第八章 mcs-51 与 d/a 、 a/d 的接口

第八章 MCS-51 与 D/A 、 A/D 的接口


8.1 MCS-51 单片机与 ADC 的接口

8.1.1 A/D 转换器概述

一． A/D 转换器的类型及原理 A/D 转换器（ ADC ）的作用是把模拟量转换成数字量，以

便于计算机进行处理。随着超大规模集成电路技术的飞速发展，现在有很多类型的

A/D 转换器芯片，不同的芯片，它们的内部结构不一样，转换原理也不同，各种 A/D 转换芯片根据转换原理可分为计数型 A/D 转换器、逐次比较式、双重积分型和并行式 A/D 转换器等；按转换方法可分为直接 A/D 转换器和间接 A/D 转换器；按其分辨率可分为 4~16 位的 A/D 转换器芯片。

1 ．计数型 A/D 转换器计数型 A/D 转换器由 D/A 转换器、计数器和比较器组成，工作时，计数器由零开始计数，每计一次数后，计数值送往 D/A 转换器进行转换，并将生成的模拟信号与输入的模拟信号在比较器内进行比较，


若前者小于后者，则计数值加 1 ，重复 D/A 转换及比较过程，依此类推，直到当 D/A 转换后的模拟信号与输入的模拟信号相同，则停止计数，这时，计数器中的当前值就为输入模拟量对应的数字量。这种 A/D 转换器结构简单、原理清楚，但它的转换速度与精度之间存在矛盾，当提高精度时，转换的速度就慢，当提高速度时，转换的精度就低，所以在实际中很少使用。

2 ．逐次逼近型 A/D 转换器逐次逼近型 A/D 转换器是由一个比较器、 D/A 转换器、寄存器及控制电路组成部分。与计数型相同，也要进行比较以得到转换的数字量，但逐次逼近型是用一个寄存器从高位到低位依次开始逐位试探比较。转换过程如下：开始时寄存器各位清 0 ，转换时，先将最高位置 1 ，送 D/A 转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则 1 保留，如果转换的模拟量比输入模拟量大，则 1 不保留，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的数字量。一个 n 位的逐次逼近型 A/D 转换器转换只须要比较 n 次，转换时间只取决于位数和时钟周期。逐次逼近型 A/D 转换器转换速度快，在实际中广泛使用。


双重积分型 A/D 转换器将输入电压先变换成与其平均值成正比的时间间隔，然后再把此时间间隔转换成数字量，它属于间接型转换器。它的转换过程分为采样和比较两个过程。采样即用积分器对输入模拟电压进行固定时间的积分，输入模拟电压值越大，采样值越大，比较就是用基准电压对积分器进行反向积分，直至积分器的值为 0 ，由于基准电压值固定，所以采样值越大，反向积分时积分时间越长，积分时间与输入电压值成正比，最后把积分时间转换成数字量，则该数字量就为输入模拟量对应的数字量。由于在转换过程中进行了两次积分，因此称为双重积分型。双重积分型 A/D 转换器转换精度高，稳定性好，测量的是输入电压在一段时间的平均值，而不是输入电压的瞬间值，因此它的抗干扰能力强，但是转换速度慢，双重积分型 A/D 转换器在工业上应用也比较广泛。

3 ．双重积分型 A/D 转换器

二． A/D 转换器的主要性能指标1 ．分辨率

2 ．转换时间3 ．量程

4 ．转换精度


8.1.2 ADC0809 与 MCS-51 的接口

一． ADC0809 芯片ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近型 A/D 转换器，具有 8 路模拟量输入通道，有转换起停控制，模拟输入电压范畴为 0~+5V ，转换时间为 100s ，它的内部结构如图所示。

IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

ADDAADDBADDCALE

通道选择开关

地址锁存和译码

定时和控制

逐次逼近寄存器 SAR 8 位

三态锁存缓冲

器DAC

OE

EOC

CLOCK START

VCC GNDVREF+

VREF-

ADC0809

D0D1D2D3D4D5D6D7


二． ADC0809 的引脚

ADC0809 芯片有 28 个引脚，采用双列直插式封装，如图。

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

START

EOC

D3

OE

CLOCK

VCC

VREF+

GND

D1

IN2

IN1

IN0

ADDA

ADDB

ADDC

ALE

D7

D6

D5

D4

D0

VREF-

D2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

2


其中：IN0~IN7 ： 8 路模拟量输入端。D0~D7 ： 8 位数字量输出端。ADDA 、 ADDB 、 ADDC ： 3 位地址输入线，用于选择 8 路模

拟通道中的一路，选择情况见表。

ADDC ADDB ADDA 选择通道0 0 0 IN0

0 0 1 IN1

0 1 0 IN2

0 1 1 IN3

1 0 0 IN4

1 0 1 IN5

1 1 0 IN6

1 1 1 IN7

ALE ：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START ： A/D 转换启动信号，输入，高电平有

效。


EOC ： A/D 转换结束信号，输出。当启动转换时，该引脚为低电平，当 A/D 转换结束时，该线脚输出高电平。

OE ：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当转换结束后，如果从该引脚输入高电平，则打开输出三态门，输出锁存器的数据从 D0~D7 送出。

CLK ：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHZ.REF+ 、 REF- ：基准电压输入端。Vcc ：电源，接 +5V 电源。GND ：地。

三． ADC0809 的工作流程

START/ALE 地址锁存

ADDA/B/C

EOC

OE

D0~D7

启动

转换结束

读取结果

D A T A


ADC0809 的工作流程如图所示：

1．输入 3 位地址，并使 ALE=1 ，将地址存入地址锁存器中，经地址译码器译码从 8 路模拟通道中选通一路模拟量送到比较器。

2．送 START 一高脉冲， START 的上升沿使逐次逼近寄存器复位，下降沿启动 A/D 转换，并使 EOC 信号为低电平。

3．当转换结束时，转换的结果送入到输出三态锁存器，并使EOC 信号回到高电平，通知 CPU已转换结束。

4．当 CPU执行一读数据指令，使 OE 为高电平，则从输出端D0~D1读出数据。

四． ADC0809 与 MCS-51 单片机的接口

下图是一个 ADC0809 与 8051 的一个接口电路图。

1 ．硬件连接


P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7

ALE

WR P2.7RD

INTO

+

+

+5V

GND

D0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTART

OE

EOC

IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

VREF+

VREF-

ADC0809

8051

分频器

2 ．软件编程设接口电路用于一个 8 路模拟量输入的巡回检测系统，使用中断方式采样数据，把采样转换所得的数字量按序存于片内 RAM 的 30H~37H 单元中。采样完一遍后停止采集。

第八章 MCS-51 与 D/A 、 A/D 的接口汇编语言编程：ORG 0003HLJMP INT0ORG 0100H ；主程序MOV R0 ， #30H ；设立数据存储区指针MOV R2 ， #08H ；设置 8 路采样计数值SETB IT0 ；设置外部中断 0 为边沿触发方式 SETB EA ； CPU 开放中断SETB EX0 ；允许外部中断 0 中断MOV DPTR ， #0000H ；送入口地址并指向 IN0LOOP ： MOVX @DPTR ， A ；启动 A/D 转换， A 的值无意义HERE ： SJMP HERE ；等待中断ORG 0200H ；中断服务程序INT0 ： MOVX A ， @DPTR ；读取转换后的数字量MOV @R0 ， A ；存入片内 RAM 单元INC DPTR ；指向下一模拟通道INC R0 ；指向下一个数据存储单元DJNZ R2 ， NEXT ； 8 路未转换完，则继续CLR EA ；已转换完，则关中断CLR EX0 ；禁止外部中断 0 中断RETI ；中断返回NEXT ： MOVX @DPTR ， A ；再次启动 A/D 转换RETI ；中断返回


C语言编程：#include <reg51.h>#include <absacc.h> // 定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define IN0 XBYTE[0x0000] // 定义 IN0 为通道 0 的地址static uchar data x[8]; // 定义 8 个单元的数组，存放结果uchar xdata *ad_adr; // 定义指向通道的指针uchar i=0;void main(void){IT0=1; //初始化EX0=1;EA=1;i=0;ad_adr=&IN0; //指针指向通道 0*ad_adr=i; //启动通道 0 转换for (;;) {;} // 等待中断}


void int_adc(void) interrupt 0 // 中断函数{x[i]=*ad_adr; // 接收当前通道转换结果i++;ad_adr++; //指向下一个通道if (i<8){*ad_adr=i; //8 个通道未转换完，启动下一个通道返回}else{EA=0;EX0=0; //8 个通道转换完，关中断返回}}


8.2 MCS-51 单片机与 DAC 的接口

8.2.1 D/A 转换器概述

一． D/A 转换器的性能指标

1 ．分辨率。 2 ．精度3 ．线性度 4 ．温度灵敏度5 ．建立时间

二． D/A 转换的分类

D/A 转换器的品种繁多、性能各异。按输入数字量的位数分： 8 位、10 位、 12 位和 16 位等；按输入的数码分：二进制方式和 BCD 码方式；按传送数字量的方式分：并行方式和串行方式；按输出形式分：电流输出型和电压输出型，电压输出型又有单极性和双极性；按与单片机的接口分：带输入锁存的和不带输入锁存的。下面介绍几种常用的 D/A 转换芯片。


三． D/A 转换器与单处机的连接

1 ．数据线的连接 D/A 转换器与单片机的数据线的连接主要考虑两个问题：一是位数，当高于 8 位的 D/A 转换器与 8 位数据总线的 MCS-51 单片机接口时， MCS-51 单片机的数据必须分时输出，这时必须考虑数据分时传送的格式和输出电压的“毛刺”问题；二是 D/A 转换器有无输入锁存器的问题，当 D/A 转换器内部没有输入锁存器时，必须在单片机与 D/A 转换器之间增设锁存器或 I/O 接口。

2 ．地址线的连接一般的 D/A 转换器只有片选信号，而没有地址线。这时单片机的地址线采用全译码或部分译码，经译码器输出来控制 D/A 转换器的片选信号，也可由某一位 I/O线来控制 D/A 转换器的片选信号。 3 ．控制线的连接 D/A 转换器主要有片选信号、写信号及启动转换信号等，一般由单片机的有关引脚或译码器提供。


8.2.2 MCS-51 与 8 位 DAC0832 的接口

一． DAC0832 芯片 DAC0832 是一种电流型 D/A 转换器，数字输入端具有双重缓冲功能，可以双缓冲、单缓冲或直通方式输入，它的内部结构如图。

与

与

与

DI0~DI7

ILE

CS

WR1

WR2

XFER

输入寄存器

DAC寄存器

D/A转换器

LE1 LE2

VREF

Rfb

IOUT1

IOUT2

AGND

VCC

DGND

DAC0832


二． DAC0832 的引脚

DAC0832 有 20 引脚，采用双列直插式封装，如图所示。

CSWR1AGNDDI3DI2DI2DI0VREF RFB DGND

VCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT2

12345678910

20191817161514131211

其中：DI0～ DI7 （ DI0 为最低位）： 8 位数字量输入

端。ILE ：数据允许控制输入线，高电平有效。

：片选信号。：写信号线 1 。

WR1

CS


：写信号线 2 。 WR2

：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 XFER

IOUT1 ：模拟电流输出线 1 。它是数字量输入为“ 1” 的模拟电流输出端。

IOUT2 ：模拟电流输出线 2 ，它是数字量输入为“ 0” 的模拟电流输出端，采用单极性输出时， IOUT2常常接地。

Rfb ：片内反馈电阻引出线，反馈电阻制作在芯片内部，用作外接的运算放大器的反馈电阻。

VREF ：基准电压输入线。电压范围为－ 10V～＋ 10V 。VCC ：工作电源输入端，可接＋ 5V～＋ 15V 电源。AGND ：模拟地。DGND ：数字地。

三． DAC0832 的工作方式

DAC0832 有三种方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。1 ．直通方式：


、、、直接接地， ILE接电源， DAC0832工作于直通方式，此时， 8位输入寄存器和 8位 DAC寄存器都直接处于导通状态， 8位数字量到达 DI0~DI7，就立即进行 D/A转换，从输出端得到转换的模拟量。

WR1

WR2

CS XFER 当引脚

2 ．单缓冲方式：

WR1

WR2

CS XFER 当连接引脚、、、，使得两个锁存器的一个处于直通状

态，另一个处于受控制状态，或者两个被控制同时导通， DAC0832 就工作于单缓冲方式，例如下图就是一种单缓冲方式的连接

对于下图的单缓冲连接，只要数据 DAC0832写入 8 位输入锁存器，就立即开始转换，转换结果通过输出端输出。


Vout

-

VCC

ILECS

WR1

DI0~DI7WR2 XFERDGND AGND

VREF

Rfb

IOUT1

IOUT2

+5V

-

-5V

-

-A+

-

P2.7

WR

P0.0~P0.7

8051

3 ．双缓冲方式：

当 8 位输入锁存器和 8 位 DAC 寄存器分开控制导通时， DAC0832 工作于双缓冲方式，双缓冲方式时单片机对 DAC0832 的操作分两步，第一步，使 8 位输入锁存器导通，将 8 位数字量写入 8 位输入锁存器中；第二步，使 8 位 DAC 寄存器导通， 8 位数字量从 8 位输入锁存器送入8 位 DAC 寄存器。第二步只使 DAC 寄存器导通，在数据输入端写入的数据无意义。下图就是一种双缓冲方式的连接。


P2.7P2.6WR

P0.0~P0.7 8051

Vout

-

VCC

ILECSXFERWR1WR2

DI0~DI7

DGND AGND

VREF

Rfb

IOUT1

IOUT2

+5V

-

-5V

-

-A+

-

四． DAC0832 的应用 D/A 转换器在实际中经常作为波形发生器使用，通过它可以产生各种各样的波形。它的基本原理如下：利用 D/A 转换器输出模拟量与输入数字量成正比这一特点，通过程序控制 CPU 向 D/A 转换器送出随时间呈一定规律变化的数字，则 D/A 转换器输出端就可以输出随时间按一定规律变化的波形。


【例 8-1 】根据图 8.9编程从 DAC0832 输出端分别产生锯齿波、三角波和方波。

根据单缓冲方式图的连接， DAC0832 的口地址为 7FFFH 。汇编语言编程：锯齿波MOV DPTR ， #7FFFHCLR ALOOP ： MOVX @DPTR ，

AINC ASJMP LOOP三角波：MOV DPTR ， #7FFFHCLR ALOOP1 ： MOVX @DPTR ，

AINC ACJNE A ， #0FFH ， LOOP

1LOOP1 ： MOVX @DPTR ，

ADEC AJNZ LOOP2

SJMP LOOP1方波：MOV DPTR ， #7FFFHLOOP ： MOV A ， #00HMOVX @DPTR ， AACALL DELAYMOV A ， #FFHMOVX @DPTR ， AACALL DELAYSJMP LOOPDELAY ： MOV R7 ， #0FFHDJNZ R7 ， $RET


C语言编程：锯齿波：#include <absacc.h> // 定义绝对地址

访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE[0x7FFF]void main(){uchar i;while(1){for (i=0;i<0xff;i++){DAC0832=i;}}}


三角波：#include <absacc.h> // 定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE[0x7FFF]void main(){uchar i;while(1){for (i=0;i<0xff;i++){DAC0832=i;}for (i=0xff;i>0;i--){DAC0832=i;}}}

第八章 MCS-51 与 D/A 、 A/D 的接口方波：#include <absacc.h> // 定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE[0x7FFF]void delay(void);void main(){uchar i;while(1){DAC0832=0; // 输出低电平delay(); //延时DAC0832=0xff; // 输出高电平delay(); //延时}}void delay() //延时函数{uchar i;for (i=0;i<0xff;i++) {;}}

第八章 mcs-51 与 d/a 、 a/d 的接口

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