单片机第11章ppt课件

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1、第第1111章章 89C51 89C51单片机与单片机与D/AD/A转换器、转换器、A/DA/D转换器的接口转换器的接口第11章 89C51单片机与D/A转换器、1 非电物理量非电物理量（温度、压力、流量、速度等），须经（温度、压力、流量、速度等），须经传感器传感器转换成模拟电信号（电压或电流），必须转换成数字量，才能转换成模拟电信号（电压或电流），必须转换成数字量，才能在单片机中处理。在单片机中处理。A/D A/D转换器转换器（ADCADC）：模拟量模拟量数字量的器件。数字量的器件。D/A D/A转换器转换器（DACDAC）：数字量数字量模拟量的器件模拟量的器件。数字量，也常常需要转换为模拟

2、信号。数字量，也常常需要转换为模拟信号。只需只需合理选用商品化合理选用商品化的大规模的大规模ADCADC、DACDAC芯片，芯片，了解引脚及了解引脚及功能以及与单片机的接口设计。功能以及与单片机的接口设计。11.1 11.1 89C5189C51与与DACDAC的接口的接口11.1.1 D/A11.1.1 D/A转换器概述转换器概述 非电物理量（温度、压力、流量、速度等），须经传感器转21.1.概述概述 输入：输入：数字量，数字量，输出：输出：模拟量。模拟量。转换过程：转换过程：送到送到DACDAC的各位二进制数按其权的大小转换为相的各位二进制数按其权的大小转换为相应的模拟分量，再把各模拟分量

3、叠加，其和就是应的模拟分量，再把各模拟分量叠加，其和就是D/AD/A转换的结果。转换的结果。使用使用D/AD/A转换器时，要注意区分转换器时，要注意区分:*D/A*D/A转换器的转换器的输出形式输出形式;*内部内部是否带有锁存器是否带有锁存器。(1)(1)电压与电流电压与电流输出形式输出形式 两种输出形式两种输出形式:电压输出电压输出形式与形式与电流输出电流输出形式。电流输出的形式。电流输出的D/AD/A转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个I-VI-V转换转换电路。电路。1.概述 输入：数字量，输出：模拟量。使用D3（2 2）D/AD/A转换

4、器内部是否带有锁存器转换器内部是否带有锁存器 D/A D/A转换需要一定时间，这段时间内转换需要一定时间，这段时间内输入端的数字量应稳定，输入端的数字量应稳定，为此应在数字量输入端之前设置锁存器，以提供数据锁存功能。为此应在数字量输入端之前设置锁存器，以提供数据锁存功能。根据芯片内是否带有锁存器，可分为根据芯片内是否带有锁存器，可分为内部无锁存器的内部无锁存器的和和内部有内部有锁存器锁存器的两类。的两类。*内部无锁存器的内部无锁存器的D/AD/A转换器转换器 可与可与P1P1、P2P2口口直接相接（因直接相接（因P1P1口和口和P2P2口的输出有锁存功能）。口的输出有锁存功能）。但与但与P0P

5、0口口相接，需增加锁存器。相接，需增加锁存器。*内部带有锁存器的内部带有锁存器的D/AD/A转换器转换器 内部不但有锁存器，还包括地址译码电路，有的还有双重或内部不但有锁存器，还包括地址译码电路，有的还有双重或多重的数据缓冲电路，可与多重的数据缓冲电路，可与89C5189C51的的P0P0口直接相接。口直接相接。（2）D/A转换器内部是否带有锁存器 D/A转换需要一定42.2.主要技术指标主要技术指标(1)(1)分辨率分辨率 输入给输入给DACDAC的的单位数字量变化单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通引起的模拟量输出的变化，通常常定义为输出满刻度值与定义为输出满刻度值与2 2n n之比。

6、显然，二进制位数越多，分之比。显然，二进制位数越多，分辨率越高。辨率越高。例如，例如，若若满量程为满量程为1010V V，根据定义则根据定义则分辨率为分辨率为1010V/2V/2n n。设设8 8位位D/AD/A转换，即转换，即n=8n=8，分辨率为分辨率为1010V/2V/2n n=39.1mV=39.1mV，该值占满量程该值占满量程的的0.391%0.391%，用，用1 1LSBLSB表示。表示。同理：同理：1010位位 D/AD/A：1 1 LSB=9.77mV=0.1%LSB=9.77mV=0.1%满量程满量程1212位位 D/AD/A：1 1 LSB=2.44mV=0.024%LSB

7、=2.44mV=0.024%满量程满量程根据对根据对DACDAC分辨率的需要分辨率的需要,来选定来选定DACDAC的位数。的位数。2.主要技术指标(1)分辨率 输入给DAC的单位数字量变5(2)(2)建立时间建立时间 描述描述DACDAC转换快慢的参数转换快慢的参数,表明转换速度。表明转换速度。定义：定义：为从输入数字量到输出达到终值误差为从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)(1/2)LSB(LSB(最低有最低有效位效位)时所需的时间。时所需的时间。电流输出时间较短电流输出时间较短，电压输出电压输出再加上再加上I-VI-V转换时间，因此建立时间要长一些。快速转换时间，因此建立时间要长一些。

8、快速DACDAC可达可达1 1 s s以下。以下。(3(3）精度）精度 理想情况，精度与分辨率基本一致，理想情况，精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。位数越多精度越高。但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存在着误差但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存在着误差,精精度与分辨率并不完全一致。度与分辨率并不完全一致。位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器精度位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器精度会有所不同。会有所不同。例如例如，某型号的，某型号的8 8位位DACDAC精度为精度为0.19%0.19%，另一型号的，另一型号的8 8位位DACDAC精度为精度为0.05%

9、0.05%。(2)建立时间 描述DAC转换快慢的参数,表明转换速度。611.1.2 11.1.2 89C5189C51与与8 8位位DAC0832DAC0832的接口的接口1.1.DAC0832DAC0832芯片介绍芯片介绍(1)(1)DAC0832DAC0832的特性的特性 美国国家半导体公司产品，具有美国国家半导体公司产品，具有两个输入数据寄存器两个输入数据寄存器的的8 8位位DAC,DAC,能直接与能直接与89C5189C51单片机相连。主要特性如下：单片机相连。主要特性如下：*分辨率为分辨率为8 8位位；*电流输出，电流输出，稳定时间为稳定时间为1 1 s s；*可双缓冲输入、单缓冲输

10、入或直接数字输入；可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入；*单一电源供电（单一电源供电（+5+5+15+15V V）；）；11.1.2 89C51与8位DAC0832的接口1.D7（2 2）DAC0832DAC0832的引脚及逻辑结构的引脚及逻辑结构引脚：引脚：图图11-111-1（2）DAC0832的引脚及逻辑结构引脚：图11-18DAC0832DAC0832的的逻辑结构逻辑结构：图图11-211-2DAC0832的逻辑结构：图11-29引脚功能：引脚功能：DI0DI0DI7DI7：8 8位数字信号输入端位数字信号输入端CSCS*：片选端。片选端。ILEILE：数据锁存允许控制端，高电平有效

11、。数据锁存允许控制端，高电平有效。WR1WR1*：输入寄存器写选通控制端。当输入寄存器写选通控制端。当CSCS*=0=0、ILE=1ILE=1、WR1 WR1*=0=0时，数据信号被锁存时，数据信号被锁存在在输入寄存器中。输入寄存器中。XFERXFER*：数据传送控制。数据传送控制。WR2WR2*：DACDAC寄存器写选通控制端。当寄存器写选通控制端。当XFERXFER*=0=0，WR2WR2*=0=0 时，输入寄存器状态传入时，输入寄存器状态传入DACDAC寄存器中。寄存器中。I IOUT1OUT1：电流输出电流输出1 1端，输入数字量全端，输入数字量全“1”“1”时，时，IOUT1IOUT

12、1最大，最大，输入输入数字量全为数字量全为“0”“0”时，时，IOUT1IOUT1最小。最小。引脚功能：DI0DI7：8位数字信号输入端CS*：片选端10I IOUT2OUT2：D/AD/A转换器电流输出转换器电流输出2 2端，端，IOUT2+IOUT1=IOUT2+IOUT1=常数。常数。RfbRfb：外部反馈信号输入端，外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻内部已有反馈电阻R Rfbfb，根据需要根据需要也可外接反馈电阻。也可外接反馈电阻。VccVcc：电源输入端，可在电源输入端，可在+5+5V V+15V+15V范围内。范围内。DGNDDGND：数字信号地。数字信号地。AGNDAGND：模

13、拟信号地。模拟信号地。“8“8位输入寄存器位输入寄存器”用于存放用于存放CPUCPU送来的数字量，使输入数字量送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由得到缓冲和锁存，由LE1LE1*控制；控制；“8“8位位DACDAC寄存器寄存器”存放待转换的数字量，由存放待转换的数字量，由LE2LE2*控制；控制；“8“8位位D/AD/A转换电路转换电路”由由T T型电阻网络和电子开关组成，型电阻网络和电子开关组成，T T型电阻型电阻网络输出和数字量成正比的模拟电流。网络输出和数字量成正比的模拟电流。IOUT2：D/A转换器电流输出2端，IOUT2+IOUT1112.2.DACDAC的的单、双极性的电压

14、输出的的单、双极性的电压输出 接口电路与接口电路与DACDAC的具体应用有关。的具体应用有关。(1)(1)DACDAC用作单极性电压输出用作单极性电压输出 单极性模拟电压输出，可采用单极性模拟电压输出，可采用图图11-11-4 4或或图图11-11-8 8所示接线。所示接线。输输出电压出电压V Voutout与与输入数字量输入数字量B B的关系的关系:V Voutout =（B/256B/256）*V*VRFERFE 式中，式中，B=b72B=b727 7+b62+b626 6+b12+b121 1+b02+b020 0；B B为为0 0时，时，V Voutout也为也为0 0，输入数字量为，

15、输入数字量为255255时，时，V Voutout为最大值为最大值,单单极性。极性。（2 2）DACDAC用作双极性电压输出用作双极性电压输出 2.DAC的的单、双极性的电压输出 接口电路与DAC的具体12 双极性电压输出，采用双极性电压输出，采用图图11-311-3接线：接线：V Voutout=（B B128128）*（V VREFREF/128/128）由上式，在由上式，在选选用用+V VREFREF时，（时，（1 1）若输入数字量）若输入数字量b7b71 1，则则V Voutout为为正；（正；（2 2）若输入数字量）若输入数字量b7b70 0，则则V Voutout为负。为负。在选用

16、在选用-V VREFREF时，时，V Voutout与与+V VREFREF时极性相反。时极性相反。图图11-311-3 双极性电压输出，采用图11-3接线：Vout=（B12133.3.89C5189C51与与DAC0832DAC0832的接口电路的接口电路(1)(1)单缓冲方式单缓冲方式 DAC0832DAC0832的两个数据缓冲器有的两个数据缓冲器有一个处于直通方式一个处于直通方式，另一个处于另一个处于受控的锁存方式。受控的锁存方式。在不在不要求多路输出同步要求多路输出同步的情况下，可采用单缓冲方式。的情况下，可采用单缓冲方式。单缓冲方式的接口如单缓冲方式的接口如图图11-11-4 4:

17、3.89C51与DAC0832的接口电路(1)单缓冲方式 14 图图11-411-4图11-415单片机第11章ppt课件16图图11-411-4中，中，WR2WR2*和和XFERXFER*接地，故接地，故DAC0832DAC0832的的“8“8位位DACDAC寄存器寄存器”（见图（见图11-211-2）处于处于直通方式直通方式。“8“8位输入寄存器位输入寄存器”受受CSCS*和和WR1WR1*端控制端控制，且由译码器输出端，且由译码器输出端FEHFEH送来（也可由送来（也可由P2P2口的某一根口的某一根口线来控制）。因此，口线来控制）。因此，8 89C519C51执行如下两条指令就可在执行如

18、下两条指令就可在WR1WR1*和和CSCS*上产生低电平信号，使上产生低电平信号，使08320832接收接收8 89C519C51送来的数字量。送来的数字量。MOVMOVR0R0，#0FEH#0FEH ；DACDAC地址地址FEHR0 FEHR0 MOVX R0MOVX R0，A A ；WRWR*和译码器和译码器FEHFEH输出端有效输出端有效现说明现说明DAC0832DAC0832单缓冲方式的应用。单缓冲方式的应用。例例11-111-1 DAC0832DAC0832用作波形发生器。试根据用作波形发生器。试根据图图11-411-4，分别写出产，分别写出产生生锯齿波、三角波锯齿波、三角波和和矩形

19、波矩形波的程序。的程序。图11-4中，WR2*和XFER*接地，故DAC0832的“17 锯齿波的产生锯齿波的产生 ORG 2000HORG 2000HSTART:MOV R0START:MOV R0，#0FEH#0FEH；DACDAC地址地址FEH R0FEH R0MOV AMOV A，#00H#00H；数字量数字量A ALOOP:MOVX R0LOOP:MOVX R0，A A；数字量数字量D/AD/A转换器转换器INC A INC A；数字量逐次加数字量逐次加1 1SJMP SJMP LOOPLOOP图图11-511-5 锯齿波的产生 ORG 2000HSTART:MOV18 输入数字量从

20、输入数字量从0 0开始，逐次加开始，逐次加1 1，为为FFHFFH时，加时，加1 1则清则清0 0，模拟，模拟输出又为输出又为0 0，然后又循环，输出锯齿波，如，然后又循环，输出锯齿波，如图图11-11-5 5。每一上升斜边分每一上升斜边分256256个小台阶，每个小台阶暂留时间为执行个小台阶，每个小台阶暂留时间为执行后三条指令所需要的时间后三条指令所需要的时间。三角波的产生三角波的产生ORG 2000HORG 2000HSTART:MOV R0START:MOV R0，#0FEH#0FEHMOV AMOV A，#00H#00HUP:MOVXUP:MOVXR0R0，A A ；三角波上升边三角波

21、上升边INC AINC AJNZ UPJNZ UPDOWN:DOWN:DEC A DEC A；A=0A=0时再减时再减1 1又为又为FFHFFHMOVX R0MOVX R0，A AJNZ DOWNJNZ DOWN ；三角波下降边三角波下降边SJMP UPSJMP UP 输入数字量从0开始，逐次加1，为FFH时，加1则清0，19 矩形波的产生矩形波的产生ORG 2000HORG 2000HSTART:START:MOV R0MOV R0，#0FEH#0FEHLOOP:LOOP:MOV AMOV A，#data1#data1MOVX R0MOVX R0，A A；置矩形波上限电平置矩形波上限电平LC

22、ALL DELAY1LCALL DELAY1；调用高电平延时程序调用高电平延时程序MOV AMOV A，#data2#data2图图11-611-6 矩形波的产生ORG 2000HSTART:MOV 20MOVX R0MOVX R0，A A；置矩形波下限电平置矩形波下限电平LCALL DELAY2LCALL DELAY2；调用低电平延时程序调用低电平延时程序SJMP LOOPSJMP LOOP；重复进行下一个周期重复进行下一个周期 DELAY1 DELAY1、DELAY2DELAY2为两个延时程序，决定矩形波高、低电平为两个延时程序，决定矩形波高、低电平时的持续时的持续时间时间。频率也可采用延

23、时长短来改变。频率也可采用延时长短来改变。图图11-711-7MOVX R0，A；置矩形波下限电平LCALL D21（2 2）双缓冲方式）双缓冲方式 多路多路同步输出，必须采用双缓冲同步方式同步输出，必须采用双缓冲同步方式。接口电路如。接口电路如图图11-11-8 8：1 1#DAC0832DAC0832因和译码器因和译码器FDHFDH相连，占有两个相连，占有两个端口地址端口地址FDHFDH和和FFHFFH。2 2#DAC0832DAC0832的两个的两个端口地址端口地址为为FEHFEH和和FFHFFH。其中，其中，FDHFDH和和FEHFEH分别分别为为1 1#和和2 2#DAC0832DA

24、C0832的数字量输入控制端口地址，而的数字量输入控制端口地址，而FFHFFH为启动为启动D/AD/A转换的端口地址。转换的端口地址。图图11-11-8 8中中DACDAC输出的输出的V VX X和和V VY Y信号要同步，控制信号要同步，控制X X-Y Y绘图仪绘制绘图仪绘制的曲线光滑，否则绘制的的曲线光滑，否则绘制的曲线是阶梯状曲线是阶梯状。控制程序如下：。控制程序如下：（2）双缓冲方式 多路同步输出，必须采用双缓冲同步方式。接22图图11-811-8图11-823单片机第11章ppt课件24 例例11-211-2 内部内部RAMRAM中两个长度为中两个长度为2020的数据块，起始地址为分

25、别的数据块，起始地址为分别为为addr1addr1和和addr2addr2，编写能把编写能把addr1addr1和和addrr2addrr2中数据中数据从从1 1#和和2 2#DAC0832DAC0832同步输出同步输出的程的程序。序。addr1addr1和和addr2addr2中的数据，为绘制曲中的数据，为绘制曲线的线的X X、Y Y坐标点。坐标点。DAC0832 DAC0832各端口地址：各端口地址：FDH:FDH:1 1#DAC0832DAC0832数字量输入控制端口数字量输入控制端口FEH:FEH:2 2#DAC0832DAC0832数字量输入控制端口数字量输入控制端口FFH:FFH:

26、1 1#和和2 2#DAC0832DAC0832启动启动D/AD/A转换端口转换端口 工作寄存器工作寄存器0 0区区的的R1R1指向指向addr1addr1；1 1区区的的R1R1指向指向addr2addr2；0 0区的区的R2R2存放数据块长度；存放数据块长度；0 0区和区和1 1区的区的R0R0指向指向DACDAC端口地址。程序为：端口地址。程序为：例11-2 内部RAM中两个长度为20的数据块，起始地址25ORG 2000HORG 2000Haddr1 DATA 20Haddr1 DATA 20H；定义存储单元定义存储单元addr2 DATA 40Haddr2 DATA 40H；定义存储

27、单元定义存储单元DTOUT:MOV R1DTOUT:MOV R1，#addr#addr；0 0区区R1R1指向指向addr1addr1MOV R2MOV R2，#20#20；数据块长度送数据块长度送0 0区区R2R2SETB RS0SETB RS0；切换到工作寄存器切换到工作寄存器1 1区区MOV R1MOV R1，#addr2#addr2；1 1区区R1R1指向指向addr2addr2CLR RS0CLR RS0；返回返回0 0区区NEXT:MOV R0NEXT:MOV R0，#0FDH#0FDH；0 0区区R0R0指向指向1 1#DAC0832DAC0832数数 ；字量控制端口；字量控制端

28、口MOV AMOV A，R1R1；addr1addr1中数据送中数据送A AMOVX ROMOVX RO，A A；addr1addr1中数据送中数据送1 1#DAC0832DAC0832INC R1 INC R1 ；修改修改addr1addr1指针指针0 0区区R1R1SETB RS0 SETB RS0 ；转转1 1区。区。ORG 2000Haddr1 DATA 20H；26MOV R0MOV R0，#0FEH#0FEH；1 1区区R0R0指向指向2 2#DAC0832DAC0832数字量数字量 ；控制端口控制端口MOV AMOV A，R1 R1 ；addr2addr2中数据送中数据送A AM

29、OVX R0MOVX R0，A A ；addr2addr2中数据送中数据送2 2#DAC0832DAC0832INC R1 INC R1 ；修改修改addr2addr2指针指针1 1区区R1R1INC R0 INC R0 ；1 1区区R0R0指向指向DACDAC的启动的启动D/AD/A转换端口转换端口MOVX R0MOVX R0，A A ；启动启动DACDAC进行转换进行转换CLR RS0 CLR RS0 ；返回返回0 0区区DJNZ R2DJNZ R2，NEXT NEXT ；若未完，则跳若未完，则跳NEXTNEXTLJMP DTOUT LJMP DTOUT ；若送完，则循环若送完，则循环EN

30、DEND11.1.3 11.1.3 89C5189C51与与1212位电压输出型位电压输出型D/AD/A转换器转换器AD667AD667的接口的接口 8 8位位DACDAC分辨率不够，可采用分辨率不够，可采用1010位、位、1212位、位、1414位、位、1616位的位的DACDAC。本节介绍。本节介绍89C5189C51与与1212位电压输出型的位电压输出型的D/AD/A转换器转换器AD667AD667MOV R0，#0FEH；1区R0指向2#DAC083227的接口设计。的接口设计。AD667AD667是分辨率为是分辨率为1212位位的的电压输出型电压输出型D/AD/A转换器，转换器，建立

31、时间建立时间3 3 s s（至（至0.01%0.01%）。）。输入方式输入方式:双缓冲输入双缓冲输入；输出方式输出方式:电压输出电压输出，通过硬件编程可输出，通过硬件编程可输出+5V+5V，+10V+10V，2.5V 2.5V，5V5V和和10V10V；内含高稳定的基准电压源内含高稳定的基准电压源可方便地与可方便地与4 4位、位、8 8位或位或1616位微处理器接口位微处理器接口；双电源工作电压双电源工作电压:12V:12V15V15V。的接口设计。281.1.引脚介绍引脚介绍标准标准2828脚双列直插式脚双列直插式。图图11-911-9为为DIPDIP封装引脚图封装引脚图，表表11-111-

32、1为其为其引脚说明。引脚说明。（1 1）内部功能结构及应用特性）内部功能结构及应用特性图图11-1011-10是是AD667AD667内部功能结构框图。内部功能结构框图。AD667AD667的应用特性的应用特性:模拟电压输出范围的配置模拟电压输出范围的配置AD667AD667通过通过片外引脚的不同连接片外引脚的不同连接，可，可获得不同的输出电压获得不同的输出电压量程量程范围。范围。单极性工作时，单极性工作时，可以获得可以获得0 05V5V和和0 010V10V的电压。的电压。双极性工作时，双极性工作时，可获得可获得2.5V2.5V，5.5V5.5V和和10V10V的电压。具体的电压。具体量程配

33、置可由引脚量程配置可由引脚1 1，2 2，3 3，9 9的不同连接实现，如的不同连接实现，如表表11-211-2所列。所列。1.引脚介绍29图图11-911-9图11-930单片机第11章ppt课件31图图11-1011-10图11-1032由于由于AD667AD667内置的量程电阻与其他元器件具有内置的量程电阻与其他元器件具有热跟踪性能热跟踪性能，所以，所以AD667AD667的增益和偏置漂移非常小。的增益和偏置漂移非常小。由于AD667内置的量程电阻与其他元器件具有热跟踪性能，所以33 单极性电压输出单极性电压输出 图图11-1111-11为为0 010V10V单极性电压输出电路原理图。单

34、极性电压输出电路原理图。在电路运行之前，为保证转换精度，首先要进行电路调零和在电路运行之前，为保证转换精度，首先要进行电路调零和增益调节。增益调节。电路调零电路调零 数字输入量全为数字输入量全为“0”0”时，调节时，调节50k50k 电位器电位器W1W1，使其模拟电压输出端（使其模拟电压输出端（VOUTVOUT）电压为）电压为0.000V0.000V。在大多数情况下，。在大多数情况下，并不需要调零，只要把并不需要调零，只要把4 4脚与脚与5 5脚相连（接地）即可。脚相连（接地）即可。增益调节增益调节 数字输入量全为数字输入量全为“1”1”时，调节时，调节100100 电位器电位器W2W2，使其

35、模拟电压输出为，使其模拟电压输出为9.9976V,9.9976V,即满量程的即满量程的10.000V10.000V减去减去1LSB1LSB（约为（约为2.44mV2.44mV）所对应的模拟输出量。）所对应的模拟输出量。单极性电压输出34图图11-1111-11图11-1135 双极性电压输出双极性电压输出 图图11-1211-12是是-5V-5V+5V+5V双极性电压输出。在电路运行之前，双极性电压输出。在电路运行之前，为保证转换精度，首先要进行偏置调节和增益调节。为保证转换精度，首先要进行偏置调节和增益调节。图图11-1211-12 双极性电压输出图11-1236 内部内部/外部基准电压源的

36、使用外部基准电压源的使用 AD667 AD667有有内置低噪声基准电源内置低噪声基准电源，其绝对精度和温度系数都是，其绝对精度和温度系数都是通过激光修正的，具有长期的稳定性。通过激光修正的，具有长期的稳定性。片内基准电源可提供片内片内基准电源可提供片内D/AD/A转换器所需的基准电流，典型值转换器所需的基准电流，典型值为为V VREFINREFIN端提供的端提供的0.5mA0.5mA，BPOFFBPOFF（Bipolar OffsetBipolar Offset）端提供的）端提供的1.0mA1.0mA。接地与动态电容的接法接地与动态电容的接法 模拟地模拟地AGNDAGND与电源地与电源地PGN

37、DPGND分开，可以减少器件的低频噪声分开，可以减少器件的低频噪声和增强高速性能。把地回路分开的目的是为了尽量减少低电平和增强高速性能。把地回路分开的目的是为了尽量减少低电平信号路径中的电流。信号路径中的电流。AGNDAGND是输出放大器中的地端，应与系统中是输出放大器中的地端，应与系统中的的模模拟地拟地直接相连直接相连。内部/外部基准电压源的使用37电源地电源地PGNDPGND可以可以与模拟电源的接地点就近连接与模拟电源的接地点就近连接。最后最后AGNDAGND与与PGNDPGND在一点上进行连接在一点上进行连接，一般连接到电源地，一般连接到电源地PGNDPGND上。上。另外，另外，AD66

38、7AD667的电源引脚到模拟地引脚间应加上适当的去耦的电源引脚到模拟地引脚间应加上适当的去耦电容。电容。在输出放大器反馈电阻两端加一个在输出放大器反馈电阻两端加一个20pF20pF的小电容，可以明显的小电容，可以明显改善输出放大器的动态性能。改善输出放大器的动态性能。数字输入控制与数据代码数字输入控制与数据代码AD667AD667的总线接口逻辑由的总线接口逻辑由4 4个独立个独立的的可寻址锁存器可寻址锁存器组成，其中组成，其中有有3 3个个4 4位位的输入数据锁存器的输入数据锁存器（第一级锁存器）和（第一级锁存器）和1 1个个1212位位的的DACDAC锁存器（第二级锁存器）。利用锁存器（第二

39、级锁存器）。利用3 3个个4 4位锁存器可以直接从位锁存器可以直接从4 4位、位、8 8位或位或1616位微处理器总线分次或一次加载位微处理器总线分次或一次加载1212位数字量；一旦数位数字量；一旦数字量被装入字量被装入1212位的输入数据锁存器，就可以把位的输入数据锁存器，就可以把1212位位 电源地PGND可以与模拟电源的接地点就近连接。最后AGND与38数据传入第二级的数据传入第二级的DACDAC锁存器，这种双缓冲结构可以避免产生锁存器，这种双缓冲结构可以避免产生错误的模拟输出。错误的模拟输出。4 4个锁存器个锁存器由由4 4个地址输入个地址输入A0A0A3A3和控制，所有的控制都和控制

40、，所有的控制都是低电平有效，对应关系如是低电平有效，对应关系如表表11-311-3所列。所列。所有锁存器都是所有锁存器都是电平触发电平触发，当，当控制信号有效控制信号有效时，锁存器时，锁存器输出跟踪输入输出跟踪输入数据；当数据；当控制信号无效控制信号无效时，数据就时，数据就被锁存被锁存。它。它允许一个以上的锁存器被同时锁存。允许一个以上的锁存器被同时锁存。建议任何建议任何未使用未使用的数据和控制引脚最好与的数据和控制引脚最好与电源地电源地相连，相连，以改善抗噪声干扰特性。以改善抗噪声干扰特性。AD667 AD667使用使用正逻辑正逻辑编码。编码。数据传入第二级的DAC锁存器，这种双缓冲结构可以

41、避免产生错误39单片机第11章ppt课件40单极性输出单极性输出时，输入编码采用直接二进制编码，时，输入编码采用直接二进制编码，输入输入000H000H产生产生零模拟输出；零模拟输出；输入输入FFFHFFFH产生比满量程少产生比满量程少1LSB1LSB的模拟输出。的模拟输出。双极性输出双极性输出时，输入编码采用偏移二进制编码。时，输入编码采用偏移二进制编码。输入为输入为000H000H时，产生时，产生负的满量程输出负的满量程输出；输入为输入为FFFHFFFH时，产生时，产生比满量程少比满量程少1LSB1LSB的模拟输出的模拟输出；输入为输入为800H800H时，模拟时，模拟输出为输出为0 0。

42、其中。其中1LSB1LSB为最低位对应的模拟电为最低位对应的模拟电压。双极性输出时压。双极性输出时输入与输出关系输入与输出关系如如图图11-1311-13所示，所示，输入数输入数字量字量N N与输出模拟电压与输出模拟电压V VOUTOUT的关系为：的关系为：式中，式中，V VR R为输出电压量程。为输出电压量程。单极性输出时，输入编码采用直接二进制编码，输入000H产生零41图图11-1311-13图11-1342 与微处理器的接口数据格式与微处理器的接口数据格式AD667AD667与位微处理器接口的数据格式为左对齐或右对齐的数据与位微处理器接口的数据格式为左对齐或右对齐的数据格式。格式。左对

43、齐左对齐调整数据格式为调整数据格式为D D1111D D1010D D9 9D D8 8D D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0右对齐右对齐调整数据格式为调整数据格式为 D D1111D D1010D D9 9D D8 8D D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1D D0 02 2AD667AD667与与89C5189C51单片机的接口单片机的接口图图11-1411-14所示为所示为AD667AD667与与89C5189C51单片机接口电路。单片机接口电路。与微处理器的接口数据格式43图图11-1

44、411-14图11-1444 89C51 89C51把把AD667AD667所占的所占的3 3个端口个端口地址地址视为外部数据存储器的视为外部数据存储器的3 3个单元个单元，对其进行选通。假定，对其进行选通。假定低低8 8位位数据存于数据存于20H20H单元，单元，高高4 4位位数据存入数据存入21H21H的低的低4 4位，实现位，实现D/AD/A转换的程序如下：转换的程序如下：MOVMOVA,20HA,20HMOVMOVDPTR,#7FFEHDPTR,#7FFEHMOVXMOVXDPTR,ADPTR,A;低低8 8位进位进第一级第一级锁存器锁存器MOVMOVA,21HA,21HMOVMOVD

45、PTR,#7FFDHDPTR,#7FFDHMOVXMOVXDPTR,ADPTR,A;高高4 4位进位进第一级第一级锁存器锁存器MOVMOVDPTR,#7FFBHDPTR,#7FFBHMOVXMOVXDPTR,A DPTR,A;启动启动第二级第二级锁存器锁存器RETRET 89C51把AD667所占的3个端口地址视为外部数据存4511.2.1 A/D11.2.1 A/D转换器概述转换器概述 A/D A/D转换器（转换器（ADCADC）的作用就是把模拟量转换成数字量，以便）的作用就是把模拟量转换成数字量，以便于计算机进行处理。于计算机进行处理。随着超大规模集成电路技术的飞速发展，随着超大规模集成电

46、路技术的飞速发展，A/DA/D转换器的新设转换器的新设计思想和制造技术层出不穷。为满足各种不同的检测及控制任计思想和制造技术层出不穷。为满足各种不同的检测及控制任务的需要，大量结构不同、性能各异的务的需要，大量结构不同、性能各异的A/DA/D转换芯片应运而生。转换芯片应运而生。1 1A/DA/D转换器简介转换器简介 尽管尽管A/DA/D转换器的种类很多，但目前广泛应用在单片机应用转换器的种类很多，但目前广泛应用在单片机应用系统中的系统中的主要有以下几种类型主要有以下几种类型：逐次比较型转换器、双积分型：逐次比较型转换器、双积分型转换器、转换器、-式转换器。式转换器。11.2.1 A/D转换器概

47、述46逐次比较型逐次比较型:精度、速度和价格都适中，是最常用的精度、速度和价格都适中，是最常用的A/DA/D转换转换器件。器件。双积分型双积分型:精度高、抗干扰性好、价格低廉精度高、抗干扰性好、价格低廉,但转换速度慢，但转换速度慢，得到广泛应用。得到广泛应用。-型型:具有积分式与逐次比较式具有积分式与逐次比较式ADCADC的双重优点。的双重优点。对工业现场的对工业现场的串模干扰串模干扰具有具有较强的抑制能力较强的抑制能力，不亚于双积，不亚于双积分分ADCADC，但比双积分但比双积分ADCADC的转换速度快的转换速度快，与逐次比较式与逐次比较式ADCADC相比，相比，有较高的信噪比，分辨率高，线

48、性度好不需采样保持电路。有较高的信噪比，分辨率高，线性度好不需采样保持电路。因此，因此，-型得到重视。型得到重视。V/FV/F转换型转换型:适于转换速度要求不太高，远距离信号传输。适于转换速度要求不太高，远距离信号传输。逐次比较型:精度、速度和价格都适中，是最常用的A/D转换器件472.2.A/DA/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标（1 1）转换时间和转换速率）转换时间和转换速率 完成一次转换所需要的时间。完成一次转换所需要的时间。转换时间的倒数转换时间的倒数为转换速率。为转换速率。并行式并行式：2020-50ns50ns，速率为速率为5050-20M-20M次次/s s（1M=10

49、61M=106）；）；逐次比较式逐次比较式：0.40.4 s s，速率为速率为2.52.5M M次次/s s。(2)(2)分辨率分辨率 用输出二进制位数或用输出二进制位数或BCDBCD码位数表示。码位数表示。例如例如AD574AD574，二进制，二进制1212位，即用位，即用212212个数进行量化，个数进行量化，分辨分辨为为1 1LSBLSB，百分数表示百分数表示1/212=0.241/212=0.24。又如又如双积分式双积分式A/DA/D转换器转换器MC14433MC14433,分辨率为三位半。若满分辨率为三位半。若满字位为字位为19991999，其，其分辨率为分辨率为1/1999=0.0

50、5%1/1999=0.05%。2.A/D转换器的主要技术指标 48 量化过程引起的误差为量化过程引起的误差为量化误差量化误差，是由于，是由于有限位数字有限位数字对模拟对模拟量进行量化而引起的误差。量进行量化而引起的误差。量化误差量化误差理论上规定为理论上规定为1 1个单位分辨个单位分辨率率，提高分辨率可减少量化误差。，提高分辨率可减少量化误差。（3 3）转换精度）转换精度 定义为一个实际定义为一个实际ADCADC与一个理想与一个理想ADCADC在量化值上的差值。可用在量化值上的差值。可用绝对误差或相对误差表示。绝对误差或相对误差表示。3.3.A/DA/D转换器的选择转换器的选择 按输出代码的有

51、效位数分按输出代码的有效位数分:8:8位、位、1010位、位、1212位等。位等。按转换速度分为按转换速度分为超高速超高速（11nsns）、）、高速高速（11 s s）中速中速（11msms）、）、低速低速（11s s）等。等。量化过程引起的误差为量化误差，是由于有限位数字对模拟量进49 为适应系统集成需要，将多路转换开关、时钟电路、基准为适应系统集成需要，将多路转换开关、时钟电路、基准电压源、二电压源、二/十进制译码器和转换电路集成在一个芯片内，为十进制译码器和转换电路集成在一个芯片内，为用户提供方便。用户提供方便。（1 1）A/DA/D转换器位数的确定转换器位数的确定 系统总精度涉及的环节

52、较多：系统总精度涉及的环节较多：传感器传感器变换精度、变换精度、信号预处信号预处理电路理电路精度和精度和A/DA/D转换器转换器及输出电路、控制机构精度，还包括软及输出电路、控制机构精度，还包括软件控制算法。件控制算法。A/D A/D转换器的位数至少要比系统总精度要求的最低分辨率转换器的位数至少要比系统总精度要求的最低分辨率高高1 1位，位，位数应与其他环节所能达到的精度相适应。只要不低位数应与其他环节所能达到的精度相适应。只要不低于它们就行，太高无意义，且价高。于它们就行，太高无意义，且价高。8 8位以下：位以下：低分辨率低分辨率，9 91212位：位：中分辨率中分辨率，1313位以上：位以

53、上：高高分辨率分辨率。为适应系统集成需要，将多路转换开关、时钟电路、基准电压50（2 2）A/DA/D转换器转换速率的确定转换器转换速率的确定 从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的时间，从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的时间，这就是这就是A/DA/D转换器的转换时间。转换器的转换时间。低速：低速：转换时间从几转换时间从几msms到几十到几十m ms s 。中速：中速：逐次比较型的逐次比较型的A/DA/D转换器的转换时间可从几转换器的转换时间可从几 s s100100 s s左左 右。右。高速：高速：转换时间仅转换时间仅2020100100nsns。适用于雷达、数字

54、通讯、实时光适用于雷达、数字通讯、实时光 谱分析、实时瞬态纪录、视频数字转换系统等。谱分析、实时瞬态纪录、视频数字转换系统等。如用转换时间为如用转换时间为100100 s s的集成的集成A/DA/D转换器，其转换速率为转换器，其转换速率为1010千次千次/秒。根据采样定理和实际需要，一个周期的波形需秒。根据采样定理和实际需要，一个周期的波形需采采1010个点，最高也只能处理个点，最高也只能处理1 1kHzkHz的信号。把的信号。把转换时间减小转换时间减小（2）A/D转换器转换速率的确定 从启动转换到转换结束，输51到到1010 s s，信号频率可提高到信号频率可提高到1010kHzkHz。（3

55、 3）工作电压和基准电压）工作电压和基准电压 选择使用单一选择使用单一+5V工作电压的芯片，与单片机系统共用一个工作电压的芯片，与单片机系统共用一个电源就比较方便。电源就比较方便。基准电压源是提供给基准电压源是提供给A/D转换器在转换时所需要的参考电压，转换器在转换时所需要的参考电压，在要求较高精度时在要求较高精度时，基准电压要单独用高精度稳压电源供给。，基准电压要单独用高精度稳压电源供给。到10s，信号频率可提高到10kHz。（3）工作电压和基准5211.2.2 11.2.2 89C5189C51与与ADC 0809ADC 0809（逐次比较型）的接口逐次比较型）的接口1.1.ADC0809

56、ADC0809引脚及功能引脚及功能2.2.逐次比较式逐次比较式8 8路模拟输入、路模拟输入、8 8位输出的位输出的A/DA/D转换器。引转换器。引脚如脚如图图11-1511-15所示。所示。11.2.2 89C51与ADC 0809（逐次比较型）的53图图11-1511-15图11-1554 共共2828脚，双列直插式封装。主要引脚功能如下：脚，双列直插式封装。主要引脚功能如下：(1)(1)IN0IN0IN7IN7：8 8路模拟信号输入端。路模拟信号输入端。(2)(2)D0D0D7D7：8 8位数字量输出端。位数字量输出端。(3)(3)C C 、B B 、A A：控制控制8 8路模拟通道的切换

57、，路模拟通道的切换，C C、B B、A=A=000 111111分别对应分别对应IN0IN0IN7IN7通道。通道。(4)(4)OEOE、STARTSTART、CLKCLK：控制信号端，控制信号端，OEOE为输出允许端，为输出允许端，STARTSTART 为启动信号输入端，为启动信号输入端，CLKCLK为时钟信号输入端。为时钟信号输入端。(5)(5)V VR R(+)(+)和和V VR R(-)(-)：参考电压输入端。参考电压输入端。2.2.ADC0809ADC0809结构及转换原理结构及转换原理 结构如结构如图图11-111-16 6。0809 0809完成完成1 1次转换需次转换需1001

58、00 s s左右，可对左右，可对0 05 5V V信号进行转换。信号进行转换。共28脚，双列直插式封装。主要引脚功能如下：(1)IN055图图11-1611-16图11-16563.3.89C5189C51与与ADC0809ADC0809的接口的接口 单片机如何来控制单片机如何来控制ADCADC?首先用指令选择首先用指令选择08090809的一个模拟输入通道，当的一个模拟输入通道，当执行执行MOVX MOVX DPTRDPTR，A A时，单片机的时，单片机的WRWR*信号有效，产生一个信号有效，产生一个启动信号启动信号给给08090809的的STARTSTART脚，对选中通道转换。脚，对选中通

59、道转换。转换结束后，转换结束后，08090809发出发出转换结束转换结束EOCEOC信号信号，该信号可供查询，该信号可供查询，也可向单片机发出中断请求也可向单片机发出中断请求;当执行指令：当执行指令：MOVX AMOVX A，DPTRDPTR，单单片机发出片机发出RDRD*信号信号,加到加到OEOE端高电平把转换完毕的数字量读到端高电平把转换完毕的数字量读到A A中。中。查询和中断控制两种工作方式。查询和中断控制两种工作方式。(1)(1)查询方式查询方式08090809与与89C5189C51单片机的接口如单片机的接口如图图11-111-17 7。3.89C51与ADC0809的接口 单片机如

60、何来控制AD57图图11-1711-17图11-1758 ALE ALE脚的输出频率为脚的输出频率为1 1MHzMHz，（时钟频率为，（时钟频率为6 6MHzMHz），经经D D触发器触发器二分频为二分频为500kHz500kHz时钟信号。时钟信号。0809 0809输出三态锁存输出三态锁存，8 8位数据输出可直接与数据总线相连。位数据输出可直接与数据总线相连。引脚引脚C C、B B、A A分别与地址总线分别与地址总线A2A2、A1A1、A0A0相连，选通相连，选通IN0IN0IN7IN7中的一个。中的一个。P2.7P2.7（A15A15）作为片选信号，在启动作为片选信号，在启动A/DA/D转

61、换时，由转换时，由WRWR*和和P2.7P2.7控制控制ADCADC的地址锁存和转换启动，的地址锁存和转换启动，由于由于ALEALE和和STARTSTART连连在一起，因此在一起，因此08090809在锁存通道地址的同时，启动并进行转换在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。读取转换结果，用读取转换结果，用RD*RD*信号和信号和P2.7P2.7脚经或非后，产生的正脉脚经或非后，产生的正脉冲作为冲作为OEOE信号，用以打开三态输出锁存器。信号，用以打开三态输出锁存器。ALE脚的输出频率为1MHz，（时钟频率为6MHz），经59 对对8 8路模拟信号轮流采样一次，采用软件延时的方式，并依次路模拟信

62、号轮流采样一次，采用软件延时的方式，并依次把结果转储到数据存储区。把结果转储到数据存储区。MAIN:MAIN:MOV R1MOV R1，#data#data;置数据区首地址置数据区首地址 MOV MOV DPTR DPTR，#7FF8H;#7FF8H;端口地址送端口地址送DPTRDPTR，P2.7=0P2.7=0，；且指向通道且指向通道IN0IN0MOVMOVR7R7，#08H#08H;置转换的通道个数置转换的通道个数LOOP:MOVXLOOP:MOVX DPTR DPTR，A A;启动启动A/DA/D转换转换MOVMOVR6R6，#0AH#0AH;软件延时，等待转换结束软件延时，等待转换结束

63、DELAY:NOPDELAY:NOPNOPNOPNOPNOPDJNZDJNZR6R6，DELAYDELAYMOVXMOVXA A，DPTRDPTR;读取转换结果读取转换结果 对8路模拟信号轮流采样一次，采用软件延时的方式，并依次60MOVMOVR1R1，A A;存储转换结果存储转换结果INCINCDPTRDPTR;指向下一个通道指向下一个通道INCINCR1R1;修改数据区指针修改数据区指针DJNZDJNZR7R7，LOOPLOOP;8 8个通道全采样完否？未完则继续个通道全采样完否？未完则继续(2)(2)中断方式中断方式 将将图图11-111-17 7中中EOCEOC脚脚经一非门连接到经一非

64、门连接到80318031的的INT1INT1*脚脚即可。转换即可。转换结束时，结束时，EOCEOC发出一个脉冲向单片机提出中断申请，单片机响应发出一个脉冲向单片机提出中断申请，单片机响应中断请求，在中断服务程序读中断请求，在中断服务程序读A/DA/D结果，并启动结果，并启动08090809的下一次转的下一次转换，外中断换，外中断1 1采用跳沿触发。采用跳沿触发。MOV R1，A;存储转换结果INCDPTR;指向61程序如下：程序如下：INIT1:SETBINIT1:SETB IT1 IT1 ；外部中断外部中断1 1初始化编程初始化编程SETB SETB EAEA ；CPUCPU开中断开中断SE

65、TBSETBEX1EX1 ；选择外中断为跳沿触发方式选择外中断为跳沿触发方式MOVMOVDPTRDPTR，#7FF8H#7FF8H；端口地址送端口地址送DPTRDPTRMOVMOVA A，#00H ;#00H ;MOVXMOVXDPTRDPTR，A A；启动启动08090809对对IN0IN0通道转换通道转换 ；完成其他的工作完成其他的工作中断服务程序中断服务程序:PINT1:MOV DPTRPINT1:MOV DPTR，#7FF8H#7FF8H；A/DA/D结果送内部结果送内部RAMRAM单元单元3030H HMOVXMOVXA A，DPTRDPTRMOVMOV30H30H，A AMOVMO

66、VA A，#00H#00H；启动启动08090809对对IN0IN0的转换的转换MOVXMOVXDPTRDPTR，A;A;RETIRETI程序如下：INIT1:SETB IT1 ；6211.2.3 11.2.3 MCS-51MCS-51与与AD574AD574（逐次比较型）的接口逐次比较型）的接口 8 8位分辨率的位分辨率的ADCADC常常不够，采用常常不够，采用1010位、位、1212位、位、1616位位A/DA/D转换器。转换器。1212位位ADCADCAD574AAD574A（AD674AAD674A、AD1674AAD1674A）。）。1.AD5741.AD574简介简介 12 12位逐次比较型。位逐次比较型。转换时间为转换时间为2525 s s，转换精度为转换精度为0.05%0.05%，AD574A AD574A是是AD574AD574的的改进产品改进产品，AD674AAD674A又是又是AD574AAD574A的改进产品。的改进产品。它们的引脚、内部结构和外部应用特性基本相同，但最大转换它们的引脚、内部结构和外部应用特性基本相同，但最大转换速度由速度由2525 s s提高到