轉換器 d a/d轉換器 轉換器 a 傳感器 模擬量 數字量 被控參數 c 被控對象 w 單片機 mcs-51單片機外部功能擴展 第八章 mcs-51單片機外部功能擴展 d/a轉換器及其與單片機的接口 8.1 d/a轉換器及其與單片機的接口單 片 機 原 理 多 媒 體 教 程 d/a轉換接口設計的主要問題 一、 d/a轉換接口設計的主要問題 單片機應用系統中d/a轉換電路接口設計主 單片機應用系統中d/a轉換電路接口設計主 d/a 要是選擇d/a

3、轉換集成芯片， d/a轉換集成芯片 要是選擇d/a轉換集成芯片，配置外圍電路及器 實現數字量到模擬量的線性轉換， 件，實現數字量到模擬量的線性轉換，并不涉及 d/a轉換器的結構設計 轉換器的結構設計， d/a轉換器的結構設計，也不必對其內部電路作 深化分析。 深化分析。 在d/a轉換接口設計中，主要考慮的問題是 d/a轉換接口設計中， 轉換接口設計中 d/a轉換芯片的選擇 轉換芯片的選擇、 d/a轉換芯片的選擇、數字量的碼輸入及模擬量 的極性輸出、參考電壓、電流、電源等。 的極性輸出、參考電壓、電流、電源等。3 d/a轉換及其接口電路 第一節 d/a轉換及其接口電路一、d/a轉換器的主要技術參

4、數 轉換器的主要技術參數 第八章 8 - 4 1. 辨別率(resolution)辨率是指 辨別率( 辨率是指d/a轉換器能辨別的最小輸出 ) 辨率是指 轉換器能辨別的最小輸出 模擬量的增量，取決于輸入數字量的二進制位數。 模擬量的增量，取決于輸入數字量的二進制位數。 例如， 例如：對一個辨別率為n位的轉換器，能夠辨別滿量程的2 例如：對一個辨別率為n位的轉換器，能夠辨別滿量程的2-n。例如， 辨別率為8位的d 轉換器能給出滿量程電壓的1 256( 辨別率為8位的d/a轉換器能給出滿量程電壓的1/256(即1/28)的分 辨力量。 辨力量。 如滿量程電壓為5 01953v 如滿量程電壓為5v的

5、辨別率為 0.01953v 2. 轉換時間 轉換時間是指數字量在dac輸入端 發生滿刻度變化后，到完成轉換 輸入端發生滿刻度變化后， 轉換時間是指數字量在 輸入端發生滿刻度變化后 并輸出達到穩定值所需的時間。 并輸出達到穩定值所需的時間。 3. 轉換精度(conversion accuracy) 轉換精度( ) 4. 線性度(linearity) 線性度( )4 第八章 8 - 5 1.接口電路的主要任務 接口電路的主要任務 (1)輸入數據緩沖的問題 (1)輸入數據緩沖的問題 (2)芯片的辨別率位數大于數據總線寬度的處理 (2)芯片的辨別率位數大于數據總線寬度的處理 (3)掌握信號的供應 (3

6、)掌握信號的供應 (4)輸出模擬量的類型與極性 2.接口電路的結構形式 接口電路的結構形式 一般有以下幾種常用的結構。 一般有以下幾種常用的結構。(1)利用單片機的并行i/o口或串行口與d/a芯片直接接口； 利用單片機的并行i/o口或串行口與d/a芯片直接接口； i/o口或串行口與d/a芯片直接接口 (2)用中小規模的規律芯片構成接口電路使d/a芯片與單片機連接； 用中小規模的規律芯片構成接口電路使d/a芯片與單片機連接； d/a芯片與單片機連接 (3)用通用可編程并行i/o口實現d/a芯片與單片機之間的連接。 用通用可編程并行i/o口實現d/a芯片與單片機之間的連接。 i/o口實現d/a芯片

7、與單片機之間的連接5 二、 d/a轉換芯片內帶數據輸入寄存器的接口 轉換芯片內帶數據輸入寄存器的接口 le 為寄存命令。當 le =1時，寄存器的輸出隨輸入變化； 為寄存命令。 時 寄存器的輸出隨輸入變化； le =0時，數據鎖存在寄存器中，不隨輸入數據變化。 6 時 數據鎖存在寄存器中，不隨輸入數據變化。 第八章 8 - 7 位的d/a轉換芯片，電流型輸出，與0832一樣 轉換芯片， 如：dac1208是10位的 是 位的 轉換芯片 電流型輸出， 一樣 也是雙緩沖結構。但其12位輸入寄存器由兩部分組成 及高8位輸入寄 位輸入寄存器由兩部分組成， 也是雙緩沖結構。但其 位輸入寄存器由兩部分組成

8、，及高 位輸入寄 存器和低4位輸入寄存器 以便與8位 位輸入寄存器， 的數據總線相接。 存器和低 位輸入寄存器，以便與 位cpu的數據總線相接。 的數據總線相接p0.0 p0.3 di.0 di.3 di.4 di.7 di.8 di.11 rfb iout1 iout2 + + p0.4 p0.7 mcs-51ale wr 鎖存 譯碼 40h 60h a0 cs xfer dac1208 byte1/byte2 wr1 wr2 為高電平常開啟8位 為高電平常開啟 位 和4位兩個輸入寄存 位兩個輸入寄存 器，為低電平常只開 啟低4位。 啟低 位 必需先送高8位數據 必需先送高 位數據 di11

9、di4,后送低 后送低4 后送低 位數據di3di0。 位數據 。 位輸入寄存器地址： 高8位輸入寄存器地址：41h 位輸入寄存器地址 位輸入寄存器地址： 低4位輸入寄存器地址：40h 位輸入寄存器地址 dac 寄存器地址： 60h 寄存器地址： 寄存器地址 4. 工作方式 dac1210/1209/1208有兩種工作方式，一種是單 有兩種工作方式， 有兩種工作方式 緩沖方式，另一種是雙緩沖方式。 緩沖方式，另一種是雙緩沖方式。 (1)單緩沖方式。 )單緩沖方式。 (2)雙緩沖工作方式。 )雙緩沖工作方式。 雙緩沖工作方式是將輸入數據經兩級鎖存器傳送給 將輸入數據經兩級鎖存器傳送給d/a 雙緩

10、沖工作方式是將輸入數據經兩級鎖存器傳送給 轉換器。 轉換器。 5. 輸出方式 dac1210/1209/1208屬于電流輸出型 屬于電流輸出型d/a轉換器，需 轉換器， 屬于電流輸出型 轉換器 用運算放大器將電流輸出轉換為電壓輸出。 用運算放大器將電流輸出轉換為電壓輸出。一般電壓輸出 可分為單極性和雙極性兩種，其中單極性輸出如圖8-7所 可分為單極性和雙極性兩種，其中單極性輸出如圖 所 示，雙極性輸出如圖8-8所示。可以推出輸出電壓與輸入 雙極性輸出如圖 所示。 所示 數字量的對應關系： 數字量的對應關系： vovt 2 vovt 1 vref vref =( + ) r = (vovt +

11、) r 2r 2 圖8-7 單極性輸出方式 11 圖8-8 雙極性輸出方式 6.dac1208/1209/1210與51單片機的接口及程 . 與 單片機的接口及程 序設計 (1)單緩沖方式應用。 )單緩沖方式應用。 【例8-1】產生鋸齒波。 】產生鋸齒波。 在一些掌握應用中， 在一些掌握應用中，需要有一個線性增長的 電壓(鋸齒波 來掌握檢測過程、 鋸齒波)來掌握檢測過程 電壓 鋸齒波 來掌握檢測過程、移動記錄筆或移 動電子束等。對此可通過在dac1208的輸出端接 動電子束等。對此可通過在 的輸出端接 運算放大器，由運算放大器產生鋸齒波來實現， 運算放大器，由運算放大器產生鋸齒波來實現， 其電

12、路連接如圖10-10所示。 所示。 其電路連接如圖 所示 中的dac1208工作于單緩沖方式，其中 工作于單緩沖方式， 圖8-9中的 中的 工作于單緩沖方式 8位輸入寄存器和 位輸入寄存器受控，而dac寄 位輸入寄存器和4位輸入寄存器受控 位輸入寄存器和 位輸入寄存器受控， 寄 存器直通 產生鋸齒波的程序清單如下： 產生鋸齒波的程序清單如下： org 2000h st: mov dptr, #7fffh ;選中高 位輸入寄存 ， 選中高8位輸入寄存 器 mov r0,#00h , mov r1,#00h , dast: mov a,r0 , mo dptr, a , mov dptr, #3f

13、ffh 選中低4位輸入寄存 ， ;選中低 位輸入寄存 器及12位dac寄存器 器及 位 寄存器 mov a,r1 , mo dptr, a , ;由d/a轉換成輸出電壓 轉換成輸出電壓 inc r0 nop sjmp dast14 x方向 方向dac1208高8位輸入寄存器地址 為 位輸入寄存器地址為7fffh,低4 方向 高 位輸入寄存器地址為 ， 位輸入寄存器的地址為5fffh,y方向 方向dac1208高8位輸入 位輸入寄存器的地址為 ， 方向 高 位輸入 寄存器地址為bfffh,低4位輸入寄存器的地址為 位輸入寄存器的地址為afffh, 寄存器地址為 ， 位輸入寄存器的地址為 ， 15

14、 兩個dac寄存器公用地址為 寄存器公用地址為37ffh。 兩個 寄存器公用地址為 。 則繪圖儀的驅動程序為： 則繪圖儀的驅動程序為： mov dptr, #7fffh 選中第一片1208高8位輸入寄存器 ， ;選中第一片 高 位輸入寄存器 mov r0,#data , mov a,r0 , mo dptr, a , inc r0 mov a,r0 , mov dptr, #5fffh 選中第一片1208低4位輸入寄存器 ， ;選中第一片 低 位輸入寄存器 mo dptr, a , inc r0 mov a,r0 , mov dptr, #0bfffh ;選中其次片 選中其次片1208高8位輸

15、入寄存器 ， 高 位輸入寄存器 mo dptr, a , inc r0 mov a,r0 , mov dptr, #0afffh ;選中其次片 選中其次片1208低4位輸入寄存器 ， 低 位輸入寄存器 mo dptr, a , mov dptr, #37ffh , 同時選中兩片的12位 寄存器， ;同時選中兩片的 位dac寄存器，啟 寄存器 動轉換 mo dptr, a , ;由d/a轉換成輸出電壓 轉換成輸出電壓 16 sjmp $ mcs-51單片機外部功能擴展 第八章 mcs-51單片機外部功能擴展 三、dac0832芯片及其與單片機的接口 dac0832芯片及其與單片機的接口單 片 機

16、 原 理 多 媒 體 教 程 dac0832的主要特性 1. dac0832的主要特性 dac0832是使用特別普遍的 是使用特別普遍的8 d/a轉換器 轉換器， dac0832是使用特別普遍的8位d/a轉換器，因其 片內自帶了數據鎖存器，所以可以直接與單片機接口。 片內自帶了數據鎖存器，所以可以直接與單片機接口。 dac0832以電流形式輸出 屬于電流輸出型dac 以電流形式輸出， dac。 dac0832以電流形式輸出，屬于電流輸出型dac。 當需要轉換為電壓輸出時，可外接運算放大器。 當需要轉換為電壓輸出時，可外接運算放大器。 屬于該系列的芯片還有dac0830、dac0831,它們 屬于該系列的芯片還有dac0830、dac0831, dac0830 可以相互代換。 可以相互代換。 mcs-51單片機外部功能擴展 第八章 mcs-51單片機外部功能擴展 單 片 機 原 理 多 媒 體 教 程 dac0832的主要特性有： dac0832的主要特性有： 的主要特性有 辨別率2 辨別率2-8; 電流建立時間1s; 電流建立時間1s; 數據輸入可采