51单片机（六）A/D和D/A

一、A/D

1、ADC0804原理图

CS:片选信号输入端，低电平有效，CS引脚软件置0后，表示ADC0804被选中。
RD：读信号输入端，低电平输出端有效。
WR：写信号输入端，低电平启动AD转换。
INTR：转换完毕中断提供端，AD转换结束后，低电平表示本次转换已完成。
DB0~DB7：三态特性数字信号输出口，接单片机芯片P10 ~P17引脚
VCC：芯片电源5V输入。
CLKR:内部时钟发生器的外接电阻端，与CLK端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率计算方式是：fck=1/(1.1RC）。
CLKIN：时钟信号输入端。
Vin（+）、Vin（-）：两个模拟信号输入端，可以接收单极性、双极性和差模输入信号。
AGND:模拟电源地线。
VREF/2：参考电平输入，决定量化单位。
DGND:数字电源地线。

2、ADC0804接线

上图中左边的引脚是直接或间接接单片机芯片引脚的，右边引脚连接电阻、电容、电感、电源来自成电路的。
CS:接U2锁存器

U2锁存器在之前的实验中控制数码管的位选(我的板子6个数码管，所以锁存器只用到Q0~Q5，所以用Q7控制AD的片选CS)

RD:芯片引脚P3^7
WR:芯片引脚P3^6
WR控制启动AD，RD读人信号，都是低电平有效。程序开始时，先将WR软件置0，启动AD，再将RD软件置0，读入转换的数据。
INTR:悬空（未用中断法抓取）
DB0 ~ DB7：接芯片P10~ P17，与LED同接到P1，但是LED是通过锁存器U3接到芯片P1上的，在单片机上电后U3锁存器的DIOLA引脚（和U1的的段选位、U2的位选位是同一位置）置高电平，此时锁存器U3处于前第俩种工作状态下，要将该位软件置0，即让锁存器Q输出端为Q0，LED左右俩端都是高电平，此时LED被“锁住”。
CLKR与CLKIN：CLKIN是外部时钟输出端。可以通过外部时钟来控制AD，我的板子是CLKR与CLKIN外接电阻和电容形成RC振荡电路，输出为正弦波形（不懂RC振荡电路的朋友可以去看看《高频电子线路》）
Vin（+）、Vin（-）：可以接入外部模拟信号，如测量一组声音信号、电流、电压信号等。我的板子上是直接接的电感电路和电位器

通过转动电位器旋钮，Vin+引脚不断输入模拟信号，Vin-接模拟地。
VREF/2：通过电阻的分压，输入VCC/2。参考电压决定着量化单位。

ADC0804是8位ADC，为单端输出，输出编码范围是0~255，计算编码为：取样电压/VCC * 255（若为差分输出时,数字输出D的范围是-128 - +127,此时计算编码为：取样电压/VCC* 128=2* 取样电压/VCC*255 ）。

3、ADC0804时序图

上图1是ADC0804启动转换时的时序图，图2是读取数据时的时序图（时序图之后会经常用到，不仅仅51,32、FPGA等也经常用到，学会查看时序图，一劳永逸）

从图一看到：AD启动后，先片选CS置0，随后WR置0，经过Tw（wr）时间后WR拉高。此时AD被启动（WR就是用来启动AD的），但是AD开始时处于“不忙”状态，大概1~8个时钟周期后开始工作（所以WR启动AD后需要延时几个时钟周期，再读取数据），INTR由于被悬空，所以INTR不需要考虑（没有使用中断法）

从图二看到：INTR置低后被拉高（中断法时，现在不考虑），CS置0（AD转换时，都需要选中ADC0804，所以CS可以一直置0，表示ADC0804一直处于选中状态），选中ADC0804，此时开始读数据，RD置0，开始读数据（WR与RD都是低电平有效），从图2可以看到RD置0后还要经过Tacc后才有数据流。

4、程序实现流程

从上面的总结得出程序流程：

进入程序后，①CS软件置0——>②WR软件置0，启动AD——>③延时8个时钟周期以上（具体多少，可调试）——>④RD置0，开始读数据——>⑤延时几个时钟周期后（可调试）开始读取单片机芯片P1寄存器的数据

5、例题+分析

例：当拧动实验板A/D旁边的电位器时，数码管前三位以十进制方式动态显示A/D转换后的数字量
分析：
1）锁住LED
U3锁存器DIOLA端接芯片的P25引脚

程序开始需要将DIOLA软件置0

DIOLA=0;

2）片选AD
U2锁存器的Q7引脚输出为0，即D7输入脚为0，即芯片P07为0

wela=1;
P0=0x7f;//01111111  片选CSAD
wela=0;

3）启动AD

adwr=0;//启动AD
_nop_();//一个时钟周期
adwr=1;

4）AD数据读取

adrd=0;
_nop_();

5）数码管显示

根据时序图，启动AD后，有1~8个时钟周期+内部Tc，所以在AD读取数据之前进行要延时8个周期以上的时间，可以直接使用_nop_();延时一个机器周期，即12个时钟周期，也可以将数码管显示函数插在启动、读取之间，这样的话，执行数码管显示所需要的时间刚好可以代替出现有效数据之前延时。而且AD数据处理需要一定的时间，所以适当延长数码管显示的时间。如下程序:

for( i=10;i>0;i--)
display_time(a,b,c);

void display_time(uint bai ,uint shi,uint ge)
{

	dula=1;
	P0=table[bai];
	dula=0;
	P0=0xff;
	
	wela=1;
	P0=0x7e;//数码管1
	wela=0;
	delay_ms(5);
	
	dula=1;
	P0=table[shi];
	dula=0;
	P0=0xff;
	
	wela=1;
	P0=0x7d;//数码管2
	wela=0;
	delay_ms(5);
	
	dula=1;
	P0=table[ge];
	dula=0;
	P0=0xff;
	
	wela=1;
	P0=0x7b;//数码管3
	wela=0;
	delay_ms(5);
}

每执行一次数码管实验，至少需要15ms，即至少需要15000个机器周期，A/D转换大约在100us，所以循环十次，即数码管显示需要执行150us，既给充足时间让AD转换又不用担心启动AD后因为延时不够而无法出现有效数据。

完整程序：

#include 
#include 
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
};
sbit DIOLA=P2^5;
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
sbit adwr=P3^6;
sbit adrd=P3^7;
uint i,a,b,c,adval;
void delay_ms(uint);
void display_time(uint,uint,uint);

void main()
{
	DIOLA=0;
	wela=1;
	P0=0x7f;//01111111  片选CSAD
	wela=0;
	while(1)
	{
		adwr=0;//启动AD
		_nop_();//一个时钟周期
		adwr=1;
		for( i=10;i>0;i--)
		display_time(a,b,c);
		adrd=0;
		_nop_();
		
		adval=P1;
		adrd=1;
		a=adval/100;
		b=adval%100/10;
		c=adval%10;
	}

}

void display_time(uint bai ,uint shi,uint ge)
{

	dula=1;
	P0=table[bai];
	dula=0;
	P0=0xff;
	
	wela=1;
	P0=0x7e;//数码管1
	wela=0;
	delay_ms(5);
	
	dula=1;
	P0=table[shi];
	dula=0;
	P0=0xff;
	
	wela=1;
	P0=0x7d;//数码管2
	wela=0;
	delay_ms(5);
	
	dula=1;
	P0=table[ge];
	dula=0;
	P0=0xff;
	
	wela=1;
	P0=0x7b;//数码管3
	wela=0;
	delay_ms(5);
}

void delay_ms(uint ms)
{
	uint i,j;
	for(i=ms;i>0;i--)
	for(j=110;j>0;j--);
}

二、D/A

1、DAC0832原理图

CS:片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；
WR1： 数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。当CS=0、ILE=1、WR1有效时，DI0~DI7状态被锁存到输入寄存器
WR2： DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。当XFER=0且WR2有效时，输入寄存器的状态被传到DAC寄存器中。
ILE： 数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。
XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效。
DI0～DI7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；
GND:AGND和DGND，模拟信号地和数字信号地。模拟地为模拟信号与基准电源参考地；数字地为工作电源地与数字逻辑地（最好在基准电源处共地）
VDD:即Vcc，电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；
VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；
RFB：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度（我的板子中此端与Iout1接有一个15Ω的电阻）
IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；当输入全为1时电流最大。
IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数。

2、DAC0832接线

CS:接P3^2。
WR:DAC0832与ADC0804的WR一样，也是接在芯片的P36引脚。
DI0~DI7:接芯片P00 ~P07引脚。

ILE接VCC，片选CS引脚为0时选中DAC0832，当WR输入有效时，7DI0~DI7引脚的状态被锁存到输入寄存器。即片选后，只需WR写入有效，就能将D0 ~D7的输入数据读到输入锁存器中。

DAC0832内部结构图：（来自百度百科）

XFER接地，所以当WR2输入有效时，输入锁存器的状态被送到DAC寄存器中。根据本板子的原理图，WR2直接接地（本板子用的是“直通连接方式”）DI0~DI7的数据经过WR1有效控制后，直接进入DAC寄存器，然后再进行D/A转换。若想连续转换，只需连续改变数字输入端DI0 ~DI7的数字信号

VCC供电，与VREF都接5V，IOUT1接15KΩ电阻后，与LED相连，所以可以通过LED的亮、暗变换情况，判断出输出的是否为模拟信号。（当然这是实验板为了方便显示，有条件的话可以外接示波器观察波形）

3、DAC0832时序图

查看DAC0832的芯片资料文档：

根据上面的时序图得出，当CS置低电平后，再将WR置低，此时数据位才有数据，即选中AD0832后，WR将数据位写进来（类似0804，WR是启动0804）.此时数据位有数据，并开始D/A转换。由于转换需要一定的时间，所以经过Ts的时间后才有稳定的输出

4、程序实现流程

从上面的总结得出程序流程：
进入程序后，①CS软件置0——>②WR软件置0，启动DAC0832——>③延时Ts时间后读取输出（Ts时间可调试）

5、例题+分析

例：用单片机控制DAC0832芯片输出，让发光二极管D12由灭均匀变亮再由最亮均匀熄灭。最亮和最暗时蜂鸣器分别报警一次，完成整个周期时间控制在5s左右，并且循环变化。
分析：
1）DA的数据输入为P0，所以为了不影响数码管，将U1、U2锁存器“锁住”

	dula=0;
	wela=0;

2）进入程序，打开片选，要连续读取数据，所以CS与WR要一直工作

    dacs=0;//片选
	dawr=0;//启动

3）数据输入端输入数字信号，所以只需设置一个值，让其递增、递减。再不停的将该值输入到P0寄存器即可，然后该值为255时，蜂鸣器响，并开始递减，该值为0是，蜂鸣器响，并且开始递增。
完整程序：

include <reg52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
sbit dacs=P3^2;
sbit dawr=P3^6;
sbit beep=P2^3;
void delay_ms(uint);
void main()
{
	uint val,flag;
	dula=0;
	wela=0;
	dacs=0;//片选
	dawr=0;//启动
	while(1)
	{
		if(flag==0)
		{
			val+=5;
			P0=val;
			if(val==255)
			{
				flag=1;
				beep=0;
				delay_ms(100);
				beep=1;
			}
		delay_ms(50);//为了达到5s一个周期，满足题的设定
		}
		else
		{
			val-=5;
			P0=val;
			if(val==0)
			{
				flag=0;
				beep=0;
				delay_ms(100);
				beep=1;
			}
			delay_ms(50);//为了达到5s一个周期，满足题的设定	
		}
	}
}

void delay_ms(uint ms)
{
	uint i,j;
	for(i=ms;i>0;i--)
	for(j=110;j>0;j--);
}

三、A/D与D/A综合例题

例：拧动实验板A/D旁边的电位器，使产生的模拟信号通过ADC0804，产生数字信号，并在数码管上显示，同时将该数字信号传给DAC0832，来控制D12的亮暗，并且当输出的数值在100-120、200-230、20-50之间时蜂鸣器发声

完整程序：

#include 
#include 
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
};
sbit DIOLA=P2^5;
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
sbit wr=P3^6;//A/D与D/A共用，所以wr不能打开，每次需要wr置0来启动A/D
sbit adrd=P3^7;
sbit dacs=P3^2;
sbit beep=P2^3;
uint i,a,b,c,adval;
void delay_ms(uint);
void display_time(uint,uint,uint);
void main()
{
	DIOLA=0;//锁住锁存器U3，防止流水灯乱跑
	wela=1;
	P0=0x7f;//01111111  AD片选CSAD
	wela=0;
	dacs=0;//DA片选
	while(1)
	{
		wr=0;//启动AD
		_nop_();//一个时钟周期
		wr=1;
		for( i=10;i>0;i--)
		display_time(a,b,c);
		adrd=0;
		_nop_();	
		adval=P1;
		adrd=1;
		a=adval/100;
		b=adval%100/10;
		c=adval%10;
		
		wr=0;
		P0=adval;
		if((adval>20&&adval<50)||(adval>100&&adval<120)||(adval>200&&adval<230))
			beep=0;
		else
			beep=1;
		wr=1;
	}

}
void display_time(uint bai ,uint shi,uint ge)
{

	dula=1;
	P0=table[bai];
	dula=0;
	P0=0xff;
	
	wela=1;
	P0=0x7e;//数码管1
	wela=0;
	delay_ms(5);
	
	dula=1;
	P0=table[shi];
	dula=0;
	P0=0xff;
	
	wela=1;
	P0=0x7d;//数码管2
	wela=0;
	delay_ms(5);
	
	dula=1;
	P0=table[ge];
	dula=0;
	P0=0xff;
	
	wela=1;
	P0=0x7b;//数码管3
	wela=0;
	delay_ms(5);
}

void delay_ms(uint ms)
{
	uint i,j;
	for(i=ms;i>0;i--)
	for(j=110;j>0;j--);
}