《单片机原理及应用 张岩 张鑫07 第7章 MCS.51单片机的输入输出通道接口》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理及应用 张岩 张鑫07 第7章 MCS.51单片机的输入输出通道接口（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,张岩,机械工业出版社：单片机原理及应用张岩 ISBN：978-7-111-50104-6,第7章 MCS-51单片机的输入/输出通道接口,内容提示 ,在检测控制系统中，当被测物理量为模拟量时，需要将外部的模拟量转换成数字量送给单片机，当被控对象由模拟量控制时，单片机必须将输出的数字量转换成模拟量去控制被控对象。将模拟量转换成数字量的集成电路称为模数转换器，即A/D转换器；将数字量转换成模拟量的集成电路称为数模转换器，即D/A转换器。但是，805l内部没有集成A/D、D/A转换电路，因此必须在外部扩展。本章在介绍输入/输出通道的组成与配置的基础上，介绍了A/D转换器、D/A转换器及其接口技术。
2、,学习目标 , 了解输入/输出通道设计的基本原理和方法； 掌握DAC0832芯片及其与MCS-51单片机的应用设计； 掌握ADC0809芯片及其与MCS-51单片机的应用设计。,知识结构 ,目录,CONTENTS,7.1 输入/输出通道概述 7.2 D/A转换器及接口技术 7.3 A/D转换器及接口技术 7.4 实验与实训,7.1 输入/输出通道概述,单片机用于测量和控制系统时，总要有与被测对象联系的输入通道（前向通道）和与被控对象联系的输出通道（后向通道）。 单片机系统和被控对象之间信息的交互有输入和输出两种类型，前者在单片机系统数据采集时，将被控对象的信息经输入通道送入单片机系统；后者在单
3、片机系统控制输出时，将单片机系统决策的控制信息经输出通道作用于被控对象。,1输入通道 当单片机用做测量、控制系统时，系统中总要有被测信号输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。 输入通道的特点： 输入通道要靠近拾取对象采集信息。 输入通道工作环境因素严重影响通道的方案设计。 传感器的输出往往是模拟信号、微弱信号输出，因此输入通道通常是模拟、数字等混杂电路。 传感器、变送器的选择和环境因素决定了输入通道电路设计。 传感器输出信号一般比较微弱，常需要放大电路，因此抗干扰设计是非常重要的。,输入通道的结构,2输出通道 在工业控制系统中，单片机总要对控制对象进行控制操作，因此，在这样的系统中必须具有输出
4、通道。输出通道的作用是实现单片机对被控对象的控制操作，其结构和特点与控制任务密切相关。 输出通道的特点 根据单片机的输出和被控对象对控制信号的要求，输出通道有如下特点。 小信号输出，大功率控制。 输出伺服驱动控制信号，在伺服驱动系统中的状态反馈信号，作为检测信号输入至输入通道。 输出通道接近被控对象，环境复杂恶劣，电磁和机械干扰较为严重。,输出通道的结构,信号处理电路,开关量输入,小信号放大技术,隔离放大技术,7.2 D/A转换器及接口技术,D/A转换器（Digit to Analog Converter）是将数字量转换成模拟量的器件，通常用DAC表示，它将数字量转换成与之成正比的电量，广泛应
5、用于过程控制中。,1,2,1,1,D/A转换接口器设计中主要考虑的问题有：D/A转换芯片的选择，数字量的码输入、精度，输出模拟量的类型与范围，转换时间，与CPU的接口方式等。,7.2.1 D/A转换器的性能指标 1. 分辨率 单位数字量所对应模拟量的增量，即相邻两个二进制码对应的输出电压之差称为D/A转换器的分辨率。它确定了D/A转换器产生的最小模拟量变化，也可用最低位（LSB）表示。例如，n位D/A转换器的分辨率为1/2n。 2. 精度 精度是指D/A转换器的实际输出与理论值之间的误差，它以满量程VFS的百分数或最低有效位（LSB）的分数形式表示。例如：若精度为0.1%，则最大误差为VFS0
6、.1%，若VFS=10V，则误差为10mV。n位DAC的精度为1/2 LSB，则最大误差为：,3. 线性误差 D/A转换器的实际转换特性（各数字输入值所对应的各模拟输出值之间的连线）与理想的转换特性（始、终点连线）之间是有偏差的，这个偏差就是D/A转换器的线性误差，即两个相邻的数字码所对应的模拟输出值（之差）与一个LSB所对应的模拟值之差，常以LSB的分数形式表示。 4. 转换时间TS（建立时间） 从D/A转换器输入的数字量发生变化开始，到其输出模拟量达到相应的稳定值所需要的时间称为转换时间。,7.2.2 D/A转换器的分类,按输出形式分类：电压输出型和电流输出型。 按是否含有锁存器分类：内部
7、无锁存器和内部有锁存器。 按能否作乘法运算分类：乘算型和非乘算型。 按输入数字量方式分类：并行总线D/A转换器和串行总线D/A转换器。 按转换时间分类： 超高速D/A（TS100ns）、高速D/A（TS为100ns 10s）、中速D/A（TS为10s100s）、低速D/A（TS100s）等。,7.2.3 DAC0832转换器的接口,1. DAC0832的特点与结构引脚 NS（National Semiconductor，美国国家半导体）公司生产的DAC0830系列（DAC0830/32）产品中的一种，该系列芯片具有以下特点： 8位并行D/A转换； 片内二级数据锁存，提供数据输入双缓冲、单缓冲和
8、直通3种工作方式； 电流输出型芯片，通过外接一个运算放大器，可以很方便地提供电压输出； DIP20封装、单电源（+5 V+15 V，典型值+5 V）；,引脚功能如下： D0D7： 8位数字量输入端 CS： 片选端，低有效 ILE ： 数据锁存允许 WR1 ： 写控制信号1 WR2： 写控制信号2 XFER： 数据传送控制信号 Iout1： 电流输出端1 Iout2： 电流输出端2 RFB ： 内置反馈电阻端 VREF : 参考电压源（-10 V+10 V） DGND： 数字量地 AGND： 模拟量地 Vcc： +5 +15V单电源供电端,DAC0832的内部结构,2. 电压输出方法 DAC08
9、32需要电压输出时，可以简单地使用一个运算放大器连接成单极性输出形式。如图7.7所示，输出电压VOUT= (-VREF)；当VREF=-5V时，VOUT输出范围为：05V。采用二级运算放大器可以连接成双极性输出。,3. 单缓冲方式 单缓冲方式是指DAC0832内部的两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个处于受单片机控制的方式。在应用系统中，如果只有一路D/A转换，或者有多路D/A转换，但不要求同步输出时，可以采用单缓冲器方式接口。,执行下列几条指令就可以完成一次D/A转换： MOV DPTR, #7FFFH ; 地址指向DAC0832 MOV A, #DATA ; 待转换的数字量DATA送累
10、加器A MOVX DPTR, A ; 数字量送P2.7指向的地址 ; 有效时完成一次D/A输入 和转换 【例7.1】 利用如图7.8所示电路，使用DAC0832作为波形发生器产生三角波。 解：在图7.8中，放大器LM324的输出端VOUT直接反馈到RFB，所以该电路只能产生单极性的模拟电压。产生三角波的参考程序如下：,ORG 0100H START: MOV DPTR, #7FFFH ; 地址指向DAC0832 MOV A, #00H ; 三角波起始电压为0 UP: MOVX DPTR, A ; 数字量送DAC0832转换 INC A ; 三角波上升边 JNZ UP ; 未到最高点0FFH，返
11、回UP继续 DOWN: DEC A ; 到三角波最高值，开始下降边 MOVX DPTR, A ; 数字量送DAC0832转换 JNZ DOWN ; 未到最低点0，返回DOWN继续 INC A SJMP UP ; 返回上升边 END,C51程序：#include #include #define CS0832 XBYTE0xffef /*DAC0832地址0xffef*/ void DelayMS(unsigned int ms) /*延时*/ unsigned char i,j; for(i=ms;i0;i-) for(j=110;j0;j-); void main( ) unsigned c
12、har a,m,n; a=0; /*三角波起始电压为0*/ CS0832=a; while(1) for(m=0;m255;m+) /*三角波上升边*/ a+; CS0832=a; DelayMS(1); a=0xff; for(n=0;n255;n+) /*三角波下降边*/ a-; CS0832=a; DelayMS(1); ,4. 双缓冲方式 对于多路D/A转换，若要求同步进行D/A转换输出，则必须采用双缓冲方式，在此工作方式下，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步完成的。 【例7.2】 假设某一分时控制系统，由一台单片机控制两台并行设备，两台设备的模拟控制信号分别由两片DAC0832
13、输出，要求两片DAC0832同步输出。,ORG 0100H START: MOV DPTR, #7FFFH ; 数据指针指向1#的第一级锁存器 MOV A, #DATA1 ; 取第一个待转换数据DATA1 MOVX DPTR, A ; 送入第一级缓冲器 MOV DPTR, #0DFFFH ; 数据指针指向0#的第一级锁存器 MOV A, #DATA0 ; 取第二个待转换数据DATA0 MOVX DPTR, A ; 送入第一级缓冲器 MOV DPTR, #0BFFFH ; 数据指针指向两个转换器的 ; 第二级缓冲地址 MOVX DPTR, A ; 1#和0#数据同时由第一级向 ; 第二级锁存传送
14、，开始转换 RET END,C51程序：#include #include #define DAC083200Addr 0x7fff /*0#0832的数据寄存器地址*/ #define DAC083201Addr 0xdfff /*1#0832的数据寄存器地址*/ #define DAC0832Addr 0xbfff /*两片0832同时转换的端口地址*/ #define uchar unsigned char /* uchar代表单个字节无符号数*/ #define uint unsigned int void writechip1(uchar c0832data); void write
15、chip2(uchar c0832data); void transdata(uchar c0832data) ; /*转换数据*/ void Delay( ) ; /*延时子程序*/ void main(void) xdata uchar cdigitl1=0; /*1#0832待转换的数字量*/ xdata uchar cdigitl2=0; /*2#0832待转换的数字量*/ Delay( ); /*延时*/ while(1) cdigitl1=0x80; cdigitl2=0xff; writechip1(cdigitl1); /*向1#0832写入数据*/ writechip2(cd
16、igitl2); /*向2#0832写入数据*/ transdata (0x00); /*同时进行转换*/ Delay(); ,void writechip1(uchar c0832data) /*向1#0832芯片写入数据函数*/ *(uchar xdata *)DAC083200Addr)=c0832data; void writechip2(uchar c0832data) /*向2#0832芯片写入数据函数*/ *(uchar xdata *)DAC083201Addr)=c0832data; void TransformData(uchar c0832data) /*两片0832芯片同时
