數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器

第8章數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口8.1D/A轉(zhuǎn)換器8.2MCS-51單片機(jī)與8位D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)8.5A/D轉(zhuǎn)換器接口8.6MCS-51單片機(jī)與ADC0809的接口在單片機(jī)應(yīng)用中，測(cè)控對(duì)象大多是連續(xù)變化的模擬量(如電壓電流，溫度、壓力、位移、流量、速度等)，需將其變換成計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量才能進(jìn)行處理；完成這種轉(zhuǎn)換功能的器件稱為模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器。而將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為被控對(duì)象能接受的模擬信號(hào)的器件稱為數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器。8.1D/A轉(zhuǎn)換器8.1.1.D/A的基本原理DAC是“digitaltoanalogconverter”的縮寫，有時(shí)也用“D/A”表示，即“數(shù)模轉(zhuǎn)換器”。D/A轉(zhuǎn)換器的輸入為數(shù)字量,經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出為與之成比例的U或I。其基本原理是應(yīng)用電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，將N位數(shù)字量逐位轉(zhuǎn)換為模擬量并求和，從而實(shí)現(xiàn)將N位數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量。

DACD0D1DN-1Uo(T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)的8位DA見P251圖8-1)設(shè)D為N位二進(jìn)制數(shù)字量，Uo為電壓模擬量，Uref為參考電壓，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

Uo=D×Uref/2N其中：D=D0×20+D1×21+…+DN-1×2N-18.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)(1)分辨率分辨率是D/A對(duì)輸入量變化敏感程度的描述,與D/A的位數(shù)有關(guān)。如果D/A的位數(shù)為n,則分辨率為2-n。(2)線性度D/A的轉(zhuǎn)換特性與直線的偏差程度。一般小于1/2LSB(3)轉(zhuǎn)換速度描述D/A轉(zhuǎn)換快慢的一個(gè)參數(shù)，即每秒可轉(zhuǎn)換的次數(shù)。8.2MCS-51單片機(jī)與8位D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)8.2.1D/A轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832簡(jiǎn)介為8位D/A轉(zhuǎn)換器,單電源供電,在+5～+15V范圍內(nèi)均可正常工作?；鶞?zhǔn)電壓的范圍為±10V,電流建立時(shí)間為1μs,低功耗20mW。DAC0832與運(yùn)算放大器的接法8.2.3DAC0832引腳功能各引腳的功能如下：1.D7~D0：數(shù)據(jù)輸入端。2.：片選輸入,低電平有效。3.ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào),輸入,高電平有效。4.：寫信號(hào)1,輸入,低有效。5.:寫信號(hào)2,輸入,低有效。：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào),輸入，低有效。7.IOUT1：電流輸出1,當(dāng)DAC寄存器中各位為全“1”時(shí),電流最大;為全“0”時(shí),電流為0。8.IOUT2：電流輸出2,電路中保證IOUT1+IOUT2=常數(shù)。9.Rfb：反饋電阻端,片內(nèi)集成的電阻為15kΩ。10.Vref：參考電壓,可正可負(fù),范圍為-10～+10V。11.DGND：數(shù)字量地。12.AGND：模擬量地8.2.4MCS-51單片機(jī)與DAC0832的接口51單片機(jī)與DAC0832的接口有3種連接方式,即直通方式、單緩沖方式及雙緩沖方式。直通方式不能與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連,需另加鎖存器,故較少用。下面介紹單緩沖與雙緩沖兩種連接方式。1.單緩沖方式

所謂單緩沖方式就是使DAC0832的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)處于直通方式,而另一個(gè)處于受控的鎖存方式。DAC0832的單緩沖連接方式之2DAC0832的單緩沖連接方式之32.雙緩沖連接方式把DAC0832的兩個(gè)鎖存器都接成受控鎖存方式。由于兩個(gè)鎖存器分別占據(jù)兩個(gè)地址,因此在程序中需要使用兩條傳送指令,才能完成一個(gè)數(shù)字量的模擬轉(zhuǎn)換。主要用于多路DAC的同步轉(zhuǎn)換。假設(shè)輸入寄存器地址為0x7FFF,DAC寄存器地址為0xBFFF,則完成一次D/A轉(zhuǎn)換的程序段為：charx1,xdata*px;x1=0x56;//轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)0x56送x1px=0x7fff;//P2.7=0,指向輸入寄存器*px=x1;//轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送輸入寄存器px=0xbffff;//P2.6=0,指向DAC寄存器*px=x1;//數(shù)據(jù)進(jìn)入DAC寄存器并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換用D/A可作函數(shù)發(fā)生器用D/A可作程控放大器8.5A/D轉(zhuǎn)換器接口ADC是“analogtodigitalconverter”的縮寫，有時(shí)也用“A/D”表示，也就是“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。ADC和DCA實(shí)現(xiàn)的是相反的功能，前者將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，后者則把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。A/D的種類很多，按轉(zhuǎn)換原理分，主要有V→f式、雙積分式、逐次逼近式。按接口方式分，有串行、并行。按位數(shù)分，有8位、10位、12位、14位、16位，18位，….。比較常用的是雙積分式和逐次逼近式。8.5A/D轉(zhuǎn)換器接口8.5.1雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器采用對(duì)被測(cè)電壓Vx正向定時(shí)積分和對(duì)參考電壓Vr反向積分，獲得與Vx成比例的數(shù)字量Nx。常用的IC:ICL7107、

MC1443、ICL7135

主要特點(diǎn):轉(zhuǎn)換精度高、抗干擾性能好、價(jià)格便宜,轉(zhuǎn)換速度較慢,3～5次/秒。多用于速度要求不高的場(chǎng)合。8.5.2逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種速度較快、精度較高的轉(zhuǎn)換器,其轉(zhuǎn)換時(shí)間為us級(jí)，高速A/D可達(dá)ns級(jí)。在單片機(jī)應(yīng)用中用得較多。目前很多MCU、DSP在片內(nèi)都帶有這種A/D。本節(jié)主要介紹8路8位A/D:ADC08098.5.3A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)1.分辨率與量化誤差設(shè)D為N位二進(jìn)制數(shù)字量，Ux為輸入電壓，Uref為參考電壓，一般A/D的轉(zhuǎn)換關(guān)系為(Ux≤Uref)：

D=(Ux/Uref)×(2N-1),

其中：D=D0×20+D1×21+…+DN-1×2N-1量化間隔(即分辨率)為：絕對(duì)量化誤差：2.線性誤差：為實(shí)際轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。3.精度：在整個(gè)工作范圍內(nèi)實(shí)際轉(zhuǎn)換值與理想值的最大偏差。它包括了量化誤差和線性誤差等。4.轉(zhuǎn)換時(shí)間:完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。

2N-1=D滿量程輸入電壓≈2N滿量程電壓2D=2=量化間隔e8.6MCS-51單片機(jī)與ADC0809的接口8.6.1ADC0809的主要功能⑴8位，8路A/D⑵總的不可調(diào)誤差±1/2LSB⑶轉(zhuǎn)換時(shí)間100us⑷單電源5V供電，輸入電壓0～5V,輸出與TTL兼容8.6.2ADC0809的組成及工作原理如下圖所示。一部分為8通道模擬開關(guān)和相應(yīng)的通道地址鎖存與譯碼電路，根據(jù)ABC的編碼值，接通IN0～I(xiàn)N7中的一路信號(hào)。另一部分為逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和接口邏輯信號(hào)。各引腳功能見后。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖8.6.3ADC0809管腳功能⑴IN0～I(xiàn)N7：8個(gè)模擬電壓輸入端⑵START:轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào),高有效⑶EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào),高有效⑷OE：輸出允許信號(hào)。OE=1，轉(zhuǎn)換結(jié)果從D0～D7端輸出⑸CLK：外時(shí)鐘信號(hào)⑹ALE：地址鎖存信號(hào)。ALE的上沿鎖存ABC通道地址⑺A,B,C:

通道地址輸入。CBA=000,

接通IN0,CBA=001,接通IN1,…。⑻D7～D0：數(shù)據(jù)輸出線⑼Vref：參考電壓。一般(-)端接模擬地,(+)端接5V的穩(wěn)定源。⑽VCC：+5V電源ADC0809轉(zhuǎn)換工作時(shí)序8.6.48031與ADC0809的接口設(shè)計(jì)A0A1A21.硬件接口設(shè)計(jì)將ADC0809通過總線與單片機(jī)接口。ABC接地址線A0～A2,ALE信號(hào)作為ADC0809的時(shí)鐘脈沖。若指針p在尋址時(shí)(執(zhí)行*p=0xnn語(yǔ)句)使P2.7(A15)=0,則指針p低3位(A2～A0)的編碼鎖存到0809的通道地址，同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；執(zhí)行x=*p語(yǔ)句，則轉(zhuǎn)換結(jié)果→x。2.轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，需確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，才能進(jìn)行讀取。通?？刹捎孟率?種方式。(1)延時(shí)讀取因轉(zhuǎn)換時(shí)間已知，故啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，延時(shí)后再讀取,如：

charx1,xdata*p;p=0x7ff0;//對(duì)應(yīng):A15=0,A2:A0=000*p=0x00;//接通IN0,并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

Delayms(1);//調(diào)用延時(shí)函數(shù)，延時(shí)1msx1=*p;//轉(zhuǎn)換值送x1(2)查詢方式啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，檢查ADC0809的EOC端是否為1，若為1則讀取，否則等待。如:charx1,xdata*p;p=0x7ff3;//對(duì)應(yīng):A15=0,A2:A0=011*p=0x00;//接通IN3,并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

while(INT0){;}//INT0(P3.2)為高,等待.(在reg51.h中已定義INT0的位地址：sbitINT0=0xB2;)x1=*p1;//讀取轉(zhuǎn)換值例8-2

求通道7的8次采樣的平均值，并存入內(nèi)部RAM的x1單元#include<reg51.h>charxdata*px;main(){charx1,i,n;intSum=0;

px=0x7FF7;

//指向IN7通道

for(i=0;i<8;i++){*px=n;//啟動(dòng)轉(zhuǎn)換while(INT0);//等待轉(zhuǎn)換完成n=*px;//讀取轉(zhuǎn)換值Sum=Sum+n;//累加}x1=Sum/8;while(1);}(3)中斷方式：EOC經(jīng)反向器后接INT0,啟動(dòng)后INT0為高，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)INT0變低，申請(qǐng)中斷。此方式效率高。#include<reg51.h>charm[16],i,xdata*px;main(){IT0=1;