第9章單片機典型外圍接口技術單片機原理、接口及應用內容提要★A/D、D/A接口技術概述★A/D接口技術★D/A接口技術

在前一章并行接口的擴展中，解決了數字量或開關量的檢測和控制，然而很多應用系統中，測控的對象是模擬量，計算機只能處理數字量，因此必須進行數字量和模擬量之間的轉換，這就需要使用A/D或D/A接口。A/D和D/A接口又有串行接口和并行接口之分。本章主要介紹并行D/A和A/D轉換接口。9.1A/D、D/A接口技術概述9.19.2A/D接口技術9.2.1A/D概述模數AD轉換器是一種用來將連續的模擬信號轉換成二進制數的器件。一個完整的A/D變換器通常包括這樣的一些輸入、輸出信號：模擬輸入信號和參考電壓；數字輸出信號；啟動轉換信號；轉換結束信號；數據輸出允許信號等。高速A/D一般還應有采樣保持電路，以減少孔徑誤差（在A/D轉換的孔徑時間內，因輸入模擬量的變動所引起輸出的不確定性誤差）。

A/D轉換器的主要技術指標有：①分辨率:輸出數字量變化一個相鄰數碼所需輸入模擬電壓的變化量。通常用位數表示,對n位的A/D轉換器,分辨率為滿刻度電壓的1/2n。②轉換誤差:指一個實際的A/D轉換器量化值與一個理想的A/D轉換器量化值之間的最大偏差，通常以最低有效位的倍數給出。轉換誤差和分辨率一起共同描述A/D轉換器的轉換精度。值得一提的是，轉換誤差或轉換精度的概念在國內外不同的參考文獻上含義或形式可能會有所不一樣，讀者在閱讀時應該注意類別區別。③轉換時間與轉換速率:A/D轉換器完成一次轉換所需要的時間為A/D的轉換時間。轉換時間的倒數為轉換速率，即1秒種完成轉換的次數。

ADC0809是逐次逼近型八位A/D轉換器，片內有八路模擬開關，可對八路模擬電壓量實現分時轉換。典型轉換速度100μs

。片內帶有三態輸出緩沖器，可直接與單片機的數據總線相連接。ADC0809的引腳見圖9.1，其信號意義如下：

CLK：時鐘信號，典型值為500～640KHZ

VREF+、VREF-

：

基準電壓輸入，通常VREF+

接＋5V、VREF-接地

ALE:地址鎖存允許，其上升緣鎖存

ADDC～ADDA:地址信號

9.2.2ADC0809的擴展接口ALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKVREF+VREF-VCCIN0IN7GNDADC0809圖9.1START：A/D轉換啟動信號，上升緣啟動A/D轉換。

EOC：轉換完成信號，啟動轉換后，EOC輸出低電平，轉換完成后輸出高電平。該信號可用作向單片機提出中斷申請，或者作為查詢信號。

OE：數字量輸出允許信號，該引腳輸入高電平時，轉換后的數字量從D0～D7腳輸出。

IN0～IN7：模擬電壓輸入，八個引腳可分別接八路模擬信號。

ADDA、ADDB、ADDC:通道選擇信號，其輸入電平的組合選擇模擬通道IN0～IN7之一：

ADDC、ADDB、ADDA模擬通道

000IN0001IN1

……111IN7…ALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKVREF+VREF-VCCIN0IN7GNDADC0809圖9.1

轉換結束信號EOC根據不同的方式和單片機的連結方式不同：

采用延時方式：EOC懸空，在啟動轉換后延時100μs，再讀轉換結果；

采用查詢方式：可將EOC接并行口(P1或P3)的某線，檢測EOC變高后，再讀入轉換結果。

采用中斷方式：可將EOC經非門反相接到單片機的中斷請求端，一旦轉換完成EOC變為高電平，向8XX51提出中斷請求，進入中斷服務后讀入轉換結果。如圖9.2是一個中斷方式的接口電路。圖9.2ADC0809和8XX51的連結ALE~2731~D0D7Q0Q1Q2373G1INT1P08XX51RDWRCLKQALEDQALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKIN0IN7VREF+VREF-VCCGNDADC080988P2.7+5V11主程序：ORG0000HLJMPMAINORG0013H；INT1中斷入口地址

LJMPINT1ORG0030HMAIN：MOVR0，#60H；置數據存儲區首址

MOVR2，#08H；置八路數據采集初值

SETBIT1；設置邊延觸發中斷

SETBEASETBEX1；開放外部中斷1MOVDPTR，#7FF8H；指向0809通道0RD：MOVX＠DPTR，A；啟動A/D轉換HE：MOVA，R2；八路巡回檢測數送AJNZHE；等待中斷，八路未完繼續中斷服務程序：INT1：MOVXA，＠DPTR；讀取A/D轉換結果

MOV＠R0，A；向指定單元存數

INCDPTR；輸入通道數加1INCR0；存儲單元地址加1MOVX＠DPTR，A；啟動新通道A/D轉換

DECR2；待檢通道數減1RETI；中斷返回9.2.3AD574的擴展接口

AD574是逐位比較式12位模數轉換器，轉換時間小于25微秒，可以方便地與8位或16位單片機接口。其內部結構框圖和引腳如圖8.3所示。1）芯片引腳①與外圍器件接口的引腳10VIN：0V～+10V的單極性或-5V～+5V的雙極性輸入線。20VIN：0V～+20V的單極性或-10V～+10V雙極性輸入線。REFOUT：片內基準電壓輸出線。REFIN：片內基準電壓輸入線。BIPOFF：極性調節線。圖9.3模擬量從10VIN或20VIN輸入，輸入極性由REFIN，REFOUT和BIPOFF的外部電路確定。不論輸入模擬量是單極性還是雙極性，均按從小到大的順序將輸入模擬量變換為數字量000H～FFFH。對單極性的模擬量，0伏對應000H,最大電壓值對應FFFH；對雙極性的模擬量，負幅值對應0，0伏對應800H，正幅值對應FFFH如果把轉換結果減去800H，可以得到與模擬量極性與大小對應的數字量。0-800H=800H(負幅值)，800H-800H=0（零值）FFFH-800H=7FFH（正幅值）②與單片機接口的引腳：12位轉換或8位轉換線。，12位轉換結果同時輸出到數據線上；，則根據A0的狀態來確定輸出是高8位或低4位有效。當A0＝0，讀出高8位數據；當A0＝1，讀出低4位數據。通常數據線低4位連接到數據線高4位上：片選線，低電平選通芯片。

A0：端口地址線。啟動轉換時：A0＝0啟動12位轉換；A0＝1，啟動8位轉換；輸出轉換數據時：A0＝0輸出高8位數據；A0＝1輸出低4位數據。：讀結果/啟動轉換線，高電平讀結果，低電平啟動轉換。

CE：芯片允許線，高電平允許轉換。

STS：轉換狀態指示，轉換開始變為高電平，轉換結束后輸出變為低電平。圖9.3AT89C51與AD574A的接口電路以中斷方式為例，編程如下：

ORG 0003H LJMP INTS0 ORG 0100H ；主程序

MOV R0,#30H ；設定數據緩沖區首地址

MOV DPTR,#5FFFH ；AD574A的啟動地址

SETB IE.2 ；外部中斷1允許

SETB IE.7 ；開CPU中斷

MOVX @DPTR,A ；啟動12位轉換

…ORG 1000HINTS0:MOVDPTR，#5FFEH ；準備數據高8位地址

MOVXA,@DPTR ；讀入A/D轉換值的高8位

MOV @R0,A ；存A/D轉換值的高8位數據

INC DPTR ；準備數據低4位地址

INC R0 ；整數據緩沖區指針

MOVX A,@DPTR ；讀入A/D轉換值的低4位

MOV @R0,A ；保存低4位數據

RETI

；中斷返回9.29.3D/A接口技術

9.3.1D/A概述數模D/A轉換器是一種將數字信號轉換成模擬信號的器件，為計算機系統的數字信號和模擬環境的連續信號之間提供了一種接口。D/A轉換器的輸出是由數字輸入和參考電壓組合進行控制的。大多數常用的D/A轉換器的數字輸入是二進制或BCD碼形式的，輸出可以是電流也可以是電壓，而多數是電流。D/A轉換器的主要性能指標有：①分辨率。指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。或用數字輸入信號的有效位表示，如8位、12位等。②轉換精度。以最大的靜態轉換誤差的形式給出，用來描述轉換后的實際轉換特性與理想轉換特性之間的最大偏差。該項指標在不同的參考文獻中有可能定義的含義或形式不一樣，讀者在閱讀時應該注意區別。③建立時間。描述D/A轉換速率快慢的一個重要參數，一般是指輸入數字量變化后，輸出模擬量穩定到相應數值范圍內所經歷的時間。

9.3.2DAC0832的擴展接口

DAC0832是八位的D/A轉換器，片內有兩個數據緩沖器：輸入寄存器和DAC寄存器，兩控制端LE1和LE2分別受ILE、CS、WR1和WR2、XFER的控制。DI0～DI7為數據輸入線，轉換結果從IOUT1、IOUT2以模擬電流形式輸出。當輸入數字為全“1”，IOUT1最大，全“0”

其IOUT1值最小，IOUT1和IOUT2之和為常數，當希望輸出模擬電壓時需外接運算放大器進行I/V轉換。下圖中DAC0832接成單緩沖形式和單片機接口，運算放大器組成的模擬電壓輸出電路，完成電流到電壓的轉換。tP0P2.7IOUT1IOUT2VREFREF+-XFERCSWR1WR2VCCILED0-D7V0WRAGNDDGND+5V-5V89C51DAC0832＋－

MOVDPTR，#7FFFHDA1：MOVR0，#00HDA2：MOVA，R0MOVX@DPTR，AINCR0ACALLTIMERAJMPDA2TIMER為延時子程序 單片機執行以下匯編程序可在輸出端得到鋸齒波電壓信號，

圖中0832地址為7FFFH;

圖9.49.3.3DAC1210的擴展接口DAC1210邏輯結構與DAC0832類似，所不同的是DAC1210具有十二