【精品】mcs-51与d a转换器 a d转换器的接口(可编辑.ppt
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1、MCS-51与D A转换器 A D转换器的接口非电物理量非电物理量(温度、压力、流量、速度等温度、压力、流量、速度等),须经传感器转换成模拟电信号须经传感器转换成模拟电信号(电压或电流电压或电流),必须转换成数字量,才能在单片机中处理。必须转换成数字量,才能在单片机中处理。数字量,也常常需要转换为模拟信号。数字量,也常常需要转换为模拟信号。非电物理量非电物理量(温度温度.压力压力.流量流量.速度速度)传感器传感器模拟电信号模拟电信号(电压电压.电流电流)AD转换转换数字量数字量A/DA/D转换器转换器(ADC)(ADC):模拟量:模拟量数字量的器件数字量的器件,D/AD/A转换器转换器(DAC
2、)(DAC):数字量:数字量模拟量的器件模拟量的器件。只需只需合理选用商品化合理选用商品化大规模大规模ADCADC、DACDAC芯片,芯片,了解引脚、功能、接口。了解引脚、功能、接口。11.1 11.1 MCS-51MCS-51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1.1.概述概述 输入:数字量,输出:模拟量输入:数字量,输出: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应的的各位二进制数按其权的大小转换为相应的 模拟分量,再把各模拟分量叠加,其和就是模拟分量,再把各模拟分量叠加,其和就是D/AD/A转换的
3、结果。转换的结果。(1)(1)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。形式。电流输出的电流输出的D/AD/A转换器,如需模拟电压输出,转换器,如需模拟电压输出,可在其输出端加一个运算放大器构成的电流可在其输出端加一个运算放大器构成的电流/电压电压转换转换电路。电路。(2)D/A(2)D/A转换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的前设置锁存器,以提供数据锁存功能。为此应在数字量输入端的前设置锁存器,以提供数据锁存功能
4、。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P0P0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,有的还有双重或多内部不但有锁存器,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,可与重的数据缓冲电路,可与MCS-51MCS-51的的P0P0口直接相接。口直接相接。2.2.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
5、变化单位数字量变化引起的模拟量输出的变化,引起的模拟量输出的变化,定义为输出满刻度值定义为输出满刻度值 与与2 2n n之比。显然,二进制位数越多,分辨率越高。之比。显然,二进制位数越多,分辨率越高。例如,例如,若满量程为若满量程为1010V V,根据定义则分辨率为根据定义则分辨率为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,该值占满量程的该值占满量程的0.391%0.391%,用符号,用符号1 1LSBLSB表示。表示。10 10位位 D/AD/A:1 1 LSB=9.77mV=0
6、.1%LSB=9.77mV=0.1%满量程满量程 12 12位位 D/AD/A:1 1 LSB=2.44mV=0.024%LSB=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)(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。建立时间:建立时间:从输入数字量到输出达到终值误差从输入数字量到输出达到终值误差1/21/2LSB(LSB(最低有效位最低有效位)时的时间。时的时间。电流输出时间较短,电压输出的,加上完成电流输出时间较短,电压输出的,加上完成I-V
7、I-V转换的时间,因此时间长一些转换的时间,因此时间长一些 快速快速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。严格讲精度与分辨率并不完全一致。严格讲精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有差别。位数相同,分辨率则相同,但相同位数的不同转换器精度有差别。例如例如,某型号,某型号8 8位位DACDAC精度为精度为0.19%0.19%,另
8、一型号,另一型号8 8位位DACDAC精度为精度为0.05%0.05%。11.1.2 11.1.2 MCS-51MCS-51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,美国国家半导体公司产品,具有两个输入数据寄存器的具有两个输入数据寄存器的8 8位位DAC,DAC,能直接与能直接与MCS-51MCS-51单片机相连。单片机相连。主要特性如下:主要特性如下:*分辨率为分辨率为8 8位;位;*电流输出,稳定时间为电流输出,稳定时间为1 1 s s;*双缓冲输入、
9、单缓冲输入、直接数字输入双缓冲输入、单缓冲输入、直接数字输入*单一电源供电(单一电源供电(+5+5+15+15V V););(2)DAC0832(2)DAC0832的引脚及逻辑结构的引脚及逻辑结构 2.2.DACDAC的应用的应用 接口与接口与DACDAC的具体应用有关。的具体应用有关。(1)(1)单极性电压输出单极性电压输出 单极性模拟电压输出,可采用图单极性模拟电压输出,可采用图11-511-5或图或图11-911-9所示接线。所示接线。输出电压输出电压VoutVout与输入数字量与输入数字量B B的关系的关系:Vout=Vout=B*B*(V VREFREF/256/256)B=b727
10、+b626+b121+b020 B=b727+b626+b121+b020;VREF/256 VREF/256为一常数。为一常数。B B为为0 0时时VoutVout为为0 0,输入数字量,输入数字量255255时时VoutVout为最大为最大,输出电压为单极性。输出电压为单极性。2.2.DACDAC的应用的应用 接口与接口与DACDAC的具体应用有关。的具体应用有关。(1)(1)单极性电压输出单极性电压输出 单极性模拟电压输出,可采用图单极性模拟电压输出,可采用图11-511-5或图或图11-911-9所示接线。所示接线。输出电压输出电压VoutVout与输入数字量与输入数字量B B的关系的
11、关系:Vout=Vout=B*B*(V VREFREF/256/256)B=b727+b626+b121+b020 B=b727+b626+b121+b020;VREF/256VREF/256为一常数。为一常数。B B为为0 0时时VoutVout为为0 0,输入数字量,输入数字量255255时时VoutVout为最大,输出电压单极性。为最大,输出电压单极性。(2)(2)双极性电压输出双极性电压输出 采用图采用图11-311-3接线:接线:Vout=Vout=(B B128128)*(V VREFREF/128/128)V VREFREF/2R+V/2R+V0101/R+V/R+V0 0/2R
12、=0/2R=0 V VREFREF+2V+2V0101+V+V0 0=0=0 V V0 0=-V=-VREFREF-2V-2V0101 =-V =-VREFREF+2BV+2BVREFREF/256/256 =V =VREFREF/128(B-128)/128(B-128)Vout=B*(VREF/256)(3)DAC(3)DAC用作程控放大器用作程控放大器DACDAC的输出和输入之间的关系的输出和输入之间的关系:Vout=-(Vin/BVout=-(Vin/B)*256*256256/256/B B看作看作放大倍数放大倍数。但输入数字量。但输入数字量B B不得为不得为“0”“0”。R256V
13、BR256VBIoREFout1=0IIout1Rfb=+256RRBVVfbino-=inoVB256V-=取R=Rfb3.3.MCS-51MCS-51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内两缓冲器内两缓冲器一个处于直通方式一个处于直通方式,另一处于受控的锁存方式另一处于受控的锁存方式在实际应用中,在实际应用中,如果只有一路模拟量输出,如果只有一路模拟量输出,或虽是多路模拟量输出但并不要求多路输出同步的情况下,或虽是多路模拟量输出但并不要求多路输出同步的情况下,可采用单缓冲方式。可采用单缓冲方式。单缓冲方式的接口如图
14、单缓冲方式的接口如图11-5:11-5:图图WR2WR2*和和XFERXFER*接地,故接地,故DAC0832DAC0832“8“8位位DACDAC寄存器寄存器”(图图11-211-2)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送来送来(也可由也可由P2P2口的某一根口线来控制口的某一根口线来控制)。80318031执行如下两条指令就可在执行如下两条指令就可在WR1WR1*和和CSCS*上产生低电平信号,上产生低电平信号,使使08320832接收接收80318031送来的数字量。送来的数字量。
15、MOVMOVR0R0,#0FEH#0FEH ;DACDAC地址地址FEHR0FEHR0 MOVX R0MOVX R0,A A ;WR*WR*和译码器和译码器FEHFEH输出端有效输出端有效现举例说明现举例说明DAC0832DAC0832单缓冲方式的应用。单缓冲方式的应用。例例11-111-1DAC0832DAC0832用作波形发生器。用作波形发生器。分别写出产生分别写出产生锯齿波、三角波锯齿波、三角波和和矩形波矩形波的程序。的程序。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 R
16、0FEH R0 MOV A MOV 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 1 SJMP LOOP SJMP LOOP输入数字量从输入数字量从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,模拟输出又,模拟输出又为为0 0,然后又循环,输出锯齿波,如图,然后又循环,输出锯齿波,如图11-611-6。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后三条个小台阶,每个小台阶暂留时间为
17、执行后三条指令所需要的时间指令所需要的时间。(2)(2)三角波的产生三角波的产生 ORG 2000H ORG 2000HSTART:MOV R0START:MOV R0,#0FEH#0FEH MOV A MOV A,#00H#00HUP:MOVXUP:MOVXR0R0,A A ;三角波上升边三角波上升边 INC A INC A JNZ UP JNZ UPDOWN:DOWN:DEC ADEC A;A=0A=0时再减时再减1 1又为又为FFHFFH MOVX R0 MOVX R0,A A JNZ DOWN JNZ DOWN ;三角波下降边三角波下降边 SJMP UP SJMP UP(3(3)矩形波
18、的产生矩形波的产生ORG 2000HORG 2000HSTART:MOV R0START:MOV R0,#0FEH#0FEHLOOP:LOOP:MOV AMOV A,#data1#data1 MOVX R0 MOVX R0,A A;置矩形波上限电平置矩形波上限电平 LCALL DELAY1 LCALL DELAY1;调用高电平延时程序调用高电平延时程序 MOV A MOV A,#data2#data2 MOVX R0 MOVX R0,A A;置矩形波下限电平置矩形波下限电平 LCALL DELAY2 LCALL DELAY2;调用低电平延时程序调用低电平延时程序 SJMP LOOP SJMP
19、LOOP;重复进行下一个周期重复进行下一个周期DELAY1DELAY1、DELAY2DELAY2为两个延时程序,为两个延时程序,决定矩形波高、低电平时的持续时间决定矩形波高、低电平时的持续时间。频率也可采用延时长短来改变。频率也可采用延时长短来改变。(2)(2)双缓冲方式双缓冲方式:多路同步输出,必须采用双缓冲同步方式。多路同步输出,必须采用双缓冲同步方式。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。
20、其中,其中,FDHFDH和和FEHFEH分别为分别为1#1#和和2#2#DAC0832DAC0832的数字量输入控制端口地址,的数字量输入控制端口地址,FFHFFH为启动为启动D/AD/A转换的端口地址。转换的端口地址。例例11-2 11-2 内部内部RAMRAM中两个长度为中两个长度为2020的数据块,的数据块,起始地址为分别为起始地址为分别为addr1addr1和和addr2addr2,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。(addr1(addr1和和addr2addr2中的数据,为绘制曲线的中的数
21、据,为绘制曲线的X X、Y Y坐标点。坐标点。)DAC0832DAC0832各端口地址:各端口地址:FDH:FDH:1#DAC08321#DAC0832数字量输入控制端口数字量输入控制端口FEH:FEH:2#DAC08322#DAC0832数字量输入控制端口数字量输入控制端口FFH:FFH: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区的区的R1R1指向指向addr1addr1;1 1区的区的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D
22、ACDAC端口地址。端口地址。ORG 2000H ORG 2000H addr1 DATA 20H addr1 DATA 20H;定义存储单元定义存储单元 addr2 DATA 40H addr2 DATA 40H;定义存储单元定义存储单元DTOUT:MOV R1DTOUT:MOV R1,#addr1#addr1 ;0 0区区R1R1指向指向addr1addr1 MOV R2 MOV R2,#20#20 ;数据块长度送数据块长度送0 0区区R2R2 SETB RS0 SETB RS0 ;切换到工作寄存器切换到工作寄存器1 1区区 MOV R1 MOV R1,#addr2#addr2;1 1区区
23、R1R1指向指向addr2addr2 CLR RS0 CLR 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口 MOV A MOV A,R1 R1 ;addr1addr1中数据送中数据送A A MOVX RO MOVX RO,A A ;addr1addr1中数据送中数据送1#1#DAC0832DAC0832 INC R1 INC R1 ;修改修改addr1addr1指针指针0 0区区R1R1 SETB RS0 SETB RS0 ;转转1 1区。区。MOV
24、 R0 MOV R0,#0FEH#0FEH;1 1区区R0R0指向指向2#2#DAC0832DAC0832数字量控制端口数字量控制端口 MOV A MOV A,R1 R1 ;addr2addr2中数据送中数据送A A MOVX R0 MOVX R0,A A ;addr2addr2中数据送中数据送2#2#DAC0832DAC0832 INC R1 INC R1 ;修改修改addr2addr2指针指针1 1区区R1R1 INC 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 R0 MOVX R0,A A ;启动启动DACDAC进行转换
25、进行转换 CLR RS0 CLR RS0 ;返回返回0 0区区 DJNZ R2 DJNZ R2,NEXT NEXT ;若未完,则跳若未完,则跳NEXTNEXT LJMP DTOUT LJMP DTOUT ;若送完,则循环若送完,则循环 END END11.1.3 11.1.3 MCS-51MCS-51与与1212位位DAC1208DAC1208的接口的接口8 8位位DACDAC分辨率不够,可用分辨率不够,可用1212位位。常用常用DAC1208DAC1208系列与系列与DAC1230DAC1230系列。系列。1.DAC12081.DAC1208系列的结构引脚及特性系列的结构引脚及特性双缓冲结构
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