單片機(jī)原理與應(yīng)用-四川省第一批省級課程(選修部分和課后習(xí)題及模擬試題)

選修部分包括第10章測控接口、第11章C51入門和第12章串行總線擴(kuò)展技術(shù)

,翻：曲阜去奪怩班工部5

三%「岫化6龍盤版公教羲儡

第10章單片機(jī)測控接口

10.1A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口I

10.2D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口

10.3開關(guān)量功率輸出接口|

10.4開關(guān)量輸入接口

8M.若春A誓

單片機(jī)原理與應(yīng)用

單片機(jī)測控系統(tǒng)

圖10.1單片機(jī)用于測控系統(tǒng)框圖

綣粉名將

單片機(jī)原理與應(yīng)用

10.1A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口M/■專葭4*

10.1.1A/D轉(zhuǎn)換器概述(AnalogtoDigitalConverter)

ADC-將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件。

A/D轉(zhuǎn)換器的分類:

「逐次比較型速度荷、精度商

雙積分型速度低、精度高、抗干擾強(qiáng)

按轉(zhuǎn)換原理,z一△型

介于以上二者之間

電壓/頻率變換型(V/F)計數(shù)原理

"超高速WinsC8位按結(jié)果檢出形式〈八業(yè)

14位半

按轉(zhuǎn)換速度＜按轉(zhuǎn)換位數(shù),

中速Wlms16c'二進(jìn)制

按數(shù)字編碼方式一

、低速Wls〔…

并行

按接口

串行如鵬用吞名等

單片機(jī)原理與應(yīng)用

ADC的主要性能指標(biāo)

分辨率：數(shù)字量最低有效位(LSB-LeastSignificantBit)

對應(yīng)的最小模擬量。

分辨率=滿量程模擬量/2數(shù)字量住數(shù)

例：若滿量程模擬量為5V電壓。

C則分辨率為：

0000

數(shù)字量為己：坪=5V/24=5V/16

4bitT1111-----------?5V

=0.313V

則分辯率為：

數(shù)字量為^00000000----------0V

8

8bit^11111111----------5V05V/2=5V/256

=0.0195V

也可直接用二進(jìn)制位數(shù)來表示分辯率。在匚…用林…

隱2單片機(jī)原理與應(yīng)用

新化6優(yōu)菱由公裁澳族ADC的主要性能指標(biāo)

分辨率(Resolution)

ADC對模擬信號的最小分辨能力。

對應(yīng)于最低二進(jìn)位(LSB-LeastSignificantBit)的模擬量值。

轉(zhuǎn)換時間、轉(zhuǎn)換速率(Conversiontimeorrate)

完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，它的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率(Hz)?

精度(Precision)其它

I

轉(zhuǎn)換的輸出值與理論值之差。

量程(榆入電壓范圍)

精度和分辨率有一定聯(lián)系，但概念通道數(shù)

不同。位數(shù)多時，分辨率會提高.采樣保持

但溫度漂移、線性不良等也對精度溫度系數(shù)等。十-一

有影響。----------------------'Q高6M肖存名符

^^單片機(jī)原理與應(yīng)用

漏4上6九城工打5

自財化6院壬秋M薇興錢A/D轉(zhuǎn)換關(guān)系式

A/D轉(zhuǎn)換中，

輸入模擬量與n位輸出數(shù)字量的關(guān)系式：

c(Vin-Vref(.))x(2M)

Do=-----------------------------------+0.5

VV

ref(+)-ref(-)INTEGER

Vin——輸入電壓

Vref(+)Vref(-)------參考電壓

例：Vref(+)=5v，Vref(.)=0v,n=8,Vin=5v,Ov,2.5v

(5-0)X255(0-0)X255

D=-----------------+0.5=255.5=FFHD=————+0.5=0.5=00H

0n5-0o

(2.5-0)X255

D=------------------+0.5=128=80H

°5-0切刈常褶后修

單片機(jī)原理與應(yīng)用

力平16弧整工理5

相化6流城皿公截裂端

10.1.2A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809

ADCO8O9、ADCO8O8是8位逐次比較式，主要性能為:

1u

口

分辨率為8位；IN3c228IN

IN4c27口IN

精度:ADCO8O9小于±1LSB326IN

IN5cnA

4d25

onB

ADCO8O8小于1/2LSB,其余性能與ADCO8O9一樣;IN6C5s24

onC

IN7C6u23

單+5V供電，模擬榆入電壓范圍為0?+5V；a22n

STARTcv

721nALE

具有領(lǐng)存控制的8路榆入模擬開關(guān)；EOC820nDa7

D3919

可領(lǐng)存三態(tài)榆出，榆出與TTL電平兼容；OE18n

1nD5

CL%K017D4

▲功耗為15加機(jī)1116nDO

15

▲不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度調(diào)整；1(.)12nR6e

GND13n

D11

▲轉(zhuǎn)換速度取決于芯片外接的時鐘頻率。4n

時鐘頻率范圍：10?1280kHz。

典型值二640kHz,轉(zhuǎn)換時間約為lOOgs。

I詭懿仞用堵褶后唧

單片機(jī)原理與應(yīng)用

面斗上&九筑工理5ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)

AD啟動fSTARTCLK.十時鐘轉(zhuǎn)換結(jié)束

-IEOC=1

rEOC

上

INO

8路

模擬?i數(shù)

模擬量

輸入8位X*字

開關(guān).

IN7A7D給出輸

出

—將換笈4儲存昌

三

輸入地址A地址

選擇?

地址鎖存ALE與譯碼O—j—\CC.電源

」o~I-GND地

Ref<-)Ref(+>OE輸入允許控制

三態(tài)門

參考電壓OE

研＞高電平OUT=1N

低電平OUT高陽

轉(zhuǎn)換輸出

10.1.3ADC0809與單片機(jī)連接‘為什么？

1.

fcLK

A

BADC0809

C

0

IN1

IN2

rN3

IN4

IN5

DO—6

3IN7

rN

START

ALE

OE&K4)5v

Re?Ov

EOC

用查詢P3.3的方式了解ADC是否采樣結(jié)束

6M盾才用好

單片機(jī)原理與應(yīng)用

■￥上6機(jī)班工領(lǐng)5

AD啟動-STARTCLK一時針M換結(jié)束

鮑化6院*3幺我凌名

EOC=1

INO

模擬

IN7

檢入地接D7

選掙

地拉鋒再ALEvcc電澹

GND地

參考電壓Ref<-)Ref(-H>OE偷人允許拄制

外部：VCC.GND、%f、CLK

輸入：IN0~IN7、ABC、ALE

AD：START.EOC、D0~D7

5v

Ov

R巾堵才名等

單片機(jī)原理與應(yīng)用

eM灣#后解

單片機(jī)原理與應(yīng)用

74LS74L□

CLK

A

BADC0809

89c51C0

rN1

2

ALEG74LS373OEIN3

D0-D7IN4

gIN5

PO.OlIN6

I7

P07D7IN

W>1

START

P27ALE

>1OE

RD

Re%)Ov

P39EOC

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2,1P2,0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1PO.O

0111111111111000

MOVDPTR,#7FF8HMOVDPTR,#7FF8H

MOVX@DPTR,A;啟動A/DchOMOVXA,@DPTR;讀取A/DchO

命化6院壬?公裁裂崎另一種連接方法:

89C51MLSnJDQn

--------------CKQ-CLK

ADCD809

CINO

BINI

IN2

IN3

IN4

DOINS

IN6

D7IN7

CTART

ALE

Refi(+

Refi(-----Ov

EOC

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0,3P0.2P0.1PO.O

0111100011111111

MOVDPTR,#78FFH

MOVX@DPTR,A;啟動A/DchO◎時周谷將嶂

單片機(jī)原理與應(yīng)用

3M結(jié)存品傕

單片機(jī)原理與應(yīng)用

例：要求

采用軟件延時的方式，

對喇r號輪流采樣，

結(jié)果送到片內(nèi)RAM以DATA為

起始地址的連續(xù)數(shù)據(jù)單元。

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1PO.O

0111111111111000

LOOP:

MAIN:MOVX@DPTR,A；啟動A/D

MOVR1,#DATA;置數(shù)據(jù)區(qū)首址JNBP3.3,$；查詢A/D是否基束

MOVDPTR,#7FF8H;指向0通道MOVXA,@DPTR；讀取A/D結(jié)果

MOVR7,#08H;置通道教MOV@R1,A；存儲A/D結(jié)果

INCDPTR;指向下一個通道

INCR1;修改數(shù)據(jù)區(qū)指針

LCALLDELAY;延時

DJNZR7,LOOP；8個通道轉(zhuǎn)換完否？

E前I9斗上6弧城工也5

,,i8翰化。配青也公截投能2.中斷方式

INIT1：SETBIT1；跳變觸發(fā)PINT1：MOVDPTR,#7FF8H

SETBEAMOVXA,@DPTR;讀人口數(shù)據(jù)

SETBEXIMOV30H,A

MOVDPTRZ#7FF8H；INO地址MOVX@DPTR,A;再啟動AD

MOVX@DPTRZA;啟動ADRETI

SJMP$；等待中斷

6用落科后弊

單片機(jī)原理與應(yīng)用

良平上百九裁工理5

命化6院盤保M版裝福

Proteus仿真

U14A

Ul，B

37*52W^

◎m用稽桌蜂

單片機(jī)原理與應(yīng)用

襄:n截io2D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口

10.2.1D/A轉(zhuǎn)換器概述(DigitaltoAnalogConverter)

「i■型電阻型

電流

拄轉(zhuǎn)換底理電容型按模擬信號

（解日而絡(luò)）］脈寬調(diào)制型輸出形式

電壓

T行?8位

按數(shù)據(jù)輸入

按分辨率

形式<12位

（數(shù)字位知

'并行

刻H若春名符

單片機(jī)原理與應(yīng)用

@平文6九班又融與

仲化6晚第蛆二截援編DAC的主要性能指標(biāo)

分辨率

輸入給DAC的最小數(shù)字量變化引起的模擬量輸出的變化。

可用DAC的二進(jìn)制位數(shù)表達(dá)。

精度與A/D轉(zhuǎn)換器一樣，精度和分辨率

有一定聯(lián)系，但概念不同.DAC的

DA轉(zhuǎn)換結(jié)杲與理論值的誤差；位數(shù)多時，分辨率會提高。但溫度

可表示為絕對誤差和相對誤差。漂移、線性不良等的影響仍會使

DAC的精度變差。

轉(zhuǎn)換速度

榆入數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的速度.

用建立時間（榆出模擬量達(dá)到規(guī)定精度所需要的時間）來表示。

DAC的轉(zhuǎn)換速度主要由轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的延遲時間和運(yùn)放的電壓變化率來決我。

其它

椅出形式（電流、電壓）、通道數(shù)、線性、溫度漂移等。j~，…

^^單片機(jī)原理與應(yīng)用

D/A轉(zhuǎn)換器輸出計算公式

V。=Vref.+n("V吧)

2N

?Vo——輸出電壓

?Vref+vref.一一參考電壓

?N---DA轉(zhuǎn)換位數(shù)

?n一一輸入數(shù)字量

例：Vref=0v,Vref+=5v,N=8,n=80H=128

Vo=0+128(^-—)=2.5v

5-0

n=255=FFHVo=0+255(-^—)=4.98v

單片機(jī)原理與應(yīng)用

D

2□Vcc

WRIC33%

S

性能特性及基本結(jié)構(gòu)AONDc48DWR.

10.2.2DAC0832D3C5<3XFE

C6Q3

0班產(chǎn)052二常數(shù)C7

83

VuyC9

RibC3

一級蝮沖二級蝮沖DGNDC103

鎖存數(shù)據(jù)世青存者$住DAC

輸入數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)換內(nèi)部反饋電阻

。劭化6優(yōu)關(guān)3公我凌扁10.2.3D/A轉(zhuǎn)換器接口與編程

1.單緩沖器方式（1）

特點(diǎn)：兩個輸入寄存器同時受控。

適用：只一路輸出，或有幾路榆出但并不要求同步的系統(tǒng)。

磷￥上6林族工打589c51DAC08325V

臺耳化6院K啦公數(shù)羲偏

P2.7CSH

XFER

單緩沖器方式（1）D0

P00I

D7

特點(diǎn)：兩個椅入

WRWR1

T0XJT2

寄存器同時受控。匚WR2

AGND

GNDDGNDVREF------5V

收修遣寄4K

內(nèi)部反饋電印

出人濃電流檢出

輸入

一JAC一LIE

—/寄庖器一i

*OUT2

J

*#電即1OV-1OV)

帙如“在允許?L&

IP-15AGND根

DGND

單電源電為候電比

WR2XFER敦修傳送"M堵稽名篝

單片機(jī)原理與應(yīng)用

?華九班工理5

軸化6院&?公型騏儡

單緩沖器方式編程

特點(diǎn)：數(shù)據(jù)直接寫入DAC寄存器,立即進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換.

-i

例1產(chǎn)生矩形波程序:

ORG0000H

LL:CLRA;低電平

MOVDPTR,#7FFFH;DAC0832地址，取P2.7為低電平

MOVX@DPTR,A；送轉(zhuǎn)換

LCALLDMS1;調(diào)延時1ms子程序，矩形波低電平寬度

MOVA,#0FFH；高電平

MOVX@DPTR,A；送轉(zhuǎn)換

LCALLDMS1;調(diào)延時1ms子程序，矩形波高電平寬度

SJMPLL

END

6MM曷曷用

單片機(jī)原理與應(yīng)用

演￥上6機(jī)班1比5

軸化6院域妣公我輯得

Proteus仿真

U?AT89C51

?XTAL1POO/ADO

PO1/AD1

PO2/AD2

XTAL2P03/AD3

P04/AD4

?34。5

P05/AD6

■33C6

P06/AD6?二

RSTP07ZAD7SW

P20/XC

P21/MS

P22/A10

P23/A11

P2HAi20

P25/A13

P26/A14

P27/A15

P

PP30/RXD

PP31/TXD

PP3沂而

P?3閑7

PP34/TO

PP35/T1

PP36^

P37/PD

單緩沖方式

由平士6如班又也5

化6院至蛆M裁決隔

1.單緩沖器方式（2）

特點(diǎn)：一個處于直通方式,另一個處于受控的鎖存方式

初M用卷名弊

單片機(jī)原理與應(yīng)用

單緩沖器方式（2）

特點(diǎn)：

一個處于直通方式，

另一處于受控的鎖存方式

.入效MA?F?*R,**'**??*??

—————————————————————ICk

。胞化6晚受皿M截曩隔

2.雙緩沖器方式

特點(diǎn)：

分別選通

多路同步輸出

為什么？匚）

?華上々九線上尊5

a軸化6院長啦m獲投福雙緩沖器方式接口原理

渝斗上6機(jī)版工理5

的化。就嫉也X般援錢

3.直通工作方式

特點(diǎn)：將DAC0832的控制端都接低電平，ILE接高電平,

則數(shù)據(jù)一旦輸入，就直接進(jìn)入DAC寄存器，進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換。

初M用我匕肉

踵影單片機(jī)原理與應(yīng)用

例：用DAC0832榆出0~5V鋸齒波，電路為直通方式。

設(shè)VREF=5V,脈沖周期要求為100ms。

100ms

DAC：MOVA,#0；開始輸出ov

LOOP：MOVPLA;輸出模擬量

INCA;升壓

ACALLDELAY;延時10O/256ms

AJMPLOOP；連續(xù)榆出

比晟'，6m用我息修

點(diǎn)+單片機(jī)原理與應(yīng)用

10.3開關(guān)量功率接口技術(shù)

10.3.1單片機(jī)I/O口的輸出驅(qū)動

1.TTL三態(tài)門緩沖器

例如74LS244、74LS245等，它們的IoH=15mA,loL=24mA,

可用來驅(qū)動光電耙合器、LE啜碼管、中功率晶體管等.

7406（邏學(xué)反）、74070C門檢出級截止時

耐壓可高達(dá)30V,榆出低電平時吸收電流

的能力，高達(dá)40mA。

單片機(jī)原理與應(yīng)用

?＞用罌褶總稗

單片機(jī)原理與應(yīng)用

+V

3.小功率三級管J10k

常用的PNP三極管：9013、8050等;特出

ttA

NPN三極管：有9015、8550等；?-

9013的驅(qū)動電流可達(dá)40mA；Ik

8050可達(dá)500mA。

4.達(dá)林頓晶體管陣列驅(qū)動芯片圖1010小功率三極苫驅(qū)動電跖

ULN2003參數(shù)：

單腳輸出端允許通過電流500mA,

總的榆出電流不能超過2.5A.

COM端可接5~24V,最高可達(dá)50V。

NLN2003內(nèi)颯構(gòu)和引卿

10.3.2光電耦合器

晶體管輸出型光電耦合器

最常用隔離電壓離，通訊中高速傳輸數(shù)據(jù)，

隔離電壓達(dá)5300V輸入端需較大驅(qū)動電流,

左右）

TLP521、4N25驅(qū)動需10mAi右（15~20mA

*平安存弧線,工川

50M盾抬舄帽

。加化6院■也公我渡偏單片機(jī)原理與應(yīng)用

曲斗上6林班上工5

軸化6就費(fèi)保公敬援編

10.3.3繼電器驅(qū)動接口

2'D外部設(shè)備

設(shè)計注意:

1）光耙兩邊電源與地線應(yīng)獨(dú)立供電。

2）印制板上電源及信號線應(yīng)物理隔離.

圖1013處電器原整

sM堵稽后修

單片機(jī)原理與應(yīng)用

10.3.4可控硅驅(qū)動接口當(dāng)A、C之間加正電壓，

1.單向可控硅G與C兩端也瀛加正電壓，

控制極G的