第6章 過程輸入通道與接口

第6章過程輸入通道與接口過程通道是在微機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道，它包括數(shù)字量輸入通道，模擬量輸入通道，數(shù)字量輸出通道，模擬量輸出通道。6.1輸入通道的結(jié)構(gòu)與信號(hào)變換

表6.1.1輸入信息分類與通道對(duì)照表信息種類信息來源通道類型數(shù)字量開關(guān)量輸入閥門的開關(guān)，接點(diǎn)的通、斷，電平的高、低等數(shù)字量輸入通道數(shù)據(jù)數(shù)碼各類數(shù)字傳感器、控制器等脈沖量輸入長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、流量測(cè)定轉(zhuǎn)換等中斷輸入操作人員請(qǐng)求、過程報(bào)警等模擬量電流信號(hào)壓力、溫度、液位、速度、重量、位移等模擬量輸入通道電壓信號(hào)6.1.1數(shù)字量輸入通道DI1.輸入信號(hào)調(diào)理電路圖6.1.1輸入信號(hào)調(diào)理電路

2.防抖動(dòng)輸入電路圖6.1.2所示為一雙穩(wěn)態(tài)消抖器圖6.1.2雙穩(wěn)態(tài)消抖器

3.防干擾輸入隔離電路圖6.1.3防干擾輸入隔離電路a)光耦式輸入電路

常見隔離技術(shù)有以下兩種。一種是光電隔離技術(shù)，其原理是輸入，輸出之間來用光耦合，如圖6.1.3中a)所示。另一種是變壓器耦合輸入，見圖6.1.3中b)所示。b)變壓器耦合輸入電路

6.1.2模擬量輸入通道AI1.AI通道的一般結(jié)構(gòu)圖6.1.4并行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖6.1.5所示為多路模擬輸入通道的一般結(jié)構(gòu)。由圖可見，多路AI由信號(hào)處理、多路開關(guān)、放大器、采樣保持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。圖6.1.5AI通道的一般結(jié)構(gòu)

2.AI通道中的信號(hào)變換模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換包括信號(hào)采樣和量化兩個(gè)過程。

1）信號(hào)的采樣信號(hào)的采樣過程如圖6.1.6所示圖6.1.6信號(hào)的采樣過程2）量化采樣信號(hào)在時(shí)間軸上是離散的，但在函數(shù)軸上仍然是連續(xù)的，因?yàn)檫B續(xù)信號(hào)Y（t）幅值上的變化，也反映在采樣信號(hào)Y*（t）上。

q=(Ymax—Ymin)/2（6.1.1）量化過程實(shí)際上是一個(gè)用q去度量采樣值幅值高低的小數(shù)歸整過程，存在±1/2q的量化誤差。例如，q=20mv，量化誤差為±10mv，1.009—0.99范圍內(nèi)的采樣值，其量化結(jié)果是相同的。

3.AI的常用器件及電路

1）多路開關(guān)圖6.1.7CD4051的結(jié)構(gòu)原理

表6.1.2CD4051通道選送表INHCBA所選通道0000VI00001VI10010VI20011VI30100VI40101VI50110VI60111VI71XXXVI0～VI7均未選中

VIi（i=0，1...,7）被選中時(shí)，V0與VIi接通。

2）采樣保持器（S/H）圖6.1.8a）所示為典型的采樣保持器的基本電路。圖6.1.8b所示為其各工作狀態(tài)的波形。在選擇采樣保持器時(shí)，要注意以下幾個(gè)主要參數(shù)：1）孔徑時(shí)間2）捕捉時(shí)間3）保持時(shí)間

4）輸出電壓變化率dv0/dt3)電流/電壓(I/V)變換現(xiàn)場(chǎng)變送器輸出的信號(hào)為0~10mA或4~20mA的統(tǒng)一信號(hào)，需經(jīng)I/V變換成為電壓信號(hào)，以下是兩種變換電路。（1）無源I/V變換無源I/V變換主要是利用無源器件電阻來實(shí)現(xiàn),并加濾波和輸出限幅等保護(hù)措施,如圖6.1.10所示。圖6.1.10無源I/V變換電路圖6.1.11有源I/V變換電路

（2）有源I/V變換該同相放大電路的放大倍數(shù)為

A=1+R4/R3（6.1.2)

若取R3=100KΩ，R4=150KΩ，R1=200Ω，則0~10mA輸入對(duì)應(yīng)0~5V的電壓輸出。若取R3=100KΩ，R4=25KΩ，R1=200Ω，則4~20mA輸入對(duì)應(yīng)于1~5V的電壓輸出。

6.2輸入通道AI中常用放大器

6.2.1測(cè)量放大器圖6.2.1測(cè)量放大器基本電路

測(cè)量放大器又稱儀表放大器，一般采用多運(yùn)放平衡輸入電路，圖6.2.1最最基本的電路根據(jù)疊加原理可以分析得到

V01=—(1+R1/RG)Vi-—R1/RGVi

（6.2.1）

V02=—(1+R1/RG)Vi++R1/RGVi(6.2.2)

測(cè)量放大器輸出電壓

V0=V01+V02=（1+2R1/RG)(Vi+—Vi-）（6.2.3)

其增益為G=1+2R1/RG

（6.2.4）

由于對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)的差動(dòng)作用，漂移減少，且具有高輸入阻抗、低失調(diào)電壓、低輸入阻抗和高共模抑制比以及線性度較好的高增益。測(cè)量放大器的一般結(jié)構(gòu)如圖6.2.2所示，兩個(gè)差動(dòng)輸入端Vi+、Vi-與信號(hào)源相連，對(duì)通過信號(hào)源引入的共模干擾有較高抑制能力。外接電阻RG用來調(diào)節(jié)增益，有些放大器還有對(duì)放大倍數(shù)進(jìn)行微調(diào)的電阻RS。目前許多集成測(cè)量放大器芯片可供用戶使用。如AD521、AD522、INA101、WS112等。這里僅以INA101M為例作以介紹。圖6.2.2測(cè)量放大器一般結(jié)構(gòu)

由于采用單芯片結(jié)構(gòu)，而且組成的關(guān)鍵部件均采用激光微調(diào)技術(shù)，使其具有較高性能和較低的成本。其主要特性指標(biāo)為：漂移電壓≤0.25μV/C，偏移電壓≤25μV,線性度≤0.002%,共摸抑制比≥106dB(60Hz),輸入阻抗1010,電源±20V,輸入電壓范圍±20V。圖6.2.3a)為INA101M的一種簡(jiǎn)單接法。其增益用外接電阻RG調(diào)節(jié)，G=1+40K/RG。RG的基準(zhǔn)值和電阻的溫度系數(shù)直接影響增益精度和漂移，因此，RG應(yīng)選用精密電阻。圖6.2.3b)可用來取代a）圖中電位器Rw1,用于調(diào)節(jié)偏移電壓，其優(yōu)點(diǎn)是可以使漂移不隨調(diào)節(jié)而變化。偏移電壓調(diào)整步驟如下：

1）調(diào)節(jié)V1=V2=0V(保證輸入端優(yōu)良好的接地）；

2）用RG將增益調(diào)至所需要值（注意：偏移量隨增益變化而變化）；3）調(diào)節(jié)Rw1,直到輸出為0V±1mV或所需要的值。如果要消除輸出偏移或要求確定與輸入相同的偏移，可采用圖6.2.3c)電路。調(diào)節(jié)Rw2,圖6.2.3INA101M基本接線6.2.2可編程放大器圖6.2.1中，改變RG可以改變放大器的增益。圖6.2.4是根據(jù)這一原理構(gòu)成的可編程增益放大器。用RG1～RG8取代原先的RG,選擇其中一個(gè)電阻由多路開關(guān)CD4051來確定，CD4051狀態(tài)可由計(jì)算機(jī)通過程序來控制。常用芯片有AD612/614、PGA200/201、PGA100等。AD612/614為典型的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有精確的電阻網(wǎng)絡(luò)使其增益可控。圖6.2.5為其結(jié)構(gòu)原理圖。圖6.2.4分立式可編程增益放大器圖6.2.5AD612/614可編程增益放大器

6.2.3隔離放大器（1）消除由于信號(hào)源接地網(wǎng)絡(luò)的干擾所引起的測(cè)量誤差。（2）測(cè)量處于高共模電壓下的低電平信號(hào)（3）避免構(gòu)成地回路及不需要對(duì)偏置電流提供返回通路問題。（4）保護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)電路不致因輸入端或輸出端大的共模電壓造成損壞。

圖6.2.6變壓器耦合隔離放大器結(jié)構(gòu)示意圖光耦合隔離放大器具有隔離效果好，頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)。目前常用的型號(hào)有ISO100，圖6．2．7為它的簡(jiǎn)化電路圖和引腳圖。由圖可見，利用一個(gè)發(fā)光二極管LED和兩個(gè)光敏二極管耦合，使輸入與輸出隔離。將發(fā)光二極管LED的光反向送回輸入端（負(fù)反饋）、正向送至輸出端，從而提高了放大器的精度、線性度和溫度穩(wěn)定性。其輸入為電流信號(hào)，若進(jìn)行電壓輸入，則利用一外接電阻即可實(shí)現(xiàn)，此時(shí)Iin=Vin/Rin.圖中A1起著單位增益放大器的作用，A2作為電流電壓轉(zhuǎn)換器，即在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，ID1=ID2=-Iin,輸出Vout=-ID2?RF=Iin?RF.只要改變外接電阻RF的值，就能改變?cè)鲆妗SO100中有兩個(gè)精密電流源，用其完成雙極性操作。單極性時(shí)，不需要精密電流源，電流源可供外部使用。圖6．2．7ISO100簡(jiǎn)化電路和引腳圖6．3A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口電路6．3．18位轉(zhuǎn)換器ADC0809與MCS-51單片機(jī)接口電路ADC0809是采用逐次逼近法原理的A/D轉(zhuǎn)換器。1．主要性能（1）分辨率為8位二進(jìn)制數(shù)；（2）模入電壓范圍0~5V，對(duì)應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換值為00H~FFH；（3）每路A/D轉(zhuǎn)換完成時(shí)間為100us；（4）允許輸入8路模擬電壓，通過具有鎖存功能的8路模擬開關(guān)，可以分時(shí)進(jìn)行8路A/D轉(zhuǎn)換；（5）工作頻率為500kHz。輸出與TTL電平兼容。2．ADC0809芯片組成原理ADC0809芯片的組成框圖如圖6．3．1所示圖6．3．1A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809原理框圖

3．ADC0809引腳功能ADC0809采用28只引腳的封裝，雙列直插式。IN0~IN7——8路0~+5V模擬電壓輸入端。DB7~DB0——8位數(shù)字輸出線。輸出8位A/D轉(zhuǎn)換值。START——起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換輸入端。若單片機(jī)在此引腳加一個(gè)正脈沖時(shí)，脈沖的上升沿將內(nèi)部寄存器清0；其下降沿起動(dòng)A/D進(jìn)行一次新的轉(zhuǎn)換。EOC——A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)，高電平有效。在起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換START有效開始EOC=0，表示A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中；當(dāng)轉(zhuǎn)換一結(jié)束，EOC=1。因此EOC可作為A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出信號(hào)，供CPU查詢或用來向CPU申請(qǐng)中斷。OE——允許數(shù)字量輸出信號(hào)，高電平有效。當(dāng)OE=1時(shí)，打開三態(tài)門，將A/D轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)字量放在數(shù)據(jù)總線DB7~DB0上，供CPU用指令取走。CLOCK——輸入時(shí)鐘脈沖端。頻率為500kHz。ADDA、ADDB、ADDC——模入通道IN0~IN7的地址選擇線?？煽刂?路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行8取1切換。ALE——地址鎖存允許輸入信號(hào)。鎖存ADDC、ADDB、ADDA。4．ADC0809與8031的硬件接口ADC0809與單片機(jī)的接口有兩種方式：一種是將0809通過并行I/O口如8155與單片機(jī)連接；另一種是將0809直接與8031連接，這時(shí)8031應(yīng)分配給ADC0809一個(gè)外部RAM單元地址。由于ADC0809沒有片選CS端，因此用START和OE端代替CS。ADC0809和單片機(jī)接口應(yīng)解決以下問題（1）8個(gè)模入通道IN0~IN7地址的確定由于ADC0809自帶地址鎖存器，可直接將ADDC、ADDB、ADDA和P0.2、P0.1和P0.0連接。（2）工作方式的選擇A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，CPU可以用查詢方式或中斷方式讀走A/D轉(zhuǎn)換值。若采用查詢方式，可將EOC連接P1.0，CPU用JNBP1.0，HERE指令查詢。若采用中斷方式，將EOC經(jīng)一個(gè)非門連接INT0，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC=1，INT0

=0，CPU在INT0中斷服務(wù)程序中將A/D轉(zhuǎn)換值讀走。（3）ADC0809控制信號(hào)的產(chǎn)生ADC0809所需控制信號(hào)的產(chǎn)生如圖6．3．2所示。圖6．3．2ADC0809所需控制信號(hào)的產(chǎn)生

在圖6．3．2中，用單片機(jī)P2.7和WR共同控制0809的ALE和起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換START端。當(dāng)P2.7=0、WR=0時(shí)，ALE=START=1有效。ALE先鎖存通道地址，然后START起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。上述有效信號(hào)的產(chǎn)生由CPU執(zhí)行指令完成：

MOVX@DPTR，A；A中內(nèi)容任意DPTR的高位DPH使P2.7=0，DPL選通地址，寫操作使WR=0，滿足要求。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC=1，通知CPU，而CPU使OE=1才能完成讀A/D轉(zhuǎn)換值操作。由指令：MOVXA，@DPTR；完成產(chǎn)生RD=0，P2.7=0，使OE=1有效信號(hào)，將A/D轉(zhuǎn)換值讀入A中。滿足上述要求的ADC0809與8031硬件接口見圖6．3．3。按圖連線選通IN0~IN7地址為0000H~0007H。未使用的位P2.6~P2.0、P0.7~P0.3均設(shè)為0。ALE4分頻為2個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。

圖6．3．3ADC0809與8031單片機(jī)硬件接口

5．ADC0809芯片A/D轉(zhuǎn)換程序由圖6．3．3連線和確定的地址，可編制A/D轉(zhuǎn)換程序。采用用中斷方式進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。用查詢方式浪費(fèi)CPU時(shí)間，采用中斷方式可提高CPU效率。在主程序中對(duì)INT0進(jìn)行初始化，并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC=1經(jīng)INT0=0向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)，CPU在INT0中斷程序中讀A/D轉(zhuǎn)換值，并啟動(dòng)下一次A/D轉(zhuǎn)換，直到8路采集都完成。初始化程序如下：ORG0000HLJMPSTAD8ORG0003HLJMPINADRORG0100H;中斷矢量；轉(zhuǎn)實(shí)際中斷程序入口地址STAD8：MOVR0，#30HMOVDPTR，#0000H；片內(nèi)RAM區(qū)首地址；選IN0通道地址，P2.7=0MOVR7，#08H；轉(zhuǎn)換8路A/DSETBEX0；允許中斷SETBEA；開放CPU總中斷MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)IN0A/D轉(zhuǎn)換，P2.7=0，WR=0L1：LJMPL1；等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷以下為中斷服務(wù)程序：ORG0200H

INADR：MOVXA，@DPTR；輸入A/D轉(zhuǎn)換值MOV@R0，A；存入片內(nèi)RAM區(qū)INCR0；修改RAM區(qū)地址INCDPTR；指下一個(gè)A/D通道MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換DJNZR7，LOOP；8路未采集完，返回CLREX0；采集完，關(guān)中斷LOOP：RETI；中斷返回6．3．212位A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口應(yīng)用A/D574A型12位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器是28引腳芯片，可直接與8位或16位單片機(jī)連接。1．主要性能（1）分辨率為12位。12位數(shù)字量可一次或二次讀出。（2）一次A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs。（3）輸入模擬電壓為2路。單極性輸入為0~+10V或0~+20V；雙極性電壓輸入為±5V或±10V。（4）片內(nèi)帶有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存緩沖器。輸出電路與TTL電平兼容。２．AD574A引腳功能（1）輸入控制信號(hào)CS——片選端，低電平有效。CE——片使能端，高電平有效。CPU必須使CS和CE同時(shí)有效時(shí)，AD574A才能工作。否則處于禁止?fàn)顟B(tài)。R/C——讀出和轉(zhuǎn)換控制。當(dāng)R/C=0時(shí)，起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；當(dāng)R/C=1時(shí)，讀出A/D轉(zhuǎn)換值。Ao——決定A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)。當(dāng)Ao=0時(shí)，按12位進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；當(dāng)Ao=1時(shí)，按8位進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。12/8——輸出A/D轉(zhuǎn)換值控制端。當(dāng)12/8=1時(shí)，對(duì)應(yīng)12位A/D轉(zhuǎn)換值并行輸出；12/8=0，對(duì)應(yīng)8位字節(jié)輸出。CS、CE、R/C、Ao和12/8，用來對(duì)AD574進(jìn)行控制A/D轉(zhuǎn)換起動(dòng)、輸出和選擇。

（2）輸出控制信號(hào)STS——A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出端。起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后STS=1，表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中；A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，STS=0，可用來向CPU申請(qǐng)中斷或供CPU查詢用。3．AD574A的中斷方式AD574A有兩種工作方式可供用戶選擇。均通過外部三根引腳的不同連線實(shí)現(xiàn)。（1）單極性輸入AD574A單極性輸入模擬電壓范圍在0~+10V或0~+20V，由兩端輸入。電路接法如圖6．3．4所示。圖6．3．4AD574單極性輸入電路

圖6．3．5AD574雙極性輸入電路

在圖中，雙極性偏差輸入端BIPOFF通過100Ω電阻接地，又是通過100K電阻接W1，可由W1控制BIPOFF的電平。其它信號(hào)端按其引腳功能的要求連接。

（2）雙極性輸入AD574A雙極性輸入的模擬電壓范圍是±5V或±10V。電路接法如圖6.3.5所示。在圖中，它與單極性的區(qū)別在于輸入端BIPOFF的連接。在雙極性輸入方式中，該端通過100Ω電位器W1與REFOUT端連接+10V。其它與單極性信號(hào)方式相同。4．AD574A與單片機(jī)的硬件接口圖6．3．6是AD574A與8031的硬件接口。單極性輸入。圖6．3．6AD574A與8031單片機(jī)接口由圖6．3．6可見：A/D轉(zhuǎn)換輸出高8位DB11~DB4和低4位DB3~DB0口。CPU分兩次讀出，因此12/8引腳接地。片選端CS連接P0.7；讀出和起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換控制R/C連接P0.0；決定A/D轉(zhuǎn)換拉數(shù)線A0連接P0.1。因此，當(dāng)CS=P0.7=0、A0=P0.1=0時(shí)，滿足按12位A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)條件。由P0口輸出低8位地址00H滿足，由CPU寫指令MOVX@R0，A生成，讀A/D轉(zhuǎn)換值高8位地址由R/C=1，Ao=0確定為02H，低8位地址為03H。由CPU讀指令MOVXA，@R0生成。CE連接RD和WR輸入的有效與非門輸出，無論CPU對(duì)AD574A進(jìn)行讀/寫操作，CE均為高電平有效。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束端STS連接P1.0用作查詢或作為向CPU申請(qǐng)中斷的線端。5．AD574A的A/D轉(zhuǎn)換程序按圖6．3．6連線，采用查詢方式。R2存A/D轉(zhuǎn)換值高8位，R3存A/D轉(zhuǎn)換值低4位，可編出A/D轉(zhuǎn)換程序如下：ORGSTARTSTART：MOVR0，#00H；選擇AD574A地址MOVX@R0，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器（A中內(nèi)容任意）LOOP：JBP1.0，LOOP；查詢STS，A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束MOVR0，#01H；STS=1，送讀A/D轉(zhuǎn)換值地址MOVXA，@R0；讀A/D值高8位MOVR2，A；MOVR0，#03H；指向低4位A/D值地址MOVXA，@R0；讀A/D值低4位MOVR3，A；送R3LL：AJMPLL；結(jié)束這部分內(nèi)容雖然是對(duì)12位A/D轉(zhuǎn)換器的，但對(duì)于10位、14位和16位A/D轉(zhuǎn)換器與8位單片機(jī)的接口應(yīng)用，方法類似，掌握一次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，分兩次輸出A/D轉(zhuǎn)換值。6．3．38031和5G14433A/D轉(zhuǎn)換器接口5G14433是國(guó)產(chǎn)雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，輸出為三位半BCD碼，分辨率相當(dāng)于11位二進(jìn)制數(shù)?？构ゎl干擾能力強(qiáng)，但轉(zhuǎn)換速度不高。與國(guó)外產(chǎn)品MC14433完全相同，可以互換。1．主要特性5G14433片內(nèi)能夠自身提供時(shí)鐘發(fā)生器，一次A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間在100ms~250ms之間可調(diào)節(jié)。輸入電壓量程可調(diào)整為2種：199.9mV和1.999V，由基準(zhǔn)電壓決定。A/D轉(zhuǎn)換值以BCD碼形式分4次輸出。最高位千位輸出內(nèi)容特殊。

2．引腳功能5G14433為24引腳芯片。如圖6．3．7所示。

圖6．3．75G14433結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖

VR——外接基準(zhǔn)電壓輸入端。接+200mV或+2V。VX——模擬電壓輸入端。在0~199．9mV或0~1．999V。R1、R1/C1、C1——外接積分阻容元件端。當(dāng)輸入電壓量程為2V時(shí)，c1=0。1μf、R１=470k；輸入電壓量程為200mV時(shí)，c1=0．1μf、R1=270k。EOC——A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出端，高電平有效?？捎脕碜鳛橄駽PU申請(qǐng)中斷的信號(hào)。DU——更新轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出控制端。當(dāng)DU與EOC連接在一起時(shí)，每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出都被更新。OR——過量程輸出端。當(dāng)|Vx|＞VR時(shí)，OR=0，否則為高電平。用OR輸出報(bào)警和量程切換。DS1~DS4——多路選通脈沖輸出端。高電平有效。其中：DS1代表千位；DS4代表個(gè)位。當(dāng)DS1~DS4之一為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)位選通，該位數(shù)據(jù)在Q0~Q3端輸出。Q0~Q3——BCD碼數(shù)據(jù)輸出線。Q0為最低位，Q3為最高位。當(dāng)DS2、DS3、DS4順序選通（高電平有效）期間。Q0~Q3線輸出三位完整的BCD碼。但在DS1選通期間，輸出端Q0~Q3除了表示千位的0或1外，還表示轉(zhuǎn)換值的正、負(fù)極性（Q2=1為正），和欠量程還是過量程（Q0=1）等標(biāo)志位。含義為（1）Q3表示BCD“千位”的數(shù)值：Q3=0則“千位”=1；Q3=1，則“千位”=0。（2）Q2表示轉(zhuǎn)換值的極性。Q2=1為正極性，Vx>0；Q2=0為負(fù)極性，Vx<0。（3）Q0表示超出量程范圍：Q0=0表示Vx未超出量程范圍；在Q0=1、Q3=0時(shí)，表示過量程（例如在量程為2V時(shí)，|Vx|）>1．999V）；在Q0=1、Q3=１時(shí)表示欠量程。在DS1=1時(shí)，Q1的輸出沒有意義。3．5G14433和8031的硬件接口硬件連線必須充分理解5G14433的使用特性和管腳用法。在具體連接中應(yīng)注意兩點(diǎn)：(1)DS4都不是總線式的，不能直接與8031的數(shù)據(jù)總線P0口連接?？蛇B接P1口或擴(kuò)展一個(gè)8155，8255A并行接口。（2）5G14433可以不必控制它的A/D轉(zhuǎn)換開始，而將EOC和DU兩引腳相連，以選擇連續(xù)A/D轉(zhuǎn)換方式。每次轉(zhuǎn)換完畢都送至內(nèi)部輸出鎖存寄存器中。由于EOC是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出標(biāo)志信號(hào)，因此CPU可定時(shí)查詢EOC引腳，或采用中斷方式，將EOC經(jīng)非門連接8031的INT0，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC=1向INT0申請(qǐng)中斷，CPU在INT0的中斷程序中分別取走千位（還有標(biāo)志位）、百位、十位和個(gè)位的BCD碼。具體的硬件連接方案如圖6.3.8所示。圖6．3．85G14433與8031單片機(jī)接口

4．5G14433的A/D轉(zhuǎn)換程序按圖6．3．8連接，5G14433上電后即對(duì)外部輸入模擬電壓VX進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢后都有BCD碼及相應(yīng)的選通信號(hào)出現(xiàn)在Q0~Q3和DS1~DS4線上，CPU讀入P1口內(nèi)容可進(jìn)行分類處理。軟件查詢時(shí)，應(yīng)按DS1DS2DS3DS4順序.主程序初始化是開放CPU及INT0中斷。每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC輸出一個(gè)正脈沖，向CPU的INT0申請(qǐng)中斷，CPU響應(yīng)中斷后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。經(jīng)裝配后送入8031片內(nèi)RAM的2EH、2FH單元中，數(shù)據(jù)存放的格式如圖6.3.9所示。圖6．3．9BCD數(shù)據(jù)存放格式

根據(jù)上述分析，A/D轉(zhuǎn)換中斷程序框圖見圖6．3．10。

`與INT0有關(guān)的初始化主程序SETBIT0`

`

；INT0選擇邊沿觸發(fā)中斷SETBEX0；允許INT0中斷開放`

SETBEA；允許總中斷開放INT0根據(jù)圖6．3．10，處理5G14433A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果中斷服務(wù)程序如下：`

`ORG0003H；INT0中斷矢量LJMPPINT0；轉(zhuǎn)INT0中斷實(shí)際入口地址…PINT0：PUSHA；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PUSHPSW；SETB03H；設(shè)置中斷標(biāo)志置1LOOP：MOVA，P1；讀A/D轉(zhuǎn)換值及狀態(tài)JNBACC.4,ＬOOP；DS1=/1，未選通，查詢等待JBACC.0，PERR；查是否過、欠量程，Q0=1轉(zhuǎn)PERRJBACC.2，PL1；Q2=1為正數(shù)轉(zhuǎn)PL1SETB77H；Q2=0為負(fù)，將千位數(shù)置1（77H為千位地址）LJMPPL2PL1：CLR77H；Q2=1為正數(shù)，符號(hào)位置0PL2：JBACC.3，PL3；若Q3=1，千位數(shù)為0，轉(zhuǎn)PL3SETB74H；Q3=0，千位數(shù)置1（74H為千位地址）LJMPPL4；轉(zhuǎn)百位處理PL3：CLR74H；千位數(shù)置0PL4：MOVA，P1；輸入DS2及百位BCD碼JNBACC.5，PL4；DS2=0未選通，查詢等待MOVR0，#2EH；2EH為百位BCD碼RAM地址XCHDA，@R0；百位與千位BCD碼拼裝在2EH中PL5：MOVA，P1；輸入DS3及十位BCD碼JNBACC.6，PL5；DS3=0未選通，查詢等待SWAPA；A中高、低4位交換INCR0；指向2FH單元地址MOV@R0，A；十位BCD碼送入2FH單元高4位PL6：MOVA，P1；輸入DS4及個(gè)位BCD碼JNBACC.7，PL6；DS4=0未選通，查詢等待XCHDA，@R0；DS4=1，個(gè)位BCD碼送入2FH低4位LJMPENDDPERR：SETB10H；置過、欠量程標(biāo)志位（10H）=1ENDD：PUSHPSW；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)PUSHARETI；中斷返回在上述程序中，要注意兩個(gè)問題：（1）若在DS1=1的條件下，Q0=1，說明過（欠）量程，程序?qū)⑦^、欠量程軟件標(biāo)志置1，該軟件標(biāo)志（10H）=1供主程序處理查詢用，同時(shí)OR引腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)，由用戶報(bào)警使用。（2）由于EOC和DU相連接，使A/D轉(zhuǎn)換處于連續(xù)自動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)EOC接到時(shí)，會(huì)發(fā)出多次中斷申請(qǐng)，對(duì)此，專門設(shè)置一個(gè)軟件中斷標(biāo)志位03H，當(dāng)CPU進(jìn)入INT0中斷程序后將其置1，在CPU返回主程序后先判斷這個(gè)標(biāo)志位，若（03H）=1，說明中斷已經(jīng)發(fā)生，用軟件關(guān)INT0中斷，以進(jìn)行下一步程序處理，當(dāng)一個(gè)新的采樣過程開始時(shí)，先清中斷標(biāo)志（03H）=0，再開INT0中斷，準(zhǔn)備接收5G14433新的中斷申請(qǐng)。6.3.4V/F壓頻轉(zhuǎn)換器V/F轉(zhuǎn)換器是把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)的器件。它具有應(yīng)用電路簡(jiǎn)單、較好的精度、較好的線性度且頻率變化動(dòng)態(tài)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格較低等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在輸入通道中廣泛采用。在一些高精度、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸而速度要求不高的場(chǎng)合取代A/D轉(zhuǎn)換器，從而獲得較好的性能價(jià)格比。(1).V/F轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)V/F轉(zhuǎn)換的方法很多，這里僅介紹常見的電荷平衡V/F轉(zhuǎn)換法。其電路原理框圖如圖6．3．11所示。圖中A1是積分輸入放大器，A2為零電壓比較器，恒流源IR和模擬開關(guān)S提供A1的反充電回路，模擬開關(guān)S由單穩(wěn)態(tài)定時(shí)觸發(fā)器控制。其工作原理為：工作前，模擬開關(guān)S處于斷態(tài)。當(dāng)工作開始時(shí)，由于電容的特性決定雖然輸入端有正電壓加入，但瞬間電容C相當(dāng)于短路，即A1的輸出為負(fù)的V0≈0，則零電壓比較器A2輸出正跳變，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)定時(shí)觸發(fā)器，使其產(chǎn)生時(shí)間為T1的定時(shí)脈沖，令開關(guān)S閉合。同時(shí)使晶體管T截止，Vf0端輸出定時(shí)高電平。在S導(dǎo)通其間，恒流源IR被接入積分器的反相輸入端。由于電路是按IR>Vimax/RL設(shè)計(jì)的，故此時(shí)電容C被反相充電，充電電流為IR—Vi/RL，則積分器A1輸出電壓V0（偏負(fù)）從0伏起線性上升。電壓比較器輸出立刻變低，完成對(duì)單穩(wěn)態(tài)定時(shí)觸發(fā)器作用的一個(gè)正脈沖。當(dāng)定時(shí)T1時(shí)間結(jié)束，開關(guān)S被打開，反向充電停止。同時(shí)使晶體管T導(dǎo)通，Vf0端輸出低電平。開關(guān)S被打開后，由于正的輸入電壓Vi作用，電容C開始正向充電，其充電電流為Vi/RL，則積分器A1輸出電壓V0開始線性下降。當(dāng)V0≈0（偏負(fù)）時(shí)，電壓比較器A2輸出再次跳變，又使單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器產(chǎn)生T1時(shí)間的定時(shí)而控制開關(guān)S再次閉和，A1再次反向充電，同時(shí)Vf0端又輸出定時(shí)高電平。如此反復(fù)下去，會(huì)在積分器A1輸出端和Vf0端產(chǎn)生如圖6．3．12所示波形，其波形的周期為T。圖6．3．11電荷平衡式V/F轉(zhuǎn)換電路原理框圖根據(jù)反向充電電荷量和正向充電電荷量相等的電荷平衡原理，可得（IR—Vi/RL）?T1=Vi/RL（T—T1

）

（6．3．1）整理得

T=（IR?RL?T1）/Vi

（6．3．2）

則Vf0端輸出電壓頻率為

f0=1/T=Vi/（IR?RL?T1

）

（6．3．3）這個(gè)f0就是由Vi轉(zhuǎn)換而來的輸出頻率，二者成線性比例關(guān)系。由上式可見，要精確地實(shí)現(xiàn)V/F變換，要求IR、RL和T1應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定。應(yīng)注意的是，