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1、第11章 MCS-51与D/A转换器、A/D转换器的接口,一、作业,二、MCS-51与DAC的接口,D/A转换器的原理及主要技术指标,MCS-51与8位DAC0832的接口,MCS-51与12位DAC1208的接口,非电物理量（温度、压力、流量、速度等），须经传感器转换成模拟电信号（电压或电流），必须转换成数字量，才能在单片机中处理。,A/D转换器（ADC）：模拟量数字量的器件，D/A转换器（DAC）：数字量模拟量的器件。,数字量，也常常需要转换为模拟信号。,11.1 MCS-51与DAC的接口,输入：数字量，输出：模拟量。转换过程：送到DAC的各位二进制数按其权的大小转换为相应的模拟分量，再
2、把各模拟分量叠加，其和就是D/A转换的结果。,使用D/A转换器时，要注意区分:,*D/A转换器的输出形式;,*内部是否带有锁存器。,11.1.1 D/A转换器的原理及主要技术指标,型电阻网络D/A转换器：,虚地,1、D/A转换器的基本原理,输出电压 的大小与数字量的对应关系：,注：因使用反相比例放大器来实现电流到电压的转换，所以输出模拟信号(VO)的极性与参考电压(VREF)极性相反。,n位数字量B与模拟量的关系式：当,2.主要技术指标,(1)分辨率（Resolution）,输入给DAC的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2n之比。显然，二进制位数越多，分辨率越高。
3、,例如，若满量程为10V，根据定义则分辨率为10V/2n。设8位D/A转换，即n=8，分辨率为10V/2n=39.1mV，该值占满量程的0.391%，用1LSB表示。,同理：10位 D/A：1 LSB=9.77mV=0.1%满量程12位 D/A：1 LSB=2.44mV=0.024%满量程,根据对DAC分辨率的需要,来选定DAC的位数。,(2)建立时间（Establishing Time）,描述DAC转换快慢的参数,表明转换速度。定义：为从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)LSB(最低有效位)时所需的时间。电流输出时间较短，电压输出的，加上I-V转换的时间，因此建立时间要长一些。快速DAC
4、可达1s以下。,线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数表示。如是指实际输出值与理论值之差在满刻度的以内。,(3)线性度（Linearity）,绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。绝对精度是由DAC的增益误差（当输入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数码输入为全时，DAC的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起的。绝对精度（即最大误差）应小于1个LSB。,相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的百分比表示。,(4)绝对精度和相对精度（Con
5、version Accuracy）,应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概念不同。DAC的位数多时，分辨率会提高，对应于影响精度的量化误差会减小。但其它误差（如温度漂移、线性不良等）的影响仍会使DAC的精度变差。,DAC0832是使用非常普遍的位D/A转换器，由于其片内有输入数据寄存器，故可以直接与单片机接口。DAC0832以电流形式输出，当需要转换为电压输出时，可外接运算放大器。属于该系列的芯片还有DAC0830、DAC0831，它们可以相互代换。DAC0832主要特性：,分辨率位；电流建立时间S；数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；输出电流线性度可在满量程下调节；逻辑电平输入与TT
6、L电平兼容；单一电源供电（5V15V）；低功耗，20m。,11.1.2 MCS-51与8位DAC0832的接口,1.DAC0832芯片介绍,DAC0832的逻辑结构：,（2）DAC0832的引脚及逻辑结构,引脚：,2.DAC的应用,(1)单极性电压输出,单极性模拟电压输出，可采用图11-5或图11-9所示接线。输出电压Vout与输入数字量B的关系:,Vout=-（B/256）VRFE 式中，B=b727+b626+b121+b020；,B为0时，Vout也为0，输入数字量为255时，Vout为最大值,单极性。,双极性电压输出，采用图11-3接线：,Vout=（B-128）（VREF/128）,
7、由上式，在选用+VREF时，（1）若输入数字量b71，则Vout为正；（2）若输入数字量b70，则Vout为负。在选用-VREF时，Vout与+VREF时极性相反。,（2）双极性电压输出,-VREF0,（3）DAC用作程控放大器,DAC还可作程控放大器，见图11-4。,DAC的输出和输入之间的关系:,Vout=-Vin*(256/B）,256/B看作放大倍数。但输入数字量B不得为“0”。,3.MCS-51与DAC0832的接口电路,有3种工作方法：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。,地址FEH,MOV R0，#0FEH；DAC地址FEHR0,MOVX R0，A；WR*和译码器FEH输出端有效,
8、(2)单缓冲方式,例11-1 DAC0832用作波形发生器。分别写出产生锯齿波、三角波和矩形波的程序。,(1)锯齿波的产生,ORG 2000H,START:MOV R0，#0FEH；DAC地址FEH R0,MOV A，#00H；数字量A,LOOP:MOVX R0，A；数字量D/A转换器,INC A；数字量逐次加1,SJMP LOOP,每一上升斜边分256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。,(2)三角波的产生,ORG 2000H,START:MOV R0，#0FEH,MOV A，#00H,UP:MOVXR0，A；三角波上升边,INC A,JNZ UP,DOWN:DEC A
9、；A=0时再减1又为FFH,MOVX R0，A,JNZ DOWN；,三角波下降边,SJMP UP,(3)矩形波的产生,ORG 2000H,START:MOV R0，#0FEH,LOOP:MOV A，#data1,MOVX R0，A；置矩形波上限电平,LCALL DELAY1；调用高电平延时程序,MOV A，#data2,MOVX R0，A；置矩形波下限电平,LCALL DELAY2；调用低电平延时程序,SJMP LOOP；重复进行下一个周期,DELAY1、DELAY2为两个延时程序，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。,单缓冲方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模拟
10、量输出但并不要求同步的系统。,电阻的作用？,练习 D/A转换程序，用DAC0832输出0+5V锯齿波，电路为单缓冲方式。设VREF=-5V，若DAC0832地址为7FFFH，脉冲周期要求为100ms。,DACS：MOV DPTR，#7FFFH；0832 I/O地址 MOV A，#00H；开始输出0VDACL：MOVXDPTR，A；D/A转换 INCA；升压 ACALLDELAY；延时100ms/256：决定锯齿波的周期AJMPDACL；连续输出DELAY：；延时子程序,（3）双缓冲方式,图11-9中DAC输出的VX和VY信号要同步，控制X-Y绘图仪绘制的曲线光滑，否则绘制的曲线是阶梯状。多路同
11、步输出，必须采用双缓冲同步方式。,1#DAC0832因和译码器FDH相连，占有两个端口地址FDH和FFH。2#DAC0832的两个端口地址为FEH和FFH。其中，FDH和FEH分别为1#和2#DAC0832的数字量输入控制端口地址，而FFH为启动D/A转换的端口地址。,读P286,例11-2 内部RAM中两个长度为20的数据块，起始地址为分别为addr1和addr2，编写能把addr1和addrr2中数据从1#和2#DAC0832同步输出的程序。addr1和addr2中的数据，为绘制曲线的X、Y坐标点。,DAC0832各端口地址：,FDH:1#DAC0832数字量输入控制端口,FEH:2#DA
12、C0832数字量输入控制端口,FFH:1#和2#DAC0832启动D/A转换端口,工作寄存器0区的R1指向addr1；1区的R1指向addr2；0区的R2存放数据块长度；0区和1区的R0指向DAC端口地址。程序为：,ORG 2000H,addr1 DATA 20H；定义存储单元addr2 DATA 40H；定义存储单元,DTOUT:MOV R1，#addr1；0区R1指向addr1 MOV R2，#20；数据块长度送0区R2 SETB RS0；切换到工作寄存器1区 MOV R1，#addr2；1区R1指向addr2 CLR RS0；返回0区,NEXT:MOV R0，#0FDH；0区R0指向1#
13、DAC0832；数字量控制端口 MOV A，R1；addr1中数据送A MOVX RO，A；addr1中数据送1#DAC0832,INC R1；修改addr1指针0区R1,SETB RS0；转1区。MOV R0，#0FEH；1区R0指向2#DAC0832数字量；控制端口MOV A，R1；addr2中数据送AMOVX R0，A；addr2中数据送2#DAC0832,INC R1；修改addr2指针1区R1INC R0；1区R0指向DAC的启动D/A转换端口,MOVX R0，A；启动DAC进行转换,CLR RS0；返回0区,DJNZ R2，NEXT；若未完，则跳NEXTLJMP DTOUT；若送完
14、，则循环,END,11.1.3 MCS-51与12位DAC1208的接口,8位DAC分辨率不够，可采用12位DAC。常用的有AC1208系列与DAC1230系列。,1.DAC1208系列的结构引脚及特性,双缓冲结构。不是用一个12位锁存器，而是用一个8位锁存器和一个4位锁存器，以便和8位数据线相连。,主要特性：,（1）输出电流稳定时间：1s；,（2）基准电压：VREF=-10+10V；,（3）单工作电源：+5+15V；,（4）低功耗：20mW。,引脚功能：,CS*：片选信号。,WR1*：写信号，低电平有效,BYTE1/BYTE2*：字节顺序控制信号。1：开启8位和4位两个锁存器，将12位全部打
15、入锁存器。0：仅开启4位输入锁存器。,XFER*：传送控制信号，与WR2*信号结合，将输入锁存器中的12位数据送至DAC寄存器。,WR2*：辅助写。该信号与XFER*信号相结合，当同为低电平时，把锁存器中数据打入DAC寄存器。当为高电平时，DAC寄存器中的数据被锁存起来。,DI0-DI11:12位数据输入。,IOUT1：D/A转换电流输出1。当DAC寄存器全1时，输 出电流最大，全0时输出为0,IOUT2：D/A转换电流输出2。IOUT1+IOUT2=常数,RFB：反馈电阻输入,VREF：参考电压输入,IOUT1：D/A转换电流输出1。当DAC寄存器全1时，输 出电流最大，全0时输出为0,IO
16、UT2：D/A转换电流输出2。IOUT1+IOUT2=常数,VCC：电源电压,DGND、AGND：数字地和模拟地,2.接口电路设计及软件编程,接口电路设计,8031与DAC1208转换器的接口如图11-11。,高8位输入寄存器端口地址：4001H;,低4位寄存器端口地址：4000H;,DAC寄存器的端口地址：6000H。,由于8031的P0.0分时复用，所以用P0.0与DAC1208的 BYTE1/BYTE2*相连时，要有锁存器74LS377。,外接AD581做10V基准电压源。模拟电压输出接为双极性。,采用双缓冲方式。先送高8位数据DI11 DI4,再送入低4位数据DI3DI0，而不能按相反
17、的顺序传送。如先送低4位后送高8位，结果会不正确。,在12位数据分别正确地进入两个输入寄存器后,再打开DAC寄存器。,单缓冲方式不合适，在12位数据不是一次送入的情况下，边传送边转换，会使输出产生错误的瞬间毛刺。,图中DAC1208的电流输出端外接两个运放LF356，其中运放1用作I/V转换，运放2实现双极性电压输出（-10V+10V）。,电位器W1定零点，电位器W2定满度。,（2）软件编程,设12位数字量存放在内部RAM的两个单元，12位数的高8位在DIGIT单元，低4位在DIGIT+1单元的低4位。按图11-11电路，D/A转换程序如下：,MOV DPTR，#4001H;8位输入寄存器地址
18、,MOV R1，#DIGIT;高8位数据地址,MOV A，R1;取出高8位数据,MOVX DPTR，A;高8位数据送DAC1208,DEC DPL;指向4位输入寄存器地址,INC R1;低4位数据地址,MOV A，R1;取出低4位数据,MOVX DPTR，A;低4位数据送DAC1208,MOV DPTR，#6000H;DAC寄存器地址,MOVX DPTR，A;12位同步输出完成12位D/A转换,11.1.4 MCS-51与12位DAC1230系列的接口,DAC1230内部结构和应用特性与DAC1208完全相似，只不过DAC1230系列的低4位数据线在片内与高4位数据线相连，在片外表现为8位数据线，故比DAC1208少四个引脚，20脚DIP封装。,内部结构及引脚如图11-12。,DAC1230与8位单片机的接口比DAC1208要简单；但DAC1208系列与16位单片机连接更方便。,
