《单片机原理与应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教学课件 PPT 作者 梁炳东 第10章 单片机与其他器件的接口》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理与应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教学课件 PPT 作者 梁炳东 第10章 单片机与其他器件的接口（95页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第 10 章 单片机与其他器件的接口,【本章内容】 本章主要介绍在单片机应用系统中常用的数/模转换器（ADC）、模/数转换器（DAC）、继电器、光电耦合器等输入、输出器件的结构、特性、参数与工作原理，并介绍单片机与这些器件进行连接的接口技术与编程方法。 【项目驱动的学习要点】 运用本章介绍的模/数转换接口技术，给应用项目增加气温探测功能。 运用本章介绍的单片机与光电耦合器、继电器的接口技术，在应用项目中加上电铃驱动电路以及广播设备控制电路。,2,第 10 章 单片机与其他器件的接口,10.1 单片机与D/A转换器的接口 10.2 单片机与A/D转换器的接口 10.3 单片机与继电器的接口
2、10.4 单片机与光电耦合器件的接口 练习题,END,3,10.1 单片机与D/A转换器的接口,10.1.1 D/A转换器 10.1.2 单片机与DAC0832的接口,4,在单片机测控系统中，单片机能直接处理的是数字量，而被控对象却往往是通过模拟量来进行控制的。这就需要将单片机输出的数字量转换为相应的模拟量，用于驱动相应的执行机构动作，实现对被控对象的控制。能完成这一工作的器件叫数/模转换器，简称D/A转换器（或DAC）。,10.1.1 D/A转换器,5,D/A转换器的原理可概括为“按权展开，然后求和”，即把数字量的每一位都按其权值分别转换为相应的模拟量，然后进行求和，便可得到与该数字量对应的
3、模拟量。 下面以T型电阻网络D/A转换器为例进行介绍。,1D/A转换器的原理,6,图10-1 8位T型电阻网络D/A转换器原理图,T型电阻网络D/A转换器,7,T型电阻网络的桥上电阻均为R，桥臂电阻均为2R，待转换的数字量首先通过D7D0传送到数据锁存器（或寄存器）中，然后由电子开关把数字量转换为对应的电子开关通/断状态：当数字量某位为1时，电子开关就将基准电压源VREF接入电阻网络的相应支路；若为时，则将该支路接地。各支路的电流信号经过电阻网络加权后，由运算放大器求和并变换成电压信号，从而得到与输入数字量相对应的模拟量作为D/A转换器的输出。,8位T型电阻网络D/A转换器原理分析：,8,假设
4、输入的数字量D7D0为1111 1111B，由图10-1可以得到：,输出表达式的推导过程:,I = VREF/R I7 = I/21 I6 = I7/2 = I/22 I5 = I6/2 = I/23 I4 = I5/2 = I/24 I3 = I4/2 = I/25 I2 = I3/2 = I/26 I1 = I2/2 = I/27 I0 = I1/2 = I/28 IO1 = I7 + I6 + I5 + I4 + I3 + I2 + I1 + I0 = (I/28) (27 + 26 + 25 + 24 + 23 + 22 + 21 + 20) = (VREF/R)/28) (27 +
5、26 + 25 + 24 + 23 + 22 + 21 + 20),9,VO = Ifb Rfb = IO1 R = (VREF/R)/28) (27 + 26 + 25 + 24 + 23 + 22+ 21 + 20) R = (VREF/28) (27 + 26 + 25 + 24 + 23 + 22 + 21 + 20),若选取Rfb = R，考虑到图10-1中运算放大器的反相输入端处可以看作“虚地”，则有: Ifb = IO1 因此，可以得到：,输出表达式的推导过程:,10,事实上，输入的数字量D7D0并不一定是全1。若它们中的某些位为0时，对应的电子开关就会打在0的位置，将对应的支路
6、接地，使接地支路的电流不参加求和。为此，可将上式用通式表示为： VO = (VREF/28) (D7 27 + D6 26 + D5 25 + D4 24 + D3 23 + D2 22 + D1 21 + D0 20) 输出电压VO正好是将输入数字量“按权展开，然后求和”，所得到的模拟量与数字量一一对应。这样便完成了数字量到模拟量的转换。,输出表达式的推导过程:,11,（1）分辨率 （2）转换精度 （3）线性度 （4）建立时间 （5）其他参数指标,2D/A转换器的主要性能指标,12,DAC的分辨率用来衡量D/A转换器对输入的数字量与输出模拟量的分辨能力。 DAC对输入数字量的分辨率:由于数字
7、量是用二进制数表示的，二进制的最低有效位（LSB）在数值上等于1，所以DAC对数字量能分辨的最小量就是1，也就是说DAC对输入数字量的分辨率为1。或者说是1个LSB。这对任何DAC器件来说都是一样的，所以人们更关心是对模拟量的分辨率，并用模拟量的分辨率来表示DAC的分辨率。,（1）分辨率,13,DAC对输出模拟量的分辨率：当DAC的输入数字量变化1个LSB时，所对应的输出模拟量的变化量。与ADC输入数字量的位数以及满量程值的大小有关，可按下式计算： 分辨率 = 满量程值/2n 式中，n是DAC输入数字量的二进制位数。,例如，假设满量程值为5V，则 采用8位DAC时，分辨率 = 5V/28 =
8、19.5mV 采用12位DAC时，分辨率 = 5V/212 = 1.22mV 显然，DAC的位数越多，其分辨率就越高。所以也常常直接用DAC的位数来表示其分辨率。,14,转换精度用于衡量DAC转换输出的实际模拟值与理论输出值的接近程度。用两者的绝对误差或相对误差表示，相应地称为绝对精度和相对精度。,（2）转换精度,15,绝对精度（简称精度）是指在不超出量程范围内，任一输入数字量所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。 例如，一个8位、满量程值为5V的D/A转换器，在理想情况下，当DAC的输入数字量变化1个LSB时，所对应的输出模拟量的变化量应是19.5mV。但实际情况下，会因各种原因导
9、致输出值发生偏移，假设这个偏移值为 9.75mV（即19.5mV/2），则称这个DAC的绝对精度为 （1/2）LSB，或称其最大误差为1LSB。,绝对精度,16,相对精度则是用最大误差相对于满刻度的百分比表示。 如上述例子中的相对精度应为19.5mV/5V = 0.39%。,相对精度,17,线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。常以该偏差相对于满量程的百分比表示，如 1%线性度是指实际输出值与理论值之差在满刻度的 1%以内。也可直接用该偏差值表示，一般要求该值不大于 1/2LSB。,（3）线性度,18,建立时间是指从DAC输入的数字量发生变化时开始，到模拟输出
10、量达到对应终值1/2LSB所需要的时间，是描述D/A转换速率的一个指标。根据建立时间的长短，可以将DAC分成超高速（ 1s ）、高速（101s）、中速（10010s）和低速（ 100s）4挡。,（4）建立时间,19,其他参数指标包括工作温度、最低功耗等。,（5）其他参数指标,20,常用的8位DAC芯片有DAC0830、DAC0831、DAC0832、DAC0834、DAC0838等。 下面以DAC0832为例进行介绍。,3常用的D/A转换芯片,21,分辨率：8位。 电流建立时间：1s。 数据输入方式：双缓冲、单缓冲或直通方式 线性度： 1/2LSB。 逻辑电平输入与TTL电平兼容。 能与所有常
11、用的微处理器直接互连。 供电：单一电源， +5 +15V。 功耗：20m。 工作温度：0 + 70到 55 +125（在芯片上用不同的后缀加以分档）。,（1）DAC0832的主要性能和技术参数,22,图10-2 DAC0832内部结构框图,（2）DAC0832的内部结构,23,采用DIP封装的DAC0832，共有20条引脚，如图10-3所示。,（3）DAC0832的外部引脚,图10-3 DAC0832外部引脚,24, DI7DI0：8位数字量输入引脚。 IOUT1、IOUT2：电流模拟量输出引脚，当输入数字量全为1时，IOUT1输出电流最大，IOUT2输出电流最小；当输入数字量为全0时，情况相
12、反，IOUT2最大，IOUT1最小。IOUT1 + IOUT2为一个常数,DAC0832各引脚的名称、功能, ILE：锁存允许信号输入引脚。 ：片选信号输入引脚，和锁存允许信号ILE共同决定 是否起作用。 ：写信号1输入引脚，当ILE为1且 、 同时为0时，与门M1输出为1， 为0，将输入数字量锁存到输入寄存器中。,25, ：写信号2输入引脚，当 与 同时为0时，与门M3输出为1， 为0，可将输入DAC寄存器的数据输出到D/A转换器。 ：数据传送控制信号输入引脚，与 信号配合，用于控制DAC寄存器。 Rfb：集成在DAC0832片内的外接运放反馈电阻引出脚，可以直接接到外接运算放大器的输出端，
13、构成负反馈回路。,26, VREF：参考电压输入引脚，电压范围为 10V +10V。 Vcc：电源输入引脚，电压范围为 +5V +15V。 AGND、DGND：模拟量接地引脚和数字量接地引脚。通常可将它们接在一起。,27,通过对DAC0832内部的输入锁存器和DAC寄存器进行适当的控制就可以使DAC0832工作于直通、单缓冲和双缓冲3种方式。,10.1.2 单片机与DAC0832的接口,28,当DAC0832芯片的片选信号 ，写信号 、 及传送控制信号 的引脚全部接地，允许输入锁存信号ILE引脚接 +5V时，DAC0832芯片就处于直通工作方式，输入的数字量直接进入输入寄存器、DAC寄存器并直
14、达D/A转换器，进行D/A转换。此方式适用于进行无条件数/模转换的场合。,1直通方式,29,单缓冲方式是指DAC0832内部的两个寄存器，一个处于直通状态，另一个受单片机控制的工作方式；或者是指两个寄存器均由单片机同时选通的工作方式。如图10-4（a）、（b）所示。,2单缓冲方式,30,图10-4 单片机与DAC0832的单缓冲方式接口电路(a),DAC0832的单缓冲方式接口电路（a）,31,图10-4 单片机与DAC0832的单缓冲方式接口电路(b),DAC0832的单缓冲方式接口电路（b）,32,在图10-4（a）、（b）中，DAC0832的地址均为为7FFFH，只要单片机执行如下指令，
15、就可以进行D/A转换并输出。,单缓冲方式D/A转换程序 ：,MOV A, #data ; 待转换数字量送A MOV DPTR, #7FFFH ; P2.7=0, 指向DAC0832口地址 MOVX DPTR, A ; 待转换数字量送 入DAC0832, 启动D/A转换,33,VO = (VREF/28) (D7 27 + D6 26 + D5 25 + D4 24 + D3 23 + D2 22 + D1 21 + D0 20),图10-4的输出电压,在图10-4，DAC0832的IOUT2接地，IOUT1接运放的反相输入端，经运算放大器后，便得到单极性电压输出。其大小按前面介绍过的式子计算：,34,下面以利用图10-4产生锯齿波、三角波与梯形波为例，说明单片机控制DAC0832在单缓冲方式下的应用。,DAC0832在单缓冲方式下的应用,35,产生锯齿波的程序如下： ORG 0100H SATRT：MOV DPTR, #7FFFH ; 指向DAC0832 MOVX DPTR, A ; 启动D/A转换 INC A ; 待转换数字量加1 SJMP START ; 循环进行D/A转换 END,（1）产生锯齿波,图10-5 单片机通过DAC0832产生的波形,36,ORG 0200H SATRT：CLR A ; 数字量初值 MOV
