计算机系统结构课件-AD DA转换器接口
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⑥OE：输出允许信号。其用于控制三态输出锁 存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输 出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数 据。 ⑦CLK：时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电 路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信 号引脚。通常使用频率为500kHz的时钟信号。
⑧EOC：转换结束状态信号。EOC=0，正在进行转 换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查 询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。
③中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断 请求信号，以中断方式进行数据传送。
MOV DPTR，#0000H MOVX A， @DPTR
；选中通道0 ；信号有效，输出转
换后的数据到A累加器
四、任务实施 1、 硬件设计 数字电压表硬件设计如图6-6所示。U1为单 片机AT89C51,U3为A/D转换器AD0808，采用的 是共阳极数码管显示，四个数码管的片选为 P2.0、P2.1、P2.2、P2.3，低电平为选中，段 码从P0口输出。
LJMP
INT_T0
；存放段码 ；定义ADC0808时钟位
START:
MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOV SETB WAIT: SETB CLR
LED_0,#00H LED_1,#00H LED_2,#00H DPTR,#TABLE TMOD,#02H TH0,#245 TL0,#00H IE,#82H TR0 CLR ST ST ST
SJMP CPL
RETI MOV MOVC CLR MOV LCALL
SETB MOV MOVC CLR MOV
DISP WAIT CLOCK
A,LED_0 A,@A+DPTR P2.3 P0,A DELAY P2.3 A,LED_1 A,@A+DPTR P2.2 P0,A
；提供ADC0808时钟信号 ；显示子程序
③后续电路对A/D输出数字逻辑电平的要求、输出方式 （并行、串行）、是否锁存等。
④系统工作在动态条件还是静态条件、带宽要求、转 换时间、采样速度等。
⑤基准电压源的选择。基准电压源的幅度、极性及稳 定性，电压是固定还是可调、电压由外部还是A/D转换器 芯片内部提供等。
⑥成本及芯片来源等。
2、MCS-51单片机与ADC0809接口设计 （1）典型A/D转换器芯片ADC0809的内部逻辑结构
⑨VCC：+5V电源。 ⑩Vref：参考电源。参考电压用来与输入的模拟 信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值 为+5V（Vref(+)=+5V，Vref(-)=0V）
（3）MCS-51单片机与ADC0809接口 电路连接主要涉及两个问题，一是8路模拟信 号通道选择，二是A/D转换完成后转换数据的 传送。
图6-5 ADC0809与8031单片机的连接
1）8路模拟通道选择 图6-5中使用的是线选法，口地址由P2.0确
定，同时和写信号相或取反后作为开始转换的 选通信号。因此，该ADC0809的通道地址确定 如下：
803 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 543210
（1）A/D转换器类型
1 双积分式A/D转换器 双积分式A/D转换器的主要优点是转换精度高 ，抗干扰性能好，价格便宜。其缺点是转换速 度较慢，因此，这种转换器主要用于速度要求 不高的场合。
2 逐次逼近式A/D转换器 另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式的，逐次逼 近式A/D转换器是一种速度较快，精度较高的转换
器，其转换时间大约在几μs到几百μs之间。
（2）A/D转换器的主要技术指标及选用时的主 要依据 1）A/D转换器的主要技术指标 ①分辨率 分辨率是指数字量变化一个最小值时模拟信号 的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辨率 越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越 灵敏。
②精度 精度是指转换后所得结果相对于实际值的准确 度，与温度漂移、元件线性度等有关。精度分 为绝对精度和相对精度两种。
TAB:
DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H
DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH
END
3、仿真调试
图6-7 数字电压表仿真调试结果
五、总结与提高 1、选择A/D转换器时应主要考虑的问题： 精度、转换速度。为了达到一定的精度，对电 源的精度也有要求，因为电源的精度直接影响 A/D转换器转换精度。 2、几种常见的A/D转换器性能比较： 并行A/D转换器的特点是转换速度快、价格较 昂贵，主要用于要求高速度的场合；逐次逼近 型A/D转换器是一种在速度、精度和价格上都处 于适中位置的最常用的A/D转换器；双积分A/D 转换器具有精度高、抗干扰性能好、价格低廉 等优点，其缺点是转换速度慢。 所以，选择A/D转换器时要综合考虑上面两方 面的问题。
二、任务分析 当给DAC0832一个从00H至FFH连续变化的数字
输入时，DAC0832输出相应的从0～5V模拟电压, 可以通过示波器观察到DAC0832输出的这种锯齿 波变化的波形，改变DAC0832输入端变化的速度
，可以看到输出端的锯齿波的频率在发生变化 ，由此可以利用单片机控制DAC0832的输入来使 之输出端产生锯齿波。
③转换时间与转换速率。 A/D转换时间是指完成一次A/D转换所需要的 时间，即从启动A/D转换器开始到获得相应数 据所需的总时间。积分型A/D转换器的转换时 间是毫秒级，属低速A/D；逐次逼近型A/D转换 器是微妙级，属中速A/D。采样时间是指两次 转换的间隔。 转换速率是转换时间的倒数。为了保证转换 的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速 率。
；段码表首地址 ；启动AD转换
SETB
OE
MOV
ADC,P1
CLR
OE
MOV
A,ADC
MOV
B,#100
DIV
AB
MOV
LED_2,A
MOV
A,B
MOV
B,#10
DIV
AB
MOV
LED_1,A
MOV
LED_0,B
；读取AD转换结果 ；AD转换结果转换成BCD码
INT_T0: DISP:
LCALL
三、学习知识 （一）数码管动态显示
在如图6-1所示中，其中P2.0、P2.1、P2.2、 P2.3分别是数码管的位选信号，P0口为段码信 号，动态数码显示的工作过程:将最高位数码 管片选P2.0设为0，其余为1，其中“0”为片 选选中状态，“1”为片选未选中状态，由P0 口输出最高位的段码，显示最高位相应的数码 值，然后将次高位数码管片选P2.1设为0，其 余为1，由P0口输出次高位的段码，显示次高 位相应的数码值，依次由高位进行到最低位， 然后再循环从最高位显示到最低位，
A/D D/A转换器接口
一、任务要求 利用单片机AT89C51与AD0808设计一个数字电 压表，能够测量0～5V之间电压值，利用单片 机动态显示方法显示模拟电压转换成数字量， 用4位共阳数码管显示。
二、任务分析 用电位器的两端分别接0V和5V，滑动点输出 模拟电压接AD0808的输入端，考虑到AD0808转 换的结果为16进制，为显示直观，必须将转换 的16进制结果转换为十进制（BCD码）进行显 示。
③ALE：地址锁存允许信号。在对应ALE上跳沿 ，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
④START：转换启动信号。START上跳沿时，所有 内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D 转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。
⑤D7～D0：数据输出线。其为三态缓冲输出形式 ，可以和单片机的数据线直接相连。
2）转换数据的传送 ①定时传送方式
ADC0809转换时间为128μs，设计一个延时子
程序，A/D转换启动后即调用这个延时子程序 ，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着 就可进行数据传送。
②查询方式 A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例 如ADC0809的EOC端。因此，可以用查询方式， 软件测试EOC的状态，即可确知转换是否完成 ，然后进行数据传送。EOC的状态是高电平表 明转换是完成。
项目六、A/D D/A转换器接口 任务2 . 锯齿波发生器电路设计
能力目标 1、能用AT89C51单片机和DAC0832进行硬件连接 2、能利用AT89C51单片机通过D/A转换器DAC0832 进行数字到模拟信号转换 学习内容 一、任务要求 利用AT89C51单片机和DAC0832制作一个波形发生 器。要求DAC完成锯齿波的电路波形输出设计。
080 × × × × × × × ST × × × × × C B A 9 × × ×× × × × 0 × × × × × 0 0 0
…
…
× × ×× × × × 0 × × × × × 1 1 1
若无关位都取0，则8路通道IN0～IN7的地址分 别为0000H～0007H。当然，口地址也
可以由单片机其它片选不用的口线，或者由几 根口线经过译码后来提供，这样，8路通道的 地址也就有所不同。
三、学习知识 （一）认识并正确选用D/A转换器 1、D/A转换器性能指标
1 分辩率 分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描 述，与输入数字量的位数有关。如果
数字量的位数为n，则D/A转换器的分辨率为2-n 。 2 建立时间 建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数， 指从输入数字量变化到输出达到终值误差±（ 1/2）Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱB（最低有效位）时所需的时间。
（3）接口形式 D/A转换器与单片机接口方便与否，主要决定于 转换器本身是否带数据锁存器。有两类D/A转换
④量程 即所能转换的电压范围，如10V、5V。 ⑤输出逻辑电平 大多数为与TTL电平配合。在使用中应注意 是否用三态逻辑输出，是否要对数据进行锁 存等。
⑥基准电压 基准电压的精度将对整个系统的精度产生影 响。A/D转换器分为内部和外部基准电源， 故选芯片时应考虑是否要外加精密参考电源 等。
2）A/D转换器的选用主要依据 ①A/D转换器用于什么系统、输出的数据位数、系统的 精度、线性度。 ②输入的模拟信号类型，包括模拟输入信号的范围、 极性（单、双极性）、信号的驱动能力、信号的变化快 慢。
由于从高位到低位显示的时间非常短，人的眼 睛分辨不出四个数码管显示的时间差距，感觉 四个数码管是同时显示的，起到数码管动态显 示的效果。
（二）A/D转换器的工作原理 1、认识并正确选用A/D转换器
模拟电信号
8031
A/D转换 器
开关量输出 D/A转换器
模拟非电信号
传感器
模拟量输出
图6-2 具有模拟量输入输出的MCS-51系 统
DELAY: D1:
LCALL
SETB MOV MOVC CLR MOV LCALL
SETB RET MOV MOV DJNZ DJNZ RET
DELAY P2.2 A,LED_2 A,@A+DPTR P2.1 P0,A DELAY P2.1
R6,#10 R7,#250 R7,$ R6,D1
；延时5毫秒
图6-6 数字电压表硬件电路
2、软件设计 数字电压表程序设计如下：
LED_0 EQU 30H
LED_1 EQU 31H
LED_2 EQU 32H
ADC CLOCK
EQU 35H BIT P2.4
ST
BIT P2.5
EOC
BIT P2.6
OE
BIT P2.7
ORG
00H
SJMP
START
ORG
0BH
0
1
1
IN6
1
1
1
IN7
（2）信号引脚 ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其 引脚排列见图6-4。
图6-4 ADC0809引脚图
对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下： ①IN7～IN0：模拟量输入通道。ADC0809对输 入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范 围0～5V，若信号过小还需进行放大。另外， 在A/D转换过程中，模拟量输入的值不应变化 太快，因此，对变化速度快的模拟量，在输入 前应增加采样保持电路。 ②A、B、C：地址线。A为低位地址，C为高位 地址，用于对模拟通道进行选择。图6-4中为 ADDA、ADDB和ADDC，其地址状态与通道相对应 的关系见表6-1。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入， 共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成 对A、B、C三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于 通道选择，如表6-1所示。
表6-1 通道选择表
C
B
A
选择的输入通道
0
0
0
IN0
1
0
0
IN1
0
0
1
IN2
1
0
1
IN3
0
1
0
IN4
1
1
0
IN5
⑧EOC：转换结束状态信号。EOC=0，正在进行转 换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查 询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。
③中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断 请求信号，以中断方式进行数据传送。
MOV DPTR，#0000H MOVX A， @DPTR
；选中通道0 ；信号有效，输出转
换后的数据到A累加器
四、任务实施 1、 硬件设计 数字电压表硬件设计如图6-6所示。U1为单 片机AT89C51,U3为A/D转换器AD0808，采用的 是共阳极数码管显示，四个数码管的片选为 P2.0、P2.1、P2.2、P2.3，低电平为选中，段 码从P0口输出。
LJMP
INT_T0
；存放段码 ；定义ADC0808时钟位
START:
MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOV SETB WAIT: SETB CLR
LED_0,#00H LED_1,#00H LED_2,#00H DPTR,#TABLE TMOD,#02H TH0,#245 TL0,#00H IE,#82H TR0 CLR ST ST ST
SJMP CPL
RETI MOV MOVC CLR MOV LCALL
SETB MOV MOVC CLR MOV
DISP WAIT CLOCK
A,LED_0 A,@A+DPTR P2.3 P0,A DELAY P2.3 A,LED_1 A,@A+DPTR P2.2 P0,A
；提供ADC0808时钟信号 ；显示子程序
③后续电路对A/D输出数字逻辑电平的要求、输出方式 （并行、串行）、是否锁存等。
④系统工作在动态条件还是静态条件、带宽要求、转 换时间、采样速度等。
⑤基准电压源的选择。基准电压源的幅度、极性及稳 定性，电压是固定还是可调、电压由外部还是A/D转换器 芯片内部提供等。
⑥成本及芯片来源等。
2、MCS-51单片机与ADC0809接口设计 （1）典型A/D转换器芯片ADC0809的内部逻辑结构
⑨VCC：+5V电源。 ⑩Vref：参考电源。参考电压用来与输入的模拟 信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值 为+5V（Vref(+)=+5V，Vref(-)=0V）
（3）MCS-51单片机与ADC0809接口 电路连接主要涉及两个问题，一是8路模拟信 号通道选择，二是A/D转换完成后转换数据的 传送。
图6-5 ADC0809与8031单片机的连接
1）8路模拟通道选择 图6-5中使用的是线选法，口地址由P2.0确
定，同时和写信号相或取反后作为开始转换的 选通信号。因此，该ADC0809的通道地址确定 如下：
803 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 543210
（1）A/D转换器类型
1 双积分式A/D转换器 双积分式A/D转换器的主要优点是转换精度高 ，抗干扰性能好，价格便宜。其缺点是转换速 度较慢，因此，这种转换器主要用于速度要求 不高的场合。
2 逐次逼近式A/D转换器 另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式的，逐次逼 近式A/D转换器是一种速度较快，精度较高的转换
器，其转换时间大约在几μs到几百μs之间。
（2）A/D转换器的主要技术指标及选用时的主 要依据 1）A/D转换器的主要技术指标 ①分辨率 分辨率是指数字量变化一个最小值时模拟信号 的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辨率 越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越 灵敏。
②精度 精度是指转换后所得结果相对于实际值的准确 度，与温度漂移、元件线性度等有关。精度分 为绝对精度和相对精度两种。
TAB:
DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H
DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH
END
3、仿真调试
图6-7 数字电压表仿真调试结果
五、总结与提高 1、选择A/D转换器时应主要考虑的问题： 精度、转换速度。为了达到一定的精度，对电 源的精度也有要求，因为电源的精度直接影响 A/D转换器转换精度。 2、几种常见的A/D转换器性能比较： 并行A/D转换器的特点是转换速度快、价格较 昂贵，主要用于要求高速度的场合；逐次逼近 型A/D转换器是一种在速度、精度和价格上都处 于适中位置的最常用的A/D转换器；双积分A/D 转换器具有精度高、抗干扰性能好、价格低廉 等优点，其缺点是转换速度慢。 所以，选择A/D转换器时要综合考虑上面两方 面的问题。
二、任务分析 当给DAC0832一个从00H至FFH连续变化的数字
输入时，DAC0832输出相应的从0～5V模拟电压, 可以通过示波器观察到DAC0832输出的这种锯齿 波变化的波形，改变DAC0832输入端变化的速度
，可以看到输出端的锯齿波的频率在发生变化 ，由此可以利用单片机控制DAC0832的输入来使 之输出端产生锯齿波。
③转换时间与转换速率。 A/D转换时间是指完成一次A/D转换所需要的 时间，即从启动A/D转换器开始到获得相应数 据所需的总时间。积分型A/D转换器的转换时 间是毫秒级，属低速A/D；逐次逼近型A/D转换 器是微妙级，属中速A/D。采样时间是指两次 转换的间隔。 转换速率是转换时间的倒数。为了保证转换 的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速 率。
；段码表首地址 ；启动AD转换
SETB
OE
MOV
ADC,P1
CLR
OE
MOV
A,ADC
MOV
B,#100
DIV
AB
MOV
LED_2,A
MOV
A,B
MOV
B,#10
DIV
AB
MOV
LED_1,A
MOV
LED_0,B
；读取AD转换结果 ；AD转换结果转换成BCD码
INT_T0: DISP:
LCALL
三、学习知识 （一）数码管动态显示
在如图6-1所示中，其中P2.0、P2.1、P2.2、 P2.3分别是数码管的位选信号，P0口为段码信 号，动态数码显示的工作过程:将最高位数码 管片选P2.0设为0，其余为1，其中“0”为片 选选中状态，“1”为片选未选中状态，由P0 口输出最高位的段码，显示最高位相应的数码 值，然后将次高位数码管片选P2.1设为0，其 余为1，由P0口输出次高位的段码，显示次高 位相应的数码值，依次由高位进行到最低位， 然后再循环从最高位显示到最低位，
A/D D/A转换器接口
一、任务要求 利用单片机AT89C51与AD0808设计一个数字电 压表，能够测量0～5V之间电压值，利用单片 机动态显示方法显示模拟电压转换成数字量， 用4位共阳数码管显示。
二、任务分析 用电位器的两端分别接0V和5V，滑动点输出 模拟电压接AD0808的输入端，考虑到AD0808转 换的结果为16进制，为显示直观，必须将转换 的16进制结果转换为十进制（BCD码）进行显 示。
③ALE：地址锁存允许信号。在对应ALE上跳沿 ，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
④START：转换启动信号。START上跳沿时，所有 内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D 转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。
⑤D7～D0：数据输出线。其为三态缓冲输出形式 ，可以和单片机的数据线直接相连。
2）转换数据的传送 ①定时传送方式
ADC0809转换时间为128μs，设计一个延时子
程序，A/D转换启动后即调用这个延时子程序 ，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着 就可进行数据传送。
②查询方式 A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例 如ADC0809的EOC端。因此，可以用查询方式， 软件测试EOC的状态，即可确知转换是否完成 ，然后进行数据传送。EOC的状态是高电平表 明转换是完成。
项目六、A/D D/A转换器接口 任务2 . 锯齿波发生器电路设计
能力目标 1、能用AT89C51单片机和DAC0832进行硬件连接 2、能利用AT89C51单片机通过D/A转换器DAC0832 进行数字到模拟信号转换 学习内容 一、任务要求 利用AT89C51单片机和DAC0832制作一个波形发生 器。要求DAC完成锯齿波的电路波形输出设计。
080 × × × × × × × ST × × × × × C B A 9 × × ×× × × × 0 × × × × × 0 0 0
…
…
× × ×× × × × 0 × × × × × 1 1 1
若无关位都取0，则8路通道IN0～IN7的地址分 别为0000H～0007H。当然，口地址也
可以由单片机其它片选不用的口线，或者由几 根口线经过译码后来提供，这样，8路通道的 地址也就有所不同。
三、学习知识 （一）认识并正确选用D/A转换器 1、D/A转换器性能指标
1 分辩率 分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描 述，与输入数字量的位数有关。如果
数字量的位数为n，则D/A转换器的分辨率为2-n 。 2 建立时间 建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数， 指从输入数字量变化到输出达到终值误差±（ 1/2）Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱB（最低有效位）时所需的时间。
（3）接口形式 D/A转换器与单片机接口方便与否，主要决定于 转换器本身是否带数据锁存器。有两类D/A转换
④量程 即所能转换的电压范围，如10V、5V。 ⑤输出逻辑电平 大多数为与TTL电平配合。在使用中应注意 是否用三态逻辑输出，是否要对数据进行锁 存等。
⑥基准电压 基准电压的精度将对整个系统的精度产生影 响。A/D转换器分为内部和外部基准电源， 故选芯片时应考虑是否要外加精密参考电源 等。
2）A/D转换器的选用主要依据 ①A/D转换器用于什么系统、输出的数据位数、系统的 精度、线性度。 ②输入的模拟信号类型，包括模拟输入信号的范围、 极性（单、双极性）、信号的驱动能力、信号的变化快 慢。
由于从高位到低位显示的时间非常短，人的眼 睛分辨不出四个数码管显示的时间差距，感觉 四个数码管是同时显示的，起到数码管动态显 示的效果。
（二）A/D转换器的工作原理 1、认识并正确选用A/D转换器
模拟电信号
8031
A/D转换 器
开关量输出 D/A转换器
模拟非电信号
传感器
模拟量输出
图6-2 具有模拟量输入输出的MCS-51系 统
DELAY: D1:
LCALL
SETB MOV MOVC CLR MOV LCALL
SETB RET MOV MOV DJNZ DJNZ RET
DELAY P2.2 A,LED_2 A,@A+DPTR P2.1 P0,A DELAY P2.1
R6,#10 R7,#250 R7,$ R6,D1
；延时5毫秒
图6-6 数字电压表硬件电路
2、软件设计 数字电压表程序设计如下：
LED_0 EQU 30H
LED_1 EQU 31H
LED_2 EQU 32H
ADC CLOCK
EQU 35H BIT P2.4
ST
BIT P2.5
EOC
BIT P2.6
OE
BIT P2.7
ORG
00H
SJMP
START
ORG
0BH
0
1
1
IN6
1
1
1
IN7
（2）信号引脚 ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其 引脚排列见图6-4。
图6-4 ADC0809引脚图
对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下： ①IN7～IN0：模拟量输入通道。ADC0809对输 入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范 围0～5V，若信号过小还需进行放大。另外， 在A/D转换过程中，模拟量输入的值不应变化 太快，因此，对变化速度快的模拟量，在输入 前应增加采样保持电路。 ②A、B、C：地址线。A为低位地址，C为高位 地址，用于对模拟通道进行选择。图6-4中为 ADDA、ADDB和ADDC，其地址状态与通道相对应 的关系见表6-1。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入， 共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成 对A、B、C三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于 通道选择，如表6-1所示。
表6-1 通道选择表
C
B
A
选择的输入通道
0
0
0
IN0
1
0
0
IN1
0
0
1
IN2
1
0
1
IN3
0
1
0
IN4
1
1
0
IN5