MCS-51单片机的模拟量输入输出.ppt
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1、1,第11讲 MCS-51的模拟量输入输出,电气工程系 赵志衡 E-mail:,2,课程主要内容,ADC及DAC的基本原理及性能指标 A/D转换的实现(ADC0809) D/A转换的实现(DAC0832),3,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),再转 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。,只需合理选用商品化的大规模ADC、DAC芯片,了 解引脚及功能以及与单片机的接口设计。,概述,4,ADC的基本原理及性能指标,模拟量转换成
2、数字量,便于计算机进行处理。,随着超大规模集成电路制造技术的飞速发展,大量结构不同、性能各异的A/D转换芯片应运而生。,5,1.A/D转换器的分类,根据转换原理可将A/D转换器分成两大类 (1)直接型A/D转换器(2)间接型A/D转换器。,6,常见的A/D转换器工作原理,逐次逼近式A/D转换器 将输入模拟信号与推测信号比较,调节推测信号逼近输入信号,直至两者相等 双积分式A/D转换器 采用输入模拟信号与标准电压反向积分的方法,完成模拟信号的转换 V/F变换式A/D转换器 将输入模拟信号转化为线性对应的频率信号,通过测量频率实现模拟信号的转化,7,应用特点,逐次比较型:精度、速度和价格都适中,是
3、最常用 的A/D转换器件。 双积分型:精度高、抗干扰性好、价格低廉,但转换速度慢,得到广泛应用。 V/F转换型:适于转换速度要求不太高,远距离信号传输。,8,2. A/D转换器的主要技术指标,转换时间和转换速率,完成一次转换所需要的时间。转换时间的倒数为转换速率。,逐次比较式:0.4s,速率为2.5M次/s。,(2) 分辨率,用输出二进制位数或BCD码位数表示。例如AD574,二进制12位,即用212个数进行量化,分辨率为1LSB,百分数表示1/212=0.24。,又如双积分式A/D转换器MC14433, 分辨率为三位半。 若满字位为1999,其分辨率为1/1999=0.05%。,9,量化过程
4、引起的误差为量化误差,是由于有限位数字对模拟量进行量化而引起的误差。量化误差理论上规定为1个单位分辨率,提高分辨率可减少量化误差。,(3)转换精度,定义为一个实际ADC与一个理想ADC在量化值上的差。可用绝对误差或相对误差表示。,绝对精度 在转换器中,任何数码所对应的实际模拟电压与其理想电压值之差的最大值称为绝对精度 相对精度 绝对精度的百分数表示,10,3. A/D转换器的选择,按输出代码的有效位数分:8位、10位、12位等。,按转换速度分为超高速(1ns)、高速(1s) 中速(1ms)、低速(1s)等。,A/D转换器的发展趋势: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/
5、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。,11,(1)A/D转换器位数的确定,系统总精度涉及的环节较多:传感器变换精度、 信号预处理电路精度和A/D转换器及输出电路、控制 机构精度,还包括软件控制算法。 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高1位,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。 8位以下:低分辨率,912位:中分辨率,13位以上:高分辨率。,12,(2)A/D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,这就是A/D转换器的转换时间。,低速:转换时间从几ms到几十ms 。,中速:
6、逐次比较型的A/D转换器的转换时间可从几s 100s左右。,高速:转换时间仅20100ns。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。,13,(3)是否加采样保持器,直流和变化非常缓慢的信号可不用采样保持器。其他情况都要加采样保持器。,14,(4)工作电压和基准电压,选择使用单一+5V工作电压的芯片,与单片机系统共用一个电源比较方便。 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,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。,15,ADC0809接口电路设计及软件编程,ADC0809芯片结构 ADC0809功能及管脚 ADC0809与8031
7、接口电路设计1及软件编程 ADC0809与8031接口电路设计2及软件编程,16,ADC0809功能特点为:,分辨率为8位 ADC0809最大不可调误差1LSB 模拟输入电压范围为05V,单电源供电 锁存控制的8路模拟开关 转换速度取决于芯片的时钟频率,其范围101280kHz,当频率为500kHz时,转换速度为128us,17,逐次逼近式8路模拟输入、8位输出的A/D转换器。,ADC0809,18,共28脚,双列直插式封装。主要引脚功能如下:,(1)IN0IN7:8路模拟信号输入端。,(2) D0D7:8位数字量输出端。,(3) C 、B 、A:控制8路模拟通道的切换,C、B、A= 0001
8、11分别对应IN0IN7通道,ALE是其锁存信号。,(4) OE、START、CLK:控制信号端,OE为输出允许端, START为启动信号输入端,CLK为时钟信号输入端。,VR(+)和VR(-):参考电压输入端。,19,ADC0809结构框图,20,ADC0809功能及管脚,ADC0809芯片管脚介绍 START: 为启动转换控制口,输入正脉冲将启动转换。 ALE:为地址锁存控制口,输入正脉冲将锁存3位地址。 EOC:为转换结束信号输出口,转换时为低电平,结束为高电平输出。 OE:为转换结果输出允许控制口,上升沿控制结果输出到数据线上。 REF(+)REF(-): 为参考电压输入端,一般接VC
9、C和GND。 CLK:为转换时钟输入端。 IN0IN7:8路模拟量输入端 2-12-8:数字量输出,ADC0809管脚图,21,ADC0809操作时序,ADC0809操作时序图,22,ADC0809编程要点,选通模拟量输入通道 发出启动信号 用查询或中断方法等待转换结束 初学建议采用延时方法等待转换结束 读取转换结果,23,ADC0809与8031接口电路设计1,AD接口设计 转换时钟的提供,转换完成判断,8031外接晶振6MHz 模拟通道的选择,ADC0809与8031接口电路1原理图,24,例1:ADC0809接口电路编程,要求: 设计程序实现对8路模拟信号的采样,并把数据存储在RAM区3
10、0H37H中。,;- ; ADC0809的07模拟通道对应地址7FF8H7FFFH ;- ORG 0000H MAIN: MOV R1,#30H ;置数据存储区首地址 MOV DPTR,#7FF8H ;指向ADC0809的0通道 MOV R7,#08H ;置通道数 LOOP: MOVX DPTR,A ;启动转换 LCALL DELAY_130us ;等待130us MOVX A,DPTR ;读取转换结果 MOV R1,A ;保存转换结果 INC DPTR ;指向下一个转换通道 INC R1 ;指向下一个存储空间 DJNZ R7,LOOP ;判断8个通道采样是否完成? ,25,例2:ADC080
11、9与8031接口,AD接口设计 转换时钟的提供,转换完成判断 模拟通道的选择,ADC0809与8031接口电路2原理图,26,例2编程,要求 编程实现对第0路模拟信号的采样并实时在数码上显示采样值,待显示的采样值存放在RAM区30H,31H中。,;- ; 主程序代码,完成中断设置、启动AD转换的功能 ;- ORG 0000H ;系统复位程序入口地址 AJMP MAIN ;转向主程序 ORG 0013H ;外部硬件中断1程序入口地址 AJMP INT1P ;转向中断处理子程序 MAIN: SETB IT1 ;设INT1为边沿触发方式 SETB EX1 ;允许INT1中断 SETB EA ;开中断
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