單片機(jī)： AD、DA轉(zhuǎn)換接口技術(shù)

1、 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) 1 A/D 1 A/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有很多場合是用于信號的檢測和對外部設(shè)計進(jìn)行控制，在很多時候是需要對模擬量進(jìn)行采集，或者處理，這些模擬量涉及溫度、速度、壓力、電流、電壓等量。由于單片機(jī)以及計算機(jī)的強(qiáng)大計算處理能力，可以將這些模擬量采集到單片機(jī)或者計算機(jī)中進(jìn)行處理。 將模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，這便需要用到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件，也就是A/D（Analogue/Digital）轉(zhuǎn)換器 將單片機(jī)內(nèi)部輸出的數(shù)字量控制信號轉(zhuǎn)換成

2、期望的電壓或電流等模擬信號。D/A（Digital /Analogue）轉(zhuǎn)換器就可以實現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) n A/D A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 目前使用較多的有逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器兩類。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器優(yōu)點是轉(zhuǎn)換速度比較快；雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是精度高、抗干擾性好。 由于A/D轉(zhuǎn)換只能是間斷性地進(jìn)行，因此輸出的數(shù)字量在時間上就是斷續(xù)的，稱為離散量。每一次選取要轉(zhuǎn)換的模擬量就稱為信號采樣，相鄰兩次采樣的間隔時間稱

3、為采樣周期，為了保證輸出量能充分反映輸入量的變化情況，采樣周期要根據(jù)輸入信號的周期來確定，一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間應(yīng)該小于采樣周期。將模擬量表示成相對應(yīng)的數(shù)字量稱之為量化，由于模擬量在幅值大小上是連續(xù)變化的，而數(shù)字量則是離散的，所以在轉(zhuǎn)換過程中，不可能對于每一個任意大小的模擬量都會有一個數(shù)字量與之相對應(yīng)，這就會有誤差，稱為量化誤差。 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)： 分辨率分辨率 量程量程 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換時間和速率轉(zhuǎn)換時間和速率 溫度系

4、數(shù)溫度系數(shù) Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) n D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 D/A轉(zhuǎn)換進(jìn)行的是數(shù)字量到模擬量之間的轉(zhuǎn)換，也稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換，能實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的器件稱為D/A轉(zhuǎn)換器。 D/A轉(zhuǎn)換器的基本功能是將一個用二進(jìn)制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的基本方式是，將二進(jìn)制的每一個數(shù)據(jù)位對應(yīng)產(chǎn)生一個相應(yīng)的電源或電流，而這個電壓或電流量的大小正比于相應(yīng)的二進(jìn)制的權(quán)，最后將這些電壓或者電流相加并輸出 按照D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字量的位數(shù)可以將D/A轉(zhuǎn)換器分為8位、10位、12位、1

5、6位等類型，位數(shù)越高，則D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率就越高。 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)： 分辨率分辨率 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度 建立時間建立時間 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) 2 2 波形發(fā)生器的設(shè)計波形發(fā)生器的設(shè)計n 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一個波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生三角波、鋸齒波、方波和正弦波四種信號，可以通過一個按鍵來控制輸出信號

6、的切換。 n 任務(wù)分析及方案的制定任務(wù)分析及方案的制定 信號的產(chǎn)生可以通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832來實現(xiàn)，通過單片機(jī)向DAC0832發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，就可以使DAC0832輸出相對應(yīng)的模擬量信號，從而得到期望得到的波形。 方波信號的產(chǎn)生 鋸齒波的產(chǎn)生 三角波的產(chǎn)生 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) 正弦波的產(chǎn)生 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) Single

7、-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) / 波形發(fā)生器程序/ 波形依次為：鋸齒波、方波、正弦波、三角波/ 由按鍵選擇信號波形輸出/ 單片機(jī)晶振主頻為6MHz#include #include #define WR P3.6 / 定義P3.6為DAC0832的輸入寄存器的寫信號WR1， #define CS P3.0 / 定義P3.6為DAC0832的片選信號CS unsigned char k,t; / k為輸出信號狀態(tài)標(biāo)志，t為發(fā)送數(shù)據(jù)值 Single-Chip microcomputerS

8、ingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) / 建立一個周期的正弦波數(shù)據(jù)表，共70個數(shù)據(jù) unsigned char code Table = 0 x7f,0 x89,0 x94,0 x9f,0 xaa,0 xb4,0 xbe,0 xc8, 0 xd1,0 xd9,0 xe0,0 xe7,0 xed,0 xf2,0 xf7,0 xfa, 0 xfc,0 xfe,0 xff,0 xfe,0 xfc,0 xfa,0 xf7,0 xf2, 0 xed,0 xe7,0 xe0,0 xd9,0 xd1,0 xc8,0 xbe,0 xb4, 0 x

9、aa,0 x9f,0 x94,0 x89,0 x7f,0 x76,0 x6b,0 x60, 0 x55,0 x4b,0 x41,0 x37,0 x2e,0 x26,0 x1f,0 x18, 0 x12,0 x0d,0 x08,0 x05,0 x01,0 x00,0 x01,0 x05, 0 x08,0 x0d,0 x12,0 x18,0 x1f,0 x26,0 x2e,0 x37, 0 x41,0 x4b,0 x55,0 x60,0 x6b,0 x76; void Delay(int Time_ms) ; / 延時子程序說明void Int0 () ; / 外部中斷INT0中斷服務(wù)函數(shù)說明 S

10、ingle-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) void main() unsigned char i; / 初始化 k = 0; / 啟動時，自動進(jìn)入鋸齒波狀態(tài) EX0=1; / 外部中斷INT0允許 IT0 = 1; / 中斷信號觸發(fā)方式為下降沿有效 EA=1; / 總中斷允許 P3_0= 0; / DAC0832片選信號有效 while(1) if( k= =0) / 發(fā)送鋸齒波 P1= 0 x01; / 鋸齒波狀態(tài)指示燈量 t+; / 發(fā)送數(shù)據(jù)加1 P3_6 = 1; / 寫信號變高

11、，數(shù)據(jù)可以打入DAC0832的數(shù)據(jù)輸入寄存器中 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) P0 = t; / 發(fā)送數(shù)據(jù) P3_6 = 0; / 數(shù)據(jù)鎖存，等待D/A轉(zhuǎn)換 Delay(2); / 延時，可以修改延時系數(shù)，調(diào)整信號周期 else if(k = =1) / 發(fā)送方波信號 P1 = 0 x02; / 方波指示燈亮 P3_6 = 1; P0 = 0 xff; / 輸出高電平 P3_6 = 0; Delay(100); P3_6 = 1; P0 = 0 x00; / 輸出低電平

12、P3_6 = 0; Delay(100); / 延時 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) else if( k= =2) / 發(fā)送正弦波信號 P1 = 0 x04; / 正弦波指示燈亮 P3_6 = 1; P0 = Tablet; / 發(fā)送正弦波數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù) P3_6 = 0; Delay(1); t+; if (t = = 69) t=0; / 如果是表中的最后一個數(shù)據(jù)，從頭開始下一個周期 Single-Chip microcomputerSingle-Chip micro

13、computer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) else if(k = = 3) / 發(fā)送三角波信號 P1 = 0 x08; / 三角波指示燈亮 if( t = = 0) i=0; / 設(shè)置上升標(biāo)志 else if ( t = = 0 xff) i =1; if ( i= =0) / 數(shù)據(jù)遞增 P3_6 = 1; P0 = t+; P3_6 = 0; Delay(1); if(i= =1) / 數(shù)據(jù)遞減 P3_6 = 1; P0 = t-; P3_6 = 0; Delay(1); Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomp

14、uter A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) / 外部中斷服務(wù)程序，設(shè)置輸出信號狀態(tài)標(biāo)識，每按下一次鍵，狀態(tài)標(biāo)志加1 void Int0 () interrupt 1 k+; t= 0; if(k = = 4) k=0; return; Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) n 仿真與調(diào)試仿真與調(diào)試 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) 3 3 多路

15、信號采集系統(tǒng)的設(shè)計多路信號采集系統(tǒng)的設(shè)計n 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù) 采集兩路模擬數(shù)據(jù)信號，并用數(shù)碼管顯示器顯示兩路經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。具體要求如下：1、兩路模擬量電壓信號由兩個可調(diào)電阻模擬產(chǎn)生，電壓信號在05V之間；2、用一個開關(guān)來選擇采集的模擬信號通道；3、顯示數(shù)據(jù)位為3位數(shù)據(jù)，范圍為0255。 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) n 任務(wù)分析及方案的制定任務(wù)分析及方案的制定 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer

16、A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) / 多路數(shù)據(jù)采集與顯示程序 / 單片機(jī)晶振主頻為12MHz #include #include #define CLOCK P2_4 / 定義P2.4為ADC0808的時鐘信號線 #define START P2_5 / 定義P2.5為ADC0808的啟動信號線 #define EOC P2_6 / 定義P2.6和ADC0808的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號線相連 #define OE P2_7 / P2.

17、7和ADC080的OE相連 #define S1 P2_0 / 定義P2.0作為顯示器第2數(shù)碼管的位選線 #define S2 P2_1 / 定義P2.1作為顯示器第3數(shù)碼管的位選線#define S3 P2_2 / 定義P2.2作為顯示器第4數(shù)碼管的位選線 #define SLC P3_0 / 模擬信號通道選擇線 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) / 建立共陰極顯示碼表 unsigned char code DispTable= 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4

18、f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; void Delay(int Time_ms); / 延時子程序說明 void Display(unsigned char Data); / 顯示子程序說明 void Timer0() ; / 定時器中斷服務(wù)子程序說明 void main() unsigned char Val; / Val為采集到的數(shù)字量 TMOD = 0X02; / 設(shè)置定時器T0工作在定時器方式2 TH0 = 0 xf6; / 加載時間常數(shù) TL0 = 0 xf6; IE = 0 x82; / 定時器中斷允許，總中斷允許 TR0 = 1; /

19、啟動定時器T0 P3 = 0 xff; / 關(guān)顯示 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) while(1) if(!P3_5) SLC = 1; / 選擇模擬通道1 else SLC = 0; / 選擇模擬通道0 START = 0; START = 1; START = 0; / 發(fā)送ADC0808的啟動信號 while(!EOC); / 等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 OE = 1; Val = P1; / 讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 OE = 0; Delay(200); Display(Val);

20、 / 顯示結(jié)果 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) / 定時器T0中斷服務(wù)程序，主要功能是ADC0808得到一個頻率為50KHz的時鐘信號 void Timer0() interrupt 1 CLOCK = ! CLOCK; / 顯示子程序，負(fù)責(zé)將顯示緩沖區(qū)中的三個單元的數(shù)值送顯示 void Display(unsigned char Data) unsigned char DispData1,DispData2,DispData3; DispData1 = Data/100;

21、 / 取顯示數(shù)據(jù)的百位數(shù) DispData2 = (Data%100)/10; / 取顯示數(shù)據(jù)的十位數(shù) DispData3 = Data%10; / 取顯示數(shù)據(jù)的個位數(shù) / 顯示百位數(shù) P0 = (DispTableDispData1); S1 = 0; S2 = 1; S3 = 1; Delay(3); S1 = 1; S2 = 1; S3 = 1; Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) / 顯示十位數(shù) P0 = DispTableDispData2; S1 = 1; S2 =

22、 0; S3 = 1; Delay(3); S1 = 1; S2 = 1; S3 = 1; / 顯示個位數(shù) P0 = DispTableDispData3; S1 = 1; S2 = 1; S3 = 0; Delay(3); S1 = 1; S2 = 1; S3 = 1; return; Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) u A/D A/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換器的選擇要點轉(zhuǎn)換器的選擇要點1、A/D轉(zhuǎn)換器選擇要點A/D轉(zhuǎn)換器的選擇主要考慮以下幾個方面：（1）根據(jù)實際系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集

23、精度的要求，合理確定A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和精度，同時要考慮到整個模擬信號傳輸通道的誤差。一般而言，選擇分辨率高的A/D轉(zhuǎn)換器能提高系統(tǒng)采集精度。（2）為了不失真地再現(xiàn)原信號，采樣頻率應(yīng)大于或等于被測信號最高頻率的2倍。因此在設(shè)計采樣周期時，要考慮到A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間，特別是在采樣高頻信號時，低速的A/D轉(zhuǎn)換器可能不能完成任務(wù)。（3）根據(jù)輸入模擬電壓的實際情況，如是單路還是多路、單極性還是雙極性以及信號幅值的大小，來選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器。（4）根據(jù)系統(tǒng)對A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)形式的要求，選擇是并行還是串行A/D轉(zhuǎn)換器。 Single-Chip microcomputerSingle-Chip microcomputer A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) 2、D/A轉(zhuǎn)換器選擇要點D/A轉(zhuǎn)換器的選擇主要考慮以下幾個方面：（1）考慮輸入數(shù)字信號的的形式是串行還是并行的，通常情況下采用并行輸入的比較多，而串行數(shù)據(jù)輸入常用在單片機(jī)系統(tǒng)輸出口線比較緊張的情況下，但是串行D/A速度比較慢。（2）根據(jù)系統(tǒng)對輸出模擬量的精度要求，合理選擇D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率和轉(zhuǎn)換精度。（3）D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有的有輸入鎖存器有的就沒有，有的內(nèi)部還有多個鎖存器，如DAC0832就有二級輸入鎖存器，有輸入鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器可以采