MCS与DA、AD的接口(ghl).ppt

第8章 MCS-51与D/A、A/D的接口 东北大学信息学院 高宏亮 * 第8章 MCS-51与D/A、A/D的接口 * 第8章 MCS-51与D/A、A/D的接口 * 《单片机原理及应用 》 第8章 MCS-51与D/A、A/D的接口 8.1 MCS-51单片机与ADC的接口 8.1.1 A/D转换器概述 为什么要使用A/D,D/A器件，它们有什么作用？ 现实世界中，各种物理量(温度、压力、流量、速度等) 通过传感器转换成电信号，通常都是模拟信号。而单片机作为数字电路芯片，只能处理(输入、输出)数字电平信号。因此需要有器件实现模拟量到数字量之间的转换。 AD器件是将模拟量转换为数字信号的芯片；DA器件则是将数字量转换为模拟量的芯片。 第8章 MCS-51与D/A、A/D的接口 8.1 MCS-51单片机与ADC的接口 8.1.1 A/D转换器概述 一．A/D转换器的类型及原理 现在有很多类型的A/D转换器芯片，不同的芯片，它们的内部结构不一样，转换原理也不同，各种A/D转换芯片根据转换原理可分为 计数型A/D转换器、 逐次比较式、 双重积分型、 并行式A/D转换器等； 按转换方法可分为 直接A/D转换器 间接A/D转换器； 按其分辨率可分为 4、8、12、16位的A/D转换器芯片。 1) 逐次逼近型A/D转换器 逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、寄存器及控制电路组成部分。逐次逼近型是用一个寄存器从高位到低位依次开始逐位试探比较。 转换过程如下：开始时寄存器各位清0，转换时，先将最高位置1，送D/A转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则1保留，如果转换的模拟量比输入模拟量大，则1不保留，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的数字量。一个n位的逐次逼近型A/D转换器转换只须要比较n次，转换时间只取决于位数和时钟周期。逐次逼近型A/D转换器转换速度快，在实际中广泛使用。 5V参考电压，输入6.835937V,逐次比较过程。 D7:5V D6:2.5V D5:1.25V D4:0.625V D3:0.3125V D2:0.15625V D1:0.078125V D0:0.0390625V 双重积分型A/D将输入电压先变换成与其平均值成正比的时间间隔，然后再把此时间间隔转换成数字量，它属于间接型转换器。 它的转换过程分为采样和比较两个过程。采样即用积分器对输入模拟电压进行固定时间的积分，输入模拟电压值越大，采样值越大，比较就是用基准电压对积分器进行反向积分，直至积分器的值为0，由于基准电压值固定，所以采样值越大，反向积分时积分时间越长，积分时间与输入电压值成正比，最后把积分时间转换成数字量，则该数字量就为输入模拟量对应的数字量。由于在转换过程中进行了两次积分，因此称为双重积分型。双重积分型A/D转换器转换精度高，稳定性好，测量的是输入电压在一段时间的平均值，而不是输入电压的瞬间值，因此它的抗干扰能力强，但是转换速度慢，双重积分型A/D转换器在工业上应用也比较广泛。 3) 双重积分型A/D转换器 一次积分 二次积分 二．A/D转换器的主要性能指标 1) 分辨率 分辨率表示输出变化了变化一个相邻数码所需输入的模拟电压变化量。分辨率定义为满刻度电压与2^n之间的比值。所以一般位数越大，分辨率越高。 2) 转换时间 转换时间是ADC完成一次模数转换所需的时间，其倒数则定义为转换速率， 3) 绝对误差与相对误差 绝对误差指AD转换器在任何数码对应实际电压与理想电压值之差的最大值。而相对误差是绝对误差与满刻度电压值之比。 4) 线性度 线性度有时又称非线性度，指AD器件实际的转换函数与理想直线的最大误差。 ADC线性度说明 8.1.2 ADC0809与MCS-51的接口 一．ADC0809芯片 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近型A/D转换器，具有8路模拟量输入通道，有转换起停控制，模拟输入电压范围为0~+5V，转换时间为100?s，它的内部结构如图所示。 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 ADDA ADDB ADDC ALE 通道 选择 开关 地址锁存和译码 定时和控 制 逐次逼近寄存器SAR 8 位 三 态 锁 存 缓冲器 DAC OE EOC CLOCK START VCC GND VREF+