第二章微型计算机接口技术.ppt
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1、第二章 微型计算机接口技术,2.1 D/A转换器 2.2 MCS-51和D/A转换器的接口 2.3 A/D转换器 2.4 MCS-51和A/D转换器的接口 2.5 数据的采样及保持 2.6 常用输出驱动电路,在微机的各种接口中,完成外设信号到微机所需数字信号转换的,称为模拟数字转换(A/D转换)器;完成微机输出数字信号到外设所需信号转换的,称为数字模拟转换(D/A转换)器。 D/A转换器(Digital to Analog Converter)是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件;A/D转换器(Analog to Digital Converter)则相反,它能把模拟量转换成相应的数字量。在
2、微机控制系统中,经常要用到A/D和D/A转换器。它们的功能及在实时控制系统中的地位,如图2-1所示。,图2-1 单片机和被控实体间的接口示意,返回本章首页,2.1 D/A转换器,2.1.1 D/A转换器的原理 2.1.2 D/A转换器的性能指标 2.1.3 典型的D/A转换器芯片DAC0832,返回本章首页,2.1.1 D/A转换器的原理,D/A转换器有并行和串行两种,在工业控制中,主要使用并行D/A转换器。D/A转换器的原理可以归纳为“按权展开,然后相加”。因此,D/A转换器内部必须要有一个解码网络,以实现按权值分别进行D/A转换。 解码网络通常有两种:二进制加权电阻网络和T型电阻网络。,为
3、了说明T型电阻网络的工作原理,现以四位D/A转换器为例加以讨论,如图2-2所示。,图2-2 T型电阻网络型D/A转换器,返回本节,2.1.2 D/A转换器的性能指标,1. 分辨率 2. 转换精度 3. 偏移量误差 4. 建立时间,返回本节,2.1.3 典型的D/A转换器芯片DAC0832,1. DAC0832内部结构 2. 引脚功能 3. DAC0832的技术指标,1. DAC0832内部结构,DAC0832内部由三部分电路组成,如图2-3所示。,图2-3 DAC0832原理框图,2. 引脚功能,DAC0832芯片为20引脚,双列直插式封装。其引脚排列如图2-4所示。 (1)数字量输入线D7D
4、0(8条) (2)控制线(5条) (3)输出线(3条) (4)电源线(4条),图2-4 DAC0832引脚图,3. DAC0832的技术指标,DAC0832的主要技术指标: (1)分辨率 8位 (2)电流建立时间 1S (3)线性度(在整个温度范围内)8、9或10位 (4)增益温度系数 00002 FS/ (5)低功耗 20mW (6)单一电源 +5 +15V,因DAC0832是电流输出型D/A转换芯片,为了取得电压输出,需在电流输出端接运算放大器,Rf为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图2-5所示。,图2-5 运算放大器接法,返回本节,2.2 MCS-51和D/A转换器的接口,2.
5、2.1 DAC0832的应用 2.2.2 MCS-51和8位DAC的接口 2.2.3 MCS-51和12位DAC的接口,返回本章首页,2.2.1 DAC0832的应用,1. 单极性输出 2. 双极性输出,1. 单极性输出,在需要单极性输出的情况下,可以采用图2-6所示接线。,图2-6 单极性DAC的接法,2. 双极性输出,在需要双极性输出的情况下,可以采用图2-7所示接线。,图2-7 双极性DAC的接法,图2-7中,运算放大器OA2的作用是将运算放大器OA的单向输出转变为双向输出。表达式(2-3)的比例关系可以用图2-8来表示。,返回本节,图2-8 双极性输出线性关系图,2.2.2 MCS-5
6、1和8位DAC的接口,1. 直通方式 2. 单缓冲方式 3. 双缓冲方式,1. 直通方式,2. 单缓冲方式,所谓的单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式,而另一个处于受控的锁存方式。在实际应用中,如果只有一路模拟量输出。单缓冲方式接线如图2-9所示。,图2-9 DAC0832单缓冲方式接口,例2.1 DAC0832用作波形发生器。试根据图2-9接线,分别写出产生锯齿波、三角波和方波的程序,产生的波形如图2-10所示。,图2-10 例2.1所产生的波形,解:由图2-9可以看出,DAC0832采用的是单缓冲单极性的接线方式,它的选通地址为7FFFH。 锯齿波程序: OR
7、G 0000H MOV DPTR,#7FFFH ;输入寄存器地址 CLR A ;转换初值 LOOP: MOVX DPTR,A ;D/A转换 INC A ;转换值增量 NOP ;延时 NOP NOP SJMP LOOP END,三角波程序:,ORG 0100H CLR A MOV DPTR,#7FFFH DOWN: MOVX DPTR,A ;线性下降段 INC A JNZ DOWN MOV A,#0FEH ;置上升阶段初值 UP: MOVX DPTR,A ;线性上升段 DEC A JNZ UP SJMP DOWN END,方波程序:,ORG 0200H MOV DPTR,#7FFFH LOOP:
8、 MOV A,#33H ;置上限电平 MOVX DPTR,A ACALL DELAY ;形成方波顶宽 MOV A,#0FFH ;置下限电平 MOVX DPTR,A ACALL DELAY ;形成方波底宽 SJMP LOOP END,3. 双缓冲方式,所谓双缓冲方式,就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲方式DAC0832的连接如图2-11所示。,图2-11 DAC0832的双缓冲方式接口,例2.2 DAC0832用作波形发生器。试根据图2-11接线,分别写出产生锯齿波、三角波 和方波的程序,产生的波形如图2-12所示。,图2-12 例2.2所产生的波形,ORG 0000H
9、LOOP1: MOV A,#80H ;转换初值 LOOP: MOV R0,#0FEH ;输入寄存器地址 MOVX R0, A ;转换数据送输入寄存器 INC R0 ;产生DAC寄存器地址 MOVX R0, A;数据送入DAC寄存器并进行D/A转换 DEC A ;转换值减少 NOP ;延时 NOP NOP CJNE A,#0FFH,LOOP;-5V是否输出?未输出,程序循环 SJMP LOOP1 ;-5V已输出,返回转换初值 END,解:由图2-11可以看出,DAC0832采用的是双缓冲双极性的接线方式,输入寄存器的地址为FEH,DAC寄存器的地址为FFH。锯齿波程序:,三角波程序:,ORG 0
10、100H MOV A,#0FFH DOWN: MOV R0,#0FEH MOVX R0,A ;线性下降段 INC R0 MOVX R0,A DEC A JNZ DOWN UP: MOV R0,#0FEH ;线性上升段 MOVX R0,A INC R0 MOVX R0,A INC A JNZ UP MOV A,#0FEH SJMP DOWN END,方波程序:,ORG 0200H LOOP: MOV A,#66H MOV R0,#0FEH ;置上限电平 MOVX R0,A INC R0 MOVX R0,A ACALL DELAY ;形成方波顶宽 MOV A,#00H ;置下限电平 MOV R0,
11、#0FEH MOVX R0,A INC R0 MOVX R0,A ACALL DELAY ;形成方波底宽 SJMP LOOP END,例2.3 X-Y绘图仪与双片DAC0832接线如图2-13所示。设8031内部RAM中有两个长度为30H的数据块,其起始地址分别为20H和60H,请根据图2-13,编出能把20H和60H中的数据分别从1#和2#DAC0832输出,并根据所给数据绘制出一条曲线。,图2-13 控制X-Y绘图仪的双片DAC0832接口,解:根据图2-13接线,DAC0832各端口的地址为: FDH 1#DAC0832数字量输入寄存器地址 FEH 2#DAC0832数字量输入寄存器地址
12、 FFH 1#和2#DAC0832启动D/A转换地址 设R1寄存器指向60H单元;R0指向20H单元,并同时作为两个DAC0832的端口地址指针;R7寄存器存放数据块长度。,ORG 0000H MOV R7,#30H ;数据块长度 MOV R1,#60H MOV R0,#20H LOOP: MOV A,R0 PUSH A ;保存20H单元地址 MOV A,R0 ;取20H单元中的数据 MOV R0,#0FDH ;指向1#DAC0832的数字量输入寄存器 MOVX R0,A ;取20H单元中的数据送1#DAC0832 INC R0,MOV A,R1 ;取60H单元中的数据 INC R1 ;修改6
13、0H单元地址指针 MOVX R0,A ;取60H单元中的数据送2#DAC0832 INC R0 MOVX R0,A;启动两片DAC0832同时进行转换 POP A ;恢复20H单元地址 INC A ;修改20H单元地址指针 MOV R0,A DJNZ R7,LOOP ;数据未传送完,继续 END,返回本节,2.2.3 MCS-51和12位DAC的接口,DAC1208的内部结构和引脚结构 DAC1208的内部结构如下图2-14所示,引脚结构如图2-15所示。,图2-14 DAC1208内部框图,图2-15 DAC1208引脚图,8031和DAC1208的接线方式如图2-16所示。,图2-16 8
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