第11章MCS-51与D/A转换器、A/D转换器的接口
非电物理量（温度、压力、流量、速度等），须经传感器转换成模拟电信号（电压或电流），必须转换成数字量，才能在单片机中处理。
数字量，也常常需要转换为模拟信号。
A/D转换器（ADC）：模拟量→数字量的器件，D/A转换器（DAC）：数字量→模拟量的器件。
只需合理选用商品化的大规模ADC、DAC芯片，了解引脚及功能以及与单片机的接口设计。
11.1MCS-51与DAC的接口11.1.1D/A转换器概述
1.概述 输入：数字量，输出：模拟量。
转换过程：送到DAC的各位二进制数按其权的大小转换为相应的模拟分量，再把各模拟分量叠加，其和就是D/A转换的结果。
使用D/A转换器时，要注意区分:*D/A转换器的输出形式;*内部是否带有锁存器。
(1)输出形式两种输出形式:电压输出形式与电流输出形式。
电流输出的D/A转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个I-V转换电路。
（2）D/A转换器内部是否带有锁存器D/A转换需要一定时间，这段时间内输入端的数字 量应稳定，为此应在数字量输入端之前设置锁存器，以提供数据锁存功能。
根据芯片内是否带有锁存器，可分为内部无锁存器的和内部有锁存器的两类。
*内部无锁存器的D/A转换器 可与P1、P2口直接相接（因P1口和P2口的输出有锁存功能）。
但与P0口相接，需增加锁存器。
*内部带有锁存器的D/A转换器内部不但有锁存器，还包括地址译码电路，有的还 有双重或多重的数据缓冲电路，可与MCS-51的P0口直接相接。
2.主要技术指标
(1)分辨率 输入给DAC的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2n之比。
显然，二进制位数越多，分辨率越高。
例如，若满量程为10V，根据定义则分辨率为10V/2n。
设8位D/A转换，即n=
8，分辨率为10V/2n =39.1mV，该值占满量程的0.391%，用1LSB表示。
同理：10位D/A：1LSB=9.77mV=0.1%满量程 12位D/A：1LSB=2.44mV=0.024%满量程 根据对DAC分辨率的需要,来选定DAC的位数。
(2)建立时间 描述DAC转换快慢的参数,表明转换速度。
定义：为从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)LSB (最低有效位)时所需的时间。
电流输出时间较短，电压输出的，加上I-V转换的时间，因此建立时间要长一些。
快速DAC可达1µs以下。
(3）精度理想情况，精度与分辨率基本一致，位数越多 精度越高。
但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存在着误差,精度与分辨率并不完全一致。
位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器精度会有所不同。
例如，某型号的8位DAC精度为0.19%，另一型号的8位DAC精度为0.05%。
11.1.2MCS-51与8位DAC0832的接口
1.DAC0832芯片介绍
(1)DAC0832的特性 美国国家半导体公司产品，具有两个输入数据寄存器的8位DAC,能直接与MCS-51单片机相连。
主要特性如下： *分辨率为8位；*电流输出，稳定时间为1µs；*可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入；*单一电源供电（+5～+15V）；
（2）DAC0832的引脚及逻辑结构引脚： DAC0832的逻辑结构： 引脚功能：DI0～DI7：8位数字信号输入端CS*：片选端。
ILE：数据锁存允许控制端，高电平有效。
WR1*：输入寄存器写选通控制端。
当CS*=
0、ILE=
1、 WR1*=0时，数据信号被锁存在输入寄存器中。
XFER*：数据传送控制。
WR2*：DAC寄存器写选通控制端。
当XFER*=
0，WR2*=0时，输入寄存器状态传入DAC寄存器中。
IOUT1：电流输出1端，输入数字量全“1”时，IOUT1最大，输入数字量全为“0”时，IOUT1最小。
IOUT2：D/A转换器电流输出2端，IOUT2+IOUT1=常数。
Rfb：外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻Rfb，根据需要也可外接反馈电阻。
：电源输入端，可在+5V~+15V范围内。
DGND：数字信号地。
AGND：模拟信号地。
“8位输入寄存器”用于存放CPU送来的数字量，使输入 数字量得到缓冲和锁存，由LE1*控制；“8位DAC寄存器”存放待转换的数字量，由LE2*控制； “8位D/A转换电路”由T型电阻网络和电子开关组成，T型电阻网络输出和数字量成正比的模拟电流。
2.DAC的应用接口与DAC的具体应用有关。
(1)单极性电压输出单极性模拟电压输出，可采用图11-5或图11-9所 示接线。
输出电压Vout与输入数字量B的关系: Vout=－（B/256）*VRFE式中，B=b7·27+b6·26+……+b1·21+b0·20； B为0时，Vout也为
0，输入数字量为255时，Vout为最大值,单极性。
（2）双极性电压输出 双极性电压输出，采用图11-3接线： Vout=（B－128）*（VREF/128）由上式，在选用+VREF时，
（1）若输入数字量b7＝
1，则Vout为正；
（2）若输入数字量b7＝
0，则Vout为负。
在选用-VREF时，Vout与+VREF时极性相反。
（3）DAC用作程控放大器DAC还可作程控放大器，见图11-
4。
DAC的输出和输入之间的关系:Vout=-Vin*(256/B） 256/B看作放大倍数。
但输入数字量B不得为“0”。
3.MCS-51与DAC0832的接口电路
(1)单缓冲方式 DAC0832的两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个处于受控的锁存方式。
在不要求多路输出同步的情况下，可采用单缓冲方式。
单缓冲方式的接口如图11-5: 由图11-
2，WR2*和XFER*接地，故DAC0832的“8位DAC寄存器”（图11-2）处于直通方式。
“8位输入寄存器”受CS*和WR1*端控制，且由译码器输出端FEH送来（也可由P2口的某一根口线来控制）。
因此，8031执行如下两条指令就可在WR1*和CS*上产生低电平信号，使0832接收8031送来的数字量。
MOVR0，#0FEHMOVX@R0，
A ；DAC地址FEH→R0；WR*和译码器FEH输出端有效 现说明DAC0832单缓冲方式的应用。
例11-1DAC0832用作波形发生器。
分别写出产生锯齿波、三角波和矩形波的程序。
(1)锯齿波的产生 ORG2000H START:MOVMOV LOOP:MOVX R0，#0FEHA，#00H @R0，
A INCSJMP ALOOP ；DAC地址FEH→R0；数字量→A；数字量→D/A转换器；数字量逐次加
1 输入数字量从0开始，逐次加
1，为FFH时，加1则清
0，模拟输出又为
0，然后又循环，输出锯齿波，如图11-
6。
每一上升斜边分256个小台阶，每个小台阶暂留时间为执行后三条指令所需要的时间。
(2)三角波的产生 START:UP: DOWN: ORG MOVMOVMOVXINCJNZ DECMOVX 2000H R0，#0FEHA，#00H@R0，AAUP A@R0，
A JNZDOWNSJMPUP ；三角波上升边 ；A=0时再减1又为FFH ；三角波下降边
(3)矩形波的产生 ORG2000HSTART:MOVR0，#0FEH LOOP:MOVA，#data1MOVX@R0，ALCALLDELAY1 MOVA，#data2 ；置矩形波上限电平；调用高电平延时程序 MOVXLCALLSJMP @R0，ADELAY2LOOP ；置矩形波下限电平；调用低电平延时程序；重复进行下一个周期 DELAY1、DELAY2为两个延时程序，决定矩形波高、低电平时的持续时间。
频率也可采用延时长短来改变。
（2）双缓冲方式 多路同步输出，必须采用双缓冲同步方式。
接口电路如图11-9： 1#DAC0832因和译码器FDH相连，占有两个端口地址FDH和FFH。
2#DAC0832的两个端口地址为FEH和FFH。
其中，FDH和FEH分别为1#和2#DAC0832的数字量输入控制端口地址，而FFH为启动D/A转换的端口地址。
图11-9中DAC输出的VX和VY信号要同步，控制X-Y绘图仪绘制的曲线光滑，否则绘制的曲线是阶梯状。
控制程序如下： 例11-2内部RAM中两个长度为20的数据块，起始地址为分别为addr1和addr2，编写能把addr1和addrr2中数据从1#和2#DAC0832同步输出的程序。
addr1和addr2中的数据，为绘制曲线的
X、Y坐标点。
DAC0832各端口地址：FDH:1#DAC0832数字量输入控制端口FEH:2#DAC0832数字量输入控制端口FFH:1#和2#DAC0832启动D/A转换端口 工作寄存器0区的R1指向addr1；1区的R1指向addr2；0区的R2存放数据块长度；0区和1区的R0指向DAC端口地址。
程序为： ORG2000Haddr1DATA20H；定义存储单元 addr2DATA40H；定义存储单元 DTOUT:MOVMOVSETBMOVCLR NEXT:MOV R1，#addr1；0区R1指向addr1 R2，#20；数据块长度送0区R2 RS0 ；切换到工作寄存器1区 R1，#addr2；1区R1指向addr2 RS0R0，#0FDH ；返回0区；0区R0指向1#DAC0832数；字量控制端口 MOVMOVXINCSETB
A，@R1@RO，AR1RS0 ；addr1中数据送A；addr1中数据送1#DAC0832；修改addr1指针0区R1；转1区。
MOVR0，#0FEH；1区R0指向2#DAC0832数字量；控制端口 MOVA，@R1；addr2中数据送
A MOVX@R0，A；addr2中数据送2#DAC0832 INCR1 ；修改addr2指针1区R1 INCR0 ；1区R0指向DAC的启动D/A转换端口 MOVX@R0，A；启动DAC进行转换 CLRRS0 ；返回0区 DJNZR2，NEXT；若未完，则跳NEXT LJMPDTOUT；若送完，则循环 END 11.1.3MCS-51与12位DAC1208的接口 8位DAC分辨率不够，可采用12位DAC。
常用的有 DAC1208系列与DAC1230系列。
1.DAC1208系列的结构引脚及特性双缓冲结构。
不是用一个12位锁存器，而是用
一 个8位锁存器和一个4位锁存器，以便和8位数据线相连。
引脚功能： CS*：片选信号。
WR1*：写信号，低电平有效BYTE1/BYTE2*：字节顺序控制信号。
1：开启8位和4位两个锁存器，将12位全部打入锁存器。
0：仅开启4位输入锁存器。
WR2*：辅助写。
该信号与XFER*信号相结合，当同为低电平时，把锁存器中数据打入DAC寄存器。
当为高电平时，DAC寄存器中的数据被锁存起来。
XFER*：传送控制信号，与WR2*信号结合，将输入锁存器中的12位数据送至DAC寄存器。
DI0-DI11:12位数据输入。
IOUT1：D/A转换电流输出
1。
当DAC寄存器全1时，输出电流最大，全0时输出为
0 IOUT2：D/A转换电流输出
2。
IOUT1+IOUT2=常数 RFB：反馈电阻输入VREF：参考电压输入VCC：电源电压DGND、AGND：数字地和模拟地主要特性：
（1）输出电流稳定时间：1µs；
（2）基准电压：VREF=-10~+10V；
（3）单工作电源：+5~+15V；
（4）低功耗：20mW。
2.接口电路设计及软件编程⑴接口电路设计 8031与DAC1208转换器的接口如图11-11。
高8位输入寄存器端口地址：4001H;低4位寄存器端口地址：4000H;DAC寄存器的端口地址：6000H。
由于8031的P0.0分时复用，所以用P0.0与DAC1208的BYTE1/BYTE2*相连时，要有锁存器74LS377。
外接AD581做10V基准电压源。
模拟电压输出接为双极性。
采用双缓冲方式。
先送高8位数据DI11~DI4,再送入低4位数据DI3~DI0，而不能按相反的顺序传送。
如先送低4位后送高8位，结果会不正确。
在12位数据分别正确地进入两个输入寄存器后,再打开DAC寄存器。
单缓冲方式不合适，在12位数据不是一次送入的情况下，边传送边转换，会使输出产生错误的瞬间毛刺。
图中DAC1208的电流输出端外接两个运放LF356，其中运放1用作I/V转换，运放2实现双极性电压输出（-10V~+10V）。
电位器W1定零点，电位器W2定满度。
2．软件编程设12位数字量存放在内部RAM的两个单元，12位数 的高8位在DIGIT单元，低4位在DIGIT+1单元的低4位。
按图11-11电路，D/A转换程序如下： MOVMOVMOVMOVXDEC DPTR，#4001HR1，#DIGITA，@R1@DPTR，ADPL INCMOVMOVX R1A，@R1@DPTR，
A ;8位输入寄存器地址;高8位数据地址;取出高8位数据;高8位数据送DAC1208;DPTR修改为4位输入寄；存器地址 ;低4位数据地址 ;取出低4位数据;低4位数据送DAC1208 MOVDPTR，#6000HMOVX@DPTR，
A ;DAC寄存器地址;12位同步输出完成12位D/A转换 11.1.4MCS-51与12位DAC1230系列的接口 DAC1230内部结构和应用特性与DAC1208完全相似，只不过DAC1230系列的低4位数据线在片内与高4位数据线相连，在片外表现为8位数据线，故比DAC1208少四个引脚，20脚DIP封装。
内部结构及引脚如图11-12。
DAC1230与8位单片机的接口比DAC1208要简单；但DAC1208系列与16位单片机连接更方便。
11.2MCS-51与ADC的接口11.2.1A/D转换器概述 模拟量转换成数字量，便于计算机进行处理。
随着超大规模集成电路技术的飞速发展，大量结构不同、性能各异的A/D转换芯片应运而生。
1.A/D转换器的分类 根据转换原理可将A/D转换器分成两大类
（1）直接型A/D转换器
（2）间接型A/D转换器。
A/D转换器的分类如下: 目前使用较广泛的有：逐次比较式转换器、双积分式转换器、Σ-Δ式转换器和V/F转换器。
逐次比较型:精度、速度和价格都适中，是最常用的A/D转换器件。
双积分型:精度高、抗干扰性好、价格低廉,但转换速度慢，得到广泛应用。
Σ-Δ型:具有积分式与逐次比较式ADC的双重优点。
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ADC，但比双积分ADC的转换速度快，与逐次比较式ADC相比，有较高的信噪比，分辨率高，线性度好不需采样保持电路。
因此，Σ-Δ型得到重视。
V/F转换型:适于转换速度要求不太高，远距离信号传输。
2.A/D转换器的主要技术指标⑴转换时间和转换速率 完成一次转换所需要的时间。
转换时间的倒数为转换速率。
并行式：20~50ns，速率为50~20M次/s（1M=106）；逐次比较式：0.4µs，速率为2.5M次/s。
(2)分辨率用输出二进制位数或BCD码位数表示。
例如AD574， 二进制12位，即用212个数进行量化，分辨为1LSB，百分数表示1/212=0.24‰。
又如双积分式A/D转换器MC14433,分辨率为三位半。
若满字位为1999，其分辨率为1/1999=0.05%。
量化过程引起的误差为量化误差，是由于有限位数字对模拟量进行量化而引起的误差。
量化误差理论上规定为1个单位分辨率，提高分辨率可减少量化误差。
（3）转换精度定义为一个实际ADC与一个理想ADC在量化值上的差 值。
可用绝对误差或相对误差表示。
3.A/D转换器的选择 按输出代码的有效位数分:8位、10位、12位等。
按转换速度分为超高速（≤1ns）、高速（≤1µs）中速（≤1ms）、低速（≤1s）等。
为适应系统集成需要，将多路转换开关、时钟电路、基准电压源、二/十进制译码器和转换电路集成在一个芯片内，为用户提供方便。
（1）A/D转换器位数的确定 系统总精度涉及的环节较多：传感器变换精度、信号预处理电路精度和A/D转换器及输出电路、控制机构精度，还包括软件控制算法。
A/D转换器的位数至少要比系统总精度要求的最低分辨率高1位，位数应与其他环节所能达到的精度相适应。
只要不低于它们就行，太高无意义，且价高。
8位以下：低分辨率，9~12位：中分辨率，13位以上：高分辨率。
（2）A/D转换器转换速率的确定 从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的时间，这就是A/D转换器的转换时间。
低速：转换时间从几ms到几十ms。
中速：逐次比较型的A/D转换器的转换时间可从几µs~100µs左右。
高速：转换时间仅20~100ns。
适用于雷达、数字通讯、实时光谱分析、实时瞬态纪录、视频数字转换系统等。
如用转换时间为100µs的集成A/D转换器，其转换速率为10千次/秒。
根据采样定理和实际需要，一个周期的波形需采10个点，最高也只能处理1kHz的信号。
把 转换时间减小到10µs，信号频率可提高到10kHz。
（3）是否加采样保持器 直流和变化非常缓慢的信号可不用采样保持器。
其他情况都要加采样保持器。
根据分辨率、转换时间、信号带宽关系，是否要加采样保持器：如果是8位ADC,转换时间100ms,无采样保持器，信号的允许频率是0.12Hz；如果是12位ADC，该频率为0.0077Hz。
如果转换时间是100µs，ADC是8位时，该频率为12Hz，12位时是0.77Hz。
（4）工作电压和基准电压选择使用单一+5V工作电压的芯片，与单片机系统共 用一个电源就比较方便。
基准电压源是提供给A/D转换器在转换时所需要的参考电压，在要求较高精度时，基准电压要单独用高精度稳压电源供给。
11.2.2MCS-51与ADC0809（逐次比较型）的接口
1.ADC0809引脚及功能逐次比较式8路模拟输入、8位输出的A/D转换器。
引脚如图。
共28脚，双列直插式封装。
主要引脚功能如下：
(1)IN0~IN7：8路模拟信号输入端。
(2)D0~D7：8位数字量输出端。
(3)
C、B、A：控制8路模拟通道的切换，
C、B、A= 000~111分别对应IN0~IN7通道。
(4)OE、START、CLK：控制信号端，OE为输出允许端， START为启动信号输入端，CLK为时钟信号输入端。
⑸VR(+)和VR(-)：参考电压输入端。
2.ADC0809结构及转换原理 结构如图11-15。
0809完成1次转换需100µs左右，可对0~5V信号进行转换。
3.MCS-51与ADC0809的接口 单片机如何来控制ADC?
首先用指令选择0809的一个模拟输入通道，当执行MOVX@DPTR，A时，单片机的WR*信号有效，产生一个启动信号给0809的START脚，对选中通道转换。
转换结束后，0809发出转换结束EOC信号，该信号可供查询，也可向单片机发出中断请求;当执行指令：MOVXA，@DPTR，单片机发出RD*信号,加到OE端高电平，把转换完毕的数字量读到A中。
查询和中断控制两种工作方式。
(1)查询方式 0809与8031单片机的接口如图11-16。
ALE脚的输出频率为1MHz，（时钟频率为6MHz），经D触发器二分频为500kHz时钟信号。
0809输出三态锁存，8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。
引脚
C、B、A分别与地址总线A2、A1、A0相连，选通IN0~IN7中的一个。
P2.7（A15）作为片选信号，在启动A/D转换时，由WR*和P2.7控制ADC的地址锁存和转换启动，由于ALE和START连在一起，因此0809在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。
读取转换结果，用RD*信号和P2.7脚经或非后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。
对8路模拟信号轮流采样一次，采用软件延时的方式，并依次把结果转储到数据存储区。
MAIN:MOVMOV R1，#data;置数据区首地址DPTR，#7FF8H;端口地址送DPTR，P2.7=
0， MOVLOOP:MOVX MOVDELAY:NOP NOPNOPDJNZMOVX R7，#08H@DPTR，AR6，#0AH R6，DELAYA，@DPTR ；且指向通道IN0;置转换的通道个数;启动A/D转换;软件延时，等待转换结束 ;读取转换结果 MOVINCINCDJNZ @R1，ADPTRR1R7，LOOP ;存储转换结果;指向下一个通道;修改数据区指针;8个通道全采样完否？未完则继续 ……
(2)中断方式 将图11-16中EOC脚经一非门连接到8031的INT1*脚即可。
转换结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断申请，单片机响应中断请求，在中断服务程序读A/D结果，并启动0809的下一次转换，外中断1采用跳沿触发。
程序如下： INIT1: SETBSETB SETBMOVMOVMOVX … IT1 ；外部中断1初始化编程 EA ；CPU开中断 EX1 ；选择外中断为跳沿触发方式 DPTR，#7FF8H；端口地址送DPTR
A，#00H; @DPTR，A；启动0809对IN0通道转换 ；完成其他的工作 中断服务程序: PINT1:MOVDPTR，#7FF8H；A/D结果送内部RAM单元30HMOVXA，@DPTRMOV30H，AMOVA，#00H；启动0809对IN0的转换MOVX@DPTR，A;RETI 11.2.3MCS-51与AD574（逐次比较型）的接口 8位分辨率的ADC常常不够，采用10位、12位、16位A/D转换器。
12位ADCAD574A（AD674A、AD1674A）。
1.AD574简介12位逐次比较型A/D转换器。
转换时间为25µs，转 换精度为0.05%，片内有三态输出缓冲电路，可直接与各种8位或16位的微处理器相连，而无须附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL电平兼容。
28脚双列直插式封装，引脚如图11-17。
引脚的功能如下： CS*：片选信号端。
CE：片启动信号。
R/C*：读出/转换控制信号。
12/8*：数据输出格式选择。
1:12条数据线同时输出转换结果，0:转换结果为两个单字节输出，即只有高8位或 低4位有效。
A0：字节选择控制线。
分为转换期间、读出期间在转换期间: 0:进行12位转换（转换时间为25µs）；1:进行8位转换（转换时间为16µs）。
在读出期间： 0:高8位数据有效； 1:低4位数据有效，中间4位为“0”，高4位为三态。
因此当两次读出12位数据时，12位数据遵循左对齐 原则，如下所示： 结果的高8位 结果的低4位+4位尾
0 上述五个控制信号组合的真值表如表11-1所示: 表11-1AD574控制真值表 CECS*R/C*12/8*A0 操作 0XXXX无操作 X1XXX无操作 100X0初始化为12位转换 100X1初始化为8位转换 101+5VX允许12位并行输出 101地0允许高8位输出 101地1允许低4位+4位尾0输出 STS：转换结束状态引脚。
转换完成时为低电平。
可作为状态信息被CPU查询，也可用它的下跳沿向CPU发出中断申请，通知A/D转换已完成，可读取转换结果。
2.AD574的工作特性 工作状态由CE、CS*、R/C*、12/8*、A0五个控制信号决定，当CE=
1，CS*=0同时满足,才处于转换状态。
AD574处于工作状态时，R/C*=
0,启动A/D转换；R/C*=1为数据读出。
12/8*和A0端用来控制转换字长和数据格式。
A0=0按12位转换方式启动转换；A0=1按8位转换方式启动转换。
当AD574处于数据读出（R/C*=1）状态时，A0和12/8* 成为数据输出格式控制端。
12/8*=1对应12位并行输出；12/8*=0对应8位的双字节输出。
其中A0=0时输出高8位。
A0=1时输出低4位，并以4个0补足尾随的4位。
注意：12/8*端与TTL电平不兼容，故只能直接接+5V或地。
另外A0在数据输出期间不能变化。
3.AD574的单极性和双极性输入特性 图11-18(a)为单极性转换电路，可实现:0～10V或0～20V的转换。
图11-18(b)为双极性转换电路，可实现:-5～+5V或-10～+10V的转换。
4.MCS-51与AD574的接口设计 见图11-19,AD574片内有时钟，无须外加。
单极性方式:对0～10V或0～20V模拟信号进行转换。
结果的高8位从DB11～DB4输出，低4位从DB3～DB0输出，如左对齐，DB3～DB0接单片机数据总线高半字节。
为实现启动转换和结果读出，片选信号由A1提供。
读结果时，A1=0；CE信号由单片机的WR*和A7经一级或非门提供，R/C*由RD*和A7经一级或非门产生，A7应为低电平。
输出状态信号STS接P3.2，供单片机查询A/D转换是否结束。
12/8*端接+5V，AD574的A0由地址总线A0控制，实现全12位转换，并将12位数据分两次送入数据总线上。
完成一次A/D转换的程序如下： （假定结果高8位在R2中，低4位在R3中，按左对齐原则）： MAIN：MOVMOVX LOOP:NOP R0，＃7CH@R0，
A ；选择AD574，并令A0=0；启动A/D转换 JBP3.2，LOOP；查询转换是否结束 MOVXA，@R0 ；读取高8位 MOVR2，
A ；存入R2中 MOVR0，＃7DHMOVXA，@R0 ；令A0=1；读取低4位地 MOVR3，
A ；存入R3中 11.2.4MCS-51与A/D转换器MC14433（双积分型）的接口 双积分型由于两次积分时间比较长，所以转换速度慢，但精度可以做得比较高；对周期变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也较好。
常用的有3½位双积分A/D转换器MC14433（精度相当于11位二进制数）和4½位双积分A/D转换器ICL7135（精度相当于14位二进制数）。
1.MC14433A/D转换器简介 MC14433是3½位双积分型A/D转换器，优点：精度高、抗干扰性能好等，缺点：转换速度慢，约1~10次/秒。
与国内产品5G14433完全相同，可互换。
被转换电压量程为199.9mV或1.999V。
转换完的数据以BCD码的形式分四次送出。
（1）MC14433的引脚功能说明MC14433A/D转换器引脚如图11-20: 各引脚的功能如下：
（1）电源及共地端VDD：主工作电源+5V。
VEE：模拟部分的负电源端，接-5V。
VAG：模拟地端。
VSS：数字地端。
VR：基准电压输入端。
（2）外接电阻及电容端R1：积分电阻输入端，转换电压VX=2V时，R1=470Ω；VX=200mV时，R1=27kΩ。
C1：积分电容输入端，一般取0.1µ
F。
R1/C1：R1与C1的公共端。
CLKI、CLKO：外接振荡器时钟调节电阻RC，RC一般取470Ω左右。
（3）转换启动/结束信号端 EOC：转换结束信号输出端，正脉冲有效。
DU：启动新的转换，若DU与EOC相连，每当A/D转 换结束后，自动启动新的转换。
（4）过量程信号输出端 OR*：当|VX|＜VR，输出低电平。
（5）位选通控制端DS4~DS1：分别为个、
十、百、千位输出的选通 脉冲，DS1对应千位，DS4对应个位。
每个选通脉冲宽度为18个时钟周期，两个相应脉冲之间间隔为2个时钟周期。
如图11-21所示
（6）BCD码输出端 Q0～Q3：BCD码数据输出线。
Q3为最高位，Q0为最低位。
当DS2、DS3和DS4选通期间，输出三位完整的BCD码数，但在DS1（千位）选通期间，输出端Q0～Q3除了表示个位的0或1外，还表示被转换电压的正负极性（Q2=1为正）、欠量程还是过量程，具体含义如表11-2所示。
表11-
2 Q3Q21×0××1×00×1× DS1选通时Q3～Q0表示的结果 Q1Q0 表示结果 ×0千位数为
0 ×0千位数为
1 ×0结果为正 ×0结果为负 ×1输入过量程 ×1输入欠量程
2.MC14433与8031单片机的接口 如图11-12，MC1403（与5G1403相同）为+2.5V精密基准源。
DU端与EOC端相连，即选择连续转换方式。
EOC：转换结束输出标志。
读取A/D转换结果可采用中断方式或查询方式。
采用中断方式时，EOC端与8031外部中断输入端INT0*或INT1*相连。
采用查询方式EOC端可与任一I/O口线相连。
若用中断方式读结果，选用跳沿触发方式。
如转换结果存到8031内部RAM的20H、21H单元中，格式如下： 初始化程序开放CPU中断，允许外部中断1中断请求，置外部中断1为跳沿触发方式。
每次A/D转换结束，都向CPU请求中断，CPU响应中断，执行中断服务程序，读取A/D转换的结果。
程序： ORG001BH LJMPPINT1；跳外部中断1的中断服务程序 ORG0100H INITI：SETBIT1 ；选择外中断1为跳沿触发方式 MOVIE，＃84H；CPU开中断，允许外部中断1……PINT1：MOVA，P1；外部中断1服务程序 JNB.4，PINT1；等待DS1选通信号的到来 JB.0，Per；是否过、欠量程，是则转向Per处理 JB.2，PL1；判结果极性，为正，跳PL1 SETB07H ；结果为负，符号位07H置
1 AJMPPL2PL1：CLR07H ；；结果为正，符号位清
0 PL2：JB.3，PL3；千位为
0，跳PL3 SETB04H AJMPPL4PL3：CLR04H PL4：MOVA，P1 JNB.5，PL4 MOVR0，＃20H XCHDA，@R0 PL5:MOVA，P1; JNB.6，PL5 SWAPA INCR0 MOVPL6：MOV @R0，AA，P1 JNB.7，PL6 ；千位为
1，把04H位置1;；千位为
0，把04H位清0；；等待百位的选通信号DS2；指针指向20H单元；百位→20H单元低4位 ；等待十位数的选通信号DS3的到来；读入十位，高低4位交换；指针指向21H单元；十位数的BCD码送入21H的高4位 ；等待个位数选通信号DS4的到来； XCHDRETIPEr：SETBRETI
A，@R0；个位数送入21H单元的低4位 10H；置过量程、欠量程标志；中断返回 11.3MCS-51与V/F转换器的接口 在既要求数据长距离传输又要求精确度较高的场合，可使用V/F转换器代替A/D器件。
V/F转换器是把电压信号转变为频率信号的器件，有良好的精度、线性，此外，电路简单，外围元件性能要求不高，适应环境能力强，转换速度不低于一般的双积分型A/D器件，且价格低，因此V/F转换技术广泛用于非快速A/D过程中。
11.3.1用V/F转换器实现A/D转换的原理 工作原理：把V/F转换器输出的频率信号作为计数脉冲，进行定 时计数，这样计数器的计数值与V/F转换器输出的脉冲频率信号之间的关系为： f=D/T D：计数值，T：计数时间，就可求出V/F转换器的输出频率，从而知道输入电压
V，这就实现了A/D转换。
定时/计数器可用单片机内部的，也可使用外部扩展的，用单片机把计数值取入内存即可进行数据处理。
11.3.2常用V/F转换器LMX31简介 常用LMX31系列。
包括LM131/LM231/LM331，适用于A/D转换器、高精 度F/V变换器
1．主要特性
（1）频率范围：1～100KHz
（2）低的非线性：±0.01%
（3）单电源或双电源供电
（4）单电源供电电压为＋5V时，可保证转换精度
（5）温度特性：最大±50ppm/°C
（6）低功耗：Vs=5V时为15mw 有两种封装形式，如图11-24所示。
2．电特性参数：
（1）电源电压：＋15V
（2）输入电压范围：0～10V
（3）输出频率：10Hz～11KHz
（4）非线性失真：±0.03%
3．LMX31的V/F转换外部接线 LMX31的V/F转换外部接线如图11-25所示。
11.3.3V/F转换器与MCS-51单片机接口 被测电压转换为与其成比例的频率信号后送入单片机进行处理。
（1）直接与MCS-51接口。
接口简单，频率信号接入单片机的定时器/计数器输入端即可。
如下图。
（2）在一些电源干扰大、模拟电路部分容易对单片机产生电气干扰等恶劣环境中，可采用光电隔离的方法使V/F转换器与单片机无电信号联系，如图11-27。
（3）与单片机之间距离较远时需要采用驱动电路以提高传输能力。
可采用串行通讯的驱动器和接收器来实现。
例如使用RS-422的驱动器和接收器时，允许最大传输距离为120m，如图11-28所示。
其中SN75174/75175是RS-422标准的四差分线路驱动/接收器。
（4）采用光纤或无线传输时，需配以发送、接收装置。
如图11-29、图11-30所示。
11.3.4LM331应用举例本例使用LM331和8031内部定时器构成A/D转换电路使 用元件少、成本低、精度高。
1.接口电路MCS-51与LM331的接口电路如图11-31： V/F转换器最大输出频率为10KHz，输入电压为0～10V。
由于V/F输出频率较低，因此采用测周期的方法。
V/F的输出经D触发器二分频后接至INT0*，作为T0计数信号。
T0置定时器方式
1，将T0的GATE位置
1，就由INT0*和TR0来共同决定计数器是否工作。
2.软件设计包括初始化和计数两部分。
初始化:T0为方式1定时，并将GATE位置
1。
计数:首先判断INT0*电平，为低时，打开TR0位准备计数；变为高时，启动计数，再为低时停止计数并清TR0，读出数据，将T0的TH0、TL0清
0，准备下一次计数。
程序： BEGIN：NOPMOVMOVMOV LOOP1：NOPJBSETB LOOP2：NOPJNB LOOP3：NOPJBCLRMOV TMOD，＃09HTL0，＃00HTH0，＃00H P3.2，LOOP1TR0 P3.2，LOOP2 P3.2，LOOP3TR0B，TH0 ；定时器T0初始化；高位计数值→
B MOVA，TL0MOVTL0，＃00HMOVTH0，＃00HAJMPLOOP1 ；低位计数值→
A 本程序将计数结果高位存入
B，低位存入
A，以便后期处理。
数字量，也常常需要转换为模拟信号。
A/D转换器（ADC）：模拟量→数字量的器件，D/A转换器（DAC）：数字量→模拟量的器件。
只需合理选用商品化的大规模ADC、DAC芯片，了解引脚及功能以及与单片机的接口设计。
11.1MCS-51与DAC的接口11.1.1D/A转换器概述
1.概述 输入：数字量，输出：模拟量。
转换过程：送到DAC的各位二进制数按其权的大小转换为相应的模拟分量，再把各模拟分量叠加，其和就是D/A转换的结果。
使用D/A转换器时，要注意区分:*D/A转换器的输出形式;*内部是否带有锁存器。
(1)输出形式两种输出形式:电压输出形式与电流输出形式。
电流输出的D/A转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个I-V转换电路。
（2）D/A转换器内部是否带有锁存器D/A转换需要一定时间，这段时间内输入端的数字 量应稳定，为此应在数字量输入端之前设置锁存器，以提供数据锁存功能。
根据芯片内是否带有锁存器，可分为内部无锁存器的和内部有锁存器的两类。
*内部无锁存器的D/A转换器 可与P1、P2口直接相接（因P1口和P2口的输出有锁存功能）。
但与P0口相接，需增加锁存器。
*内部带有锁存器的D/A转换器内部不但有锁存器，还包括地址译码电路，有的还 有双重或多重的数据缓冲电路，可与MCS-51的P0口直接相接。
2.主要技术指标
(1)分辨率 输入给DAC的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2n之比。
显然，二进制位数越多，分辨率越高。
例如，若满量程为10V，根据定义则分辨率为10V/2n。
设8位D/A转换，即n=
8，分辨率为10V/2n =39.1mV，该值占满量程的0.391%，用1LSB表示。
同理：10位D/A：1LSB=9.77mV=0.1%满量程 12位D/A：1LSB=2.44mV=0.024%满量程 根据对DAC分辨率的需要,来选定DAC的位数。
(2)建立时间 描述DAC转换快慢的参数,表明转换速度。
定义：为从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)LSB (最低有效位)时所需的时间。
电流输出时间较短，电压输出的，加上I-V转换的时间，因此建立时间要长一些。
快速DAC可达1µs以下。
(3）精度理想情况，精度与分辨率基本一致，位数越多 精度越高。
但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存在着误差,精度与分辨率并不完全一致。
位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器精度会有所不同。
例如，某型号的8位DAC精度为0.19%，另一型号的8位DAC精度为0.05%。
11.1.2MCS-51与8位DAC0832的接口
1.DAC0832芯片介绍
(1)DAC0832的特性 美国国家半导体公司产品，具有两个输入数据寄存器的8位DAC,能直接与MCS-51单片机相连。
主要特性如下： *分辨率为8位；*电流输出，稳定时间为1µs；*可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入；*单一电源供电（+5～+15V）；
（2）DAC0832的引脚及逻辑结构引脚： DAC0832的逻辑结构： 引脚功能：DI0～DI7：8位数字信号输入端CS*：片选端。
ILE：数据锁存允许控制端，高电平有效。
WR1*：输入寄存器写选通控制端。
当CS*=
0、ILE=
1、 WR1*=0时，数据信号被锁存在输入寄存器中。
XFER*：数据传送控制。
WR2*：DAC寄存器写选通控制端。
当XFER*=
0，WR2*=0时，输入寄存器状态传入DAC寄存器中。
IOUT1：电流输出1端，输入数字量全“1”时，IOUT1最大，输入数字量全为“0”时，IOUT1最小。
IOUT2：D/A转换器电流输出2端，IOUT2+IOUT1=常数。
Rfb：外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻Rfb，根据需要也可外接反馈电阻。
：电源输入端，可在+5V~+15V范围内。
DGND：数字信号地。
AGND：模拟信号地。
“8位输入寄存器”用于存放CPU送来的数字量，使输入 数字量得到缓冲和锁存，由LE1*控制；“8位DAC寄存器”存放待转换的数字量，由LE2*控制； “8位D/A转换电路”由T型电阻网络和电子开关组成，T型电阻网络输出和数字量成正比的模拟电流。
2.DAC的应用接口与DAC的具体应用有关。
(1)单极性电压输出单极性模拟电压输出，可采用图11-5或图11-9所 示接线。
输出电压Vout与输入数字量B的关系: Vout=－（B/256）*VRFE式中，B=b7·27+b6·26+……+b1·21+b0·20； B为0时，Vout也为
0，输入数字量为255时，Vout为最大值,单极性。
（2）双极性电压输出 双极性电压输出，采用图11-3接线： Vout=（B－128）*（VREF/128）由上式，在选用+VREF时，
（1）若输入数字量b7＝
1，则Vout为正；
（2）若输入数字量b7＝
0，则Vout为负。
在选用-VREF时，Vout与+VREF时极性相反。
（3）DAC用作程控放大器DAC还可作程控放大器，见图11-
4。
DAC的输出和输入之间的关系:Vout=-Vin*(256/B） 256/B看作放大倍数。
但输入数字量B不得为“0”。
3.MCS-51与DAC0832的接口电路
(1)单缓冲方式 DAC0832的两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个处于受控的锁存方式。
在不要求多路输出同步的情况下，可采用单缓冲方式。
单缓冲方式的接口如图11-5: 由图11-
2，WR2*和XFER*接地，故DAC0832的“8位DAC寄存器”（图11-2）处于直通方式。
“8位输入寄存器”受CS*和WR1*端控制，且由译码器输出端FEH送来（也可由P2口的某一根口线来控制）。
因此，8031执行如下两条指令就可在WR1*和CS*上产生低电平信号，使0832接收8031送来的数字量。
MOVR0，#0FEHMOVX@R0，
A ；DAC地址FEH→R0；WR*和译码器FEH输出端有效 现说明DAC0832单缓冲方式的应用。
例11-1DAC0832用作波形发生器。
分别写出产生锯齿波、三角波和矩形波的程序。
(1)锯齿波的产生 ORG2000H START:MOVMOV LOOP:MOVX R0，#0FEHA，#00H @R0，
A INCSJMP ALOOP ；DAC地址FEH→R0；数字量→A；数字量→D/A转换器；数字量逐次加
1 输入数字量从0开始，逐次加
1，为FFH时，加1则清
0，模拟输出又为
0，然后又循环，输出锯齿波，如图11-
6。
每一上升斜边分256个小台阶，每个小台阶暂留时间为执行后三条指令所需要的时间。
(2)三角波的产生 START:UP: DOWN: ORG MOVMOVMOVXINCJNZ DECMOVX 2000H R0，#0FEHA，#00H@R0，AAUP A@R0，
A JNZDOWNSJMPUP ；三角波上升边 ；A=0时再减1又为FFH ；三角波下降边
(3)矩形波的产生 ORG2000HSTART:MOVR0，#0FEH LOOP:MOVA，#data1MOVX@R0，ALCALLDELAY1 MOVA，#data2 ；置矩形波上限电平；调用高电平延时程序 MOVXLCALLSJMP @R0，ADELAY2LOOP ；置矩形波下限电平；调用低电平延时程序；重复进行下一个周期 DELAY1、DELAY2为两个延时程序，决定矩形波高、低电平时的持续时间。
频率也可采用延时长短来改变。
（2）双缓冲方式 多路同步输出，必须采用双缓冲同步方式。
接口电路如图11-9： 1#DAC0832因和译码器FDH相连，占有两个端口地址FDH和FFH。
2#DAC0832的两个端口地址为FEH和FFH。
其中，FDH和FEH分别为1#和2#DAC0832的数字量输入控制端口地址，而FFH为启动D/A转换的端口地址。
图11-9中DAC输出的VX和VY信号要同步，控制X-Y绘图仪绘制的曲线光滑，否则绘制的曲线是阶梯状。
控制程序如下： 例11-2内部RAM中两个长度为20的数据块，起始地址为分别为addr1和addr2，编写能把addr1和addrr2中数据从1#和2#DAC0832同步输出的程序。
addr1和addr2中的数据，为绘制曲线的
X、Y坐标点。
DAC0832各端口地址：FDH:1#DAC0832数字量输入控制端口FEH:2#DAC0832数字量输入控制端口FFH:1#和2#DAC0832启动D/A转换端口 工作寄存器0区的R1指向addr1；1区的R1指向addr2；0区的R2存放数据块长度；0区和1区的R0指向DAC端口地址。
程序为： ORG2000Haddr1DATA20H；定义存储单元 addr2DATA40H；定义存储单元 DTOUT:MOVMOVSETBMOVCLR NEXT:MOV R1，#addr1；0区R1指向addr1 R2，#20；数据块长度送0区R2 RS0 ；切换到工作寄存器1区 R1，#addr2；1区R1指向addr2 RS0R0，#0FDH ；返回0区；0区R0指向1#DAC0832数；字量控制端口 MOVMOVXINCSETB
A，@R1@RO，AR1RS0 ；addr1中数据送A；addr1中数据送1#DAC0832；修改addr1指针0区R1；转1区。
MOVR0，#0FEH；1区R0指向2#DAC0832数字量；控制端口 MOVA，@R1；addr2中数据送
A MOVX@R0，A；addr2中数据送2#DAC0832 INCR1 ；修改addr2指针1区R1 INCR0 ；1区R0指向DAC的启动D/A转换端口 MOVX@R0，A；启动DAC进行转换 CLRRS0 ；返回0区 DJNZR2，NEXT；若未完，则跳NEXT LJMPDTOUT；若送完，则循环 END 11.1.3MCS-51与12位DAC1208的接口 8位DAC分辨率不够，可采用12位DAC。
常用的有 DAC1208系列与DAC1230系列。
1.DAC1208系列的结构引脚及特性双缓冲结构。
不是用一个12位锁存器，而是用
一 个8位锁存器和一个4位锁存器，以便和8位数据线相连。
引脚功能： CS*：片选信号。
WR1*：写信号，低电平有效BYTE1/BYTE2*：字节顺序控制信号。
1：开启8位和4位两个锁存器，将12位全部打入锁存器。
0：仅开启4位输入锁存器。
WR2*：辅助写。
该信号与XFER*信号相结合，当同为低电平时，把锁存器中数据打入DAC寄存器。
当为高电平时，DAC寄存器中的数据被锁存起来。
XFER*：传送控制信号，与WR2*信号结合，将输入锁存器中的12位数据送至DAC寄存器。
DI0-DI11:12位数据输入。
IOUT1：D/A转换电流输出
1。
当DAC寄存器全1时，输出电流最大，全0时输出为
0 IOUT2：D/A转换电流输出
2。
IOUT1+IOUT2=常数 RFB：反馈电阻输入VREF：参考电压输入VCC：电源电压DGND、AGND：数字地和模拟地主要特性：
（1）输出电流稳定时间：1µs；
（2）基准电压：VREF=-10~+10V；
（3）单工作电源：+5~+15V；
（4）低功耗：20mW。
2.接口电路设计及软件编程⑴接口电路设计 8031与DAC1208转换器的接口如图11-11。
高8位输入寄存器端口地址：4001H;低4位寄存器端口地址：4000H;DAC寄存器的端口地址：6000H。
由于8031的P0.0分时复用，所以用P0.0与DAC1208的BYTE1/BYTE2*相连时，要有锁存器74LS377。
外接AD581做10V基准电压源。
模拟电压输出接为双极性。
采用双缓冲方式。
先送高8位数据DI11~DI4,再送入低4位数据DI3~DI0，而不能按相反的顺序传送。
如先送低4位后送高8位，结果会不正确。
在12位数据分别正确地进入两个输入寄存器后,再打开DAC寄存器。
单缓冲方式不合适，在12位数据不是一次送入的情况下，边传送边转换，会使输出产生错误的瞬间毛刺。
图中DAC1208的电流输出端外接两个运放LF356，其中运放1用作I/V转换，运放2实现双极性电压输出（-10V~+10V）。
电位器W1定零点，电位器W2定满度。
2．软件编程设12位数字量存放在内部RAM的两个单元，12位数 的高8位在DIGIT单元，低4位在DIGIT+1单元的低4位。
按图11-11电路，D/A转换程序如下： MOVMOVMOVMOVXDEC DPTR，#4001HR1，#DIGITA，@R1@DPTR，ADPL INCMOVMOVX R1A，@R1@DPTR，
A ;8位输入寄存器地址;高8位数据地址;取出高8位数据;高8位数据送DAC1208;DPTR修改为4位输入寄；存器地址 ;低4位数据地址 ;取出低4位数据;低4位数据送DAC1208 MOVDPTR，#6000HMOVX@DPTR，
A ;DAC寄存器地址;12位同步输出完成12位D/A转换 11.1.4MCS-51与12位DAC1230系列的接口 DAC1230内部结构和应用特性与DAC1208完全相似，只不过DAC1230系列的低4位数据线在片内与高4位数据线相连，在片外表现为8位数据线，故比DAC1208少四个引脚，20脚DIP封装。
内部结构及引脚如图11-12。
DAC1230与8位单片机的接口比DAC1208要简单；但DAC1208系列与16位单片机连接更方便。
11.2MCS-51与ADC的接口11.2.1A/D转换器概述 模拟量转换成数字量，便于计算机进行处理。
随着超大规模集成电路技术的飞速发展，大量结构不同、性能各异的A/D转换芯片应运而生。
1.A/D转换器的分类 根据转换原理可将A/D转换器分成两大类
（1）直接型A/D转换器
（2）间接型A/D转换器。
A/D转换器的分类如下: 目前使用较广泛的有：逐次比较式转换器、双积分式转换器、Σ-Δ式转换器和V/F转换器。
逐次比较型:精度、速度和价格都适中，是最常用的A/D转换器件。
双积分型:精度高、抗干扰性好、价格低廉,但转换速度慢，得到广泛应用。
Σ-Δ型:具有积分式与逐次比较式ADC的双重优点。
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ADC，但比双积分ADC的转换速度快，与逐次比较式ADC相比，有较高的信噪比，分辨率高，线性度好不需采样保持电路。
因此，Σ-Δ型得到重视。
V/F转换型:适于转换速度要求不太高，远距离信号传输。
2.A/D转换器的主要技术指标⑴转换时间和转换速率 完成一次转换所需要的时间。
转换时间的倒数为转换速率。
并行式：20~50ns，速率为50~20M次/s（1M=106）；逐次比较式：0.4µs，速率为2.5M次/s。
(2)分辨率用输出二进制位数或BCD码位数表示。
例如AD574， 二进制12位，即用212个数进行量化，分辨为1LSB，百分数表示1/212=0.24‰。
又如双积分式A/D转换器MC14433,分辨率为三位半。
若满字位为1999，其分辨率为1/1999=0.05%。
量化过程引起的误差为量化误差，是由于有限位数字对模拟量进行量化而引起的误差。
量化误差理论上规定为1个单位分辨率，提高分辨率可减少量化误差。
（3）转换精度定义为一个实际ADC与一个理想ADC在量化值上的差 值。
可用绝对误差或相对误差表示。
3.A/D转换器的选择 按输出代码的有效位数分:8位、10位、12位等。
按转换速度分为超高速（≤1ns）、高速（≤1µs）中速（≤1ms）、低速（≤1s）等。
为适应系统集成需要，将多路转换开关、时钟电路、基准电压源、二/十进制译码器和转换电路集成在一个芯片内，为用户提供方便。
（1）A/D转换器位数的确定 系统总精度涉及的环节较多：传感器变换精度、信号预处理电路精度和A/D转换器及输出电路、控制机构精度，还包括软件控制算法。
A/D转换器的位数至少要比系统总精度要求的最低分辨率高1位，位数应与其他环节所能达到的精度相适应。
只要不低于它们就行，太高无意义，且价高。
8位以下：低分辨率，9~12位：中分辨率，13位以上：高分辨率。
（2）A/D转换器转换速率的确定 从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的时间，这就是A/D转换器的转换时间。
低速：转换时间从几ms到几十ms。
中速：逐次比较型的A/D转换器的转换时间可从几µs~100µs左右。
高速：转换时间仅20~100ns。
适用于雷达、数字通讯、实时光谱分析、实时瞬态纪录、视频数字转换系统等。
如用转换时间为100µs的集成A/D转换器，其转换速率为10千次/秒。
根据采样定理和实际需要，一个周期的波形需采10个点，最高也只能处理1kHz的信号。
把 转换时间减小到10µs，信号频率可提高到10kHz。
（3）是否加采样保持器 直流和变化非常缓慢的信号可不用采样保持器。
其他情况都要加采样保持器。
根据分辨率、转换时间、信号带宽关系，是否要加采样保持器：如果是8位ADC,转换时间100ms,无采样保持器，信号的允许频率是0.12Hz；如果是12位ADC，该频率为0.0077Hz。
如果转换时间是100µs，ADC是8位时，该频率为12Hz，12位时是0.77Hz。
（4）工作电压和基准电压选择使用单一+5V工作电压的芯片，与单片机系统共 用一个电源就比较方便。
基准电压源是提供给A/D转换器在转换时所需要的参考电压，在要求较高精度时，基准电压要单独用高精度稳压电源供给。
11.2.2MCS-51与ADC0809（逐次比较型）的接口
1.ADC0809引脚及功能逐次比较式8路模拟输入、8位输出的A/D转换器。
引脚如图。
共28脚，双列直插式封装。
主要引脚功能如下：
(1)IN0~IN7：8路模拟信号输入端。
(2)D0~D7：8位数字量输出端。
(3)
C、B、A：控制8路模拟通道的切换，
C、B、A= 000~111分别对应IN0~IN7通道。
(4)OE、START、CLK：控制信号端，OE为输出允许端， START为启动信号输入端，CLK为时钟信号输入端。
⑸VR(+)和VR(-)：参考电压输入端。
2.ADC0809结构及转换原理 结构如图11-15。
0809完成1次转换需100µs左右，可对0~5V信号进行转换。
3.MCS-51与ADC0809的接口 单片机如何来控制ADC?
首先用指令选择0809的一个模拟输入通道，当执行MOVX@DPTR，A时，单片机的WR*信号有效，产生一个启动信号给0809的START脚，对选中通道转换。
转换结束后，0809发出转换结束EOC信号，该信号可供查询，也可向单片机发出中断请求;当执行指令：MOVXA，@DPTR，单片机发出RD*信号,加到OE端高电平，把转换完毕的数字量读到A中。
查询和中断控制两种工作方式。
(1)查询方式 0809与8031单片机的接口如图11-16。
ALE脚的输出频率为1MHz，（时钟频率为6MHz），经D触发器二分频为500kHz时钟信号。
0809输出三态锁存，8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。
引脚
C、B、A分别与地址总线A2、A1、A0相连，选通IN0~IN7中的一个。
P2.7（A15）作为片选信号，在启动A/D转换时，由WR*和P2.7控制ADC的地址锁存和转换启动，由于ALE和START连在一起，因此0809在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。
读取转换结果，用RD*信号和P2.7脚经或非后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。
对8路模拟信号轮流采样一次，采用软件延时的方式，并依次把结果转储到数据存储区。
MAIN:MOVMOV R1，#data;置数据区首地址DPTR，#7FF8H;端口地址送DPTR，P2.7=
0， MOVLOOP:MOVX MOVDELAY:NOP NOPNOPDJNZMOVX R7，#08H@DPTR，AR6，#0AH R6，DELAYA，@DPTR ；且指向通道IN0;置转换的通道个数;启动A/D转换;软件延时，等待转换结束 ;读取转换结果 MOVINCINCDJNZ @R1，ADPTRR1R7，LOOP ;存储转换结果;指向下一个通道;修改数据区指针;8个通道全采样完否？未完则继续 ……
(2)中断方式 将图11-16中EOC脚经一非门连接到8031的INT1*脚即可。
转换结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断申请，单片机响应中断请求，在中断服务程序读A/D结果，并启动0809的下一次转换，外中断1采用跳沿触发。
程序如下： INIT1: SETBSETB SETBMOVMOVMOVX … IT1 ；外部中断1初始化编程 EA ；CPU开中断 EX1 ；选择外中断为跳沿触发方式 DPTR，#7FF8H；端口地址送DPTR
A，#00H; @DPTR，A；启动0809对IN0通道转换 ；完成其他的工作 中断服务程序: PINT1:MOVDPTR，#7FF8H；A/D结果送内部RAM单元30HMOVXA，@DPTRMOV30H，AMOVA，#00H；启动0809对IN0的转换MOVX@DPTR，A;RETI 11.2.3MCS-51与AD574（逐次比较型）的接口 8位分辨率的ADC常常不够，采用10位、12位、16位A/D转换器。
12位ADCAD574A（AD674A、AD1674A）。
1.AD574简介12位逐次比较型A/D转换器。
转换时间为25µs，转 换精度为0.05%，片内有三态输出缓冲电路，可直接与各种8位或16位的微处理器相连，而无须附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL电平兼容。
28脚双列直插式封装，引脚如图11-17。
引脚的功能如下： CS*：片选信号端。
CE：片启动信号。
R/C*：读出/转换控制信号。
12/8*：数据输出格式选择。
1:12条数据线同时输出转换结果，0:转换结果为两个单字节输出，即只有高8位或 低4位有效。
A0：字节选择控制线。
分为转换期间、读出期间在转换期间: 0:进行12位转换（转换时间为25µs）；1:进行8位转换（转换时间为16µs）。
在读出期间： 0:高8位数据有效； 1:低4位数据有效，中间4位为“0”，高4位为三态。
因此当两次读出12位数据时，12位数据遵循左对齐 原则，如下所示： 结果的高8位 结果的低4位+4位尾
0 上述五个控制信号组合的真值表如表11-1所示: 表11-1AD574控制真值表 CECS*R/C*12/8*A0 操作 0XXXX无操作 X1XXX无操作 100X0初始化为12位转换 100X1初始化为8位转换 101+5VX允许12位并行输出 101地0允许高8位输出 101地1允许低4位+4位尾0输出 STS：转换结束状态引脚。
转换完成时为低电平。
可作为状态信息被CPU查询，也可用它的下跳沿向CPU发出中断申请，通知A/D转换已完成，可读取转换结果。
2.AD574的工作特性 工作状态由CE、CS*、R/C*、12/8*、A0五个控制信号决定，当CE=
1，CS*=0同时满足,才处于转换状态。
AD574处于工作状态时，R/C*=
0,启动A/D转换；R/C*=1为数据读出。
12/8*和A0端用来控制转换字长和数据格式。
A0=0按12位转换方式启动转换；A0=1按8位转换方式启动转换。
当AD574处于数据读出（R/C*=1）状态时，A0和12/8* 成为数据输出格式控制端。
12/8*=1对应12位并行输出；12/8*=0对应8位的双字节输出。
其中A0=0时输出高8位。
A0=1时输出低4位，并以4个0补足尾随的4位。
注意：12/8*端与TTL电平不兼容，故只能直接接+5V或地。
另外A0在数据输出期间不能变化。
3.AD574的单极性和双极性输入特性 图11-18(a)为单极性转换电路，可实现:0～10V或0～20V的转换。
图11-18(b)为双极性转换电路，可实现:-5～+5V或-10～+10V的转换。
4.MCS-51与AD574的接口设计 见图11-19,AD574片内有时钟，无须外加。
单极性方式:对0～10V或0～20V模拟信号进行转换。
结果的高8位从DB11～DB4输出，低4位从DB3～DB0输出，如左对齐，DB3～DB0接单片机数据总线高半字节。
为实现启动转换和结果读出，片选信号由A1提供。
读结果时，A1=0；CE信号由单片机的WR*和A7经一级或非门提供，R/C*由RD*和A7经一级或非门产生，A7应为低电平。
输出状态信号STS接P3.2，供单片机查询A/D转换是否结束。
12/8*端接+5V，AD574的A0由地址总线A0控制，实现全12位转换，并将12位数据分两次送入数据总线上。
完成一次A/D转换的程序如下： （假定结果高8位在R2中，低4位在R3中，按左对齐原则）： MAIN：MOVMOVX LOOP:NOP R0，＃7CH@R0，
A ；选择AD574，并令A0=0；启动A/D转换 JBP3.2，LOOP；查询转换是否结束 MOVXA，@R0 ；读取高8位 MOVR2，
A ；存入R2中 MOVR0，＃7DHMOVXA，@R0 ；令A0=1；读取低4位地 MOVR3，
A ；存入R3中 11.2.4MCS-51与A/D转换器MC14433（双积分型）的接口 双积分型由于两次积分时间比较长，所以转换速度慢，但精度可以做得比较高；对周期变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也较好。
常用的有3½位双积分A/D转换器MC14433（精度相当于11位二进制数）和4½位双积分A/D转换器ICL7135（精度相当于14位二进制数）。
1.MC14433A/D转换器简介 MC14433是3½位双积分型A/D转换器，优点：精度高、抗干扰性能好等，缺点：转换速度慢，约1~10次/秒。
与国内产品5G14433完全相同，可互换。
被转换电压量程为199.9mV或1.999V。
转换完的数据以BCD码的形式分四次送出。
（1）MC14433的引脚功能说明MC14433A/D转换器引脚如图11-20: 各引脚的功能如下：
（1）电源及共地端VDD：主工作电源+5V。
VEE：模拟部分的负电源端，接-5V。
VAG：模拟地端。
VSS：数字地端。
VR：基准电压输入端。
（2）外接电阻及电容端R1：积分电阻输入端，转换电压VX=2V时，R1=470Ω；VX=200mV时，R1=27kΩ。
C1：积分电容输入端，一般取0.1µ
F。
R1/C1：R1与C1的公共端。
CLKI、CLKO：外接振荡器时钟调节电阻RC，RC一般取470Ω左右。
（3）转换启动/结束信号端 EOC：转换结束信号输出端，正脉冲有效。
DU：启动新的转换，若DU与EOC相连，每当A/D转 换结束后，自动启动新的转换。
（4）过量程信号输出端 OR*：当|VX|＜VR，输出低电平。
（5）位选通控制端DS4~DS1：分别为个、
十、百、千位输出的选通 脉冲，DS1对应千位，DS4对应个位。
每个选通脉冲宽度为18个时钟周期，两个相应脉冲之间间隔为2个时钟周期。
如图11-21所示
（6）BCD码输出端 Q0～Q3：BCD码数据输出线。
Q3为最高位，Q0为最低位。
当DS2、DS3和DS4选通期间，输出三位完整的BCD码数，但在DS1（千位）选通期间，输出端Q0～Q3除了表示个位的0或1外，还表示被转换电压的正负极性（Q2=1为正）、欠量程还是过量程，具体含义如表11-2所示。
表11-
2 Q3Q21×0××1×00×1× DS1选通时Q3～Q0表示的结果 Q1Q0 表示结果 ×0千位数为
0 ×0千位数为
1 ×0结果为正 ×0结果为负 ×1输入过量程 ×1输入欠量程
2.MC14433与8031单片机的接口 如图11-12，MC1403（与5G1403相同）为+2.5V精密基准源。
DU端与EOC端相连，即选择连续转换方式。
EOC：转换结束输出标志。
读取A/D转换结果可采用中断方式或查询方式。
采用中断方式时，EOC端与8031外部中断输入端INT0*或INT1*相连。
采用查询方式EOC端可与任一I/O口线相连。
若用中断方式读结果，选用跳沿触发方式。
如转换结果存到8031内部RAM的20H、21H单元中，格式如下： 初始化程序开放CPU中断，允许外部中断1中断请求，置外部中断1为跳沿触发方式。
每次A/D转换结束，都向CPU请求中断，CPU响应中断，执行中断服务程序，读取A/D转换的结果。
程序： ORG001BH LJMPPINT1；跳外部中断1的中断服务程序 ORG0100H INITI：SETBIT1 ；选择外中断1为跳沿触发方式 MOVIE，＃84H；CPU开中断，允许外部中断1……PINT1：MOVA，P1；外部中断1服务程序 JNB.4，PINT1；等待DS1选通信号的到来 JB.0，Per；是否过、欠量程，是则转向Per处理 JB.2，PL1；判结果极性，为正，跳PL1 SETB07H ；结果为负，符号位07H置
1 AJMPPL2PL1：CLR07H ；；结果为正，符号位清
0 PL2：JB.3，PL3；千位为
0，跳PL3 SETB04H AJMPPL4PL3：CLR04H PL4：MOVA，P1 JNB.5，PL4 MOVR0，＃20H XCHDA，@R0 PL5:MOVA，P1; JNB.6，PL5 SWAPA INCR0 MOVPL6：MOV @R0，AA，P1 JNB.7，PL6 ；千位为
1，把04H位置1;；千位为
0，把04H位清0；；等待百位的选通信号DS2；指针指向20H单元；百位→20H单元低4位 ；等待十位数的选通信号DS3的到来；读入十位，高低4位交换；指针指向21H单元；十位数的BCD码送入21H的高4位 ；等待个位数选通信号DS4的到来； XCHDRETIPEr：SETBRETI
A，@R0；个位数送入21H单元的低4位 10H；置过量程、欠量程标志；中断返回 11.3MCS-51与V/F转换器的接口 在既要求数据长距离传输又要求精确度较高的场合，可使用V/F转换器代替A/D器件。
V/F转换器是把电压信号转变为频率信号的器件，有良好的精度、线性，此外，电路简单，外围元件性能要求不高，适应环境能力强，转换速度不低于一般的双积分型A/D器件，且价格低，因此V/F转换技术广泛用于非快速A/D过程中。
11.3.1用V/F转换器实现A/D转换的原理 工作原理：把V/F转换器输出的频率信号作为计数脉冲，进行定 时计数，这样计数器的计数值与V/F转换器输出的脉冲频率信号之间的关系为： f=D/T D：计数值，T：计数时间，就可求出V/F转换器的输出频率，从而知道输入电压
V，这就实现了A/D转换。
定时/计数器可用单片机内部的，也可使用外部扩展的，用单片机把计数值取入内存即可进行数据处理。
11.3.2常用V/F转换器LMX31简介 常用LMX31系列。
包括LM131/LM231/LM331，适用于A/D转换器、高精 度F/V变换器
1．主要特性
（1）频率范围：1～100KHz
（2）低的非线性：±0.01%
（3）单电源或双电源供电
（4）单电源供电电压为＋5V时，可保证转换精度
（5）温度特性：最大±50ppm/°C
（6）低功耗：Vs=5V时为15mw 有两种封装形式，如图11-24所示。
2．电特性参数：
（1）电源电压：＋15V
（2）输入电压范围：0～10V
（3）输出频率：10Hz～11KHz
（4）非线性失真：±0.03%
3．LMX31的V/F转换外部接线 LMX31的V/F转换外部接线如图11-25所示。
11.3.3V/F转换器与MCS-51单片机接口 被测电压转换为与其成比例的频率信号后送入单片机进行处理。
（1）直接与MCS-51接口。
接口简单，频率信号接入单片机的定时器/计数器输入端即可。
如下图。
（2）在一些电源干扰大、模拟电路部分容易对单片机产生电气干扰等恶劣环境中，可采用光电隔离的方法使V/F转换器与单片机无电信号联系，如图11-27。
（3）与单片机之间距离较远时需要采用驱动电路以提高传输能力。
可采用串行通讯的驱动器和接收器来实现。
例如使用RS-422的驱动器和接收器时，允许最大传输距离为120m，如图11-28所示。
其中SN75174/75175是RS-422标准的四差分线路驱动/接收器。
（4）采用光纤或无线传输时，需配以发送、接收装置。
如图11-29、图11-30所示。
11.3.4LM331应用举例本例使用LM331和8031内部定时器构成A/D转换电路使 用元件少、成本低、精度高。
1.接口电路MCS-51与LM331的接口电路如图11-31： V/F转换器最大输出频率为10KHz，输入电压为0～10V。
由于V/F输出频率较低，因此采用测周期的方法。
V/F的输出经D触发器二分频后接至INT0*，作为T0计数信号。
T0置定时器方式
1，将T0的GATE位置
1，就由INT0*和TR0来共同决定计数器是否工作。
2.软件设计包括初始化和计数两部分。
初始化:T0为方式1定时，并将GATE位置
1。
计数:首先判断INT0*电平，为低时，打开TR0位准备计数；变为高时，启动计数，再为低时停止计数并清TR0，读出数据，将T0的TH0、TL0清
0，准备下一次计数。
程序： BEGIN：NOPMOVMOVMOV LOOP1：NOPJBSETB LOOP2：NOPJNB LOOP3：NOPJBCLRMOV TMOD，＃09HTL0，＃00HTH0，＃00H P3.2，LOOP1TR0 P3.2，LOOP2 P3.2，LOOP3TR0B，TH0 ；定时器T0初始化；高位计数值→
B MOVA，TL0MOVTL0，＃00HMOVTH0，＃00HAJMPLOOP1 ；低位计数值→
A 本程序将计数结果高位存入
B，低位存入
A，以便后期处理。
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