單片機(jī)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的接口與應(yīng)用

單片機(jī)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的接口與應(yīng)用第1頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一9.1MCS-51單片機(jī)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(gè)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(shí)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(gè)8位輸入寄存器、1個(gè)8位DAC寄存器和1個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器組成和引腳排列如圖9.2所示。

第2頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第3頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一該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(hào)（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)WR1——第一信號(hào)（輸入），低電平有效。該信號(hào)與ILE信號(hào)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(shí)，為輸入寄存器直通方式；當(dāng)ILE=1和WR1=1時(shí)，為輸入寄存器鎖存方式。(5)WR2——第2寫(xiě)信號(hào)(輸入),低電平有效.該信號(hào)與信號(hào)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(shí),為DAC寄存器直通方式;當(dāng)WR2=1和XFER=0時(shí),為DAC寄存器鎖存方式。(6)XFER——數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)(輸入),低電平有效。

第4頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(7)Iout2——電流輸出“1”。當(dāng)數(shù)據(jù)為全“1”時(shí)，輸出電流最大； 為全“0”時(shí)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(yùn)算放大器的反饋電阻端，電阻（15KΩ）已固化在芯片中。因?yàn)镈AC0832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(shí)需在兩個(gè)電流輸出端接運(yùn)算放大器，Rfb即為運(yùn)算放大器的反饋電阻，運(yùn)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5頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一9.1.2DAC0832工作方式

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

直通方式——WR1=WR2=0時(shí)，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng) 兩個(gè)寄存器直接進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器。2)單緩沖方式——兩個(gè)寄存器之一始終處于直通，即WR1=0或WR2=0，另一個(gè)寄存器處于受控狀態(tài)。3)雙緩沖方式——兩個(gè)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(hào)同時(shí)輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。

第6頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一9.1.3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(gè)輸入寄存器中有一個(gè)（多位DAC寄存器）處于直通方式，而另一個(gè)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(gè)信號(hào)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(duì)輸入寄存器進(jìn)行選擇。

第7頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖9.3DAC0832單緩沖方式接口

第8頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2．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(gè)線性增長(zhǎng)的電壓（鋸齒波）來(lái)控制檢測(cè)過(guò)程、移動(dòng)記錄筆或移動(dòng)電子束等。對(duì)此可通過(guò)在DAC0832的輸出端接運(yùn)算放大器，由運(yùn)算放大器產(chǎn)生鋸齒波來(lái)實(shí)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9頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖中的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(shí) 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10頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖9.5D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的鋸齒波幾點(diǎn)說(shuō)明：(1)程序每循環(huán)一次，A加1，因此實(shí)際上鋸齒波的上升邊是由256個(gè)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(huà)的先行增長(zhǎng)鋸齒波。

第11頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）可通過(guò)循環(huán)程序段的機(jī)器周期數(shù)，計(jì)算出鋸齒波的周期。并可根據(jù)需要，通過(guò)延時(shí)的方法來(lái)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(shí)較短時(shí)可用NOP指令實(shí)現(xiàn)（本程序就是如此），需要延時(shí)較長(zhǎng)時(shí)，可以使用一個(gè)延長(zhǎng)子程序。延遲時(shí)間不同，波形周期不同，鋸齒波的斜率就不同。（3）通過(guò)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(mǎn)幅度的。如要求得到非滿(mǎn)幅鋸齒波，可通過(guò)計(jì)算求的數(shù)字量的處置和終值，然后在程序中通過(guò)置初值和終值的方法實(shí)現(xiàn)。

第12頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一【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(shí)子程序MOVA,#dataL；送低電平數(shù)據(jù)MOVX@DPTR,ALCALLDELAYL；調(diào)用延時(shí)子程序SJMPLCALL

第13頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一執(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14頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）以上程序產(chǎn)生的是矩形波，其低點(diǎn)平的寬度由延時(shí)子程序DELAYL所延時(shí)的時(shí)間來(lái)決定，高電平的寬度則由DELAYH所延時(shí)的時(shí)間決定。（2）改變延時(shí)子程序DELAYL和的DELAYH延時(shí)時(shí)間，就可改變矩形波上下沿的寬度。若DELAYL=DELAYH（兩者延時(shí)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(shí)為0～-5V或0～+5V；雙極性輸出時(shí)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15頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一MOVA,#00H；取下限值MOVXDPTR,#FEFFH；指向0832口地址SS1：MOVX@DPTR,A；輸出NOP；延時(shí)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(shí)NOPNOPJNZSS3；未到谷值，則繼續(xù)SJMPSS2；已到谷值，則反復(fù)

第16頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一9.1.4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(shí)，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分兩步進(jìn)行的。第一，

CPU分時(shí)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(duì)所有的D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)出控制信號(hào)，使各路輸入寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)入DAC寄存器，實(shí)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(shí)現(xiàn)兩路同步輸出。

第17頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

圖9.68031與DAC0832雙緩沖方式接口電路

第18頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)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19頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一9.2MCS-51單片機(jī)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(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開(kāi)關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)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20頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

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

第21頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖中多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C3個(gè)地址位進(jìn)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(guò)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(shí)序圖

表9-1通道選擇表

第22頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖9.9ADC0809的工作時(shí)序圖

第23頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2．信號(hào)引腳ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見(jiàn)圖9.8。對(duì)ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說(shuō)明如下：IN7～I(xiàn)N0——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(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表9-1。ALE——地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。第24頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一START——轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)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(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫(xiě)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(jī)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(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)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25頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一CLK——時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢(xún)的狀態(tài) 標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。Vcc——+5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V)。第26頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一9.2.2MCS-51單片機(jī)與ADC0809的接口ADC0809與MCS-51單片機(jī)的連接如圖9.10所示。電路連接主要涉及兩個(gè)問(wèn)題。一是8路模擬信號(hào)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27頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖9.10ADC0809與MCS-51的連接

第28頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一如圖9.11所示模擬通道選擇信號(hào)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(hào)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(xiě)選通信號(hào)，這一部分電路連接如圖9.12所示。

圖9.11ADC0809的部分信號(hào)連接圖9.12信號(hào)的時(shí)間配合第29頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一從圖中可以看到，把ALE信號(hào)與START信號(hào)接在一起了，這樣連接使得在信號(hào)的前沿寫(xiě)入（鎖存）通道地址，緊接著在其后沿就啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。圖9.19是有關(guān)信號(hào)的時(shí)間配合示意圖。啟動(dòng)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(duì)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(shí)，可采用如下兩條指令，即可啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換：

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

第30頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.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(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時(shí)傳送方式對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換其來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢(xún)方式A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢(xún)方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可卻只轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

第31頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)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(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以RD信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)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(guò)指令進(jìn)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(shí)，發(fā)出有效信號(hào)RD，使0809的輸出允許信號(hào)OE有效，從而打開(kāi)三態(tài)門(mén)輸出，是轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線送入A累加器中。

第32頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一這里需要說(shuō)明的示，ADC0809的三個(gè)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(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的指令與上述類(lèi)似，只不過(guò)A的內(nèi)容不能為任意數(shù)，而必須和所選輸入通道號(hào)IN0～I(xiàn)N7相一致。例如當(dāng)A、B、C分別與D0、D1、D2相連時(shí)，啟動(dòng)IN7的A/D轉(zhuǎn)換指令