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第 8 章 51 单片机的接口技术

8.1 显示器及其接口 8.2 键盘接口 8.3 D/A 转换器及其接口 8.4 A/D 转换器及其接口 8.5 打印机接口* 8.6 拨码盘及语音接口*. 第 8 章 51 单片机的接口技术. 8.3 D/A 转换器及其接口 8.4 A/D 转换器及其接口. 单片机和被控实体间的接口示意图. 8.3.1 D/A 转换器 8.3.2 51 单片机和 D/A 的接口. 8.3 D/A 转换器及其接口 . V REF. 8.3.1 D/A 转换器. 图 8-3-1 最简单 D/A 转换器框图.

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第 8 章 51 单片机的接口技术

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  1. 8.1 显示器及其接口 8.2 键盘接口 8.3 D/A转换器及其接口 8.4 A/D转换器及其接口 8.5 打印机接口* 8.6 拨码盘及语音接口* 第8章51单片机的接口技术

  2. 8.3 D/A转换器及其接口 8.4 A/D转换器及其接口 单片机和被控实体间的接口示意图

  3. 8.3.1 D/A转换器 8.3.2 51单片机和D/A的接口 8.3 D/A转换器及其接口

  4. VREF 8.3.1 D/A转换器 图8-3-1 最简单D/A转换器框图

  5. 关系式：Vout=B×VR 式中，VR为常量，由参考电压VREF决定；B为数字 量，常为一个二进制数。B的位数通常为8位和12位 等，由D/A转换器芯片型号决定。 B为n位时的通式为： B=bn-1bn-2…b1b0 =bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+b1×21+ b0×20 式中，bn-1为B的最高位；b0为最低位。

  6. D/A转换器的原理： 把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模 拟量，并通过运算放大器求和相加（如图8-3-2所 示）。 1．D/A转换器的原理

  7. 图8-3-2 T型电阻网络型D/A转换器 根据克希荷夫定律，如下关系成立： I0==1/2·I1 I1==1/2·I2I2==1/2· I3 I3==VREF/2R

  8. n位D/A转换器 8位D/A，B=0, Vout=0V; B=255, Vout=-(255/256)*5=-4.98V

  9. D/A转换器的输出形式 电压输出 电流输出，输出加运放将电流转为电压。 D/A转换器的接口形式 并行，总线接口 串行，I2C， SPI， 串口 D/A转换器的输入锁存（并行接口） 无锁存器 不能与P0直接相连。 有锁存器 能与P0直接相连。

  10. l 分辨率： 分辨率是指D/A转换器的单位数字量引起的模拟量输出的变化。一般定义为：输出模拟量满度值与2n的比值。 例如： 8位D/A, 输出满度是5V，分辨率为5/28=19.5mv l 转换精度： 转换精度指满度校准时，在全量程内，DAC的实际模拟输出值与理论值的最大相对误差。 l线性度： 线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移误差。 l建立时间 ：建立时间是数据变化满刻度时，输出达到终值±(1/2)LSB所需的时间。 2．D/A转换器的性能指标

  11. l DAC0832内部结构 DAC0832内部由三部分电路组成（图8-3-3）。 “8位输入寄存器”、“8位DAC寄存器”、“8位D/A转换电路”由8位T型电阻网络和电子开关组成。 3．DAC0832 图8-3-3 DAC0832原理框图

  12. 图8-3-4 DAC0832原理框图 l引脚功能 DAC0832共有20条引脚，双列直插式封装。 （1）数字量输入线DI7～DI0（8条）；（2）控制线（5条）；（3）输出线（3条）； （4）电源和地线（4条）。

  13. 第一级寄存器选通： ILE=1, CE=0, WR1=0 第二级寄存器选通： WR2=0, XFER=0

  14. 1．DAC的应用 lDAC用作单极性电压输出 lDAC用作双极性电压输出（图8-3-5、表8-3-1） lDAC用作程控放大器（图8-3-6） 8.3.2 51单片机和D/A的接口

  15. 图8-3-5 双极性DAC的接法

  16. 输入数字量B b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 Vout（理想值） +VREF时 -VREF时 1 1 1 1 1 1 1 1 |VREF|-LSB -|VREF|+LSB ┆ ┆ ┆ 1 1 0 0 0 0 0 0 |VREF|/2 -|VREF|/2 ┆ ┆ ┆ 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ┆ ┆ ┆ 0 1 1 1 1 1 1 1 -LSB LSB ┆ ┆ ┆ 0 0 1 1 1 1 1 1 -|VREF|/2-LSB |VREF|/2+LSB ┆ ┆ ┆ 0 0 0 0 0 0 0 0 -|VREF| |VREF| 表8-3-1 双极性输出电压与输入数字量的关系

  17. 2 图8-3-6用DAC0832作程控放大器

  18. b Vin b

  19. 2．51单片机与8位DAC的接口 51单片机和DAC0832接口时，有三种连接方式： 直通方式 单缓冲方式（如图8-3-7所示） 双缓冲方式 (如图8-3-9所示)

  20. +5V MOV A, #80H MOV R0, #0FEH MOVX @R0,A 图8-3-7 单缓冲方式下的DAC0832

  21. Vref=5V 图8-3-8 DAC产生波形

  22. 锯齿波 ORG 0000H START: MOV R0,#0FEH CLR A LOOP: MOVX @R0, A INC A SJMP LOOP END

  23. 三角波 ORG 0000H START: MOV R0,#0FEH CLR A DOWN: MOVX @R0, A INC A JNZ DOWN UP: DEC A MOVX @R0, A JNZ UP SJMP DOWN END

  24. 矩形波 ORG 0000H START: MOV R0, #0FEH LOOP: MOV A, #33H MOVX @R0, A ACALL DELAY1 MOV A, #0FFH MOVX @R0, A ACALL DELAY2 SJMP LOOP END

  25. FDH： 1#DAC0832 输入寄存器地址 FEH： 2#DAC0832 输入寄存器地址 FFH： 1#和2# DAC0832 DAC寄存器地址 图8-3-9 8031和两片DAC0832的接口（双缓冲方式）

  26. 设51单片机内部RAM中有两个长度为20的数据块，其起始地址分别为20H和40H，编写能把20H和40H中的数据同步从1#和2#DAC0832输出的程序。设51单片机内部RAM中有两个长度为20的数据块，其起始地址分别为20H和40H，编写能把20H和40H中的数据同步从1#和2#DAC0832输出的程序。 程序设计： 设0区R1寄存器指向20H单元,1区R1指向40H单元，0区R2寄存器存放数据块长度,0区和1区的R0指向DAC端口地址。

  27. ORG 0000H addr1 DATA 20H ；与EQU类似给标号赋值 Addr2 DATA 40H DTOUT: MOV R1，#addr1 ；1#DAC数据区指针 MOV R2，#20 ；数据块长度计数器 SETB RS0 ; 切换到1区 MOV R1，#addr2 ；2#DAC数据区指针 CLR RS0 ; 回0区 NEXT： MOV R0, #0FDH ; 1#DAC 输入寄存器地址 MOV A, @R1 ；取1#DAC数据指针指向单元中的数据 MOVX @R0，A ；数据送1#DAC0832输入寄存器 INC R1 ; 修改1#数据指针

  28. SETB RS0 ；转1区 MOV R0，#0FEH ；2#DAC输入寄存器地址 MOV A，@R1 ；取2#DAC数据指针指向单元中的数据 MOVX @R0，A ；数据送2#DAC0832输入寄存器 INC R1 ；修改2#数据指针 INC R0 ; 指向1#，2#DAC端口地址 MOVX @R0，A ；启动两片DAC0832同时进行转换 CLR RS0 ；回0区 DJNZ R2，NEXT ；数据未传送完，继续 LJMP DTOUT END

  29. 3．51单片机与12位DAC的接口 l DAC1208的内部结构和原理（图8-3-10） l  51单片机和DAC1208的连接（图8-3-11） l12位DAC AD667的功能结构与模拟输出 l  AD667与单片机的接口设计

  30. BYTE1/BYTE2=1, 8,4位输入寄存器同时开启 BYTE1/BYTE2=0, 仅4位输入寄存器开启 图8-3-10 DAC1208内部框图

  31. 高8位输入寄存器地址 4001H, 先送8位数据 低4位输入寄存器地址 4000H， 再送4位数据 DAC寄存器地址 6000H, 最后再打开DAC寄存器 图8-3-11 8031和DAC1208接口图

  32. ORG 100H MOV DPTR, #4001H ; 8位输入寄存器地址 MOV R1, #DIGIT ；高8位数据地址 MOV A, @R1 ；取数据 MOVX @DPTR, A ；高8位送入DAC1208 DEC DPL ；4位输入寄存器地址 INC R1 ；低4位数据地址 MOV A, @R1 ；取数据 MOVX @DPTR, A ；低4位送入DAC1208 MOV DPTR, 6000H ；DAC寄存器地址 MOVX @DPTR, A ；同步作D/A转换 软件编程将存在DIGIT和DIGIT+1的12位数据送入DAC1208作D/A转换。

  33. 12位DAC AD667的功能结构与模拟输出 AD667：12位，并行输入，电压输出，建立时间≤3s。 双缓冲输入；硬件编程可输出+5V、+10V、2.5V、5V和10V； 内含高稳定的基准电压源，可方便地与4位、8位或16位微处理 器接口；双电源工作电压为12V～15V。 1. 引脚

  34. 运放相关 数字部分

  35. 2. 功能结构图

  36. 3. 模拟电压输出范围的配置 AD667通过改变片外引脚的电路连接，可获得不同的输出电 压量程范围。单极性：0～5V 和 0～10V。 双极性：2.5V、5.5V 和 10V。

  37. VREFOUT VREFIN ① 单极性电压输出 调零 调 满 度

  38. VREFOUT VREFIN ② 双极性电压输出 调偏置 调 满 度

  39. 高 低 中 4. 数字输入控制 AD667的总线接口逻辑由4个独立的锁存器组成。 3个4位的输入数据锁存器构成第一级锁存器。 1个12位的DAC锁存器构成第二级锁存器。 4个锁存器由4个地址输入A0～A3和/CS控制，所有的控制都 是低电平有效。

  40. 5.数据编码代表的数值 单极性输出时，输入编码采用直接二进制编码。 全“0”数据输入000H产生零模拟电压输出； 全“1”数据输入FFFH产生比满量程少1LSB的模拟电压输出。 如10V满量程，FFFH对应的是9.9976V。

  41. 双极性输出时，输入编码采用偏移二进制编码。双极性输出时，输入编码采用偏移二进制编码。 数据输入为000H时，产生负的满量程电压输出； 数据输入为FFFH时，产生比满量程少1LSB的电压输出； 数据输入为800H时，产生零电压输出。 输入数字量N与输出模拟电压VOUT的关系

  42. 6. AD667与51单片机的接口 左对齐数据格式 右对齐数据格式 低8位第一级锁存器 FEH 高4位第一级锁存器 FDH 12位第二级锁存器 FBH 右对齐 7FH

  43. 7. 程序 假定低8位数据存20H，高4位数据存21H的低4位（右对齐）。 先对第一级锁存器送数据，然后再选通第二级锁存器，进行D/A 转换。 MOV A，20H ；取低8位数据 MOV DPTR，#7FFEH MOVX @DPTR，A ；低8位进第一级锁存器 MOV A，21H ；取高4位数据 MOV DPTR，#7FFDH MOVX @DPTR，A ；高4位进第一级锁存器 MOV DPTR，#7FFBH MOVX @DPTR，A ；选通第二级锁存器，启动转换 RET

  44. 8.4.1 A/D转换器概述 8.4.2 逐次逼近式A/D转换器的工作原理 8.4.3 51单片机和ADC0809的接口 8.4.4 51单片机和AD1674/AD574的接口 8.4 A/D转换器及其接口

  45. 模拟量输入通道用于将模拟信号转换成数字信 号，所要求的基本部件有： Ø模拟多路转换器与信号调理电路。 Ø采样/保持电路。 ØA/D转换器。 Ø通道控制电路。 目前单片的ADC芯片较多，对设计者来说，应会合理地 的选择芯片，掌握与单片机的接口技术。虽然现在部分的 单片机片内集成了A/D转换器，使用方便。在片内A/D转换 器不能满足需要，还是需外扩A/D转换器。

  46. 1．A/D转换器的分类 8.4.1 A/D转换器概述

  47. 逐次比较型A/D转换器，在精度、速度和价格上都适中，逐次比较型A/D转换器，在精度、速度和价格上都适中， 是最常用的A/D转换器。 双积分型A/D转换器，精度高、抗干扰性好、价格低廉， 转换速度较慢。在单片机应用领域中也得到广泛应用。 -式ADC兼具有积分式与逐次比较型ADC的双重优点。它 对工业现场的串模干扰具有较强的抑制能力，不亚于双积分的 ADC，但它比双积分ADC有较高的转换速度。 与逐次比较型ADC相比，有较高的信噪比，分辨率高，线性 度好，不需要采样保持电路。因此，−式ADC得到了重视。 A/D转换器的速度：超高速(Tconv≤1ns)、高速(Tconv ≤1s)、中速(Tconv≤1ms)、低速(Tconv≤1s)。 A/D转换器的位数：8,10,12,14,16等。 串行接口：SPI，I2C。

  48. 2. A/D转换器的性能指标 (1) 转换时间: 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。 (2) 分辨率： 分辨率为n位表示它能对满量程输入的 1／2n的增量做出反映。用二进制位数n 来表示，如8位、12位、6位等。 若n＝8，满量程输入为5V，则能辨别的模拟电压增量是5V／28＝19.5mV。 (3) 转换精度：在满量程内，实际转换值与理想转换 值的最大误差。

  49. (1) A/D转换器位数的确定 位数确定即分辨率的确定，决定精度要求。估算时至少比总精度要求的分辨率高一位。 (2) 转换速率的确定 根据实际需求确定A/D的转换速率。 温度、流量、压力等缓变量的采集可用慢速A/D, 几毫秒～上百毫秒。 转速、电流等的采集用几十微秒的A/D。 3. A/D转换器的选用 位数 速度

  50. (3) 采样保持器的使用 原则上A/D转换器对模拟信号转换期间，其输入信号 应保持不变，通过采样保持器完成信号保持的功能。 对直流和相对A/D转换速率很慢的信号可以不用采样 保持器。 8位100us的A/D， 在无采保时， 能转换的最高正弦信 号频率为12Hz。 (4) 其他 工作电压 基准电压 串行与并行

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