單片機(jī)原理及應(yīng)用課件第7章 MCS-51單片機(jī)測控接口

第7章MCS-51單片機(jī)

測控接口本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解80C51單片機(jī)與常用D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器的接口方法和開關(guān)量接口方法。重點(diǎn)掌握A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的信號連接，單片機(jī)開關(guān)量I/O的驅(qū)動接口三個內(nèi)容。

在智能儀表、測控系統(tǒng)等自動控制領(lǐng)域中，常用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)處理和控制，而被測、被控對象的參量通常是一些連續(xù)變化的模擬物理量，如：溫度、速度、電壓、電流、壓力、位移、流量等。7.1D/A轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用7.1.1D/A轉(zhuǎn)換器概述1．D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理2．D/A轉(zhuǎn)換器的分類（1）依數(shù)字量的位數(shù)分為：8位、10位、12位、16位D/A轉(zhuǎn)換器。（2）依數(shù)字量的數(shù)碼形式分為：二進(jìn)制碼和BCD碼D/A轉(zhuǎn)換器。（3）依數(shù)字量的傳送方式分為：并行和串行D/A轉(zhuǎn)換器。（4）依D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式分為；電流輸出型和電壓輸出型D/A轉(zhuǎn)換器。（5）依帶與不帶鎖存器分為：內(nèi)部無鎖存器和內(nèi)部有鎖存器D/A轉(zhuǎn)換器。3．D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)（1）分辨率（2）建立時間（3）接口形式7.1.2DAC0832芯片及與單片機(jī)接口1．DAC0832芯片（1）DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）DAC0832各引腳的功能圖7-4DAC0832引腳2．DAC0832芯片與單片機(jī)接口的應(yīng)用（1）單緩沖方式的接口與應(yīng)用①單緩沖方式連接所謂單緩沖方式就是使DAC0832的兩個輸入寄存器中有一個（多為DAC寄存器）處于直通方式，而另一個處于受控的鎖存方式或2級寄存器并接變?yōu)?級寄存器使用。②單緩沖方式的應(yīng)用

例7-1

產(chǎn)生鋸齒波。在一些控制應(yīng)用中，需要有一個線性增長的電壓（鋸齒波）來控制檢測過程、移動記錄筆和移動電子束等。對此可通過在DAC0832的輸出端接運(yùn)算放大器，由運(yùn)算放大器產(chǎn)生鋸齒波來實(shí)現(xiàn)，其電路還接如圖7-7所示。ORG8000HAJMPDASAWORG8200HDASAW：MOVDPTR，#5000H；輸入寄存器地址

MOVR0，#00H；轉(zhuǎn)換初值

WW：MOVA，R0MOVX@DPTR，A；D/A轉(zhuǎn)換

INCR0；轉(zhuǎn)換值增量

NOP；延時

NOPNOPAJMPWW（2）雙緩沖方式的接口與應(yīng)用①雙緩沖方式連接

DAC0832工作于雙緩沖工作方式時，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換是分兩步完成的。首先CPU的數(shù)據(jù)總線分時地向各路D/A轉(zhuǎn)換器輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量并鎖存在各自的輸入鎖存器中，然后CPU對所有的D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)出控制信號，使各個D/A轉(zhuǎn)換器輸入鎖存器中的數(shù)據(jù)打入DAC寄存器，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換輸出。②雙緩沖方式應(yīng)用舉例雙緩沖方式用于多路數(shù)/模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多路模擬信號的同步輸出，例如使用單片機(jī)控制X-Y繪圖儀。（3）直通方式的接口與應(yīng)用當(dāng)DAC0832芯片的片選信號、寫信號、及傳送控制信號的引腳全部接地，允許輸入鎖存信號ILE引腳接+5V時，DAC0832芯片就處于直通工作方式，數(shù)字量一旦輸入，就直接進(jìn)入DAC寄存器，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。3．DAC0832芯片的單極性與雙極性輸出（1）單極性輸出工作方式在圖7-6中，由于使用了反相比例放大器來實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，因此輸出模擬信號的極性與參考電壓的極性相反。數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換關(guān)系VOUT1＝－VREF（數(shù)字碼/256），如表7-1所示。當(dāng)VREF=+5V（或－5V）時，輸出模擬電壓的范圍是0～－5V（或0～+5V）。若VREF＝+10V（或－10V）時，輸出電壓范圍0～－10V（或0～+10V）。（2）雙極性輸出工作方式如果要求D/A轉(zhuǎn)換器輸出為雙極性，只需在圖7-6的基礎(chǔ)上增加一個運(yùn)算放大器，其電路如圖7-11所示。7.2A/D轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用7.2.1A/D轉(zhuǎn)換器概述1．逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換原理2．D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)（1）分辨率（2）轉(zhuǎn)換速率7.2.2ADC0809芯片及與單片機(jī)接口1．ADC0809芯片（1）ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）ADC0809各引腳的功能①IN7～I(xiàn)N0：8路模擬量輸入端②A、B、C：地址輸入端③D7～D0：8位數(shù)字量輸出端④ALE：地址鎖存允許信號輸入端⑤START：A/D轉(zhuǎn)換啟動控制信號輸入端⑥OE：輸出允許控制端⑦CLK：時鐘信號輸入端⑧EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端⑨VCC：電源供給輸入端⑩Vref（±）：參考基準(zhǔn)電源的正負(fù)輸入端2．ADC0809芯片與單片機(jī)接口的應(yīng)用

例7-2設(shè)有一個8路模擬量輸入的巡回檢測系統(tǒng)，采樣數(shù)據(jù)依次存放在外部RAM的A0H～A7H單元中，按圖7-15所示的接口電路，ADC0809的8個通道地址為FEF8H～FEFFH，其數(shù)據(jù)采樣的初始化程序和中斷服務(wù)程序（假設(shè)只采樣一次）如下：7.3開關(guān)量接口7.3.1開關(guān)量輸入接口圖7-18和后面的程序是扳鍵類開關(guān)應(yīng)用的示例。根據(jù)8個開關(guān)中哪一個開關(guān)閉合并使相應(yīng)口線為低電平而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的工作程序。各開關(guān)通過擴(kuò)展接入口74LS244與80C51的P0接口連接：開關(guān)合上時將向P0接口的相應(yīng)引腳送低電平；反之，開關(guān)打開時送高電平。7.3.2開關(guān)量輸出接口1．輸出口的隔離在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為防止現(xiàn)場強(qiáng)電磁的干擾或工頻電壓通過輸出通道反串到測控系統(tǒng)一般采用通道隔離技術(shù)。輸出信道的隔離最常采用的組件是光耦合器，簡稱光耦。2．繼電器輸出接口繼電器方式的開關(guān)量輸出，是目前最常用的一種輸出方式，一般在驅(qū)動大型設(shè)備時，往往利用繼電器作為測控系統(tǒng)輸出至輸出驅(qū)動級之間的第一級執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過該級繼電器輸出，可完成從低壓直流到高壓交流的過渡。3．雙向晶閘管輸出接口雙向晶閘管具有雙向?qū)üδ埽茉诮涣?、大電流場合使用，且開關(guān)無觸點(diǎn)，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。圖7-21為MOC3041與雙向晶閘管的接線圖。4．固態(tài)繼電器輸出接口適宜于在微機(jī)測控系統(tǒng)中作為輸出信道的控制組件；其輸出利用晶體管或晶閘管驅(qū)動，無觸點(diǎn)。與普通的電磁式繼電器和磁力開