单片机AD与DA转换课件.pptx
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1、第六章第六章 AD与与DA转换转换 第六章第六章 AD与与DA转换转换6.2 DA转换器接口转换器接口6.1 AD转换器接口转换器接口概述概述第六章第六章 AD与与DA转换转换AD与与DA转换概述转换概述 在单片机测控系统中,被测量的温度、压力、流量、在单片机测控系统中,被测量的温度、压力、流量、速度等非电物理量,经传感器先转换成连续变化的模速度等非电物理量,经传感器先转换成连续变化的模拟电信号(电压或电流),模拟电信号必须转换成数拟电信号(电压或电流),模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中进行处理。字量后才能在单片机中进行处理。 实现模拟量转换成数字量的器件称为实现模拟量转换成数字量的
2、器件称为A/D转换器转换器(ADC)。)。 单片机处理完毕的数字量,有时需要转换为模拟信单片机处理完毕的数字量,有时需要转换为模拟信号输出。数字量转换成模拟量的器件称为号输出。数字量转换成模拟量的器件称为D/A转换器转换器(DAC)。)。第六章第六章 AD与与DA转换转换例例1 1:温度控制系统:温度控制系统炉炉 窑窑热电偶热电偶 输入输入 A/D 计计 外外 阀门阀门 D/A 机机 操作台操作台算算设设输输出出例例2 2:机械手随动系统:机械手随动系统A/D D(Z) D/A 放大放大 KT压力传感器压力传感器 机械手机械手第六章第六章 AD与与DA转换转换 6.1 A/D 6.1 A/D转
3、换器转换器 完成模拟量转换成数字量的器件。 6.1.1 A/D6.1.1 A/D转换器的分类转换器的分类 A/DA/D转换器的种类很多,通常有以下转换器的种类很多,通常有以下3 3种分类方法种分类方法: (1 1)按位数)按位数 有8位、10位、12位、16位等。位数越多,分辨率越高,但价格也越贵。 (2 2)按结构)按结构 有单一的A/D转换器,内含多路开关的A/D转换器、多功能A/D转换器(含多路开关、放大器和采样保持器)。 (3 3)按转换方式)按转换方式 有逐次逼近型、双积分型、V/F、 变换器。第六章第六章 AD与与DA转换转换第六章第六章 AD与与DA转换转换 6.1.2 6.1.
4、2 转换方式转换方式(1 1)逐次逼近)逐次逼近ADCADC(2 2)双积分)双积分ADCADC(3 3) VFCVFC第六章第六章 AD与与DA转换转换 6.1.3 A/D 6.1.3 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 1 1、分辨率、分辨率 输入量达到满量程时,能识别的最小的输入增量称为分辨率。常用满量程输入的的增量衡量。如n=8,满量程输入为5.12V, LSB=5.12/256=20mV。 双积分型输出BCD 码的A/D转换器MC14433,其满量程输入电压为2V,其输出最大的十进制数为1999,分辨率为三位半(三位半(BCD BCD 码),码),如果换算成二进制位数表示
5、,其分辨率约为分辨率约为1111位位,因为1999最接近于211=2048。 量化过程引起的误差称为量化误差量化误差。提高A/D位数既可以提高分辨率,又能够减少量化误差。第六章第六章 AD与与DA转换转换 2 2、转换时间和转换速率、转换时间和转换速率 完成一次模拟量到数字量转换所需的时间。转换时间的倒数为转换速率。 3 3、线性误差、线性误差 实际转换结果与理想线性转换结果的误差,常用LSB表示。 4 4、转换精度、转换精度 转换精度定义为一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值,可用绝对误差或相对误差表示。其误差一般由温度、环境等因素引起。第六章第六章 AD与与DA转换转
6、换 6.1.46.1.4 常用常用A/DA/D转换器转换器 型号 位数 转换时间 电压和通道 类型 ADC0808/0809 8 100S 0-5V/8通道 逐次逼近 ADC12030/4/8 12 8S 0-5V/8通道 串行接口 AD574 12 25S 0-10V 逐次逼近 AD5711 24 1KSPS 2通道 -ADC MC14433 3.5 100ms +2V 双积分 ICL7106 3.5 100ms +2V 双积分 MAX1092 10 400kspS 0-5V/4通道 逐次逼近第六章第六章 AD与与DA转换转换 6.1.5 A/D转换器转换器ADC0809 1ADC0809引
7、脚及功能引脚及功能 逐次比较型8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器,引脚如图图。10IN0IN7:8路模拟信号输入端。 D0D7:转换的8位数字量输出端。 A、B、C:控制8路模拟输入通道的切换。A、B、C分别与单片机的三条地址线相连,C、B、A = 000111对应IN0IN7通道的地址。第六章第六章 AD与与DA转换转换OE: OE为输出允许端START:START为启动信号输入端CLK:时钟信号输入端。EOC:转换结束输出信号。当转换结束输出信号。当A/D转换开始转换时,转换开始转换时,该引脚为低电平,当该引脚为低电平,当A/D转换结束时,该引脚为高电转换结束时,该引脚为高电平。平
8、。 ALE: A、B、C 3位的地址锁存信号位的地址锁存信号VR(+)、)、VR():):基准电压输入端基准电压输入端。11第六章第六章 AD与与DA转换转换 2 2ADC0809ADC0809结构结构 结构如结构如图图6-16-1。采用逐次比较法完成。采用逐次比较法完成A/DA/D转换,单转换,单一一+5V+5V电源供电。电源供电。 片内带有锁存功能的片内带有锁存功能的8 8选选1 1模拟开关,由模拟开关,由C C、B B、A A的的编码编码来决定来决定所选的通道所选的通道。完成一次转换需。完成一次转换需100100 s s左右左右(转换时间与(转换时间与CLKCLK脚的时钟频率有关),具有
9、输出脚的时钟频率有关),具有输出TTLTTL三态锁存缓冲器,可直接连到单片机数据总线上。三态锁存缓冲器,可直接连到单片机数据总线上。通过适当的外接电路,可对通过适当的外接电路,可对0 05V5V的模拟信号进行转的模拟信号进行转换。换。12第六章第六章 AD与与DA转换转换13图图6-1 ADC0809结构框图第六章第六章 AD与与DA转换转换14图6-2 ADC0809与AT89S51查询式接口3AT89S51单片机与单片机与ADC0809的接口的接口P2.0第六章第六章 AD与与DA转换转换151、P0口经74LS373锁存,将P0.0-P0.2信号接到ADC0809的A、B、C作输入8路的
10、选通信号。2、单片机ALE经2分频作ADC0809的时钟信号。3、WR与P2.0组合经或非门接ADC0809的START和ALE,写入有效时74LS373输出地址到A、B、C的地址信号有效,选中输入一路,START信号同时有效,启动AD转换。4、当转换结束,使RD和P2.0信号有效,OE打开,转换后的数字信号经数据线D0-D7送往单片机第六章第六章 AD与与DA转换转换 A/D转换器在转换时需要基准电压,基准电压要单独用高精度稳压电源供给,其电压的变化要小于1LSB。 由于ADC0809片内无时钟,可利用AT89S51提供的ALE信号经D触发器二分频后获得时钟信号,ALE脚的频率是AT89S5
11、1时钟频率的1/6(但要注意,每当访问外部数据存储器时,将少一个ALE脉冲)。如果单片机时钟频率采用6MHz,则ALE引脚的输出频率为1MHz,再二分频后为500kHz,符合ADC0809对时钟频率的要求。当然,也可采用独立的时钟源,直接加到ADC0809的CLK脚上。 16第六章第六章 AD与与DA转换转换 由于ADC0809具有输出三态锁存器,其8位数据输出引脚D0D7可直接与单片机的P0口相连。地址译码引脚C、B、A分别与地址总线的低三位A2、A1、A0相连,以选通IN0IN7中的一个通道。 在启动启动A/D转换转换时,由单片机的写信号WR* 和P2.7控制ADC的地址锁存和转换启动,由
12、于由于ALE和和START连在一起连在一起,因此ADC0809在锁存通道地址的同时,启动并进行转换。在读取转换结果时,用低电平的读信号 和P2.7引脚经一级“或非门”后产生的正脉冲作为OE信号,用来打开三态输出锁存器。17第六章第六章 AD与与DA转换转换 单片机读取ADC的转换结果时,可采用查询和中断控制两种方式。 查询方式是在单片机把启动信号送到ADC之后,执行其他程序,同时对ADC0809的EOC脚不断进行检测,以查询ADC变换是否已经结束,如查询到变换已经结束,则读入转换完毕的数据。 中断控制方式是将EOC接INT0/1,在ADC0809转换结束,由EOC向单片机发出中断请求信号,单片
13、机响应此中断请求,进入中断服务程序,读入转换完毕的数据。 中断控制方式效率高,特适合于转换时间较长的ADC。18第六章第六章 AD与与DA转换转换图6-2连接后ADC0809的通道地址表:. . . . . . . . . . . . . . . .单片机P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00809STCBAIN00000IN10001IN70111若可选项设为“1”,IN0-IN7的地址:FEF8-FEFF。第六章第六章 AD
14、与与DA转换转换 4、 单片机与单片机与A/D转换器接口程序设计转换器接口程序设计 主要有以下四个步骤: 1、启动A/D转换,START引脚得到下降沿。 2、查询EOC引脚状态,EOC引脚由0变1,表示A/D转换过程结束。 3、允许读数,将OE引脚设置为1状态。 4、读取A/D转换结果。. . . . . . . . . . . . . . . .第六章第六章 AD与与DA转换转换#include /绝对地址访问头文件 #include#define uchar unsigned char#define IN0 XBYTE0 xfef8 /设置AD0809的通道0地址sbit ad_busy=
15、P33; /定义EOC状态void ad0809(uchar idata *x) uchar i;uchar xdata *ad_adr; /定义指向外部RAM的指针ad_adr=&IN0; /通道0的地址送ad_adrfor(i=0;i8;i+) /处理8通道. . . . . . . . . . . . . . . .第六章第六章 AD与与DA转换转换*ad_adr=0; /写外部I/O地址操作,启动转换, i=i; /延时等待EOC变低 i=i; while(ad_busy=0);/查询等待转换结束 xi=*ad_adr ; /读操作,输出允许信号有效存转换结果 ad_adr+; /地址
16、增1,指向下一通道 void main(void) static uchar idata ad10; /static是静态变量的类型说明符 ad0809(ad); /采样AD0809通道的值第六章第六章 AD与与DA转换转换中断方式:中断方式:当当A/D转换结束时转换结束时EOC脚脚变为高电平,经取变为高电平,经取反后作为外中断请反后作为外中断请求信号触发单片机求信号触发单片机中断,在中断服务中断,在中断服务程序中读取程序中读取A/D转转换的结果。换的结果。 23第六章第六章 AD与与DA转换转换#include#include#define uchar unsigned char#defin
17、e IN0 XBYTE0 xfef8uchar i;uchar x8;uchar xdata *ad_adr;void service_int1(void) interrupt 2 xi=*ad_adr; ad_adr+; i+; while(i=8) EA=0; void main(void)/主函数 IT1=1;/边沿触发方式 EX1=1; /外部中断1开中断 EA=1; /开总中断允许位 i=0; /初始化i为第0通道 ad_adr=&IN0;/通道0地址送ad_adr *ad_adr=0;/写操作启动A/D转换 while(1);/等待中断 第六章第六章 AD与与DA转换转换6.2 D
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