第11章at89s51單片機與da、ad轉換器的接口

1、1,第11章 AT89S51單片機與D/A、 A/D 轉換器的接口,1,,2,2,第11章 目錄11.1 AT89S51單片機與DAC的接口 11.1.1 D/A轉換器簡介 11.1.2 AT89S51單片機與8位D/A轉換器0832的接口設計 11.1.3 AT89S51單片機與12位D/A轉換器AD667的接口設計 11.1.4 AT89S51與串入的12位

2、D/A轉換器AD7543的接口設計11.2 AT89S51單片機與ADC的接口 11.2.1 A/D轉換器簡介 11.2.2 AT89S51與逐次比較型8位A/D轉換器ADC0809的接口 11.2.3 AT89S51與逐次比較型12位A/D轉換器AD1674的接口,3,11.2.4 AT89S51與雙積分型A/D轉換器MC14433的接口11.3 89S51單片機與V/F轉換器的接口 1

3、1.3.1 用V/F轉換器實現A/D轉換的原理 11.3.2 常用V/F轉換器LMX31簡介 11.3.3 V/F轉換器與MCS-51單片機接口 11.3.4 LM331應用舉例,4,內容概要在單片機測控系統(tǒng)中，被測量的溫度、壓力、流量、速度等非電物理量，須經傳感器先轉換模擬電信號，必須轉換成數字量后才能在單片機中用軟件進行處理。模擬量轉換成數字量的器件為A/D轉換器（ADC）。單片機處理完畢的數字

4、量，有時需轉換為模擬信號輸出。器件稱為D/A轉換器（DAC）。本章介紹典型的ADC、DAC集成電路芯片，以及與單片機的硬件接口設計及軟件設計。,5,11.1 AT89S51單片機與DAC的接口介紹單片機系統(tǒng)如何輸出模擬量。目前商品化DAC芯片較多，設計者只需要合理的選用合適的芯片，了解它們的功能、引腳外特性以及與單片機的接口設計方法即可。由于現在部分的單片機芯片中集成了D/A轉換器，位數一般在10位左右，且轉換速度也很快，所以單

5、片的DAC開始向高的位數和高轉換速度上轉變。低端的產品，如8位的D/A轉換器，開始面臨被淘汰的危險，但是在實驗室或涉及某些工業(yè)控制方面的應用，低,5,6,端的8位DAC以其優(yōu)異性價比還是具有相當大的應用空間的。11.1.1 D/A轉換器簡介1．概述購買和使用D/A轉換器時，要注意D/A轉換器選擇的幾個問題。（1）D/A轉換器的輸出形式有兩種輸出形式。一種是電壓輸出，即給D/A轉換器輸入的是數字量，而輸出為電壓。另一種是

6、電流輸出。,6,7,對電流輸出的D/A轉換器，如需要模擬電壓輸出，可在其輸出端加一個由運算放大器構成的I-V轉換電路，將電流輸出轉換為電壓輸出。（2）D/A轉換器與單片機的接口形式單片機與D/A轉換器的連接，早期多采用8位數字量并行傳輸的并行接口，現在除并行接口外，帶有串行口的D/A轉換器品種也不斷增多。除了通用的UART串行口外，目前較為流行的還有I2C串行口和SPI串行口等。所以在選擇單片D/A轉換器時，要考慮單片機與D/A轉

7、換器的接口形式。,7,8,2．主要技術指標指標很多，使用者最關心的幾個指標如下。（1）分辨率指單片機輸入給D/A轉換器的單位數字量的變化，所引起的模擬量輸出的變化，通常定義為輸出滿刻度值與2n之比（n為D/A轉換器的二進制位數）。習慣上用輸入數字量的二進制位數表示。位數越多，分辨率越高，即D/A轉換器對輸入量變化的敏感程度越高。例如，8位的D/A轉換器，若滿量程輸出為10V，根據分辨率定義，則分辨率為10V/2n，分辨率為

8、:,8,9,10V/256=39.1mV ，即輸入的二進制數最低位的變化可引起輸出的模擬電壓變化39.1mV，該值占滿量程的0.391%，常用符號1LSB表示。同理：10位D/A轉換1 LSB = 9.77mV = 0.1%滿量程12位D/A轉換1 LSB = 2.44mV = 0.024%滿量程16位D/A轉換1 LSB =

9、0;0.076mV = 0.00076%滿量程使用時，應根據對D/A轉換器分辨率的需要來選定D/A轉換器的位數。,9,10,（2）建立時間描述D/A轉換器轉換快慢的一個參數，用于表明轉換時間或轉換速度。其值為從輸入數字量到輸出達到終值誤差?(1/2)LSB時所需的時間。電流輸出的轉換時間較短，而電壓輸出的轉換器，由于要加上完成I-V轉換的運算放大器的延遲時間，因此轉換時間要長一些。快速D/A轉換器的轉換時

10、間可控制在1?s以下。,10,11,（3）轉換精度理想情況下，轉換精度與分辨率基本一致，位數越多精度越高。但由于電源電壓、基準電壓、電阻、制造工藝等各種因素存在著誤差。嚴格講，轉換精度與分辨率并不完全一致。只要位數相同，分辨率則相同，但相同位數的不同轉換器轉換精度會有所不同。例如，某種型號的8位DAC精度為?0.19%，而另一種型號的8位DAC精度為?0.05%。,11,12,11.1.2 AT89S51與8位D/A轉換器

11、0832的接口設計1．DAC0832芯片介紹（1）DAC0832的特性美國國家半導體公司的DAC0832芯片是具有兩個輸入數據寄存器的8位DAC，它能直接與AT89S51單片機連接，主要特性如下。① 分辨率為8位。② 電流輸出，建立時間為1?s。,12,13,③ 可雙緩沖輸入、單緩沖輸入或直接數字輸入。④ 單一電源供電（+5V～+15V）。⑤ 低功耗，20mW。（2）DAC0832的引腳及邏輯結構引腳如圖11-1

12、所示，DAC0832的邏輯結構如圖11-2所示。,13,14,14,圖11-1 DAC0832的引腳圖,15,15,圖11-2 DAC0832的邏輯結構,16,引腳功能：DI0～DI7：8位數字信號輸入端，與單片機的數據總線P0口相連，用于接收單片機送來的待轉換為模擬量的數字量，DI7為最高位。 ：片選端，當 為低電平時，本芯片被選中。ILE：數據鎖存允許控制端，高電平有效。 ：第一級輸入寄存器寫選

13、通控制，低電平有效。當 =0，ILE=1， =0時，待轉換的數據信號被鎖存到第一級8位輸入寄存器中。,16,,,17,：數據傳送控制，低電平有效。 ：DAC寄存器寫選通控制端，低電平有效。當 =0， =0時，輸入寄存器中待轉換的數據傳入8位DAC寄存器中。IOUT1：D/A轉換器電流輸出1端，輸入數字量全為“1”時，IOUT1最大，輸

14、入數字量全為“0”時，IOUT1最小。IOUT2：D/A轉換器電流輸出2端，IOUT2 + IOUT1 = 常數。Rfb：外部反饋信號輸入端，內部已有反饋電阻Rfb，根據需要也可外接反饋電阻。VCC：電源輸入端，在+5V～+15V范圍內。,17,,,18,DGND：數字信號地。AGND：模擬信號地，最好與基準電壓共地。DAC0832內部電路如圖11-2所示。“8位輸入寄存器”用于存放

15、單片機送來的數字量，使輸入數字量得到緩沖和鎖存，由 加以控制；“8位DAC寄存器”用于存放待轉換的數字量，由 控制； “8位D/A轉換電路”受“8位DAC寄存器”輸出的數字量控制，能輸出和數字量成正比的模擬電流。因此，需外接I-V轉換的運算放大器電路，才能得到模擬輸出電壓。,18,19,2．AT89S51單片機與DAC0832的接口電路設計設計接口電路時，常用單緩沖方式或雙緩沖方式的單極性輸

16、出。（1）單緩沖方式指DAC0832內部的兩個數據緩沖器有一個處于直通方式，另一個處于受AT89S51單片機控制的鎖存方式。在實際應用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖是多路模擬量輸出但并不要求多路輸出同步的情況下，可采用單緩沖方式。單緩沖方式的接口電路如圖11-3所示。,19,20,20,圖11-3 單緩沖方式下單片機與DAC0832的接口電路,21,圖11-3所示的是單極性模擬電壓輸出電路，由于DAC0832是8位（28=

17、256）的D/A轉換器，由基爾霍夫定律列出的方程組可解得0832輸出電壓vo與輸入數字量B的關系為 顯然，輸出的模擬電壓vo和輸入的數字量B以及基準電壓VREF成正比，且B為0時，vo也為0，輸入數字量為255時，vo為最大的絕對值輸出，且不會大于VREF。,21,,22,圖11-3中， 和 接地，故DAC0832的“8位DAC寄存器”（見圖11-2）工作于直通方式。“8位輸入寄存器”受

18、 和 端控制，而且 由譯碼器輸出端FEH送來（也可由P2口的某一條口線來控制）。因此，單片機執(zhí)行如下兩條指令就可在 和 上產生低電平信號，使DAC0832接收AT89S51送來的數字量。MOVR0，#0FEH；DAC端口地址FEH→R0MOVX@R0，A；單片機的 和譯碼器FEH輸出端有效,22,23,現舉例說明單緩沖方式下DAC0832的應用。【例11-1】　DAC083

19、2用作波形發(fā)生器。試根據圖11-3，分別寫出產生鋸齒波、三角波和矩形波的程序。在圖11-3中，運算放大器A輸出端Vout直接反饋到Rfb，故這種接線產生的模擬輸出電壓是單極性的。產生上述三種波形的參考程序如下。① 鋸齒波的產生 ORG2000HSTART：MOVR0，#0FEH；DAC地址FEH→ R0MOVA，#00H；數字量→A,23,24,LOOP：MOVX@R0，A ；數字量→D/A轉換器

20、 INCA ；數字量逐次加1SJMP LOOP當輸入數字量從0開始，逐次加1進行D/A轉換，模擬量與其成正比輸出。當A = FFH時，再加1則溢出清0，模擬輸出又為0，然后又重新重復上述過程，如此循環(huán)，輸出的波形就是鋸齒波，如圖11-4所示。實際上，每一上升斜邊要分成256個小臺階，每個小臺階暫留時間為執(zhí)行后三條指令所需要的時間。因此 “INC A”指令后插入NOP指令或延時程

21、序，則可改變鋸齒波頻率。,24,25,25,圖11-4 DAC0832產生的鋸齒波輸出,26,② 三角波的產生。 ORG2000HSTART：MOVR0，#0FEHMOVA，#00HUP： MOVX @R0，A；產生三角波的上升邊INCAJNZUPDOWN：DECA ；A=0時減1為FFH， 產生三角波的下降邊,26,27,MOVX@R0，AJNZDOWN

22、SJMPUP輸出的三角波如圖11-5所示。 圖11-5 DAC0832產生的三角波輸出,27,28,③ 矩形波的產生 ORG2000HSTART：MOV R0，#0FEHLOOP：MOVA，#data1 ；#data1為上限電平對應的數字量MOVX@R0，A；置矩形波上限電平LCALL DELAY1；調

23、用高電平延時程序MOV A，#data2 ；#data2為下限電平對應的數字量MOVX@R0，A；置矩形波下限電平LCALL DELAY2；調用低電平延時程序SJMP LOOP；重復進行下一個周期,28,29,圖11-6 DAC0832產生的矩形波輸出輸出的矩形波如圖11-6所示。 DELAY1、DELAY2為兩個延時程序，分別決定輸出的矩形波高、低電平時的持續(xù)寬度。

24、矩形波頻率也可用延時方法改變。,29,30,（2）雙緩沖方式多路的D/A轉換要求同步輸出時，必須采用雙緩沖同步方式。此方式工作時，數字量的輸入鎖存和D/A轉換輸出是分兩步完成的。單片機必須通過 來鎖存待轉換的數字量，通過 來啟動D/A轉換（見圖11-2）。因此，雙緩沖方式下，DAC0832應該為單片機提供兩個I/O端口。AT89S51單片機和DAC0832在雙緩沖方式下的連接如圖11-7所示。,30

25、,31,31,圖11-7 單片機和兩片DAC0832的雙緩沖方式接口電路,32,由圖11-7可見，1#DAC0832因 和譯碼器FDH相連而占有FDH和FFH兩個I/O端口地址（由譯碼器的連接邏輯來決定），而2#DAC0832的兩個端口地址為FEH和FFH。其中，FDH和FEH分別為1#和2#DAC0832的數字量輸入控制端口地址，而FFH為動D/A轉換的端口地址。其余連接如圖11-7所示。若把圖11-7中DAC輸出

26、的模擬電壓Vx和Vy來控制X-Y繪圖儀，則應把Vx和Vy分別加到X-Y繪圖儀的X通道和Y通道，而X-Y繪圖儀由X、Y兩個方向的步進電機驅動，其中一個電機控制繪筆沿X方向運動；另一個電機控制繪筆沿Y方向運動。,32,33,因此對X-Y繪圖儀的控制有一基本要求：就是兩路模擬信號要同步輸出，使繪制的曲線光滑。如果不同步輸出，例如先輸出X通道的模擬電壓，再輸出Y通道的模擬電壓，則繪圖筆先向X方向移動，再向Y方向移動，此時繪制的曲線就是階梯狀的。

27、通過本例，也就不難理解DAC設置雙緩沖方式的目的所在。,33,34,【例11-2】設AT89S51內部RAM中有兩個長度為20的數據塊，其起始地址為分別為addr1和addr2，根據圖11-7，編寫能把addr1和addrr2中數據從1#和2#DAC0832同步輸出的程序。程序中addr1和addr2中的數據，即為繪圖儀所繪制曲線的x、y坐標點。由圖11-7可知，DAC0832各端口地址為：FDH：1#DAC0832數字量輸入控制

28、端口FEH：2#DAC0832數字量輸入控制端口FFH：1#和2#DAC0832啟動D/A轉換端口,34,35,首先使工作寄存器0區(qū)的R1指向addr1；1區(qū)的R1指向addr2；0區(qū)工作寄存器的R2存放數據塊長度；0區(qū)和1區(qū)工作寄存器區(qū)的R0指向DAC端口地址。程序如下： ORG2000Haddr1DATA 20H；定義存儲單元addr2 DATA 40H；定義存儲單元DTOUT：MOV

29、R1，#addr1；0區(qū)R1指向addr1MOVR2，#20；數據塊長度送0區(qū)R2SETBRS0 ；切換到工作寄存器1區(qū)MOVR1，#addr2；1區(qū)R1指向addr2CLRRS0；返回工作寄存器0區(qū)NEXT：MOVR0，#0FDH ；0區(qū)R0指向1#DAC數字量控制端口MOVA，@R1；addr1中數據送A,35,36,MOVX @R

30、0，A；addr1中數據送1#DACINCR1；修改addr1指針0區(qū)R1SETBRS0；轉入1區(qū)MOVR0，#0FEH；1區(qū)R0指向2#DAC0832數字量控制端口MOVA，@R1；addr2中數據送AMOVX @R0，A；addr2中數據送2#DAC0832INCR1；修改addr2指針1區(qū)R1INCR0；1區(qū)R0指向DAC的啟動D/A轉換端口MOVX

31、 @R0，A；啟動DAC進行轉換CLRRS0；返回0區(qū)DJNZR2，NEXT；若未完， 則跳轉NEXTLJMPDTOUT；若送完， 則循環(huán),36,37,3．DAC0832的雙極性的電壓輸出有些場合則要求DAC0832雙極性模擬電壓輸出，下面介紹如何實現。在雙極性電壓輸出的場合下，可以按照圖11-8所示接線。圖中，DAC0832的數字量由單片機送來，A1和A2均為運算放大器，vo通過2R電阻反

32、饋到運算放大器A2輸入端，G點為虛擬地，其他電路如圖11-8所示。由基爾霍夫定律列出的方程組可解得,37,,38,由上式知，當單片機輸出給DAC0832的數字量B≥128時，即數字量最高位b7為1 ，輸出的模擬電壓vo為正；當單片機輸出給DAC0832的數字量B<128時，即數字量最高位為0，則vo的輸出電壓為負。 圖11-8 雙極性DAC的接法,38,39,11.1.3 AT89S51與12位

33、D/A轉換器AD667的接口設計8位分辨率不夠時，可以采用高于8位分辨率的DAC，例如，10位、12位、14位、16位（例如AD669）的DAC。AD667是一種分辨率為12位的并行輸入、電壓輸出型D/A轉換器，建立時間≤3?s。輸入方式為雙緩沖輸入；輸出方式為電壓輸出，通過硬件編程可輸出+5V、+10V、?2.5V、?5V和?10V；內含高穩(wěn)定的基準電壓源，可方便地與4位、8位或16位微處理器接口；雙電源工作電壓為?12V～?15

34、V。,39,40,1．引腳介紹AD667為28腳雙列直插式封裝，圖11-9所示為雙列直插式封裝引腳圖，表11-1為其引腳說明。 圖11-9 AD667引腳圖,40,41,41,42,（1）內部功能結構圖11-10所示為AD667內部功能結構框圖。,42,圖11-10 AD667內部功能結構框圖,43,（2）應用特性① 模擬電壓輸出范圍的配置AD667通過片外引腳的不同電路連接，可獲

35、得不同的輸出電壓量程范圍。單極性工作時，可以獲得0～5V和0～10V的電壓。雙極性工作時，可獲得?2.5V、?5.5V和?10V的電壓。具體量程配置可由引腳1、2、3、9的不同連接實現，見表11-2。由于AD667內置的量程電阻與其他元器件具有熱跟蹤性能，所以AD667的增益和偏置漂移非常小。,43,44,44,45,② 單極性電壓輸出圖11-11為0～10V單極性電壓輸出電路原理圖。,45,圖11-11 0～10V單極性電壓

36、輸出的電路原理圖,46,在電路運行之前，為保證轉換精度，首先要進行電路調零和增益調節(jié)。 電路調零 數字輸入量全為“0”時，調節(jié)50k?電位器RP1，使其模擬電壓輸出端（VOUT）電壓為0.000V。在大多數情況下，并不需要調零，只要把腳4與腳5相連（接地）即可。增益調節(jié) 數字輸入量全為“1”時，調節(jié)100?電位器RP2 ，使其模擬電壓輸出為9.9976V，即滿量程的10.000V減去1LSB（約為2.44mV）所對應的模擬輸出量

37、。,46,47,③ 雙極性電壓輸出圖11-12為-5V～+5V雙極性電壓輸出的電路。在電路運行之前，為保證轉換精度，首先要進行偏置調節(jié)和增益調節(jié)。 偏置調節(jié) 數字輸入量全為“0”時，調節(jié)100?的電位器RP1 ，使其模擬電壓輸出端電壓為?5.000V。 增益調節(jié) 數字輸入量全為“1” ，調節(jié)電位器RP2 ，使其模擬輸出電壓值為4.9976V，即正滿量程電壓輸出5.000V減去1LSB（約為2.44mV）所對應的模擬輸出量。,

38、47,48,,48,圖11-12 ±5V雙極性電壓輸出電路原理圖,49,④ 內部/外部基準電壓源的使用AD667有內置低噪聲基準電源，其絕對精度和溫度系數都是通過激光修正，具有長期穩(wěn)定性。片內基準電源可提供片內D/A轉換器所需的基準電流，還可通過緩沖電路驅動外部電路，一般可向外部負載提供0.1mA的驅動電流。⑤ 接地與動態(tài)電容的接法AD667把模擬地AGND與電源地PGND分開，可以減少器件的低頻噪聲和增強高速性能

39、。把地回路分開的目的是為了盡量減少低電平信號路徑中的電流。,49,50,AGND是輸出放大器中的地端，應與系統(tǒng)中的模擬輸出電壓基準地直接相連，任何由輸出放大器驅動的負載都應該接在模擬地引腳上。電源地PGND可以與模擬電源的接地點就近連接。最后AGND與PGND在一點上進行連接，一般連接到電源地PGND上。另外，AD667的電源引腳到模擬地引腳間應加上適當的去耦電容。在輸出放大器反饋電阻兩端加一個20pF的小電容，可以明顯改善

40、輸出放大器的動態(tài)性能。,50,51,⑥ 數字輸入控制與數據代碼AD667的總線接口邏輯由4個獨立的可尋址鎖存器組成，其中有3個4位的輸入數據鎖存器（第一級鎖存器）和1個12位的DAC鎖存器（第二級鎖存器）。利用3個4位鎖存器可以直接從4位、8位或16位微處理器總線分次或一次加載12位數字量；一旦數字量被裝入12位的輸入數據鎖存器，就可以把12位數據傳入第二級的DAC鎖存器，這種雙緩沖結構可以避免產生錯誤的模擬輸出。4個鎖存器由4

41、個地址輸入A0～A3和 控制，所有的控制都是低電平有效，對應關系見表11-3。,51,52,52,53,所有鎖存器都是電平觸發(fā)，也就是說，當對應的控制信號都有效時，鎖存器輸出跟蹤輸入數據；當任何一個控制信號無效時，數據就被鎖存。它允許一個以上的鎖存器被同時鎖存。建議任何未使用的數據和控制引腳最好與電源地相連，以改善抗噪聲干擾特性。AD667使用正邏輯的二進制輸入編碼，大于2.0V的輸入電壓表示邏輯“1”，而小于0.8V的

42、輸入電壓表示邏輯“0”。,53,54,單極性輸出時，輸入編碼采用直接二進制編碼，全“0”數據輸入000H產生零模擬輸出；全“1”數據輸入FFFH產生比滿量程少1LSB的模擬輸出。雙極性輸出時，輸入編碼采用偏移二進制編碼，數據輸入為000H時，產生負的滿量程輸出；數據輸入為FFFH時，產生比滿量程少1LSB的模擬輸出；數據輸入為800H時，模擬輸出為0。其中1LSB為最低位對應的模擬電壓。雙極性輸出時輸入與輸出關系如圖11-13所示，

43、輸入數字量N與輸出模擬電壓VOUT的關系為:,54,,55,式中，VR為輸出電壓量程。,55,圖11-13 雙極性輸出與輸入關系,56,⑦ 與單片機接口的數據格式AD667與單片機接口的數據格式為左對齊或右對齊的數據格式。左對齊數據格式為：右對齊數據格式為：,56,57,2．AD667與AT89S51單片機的接口圖11-14所示為AT89S51單片機與AD667的接口電路。,57,圖11-14 AD667與AT89

44、S51單片機的接口電路,58,單片機把AD667所占的3個端口地址視為外部數據存儲器的3個單元，對其進行選通，完成對AD667數據傳送鎖存及轉換的功能。假定低8位數據存20H單元，高4位數據存21H的低4位，D/A轉換的程序如下：MOVA，20HMOVDPTR，#7FFEHMOVX@DPTR，A；低8位進第一級鎖存器MOVA，21HMOVDPTR，#7FFDHMOVX@DPTR，A；高

45、4位進第一級鎖存器MOVDPTR，#7FFBHMOVX@DPTR，A ；啟動第二級鎖存器RET,58,59,11.1.4 AT89S51與串行輸入的12位D/A轉換器AD7543的接口設計1. AD7543簡介美國AD公司為異步串行口設計的12位價廉D/A轉換器。直接與AT89S51的串行口相連，結構如圖11-15所示。AD7543片內由12位串行輸入并行輸出移位寄存器（寄存器A）和12位DAC

46、輸入寄存器（寄存器B）組成。在選通信號的前沿或后沿（可選擇）定時把SRI引腳上的串行數據裝入寄存器A，一旦寄存器A裝滿，在加載脈沖的控制下，寄存器A的數據便裝入寄存器B中。,60,60,圖11-15 AD7543的片內結構,61,AD7543的引腳如圖11-16所示，功能如下：OUT1：AD7543的電流輸出引腳1。OUT2：AD7543的電流輸出引腳2。AGND：模擬地。STB1：寄存器A的選通控制信號。 ：寄

47、存器B加載1輸入。當 和 為低電平時，寄存器A的內容送到寄存器B。SRI：單片機輸入到寄存器A的串行數據輸入引腳。 ：寄存器B加載2輸入。,61,,,62,：寄存器A選通3輸入。STB4：寄存器A選通4輸入。DGND：數字地。 ：寄存器B清除輸入，用于異步地將寄存器B復位至 000H。VDD：+5V電源。VREF：基準電壓輸入。Rfb：DAC反

48、饋輸入引腳。,62,,,63,63,圖11-16 AD7543的引腳,64,2. AD7543與AT89S51的接口接口電路如圖11-17所示,圖中只給出與D/A轉換有關的電路。,64,圖11-17 AD7543與AT89S51的接口電路,65,圖11-17中的單片機串行口直接與AD7543相連，串行口選用方式0，其TXD端移位脈沖的負跳變將RXD輸出的串行位數據移入AD7543，利用地址譯碼器的輸出信號產生 ，從而將AD754

49、3移位寄存器A中的內容移入到寄存器B中，并啟動D/A轉換。由于AD7543的12位數據是高至低逐位串行輸入的，而AT89S51的串行口方式0是低至高逐位串行輸出的，因,65,66,此在數據傳輸到AD7543之前必須重新裝配。下面是單片機的驅動程序，假設AD7543的端口地址為“addrH”，數據緩沖器單元地址為dbufh(高4位)和dbufl(低8位)。OUTDA：MOV A，#dbufh；取高4位數據ACALL A

50、SMB；調用裝配子程序MOVSBUF，A；串行口輸出MOV A，#dbufl；取低8位數據,66,67,ACALLASMB；調用裝配子程序MOVSBUF，A；串行口輸出MOVDPTR，#addrH；AD7543端口地址送數據指針MOVX@DPTR，A ；將AD7543寄存器A送寄存器BRETASMB：MOVR6，#00H；裝配子程序MOVR7，#

51、08HCLRC,67,68,AL0：RLCAXCHA，R6RRCAXCHA，R6DJNZR7，AL0XCHA，R6RET,68,69,11.2 AT89S51單片機與ADC的接口11.2.1 A/D轉換器簡介A/D轉換器把模擬量轉換成數字量，以便于單片機進行數據處理。隨著超大規(guī)模集成電路技術的飛速發(fā)展，A/D轉換器的新設計思想和制造技術層出不窮。為滿足各種不同的檢測

52、及控制任務的需要，大量結構不同、性能各異的A/D轉換芯片應運而生。,69,70,1．A/D轉換器概述目前單片的ADC芯片較多，對設計者來說，只需合理的選擇芯片即可。現在部分的單片機片內集成了A/D轉換器，在片內A/D轉換器不能滿足需要，還是需外擴。另外作為擴展A/D轉換器的基本方法，讀者還是應當掌握。盡管A/D轉換器的種類很多，但目前廣泛應用在單片機應用系統(tǒng)中的主要有逐次比較型轉換器和雙積分型轉換器，此外?-Δ式轉換器逐漸得到重

53、視和較為廣泛的應用。逐次比較型A/D轉換器，在精度、速度和價格上都適中，是最常用的A/D轉換器。,70,71,雙積分型A/D轉換器，具有精度高、抗干擾性好、價格低廉等優(yōu)點，與逐次比較型A/D轉換器相比，轉換速度較慢，近年來在單片機應用領域中也得到廣泛應用。 ? -?式ADC具有積分式與逐次比較型ADC的雙重優(yōu)點。它對工業(yè)現場的串模干擾具有較強的抑制能力，不亞于雙積分ADC，它比雙積分ADC有較高的轉換速度，與逐次比較型

54、ADC相比，有較高的信噪比，分辨率高，線性度好，不需要采樣保持電路。由于上述優(yōu)點，???式ADC得到了重視，已有多種???式A/D芯片可供用戶選用。,71,72,A/D轉換器按照輸出數字量的有效位數分為4位、8位、10位、12位、14位、16位并行輸出以及BCD碼輸出的 3位半、4位半、5位半等多種。目前，除并行輸出A/D轉換器外，隨著單片機串行擴展方式的日益增多，帶有同步SPI串行接口的A/D轉換器的使用也逐漸增多。串行輸出的A/

55、D轉換器具有占用端口線少、使用方便、接口簡單等優(yōu)點，因此，讀者要給予足夠重視。較為典型的串行A/D轉換器為美國TI公司的TLC549（8位）、TLC1549（10位）以及TLC1543（10位）和TLC2543（12位）。,72,73,單片機與串行A/D轉換器接口設計，涉及同步串行口SPI的內容，本章不做介紹，感興趣的讀者，請見第12章。本章僅介紹單片機與各種并行輸出A/D轉換器的接口設計。A/D轉換器按照轉換速度可大致分為超高速（

56、轉換時間≤1ns）、高速（轉換時間≤1?s）、中速（轉換時間≤1ms）、低速（轉換時間≤1s）等幾種不同轉換速度的芯片。為適應系統(tǒng)集成的需要，有些轉換器還將多路轉換開關、時鐘電路、基準電壓源、二–十進制譯碼器和轉換電路集成在一個芯片內，為用戶提供很多方便。,73,74,2．A/D轉換器的主要技術指標（1）轉換時間和轉換速率A/D完成一次轉換所需要的時間。轉換時間的倒數為轉換速率。（2）分辨率在A/D轉換器中，分辨率是衡量A/

57、D轉換器能夠分辨出輸入模擬量最小變化程度的技術指標。分辨率取決于A/D轉換器的位數，所以習慣上用輸出的二進制位數或BCD碼位數表示。例如，A/D轉換器AD1674的滿量程輸入電壓為5V，可輸出12位二進制數，即用212個數進行量化，,74,75,其分辨率為1LSB，也即5V/212=1.22mV，其分辨率為12位，或A/D轉換器能分辨出輸入電壓1.22mV的變化。又如，雙積分型輸出BCD 碼的A/D轉換器MC14433，其滿量程輸入

58、電壓為2V，其輸出最大的十進制數為1999，分辨率為三位半（BCD 碼），如果換算成二進制位數表示，其分辨率約為11位，因為1999最接近于211=2048。量化過程引起的誤差稱為量化誤差。是由于有限位數字量對模擬量進行量化而引起的誤差。理論上規(guī)定為一個單位分辨率的-1/2 - +1/2LSB ，提高A/D位數既可以提高分辨率，又能夠減少量化誤差。,75,76,（3）轉換精度A/D轉換器的轉換精度定義為一個實際A/D轉換器與一個

59、理想A/D轉換器在量化值上的差值，可用絕對誤差或相對誤差表示。11.2.2 AT89S51與逐次比較型8位A/D轉換器ADC0809的接口1．ADC0809引腳及功能逐次比較型8路模擬輸入、8位數字量輸出的A/D轉換器，其引腳如圖11-18所示。,76,77,77,圖11-18 ADC0809的引腳圖,78,共28引腳，雙列直插式封裝。引腳功能如下： IN0～IN7：8路模擬信號輸入端。 D0～D7：轉換完畢的8

60、位數字量輸出端。 A、B、C與ALE：控制8路模擬輸入通道的切換。A、B、C分別與單片機的三條地址線相連，三位編碼對應8個通道地址端口。C、B、A = 000～111分別對應IN0～IN7通道的地址。各路模擬輸入之間切換由軟件改變C、B、A引腳的編碼來實現。,78,79,OE、START、CLK：OE為輸出允許端，START為啟動信號輸入端，CLK為時鐘信號輸入端。VR（+）、VR（?）：基準電壓輸入端。2．A

61、DC0809結構及轉換原理結構如圖11-19所示。采用逐次比較法完成A/D轉換，單一的+5V電源供電。片內帶有鎖存功能的8選1模擬開關，由C、B、A的編碼來決定所選的通道。完成一次轉換需100?s左右（轉換時間與CLK腳的時鐘頻率有關），具有輸出TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到單片機數據總線上。通過適當的外接電路，ADC0809可對0～5V的模擬信號進行轉換。,79,80,80,圖11-19 ADC0809結構框圖,81,3．AT

62、89S51單片機與ADC0809的接口先了解單片機如何控制ADC開始轉換，如何得知轉換結束以及如何讀入轉換結果的問題。控制ADC0809過程如下：先用指令選擇ADC0809的一個模擬輸入通道，當執(zhí)行“MOVX @DPTR，A”時，單片機的 信號有效，從而產生一個啟動脈沖。信號給ADC0809的START腳，開始對選中通道轉換。當轉換結束后，ADC0809發(fā)出轉換結束EOC（高電平）信號，該信號可供單片機查詢，也

63、可反相后作為向單片機發(fā)出的中斷請求信號。,81,82,當執(zhí)行指令“MOVX A，@DPTR”時，單片機發(fā)出讀控制 信號，通過邏輯電路控制OE端為高電平，把轉換完畢的數字量讀入到單片機的累加器A中。單片機讀取ADC的轉換結果時，可采用查詢和中斷控制兩種方式。查詢方式是在單片機把啟動信號送到ADC之后，執(zhí)行其他程序，同時對ADC0809的EOC腳不斷進行檢測，以查詢ADC變換是否已經結束，如查詢到變換已經結束，則讀入

64、轉換完畢的數據。,82,83,中斷控制方式是在啟動信號送到ADC之后，單片機執(zhí)行其他程序。ADC0809轉換結束并向單片機發(fā)出中斷請求信號時，單片機響應此中斷請求，進入中斷服務程序，讀入轉換完畢的數據。中斷控制方式效率高，所以特別適合于轉換時間較長的ADC。（1）查詢方式ADC0809與AT89S51的查詢式接口如圖11-20所示。,83,84,84,圖11-20 ADC0809與AT89S51查詢式接口,85,圖11-

65、20所示的基準電壓是提供給A/D轉換器在轉換時所需要的基準電壓，這是保證轉換精度的基本條件?；鶞孰妷阂獑为氂酶呔确€(wěn)壓電源供給，其電壓的變化要小于1LSB。否則當被變換的輸入電壓不變，而基準電壓的變化大于1LSB，也會引起A/D轉換器輸出的數字量變化。由于ADC0809片內無時鐘，可利用單片機提供的地址鎖存允許信號ALE經D觸發(fā)器二分頻后獲得，ALE引腳的頻率是AT89S51單片機時鐘頻率的1/6（但要注意，每當訪問外部數據存儲器時

66、，將少一個ALE脈沖）。如果單片機時鐘頻率采用6MHz，則ALE引腳的輸出頻率為1MHz，,85,86,再二分頻后為500kHz，符合ADC0809對時鐘頻率的要求。當然，也可采用獨立的時鐘源輸出，直接加到ADC的CLK腳。由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，其8位數據輸出引腳D0～D7可直接與單片機的P0口相連。地址譯碼引腳C、B、A分別與地址總線的低三位A2、A1、A0相連，以選通IN0～IN7中的一個通道。,86,87,在啟

67、動A/D轉換時，由單片機的寫信號 和P2.7控制ADC的地址鎖存和轉換啟動，由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時，啟動并進行轉換。在讀取轉換結果時，用低電平的讀信號 和P2.7引腳經一級“或非門”后產生的正脈沖作為OE信號，用來打開三態(tài)輸出鎖存器。下面的程序是采用軟件延時的方式，分別對8路模擬信號輪流采樣一次，并依次把結果轉儲到數據存儲區(qū)的轉換程序。,87,88,MAIN：MOV

68、R1，#data；置數據區(qū)首地址MOVDPTR，#7FF8H；端口地址送DPTR， ；P2.7=0， 且指向通道IN0MOVR7，#08H；置通道個數LOOP：MOVX @DPTR，A；啟動A/D轉換MOVR6，#0AH；軟件延時， 等待轉換結束DELAY：NOPNOPNOPDJNZR6，DELAYMOVX A，@DPTR；讀取轉換結果,88,89

69、,MOV@R1，A；存儲轉換結果INCDPTR；指向下一個通道INCR1；修改數據區(qū)指針DJNZR7，LOOP；8個通道全采樣完；否？未完則繼續(xù)…………,89,90,（2）中斷方式ADC0809與AT89S51單片機的中斷方式接口電路只需要將圖11-20所示的EOC引腳經過一“反門”連接到AT89S51單片機的外中斷輸入引腳 即可。采用中斷方式可大大節(jié)省單片機的時間