《单片机原理及接口技术 第3版课件(梅丽凤)第9章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理及接口技术 第3版课件(梅丽凤)第9章（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、清华大学出版社 北京交通大学出版社 ISBN 978-7-81123-160-1 梅丽凤梅丽凤主编主编第第9 9章章 MCS-51MCS-51单片机的接口技术单片机的接口技术 9.1 9.1 人机通信接口技术人机通信接口技术 9.2 A/D9.2 A/D转换器转换器 9.3 D/A9.3 D/A转换器转换器 9.4 9.4 开关量输入开关量输入/ /输出接口输出接口9.1.1 9.1.1 键盘接口技术键盘接口技术9.1.2 9.1.2 显示接口技术显示接口技术9.1.3 9.1.3 键盘、显示组合接口举例键盘、显示组合接口举例9.1 9.1 人机通信接口技术人机通信接口技术9.1.1 9.1.
2、1 键盘接口技术键盘接口技术1.键盘键盘 为了控制一些系统运行状态,就要向其输入命令或数据需要键盘实现 键盘：数字键、功能键、组合控制键 键盘均是以按键开关来设置控制功能或输入数据。2.键盘输入接口与软件应解决的任务键盘输入接口与软件应解决的任务 1 1) )键开关状态的可靠输入键开关状态的可靠输入 键盘的操作是利用机械触点的合、断作用。键盘的操作是利用机械触点的合、断作用。 由于机械触点的弹性作用，闭合及断开瞬间均由于机械触点的弹性作用，闭合及断开瞬间均有抖动，出现负脉冲，时间有抖动，出现负脉冲，时间5 510ms10ms。去除抖动的措施去除抖动的措施：硬件和软件两种：硬件和软件两种 软件去
3、除抖动软件去除抖动：检测到有键按下，执行一个：检测到有键按下，执行一个10ms10ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则可确持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则可确认有键按下，从而消除了抖动的影响。认有键按下，从而消除了抖动的影响。2)2)按键编码与键号定义按键编码与键号定义 按键或键盘都通过按键或键盘都通过I/OI/O口线查询按键的开关状态。口线查询按键的开关状态。键盘的结构不同，采用的编码也不同。最后都要键盘的结构不同，采用的编码也不同。最后都要转换为与累加器中的数值相对应的键值，以实现转换为与累加器中的数值相对应的
4、键值，以实现按键功能程序的转移。按键功能程序的转移。3)3)按键监测与编制键盘程序按键监测与编制键盘程序 是否有键按下的检测方式是否有键按下的检测方式：中断和查询：中断和查询 编制键盘控制程序时应考虑的问题编制键盘控制程序时应考虑的问题： （1 1）监测有无按键按下。）监测有无按键按下。 （2 2）有键按下后，要去除抖动影响。）有键按下后，要去除抖动影响。 （3 3）有可靠的逻辑处理办法，只处理一个按键。）有可靠的逻辑处理办法，只处理一个按键。 （4 4）给出确定的键号以满足散转指令要求。）给出确定的键号以满足散转指令要求。3.独立式按键独立式按键1)1)独立式按键结构独立式按键结构 独立式按
5、键是指每个按键单独占用一根独立式按键是指每个按键单独占用一根I/OI/O口线。口线。每根每根I/OI/O口线上按键的工作状态不会影响其他口线上按键的工作状态不会影响其他I/OI/O口线的工作状态。见图口线的工作状态。见图9-39-32)2)独立式按键的软件结构独立式按键的软件结构 下面给出查询方式的键盘程序下面给出查询方式的键盘程序, ,它只包括按键查它只包括按键查询、键功能程序转移。询、键功能程序转移。FUN0FUN0FUN7 FUN7 为功能程序入口地址标号为功能程序入口地址标号. .SUB0SUB0SUB7SUB7分别为每个按键的功能程序。分别为每个按键的功能程序。键盘电路有独立式按键和
6、矩阵式按键电路两种键盘电路有独立式按键和矩阵式按键电路两种图图9-3 9-3 独立式键盘结构独立式键盘结构StartStart：MOV P1,#0FFHMOV P1,#0FFH；置；置I/OI/O口为输入方式口为输入方式 MOV AMOV A，P1 P1 ；读入键状态读入键状态 CPL ACPL A JZ Start JZ Start ；无键按下，则返回无键按下，则返回 JB ACC.0JB ACC.0，FUN0 FUN0 ；0 0号键按下转号键按下转 JB ACC.1JB ACC.1，FUN1 FUN1 ；1 1号键按下转号键按下转 JB ACC.2JB ACC.2，FUN2 FUN2 ；2
7、 2号键按下转号键按下转 JB ACC.3JB ACC.3，FUN3 FUN3 ；3 3号键按下转号键按下转 JB ACC.4JB ACC.4，FUN4 FUN4 ；4 4号键按下转号键按下转 JB ACC.5JB ACC.5，FUN5 FUN5 ；5 5号键按下转号键按下转 JB ACC.6JB ACC.6，FUN6 FUN6 ；6 6号键按下转号键按下转 SJMP FUN7SJMP FUN7 FUN0FUN0：AJMP SUB0AJMP SUB0 FUN1 FUN1：AJMP SUB1AJMP SUB1 FUN7 FUN7：AJMP SUB7AJMP SUB7 SUB0 SUB0： LJM
8、P Start LJMP Start SUB1 SUB1： LJMP Start LJMP Start SUB7 SUB7： LJMP Start LJMP Start图图9-4 9-4 矩阵式键盘结构矩阵式键盘结构4.矩阵式键盘矩阵式键盘1)矩阵式键盘电路的结构及工作原理按键排列成行列矩阵式，按键位于行线和列线的交叉点上。节省I/O口线，适合于按键数量较多的场合。2)键盘的工作方式 键盘工作方式有编程扫描方式和中断扫描方式键盘工作方式有编程扫描方式和中断扫描方式. 编程扫描方式编程扫描方式：利用：利用CPUCPU在完成其他工作的空余，在完成其他工作的空余，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求
9、。调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。键键盘扫描程序盘扫描程序一般一般应具有下述应具有下述4 4个功能个功能。 （1 1）判别键盘上有无键按下）判别键盘上有无键按下经过键盘全扫描经过键盘全扫描和逐行逐列细扫描。和逐行逐列细扫描。 （2 2）去除键的抖动影响）去除键的抖动影响延时一段时间延时一段时间。 （3 3）求闭合键的键号。）求闭合键的键号。 （4 4）判别按键是否释放。）判别按键是否释放。 中断扫描方式中断扫描方式：当键盘上：当键盘上有键闭合时产生中断请有键闭合时产生中断请求求，CPUCPU响应中断请求后，转去执行中断服务程响应中断请求后，转去执行中断服务程序，序，在中断服务程序中判别键
10、盘上闭合键的键号，在中断服务程序中判别键盘上闭合键的键号，并做相应的处理并做相应的处理。3)3)键盘接口举例键盘接口举例 下图是一实际键盘接口电路，其配套软件如下：下图是一实际键盘接口电路，其配套软件如下： KS: MOV DPTR，#7FFFH ；键扫程序 CLR P1.0 ；先扫描第一列（0-7号键） MOVX A，DPTR；读入按键状态 MOV 37H，A ；暂存按键状态 CPL A JZ KSK1 ；0-7号键没键操作.则跳 LCALL DL20 ；0-7号键有按键,延时去抖 MOVX A，DPTR ；再读按键状态 XRL A，37H ；和延时前状态一样吗？ JZ KS1 ； 一样，则
11、转去查询键号KSK1:SETB P1.0 ；扫描第二列键,8-F号键 CLR P1.1 MOVX A，DPTR ； 读入按键状态 MOV 37H，A ； 暂存按键状态 CPL A JZ KSK2 ；8-F号键没有键按下，则跳 LCALL DL20 ；8-F号键有按键，则延时去抖 MOVX A，DPTR ；再读按键状态 XRL A，37H ；和延时前的状态一样吗? JZ KS1 ；一样，则转去查询键号KSK2:AJMP KS9；8-F键不存在键操作，则跳KS1: MOVX A，DPTR ;再读按键状态 CPL A JNZ KS1 ；按键还没有松开,等待松开 MOV A，37H ；查询有键操作的键
12、号 JB ACC.0，KS2 ；不是第一个键，则跳 MOV 37H，#00H ；赋键初值 AJMP KS10 KS2:JB ACC.1，KS3 ；不是第二个键，则跳 MOV 37H，#01H； 赋键初值 AJMP KS10KS3: JB ACC.2，KS4 ；不是第三个键，则跳 MOV 37H，#02H ； 赋键初值 AJMP KS10 KS4: JB ACC.3，KS5 ；不是第四个键，则跳 MOV 37H，#03H ；赋键初值 AJMP KS10 KS5: JB ACC.4，KS6 ；不是第五个键，则跳 MOV 37H，#04H ； 赋键初值 AJMP KS10 KS6: JB ACC.5
13、，KS7 ；不是第六个键，则跳 MOV 37H，#05H ； 赋键初值 AJMP KS10 KS7: JB ACC.6，KS8 ；不是第七个键，则跳 MOV 37H，#06H ； 赋键初值 AJMP KS10KS8: JB ACC.7，KS9；不是第八个键，则跳 MOV 37H，#07H ；赋键初值 AJMP KS10 KS9: SETB ACC.7 ；设置键值无效标志 AJMP KS11 KS10: MOV A，37H ；取得按键号码，即键值 ANL A，#07H JNB P1.0，KS11 ；是0-7号键，则跳 SETB ACC.3 ；是8-F键,则置第二列标志KS11: ORL P1，#
14、03H MOV 37H，A ；将键值存入37H单元 RET ；返回9.1.2 9.1.2 显示接口技术显示接口技术1 1LEDLED结构与显示方式结构与显示方式1) LED1) LED显示器结构与原理显示器结构与原理LEDLED显示块是由七段发光二极管组成的显示器件，显示块是由七段发光二极管组成的显示器件，也称数码管。也称数码管。LEDLED显示块有显示块有共阴极与共阳极两种共阴极与共阳极两种，如图，如图9-69-6。通通常常的的LED LED 显显示示块块中中有有八八个个发发光光二二极极管管，其其中中七七个个发发光光二二极极管管构构成成字字形形“8 8”；用用于于显显示示数数字字和和字字符符
15、，故故称称为为七七段段LEDLED，一一个个发发光光二二极极管管构构成成小小数数点点的的“ ”。七七段段发发光光二二极极管管，再再加加上上小小数数点点位位，共共计计8 8段段，因因此此提提供供给给LEDLED显显示示器器的的字字形形数数据据正正好好一一个个字字节节。其其对应关系如下：对应关系如下： D7D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 dp dp g g f f e e d d c c b b a a （a）共阴极 （b）共阳极 （c）管脚配置图9-6 7段LED显示块LEDLED显示块与单片机接口显示块与单片机接口非常容易。非常容易。只
16、要只要将一个将一个8 8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即即可。可。8 8位并行输出口输出不同的字节数据可显示位并行输出口输出不同的字节数据可显示不同的数字或字符，如表不同的数字或字符，如表9-19-1所示。所示。通常通常将控制发光二极管的将控制发光二极管的8 8位字节数据位字节数据称为称为段选段选码或称字形代码码或称字形代码. .公共极（公共极（共阴极或共阳极共阴极或共阳极）称为）称为位选线位选线。共阳极与共阴极的段选码互为补数。共阳极与共阴极的段选码互为补数。段选线控制段选线控制要显示什么样的字符要显示什么样的字符位选线则控制位选线则控制要在
17、哪一位上显示这个字符要在哪一位上显示这个字符表表9-1 9-1 七段七段LEDLED的段选码的段选码 2)LED2)LED显示器与显示方式显示器与显示方式LEDLED显示器有显示器有静态显示和动态显示两种方式静态显示和动态显示两种方式： （1 1）LEDLED静态显示静态显示: :当显示器显示某一字符时，相当显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止，并且显示器应段的发光二极管恒定地导通或截止，并且显示器的各位可同时显示。的各位可同时显示。 在静态显示方式下，每位的段选线（在静态显示方式下，每位的段选线（a adpdp）分别）分别与一个与一个8 8位并行口相连。即每一位显示器需由
18、一个位并行口相连。即每一位显示器需由一个8 8位输出口控制段选码，共阴极或共阳极连接在一起位输出口控制段选码，共阴极或共阳极连接在一起接地或接地或+5V+5V；见图；见图9-89-8 N N位静态显示器要求有位静态显示器要求有N*8N*8根根I/OI/O口线，占用口线，占用I/OI/O口口线资源较多。故在位数较少时采用。线资源较多。故在位数较少时采用。静态显示较小的驱动电流能得到较高的显示亮度。静态显示较小的驱动电流能得到较高的显示亮度。 图9-8 4位静态LED显示器电路（2 2）LEDLED动态显示方式动态显示方式: : 就是一位一位地轮流点亮显示器的各个位，就是一位一位地轮流点亮显示器的
19、各个位，每隔一段时间点亮一位显示器。每隔一段时间点亮一位显示器。 在多位在多位LEDLED显示时，为了简化电路，降低成本，显示时，为了简化电路，降低成本，通常将所有位的段选线并联在一起，由一个通常将所有位的段选线并联在一起，由一个8 8位位I/OI/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的口控制，形成段选线的多路复用。而各位的位位选线选线分别由相应的分别由相应的I/OI/O口线控制。实现各位的分时口线控制。实现各位的分时选通。图选通。图9-99-9是一个是一个8 8位位LEDLED动态显示器电路。动态显示器电路。 8 8位位LEDLED动态显示电路只需要两个动态显示电路只需要两个8 8位位I/
20、OI/O口口。其。其中中一个口控制段选码一个口控制段选码，另一个口控制位选另一个口控制位选。要想。要想每位显示器显示不同的字符，必须每位显示器显示不同的字符，必须采用轮流扫描采用轮流扫描显示方式。显示方式。即在即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。每一瞬间只使某一位显示相应字符。图9-9 8位LED动态显示器电路 段选码由段选码由控制控制I/OI/O口（口（1 1）输出）输出，位选码由位选码由I/OI/O口（口（2 2）输出）输出字符。使字符。使每位显示器每位显示器轮流显示轮流显示应显应显示的字符，并延时一段时间，以造成视觉暂留效示的字符，并延时一段时间，以造成视觉暂留效果。果。 2.2.由由M
21、C14543MC14543构成的静态构成的静态LEDLED驱动接口电路驱动接口电路1 1） MC14543MC14543引脚功能引脚功能 MC14543为4线-七段译码/驱动电路，具有4位二进制锁存、BCD-七段译码和驱动功能。 其各引脚功能如下：M M：输入线，控制输出状态的正反向；输入线，控制输出状态的正反向；BIBI：输入线，用来消隐显示；输入线，用来消隐显示；LDLD：输入线，用来锁存输入线，用来锁存BCDBCD码；码；D0-D3D0-D3：显示数据输入端（显示数据输入端（BCDBCD码）；码）；Ya-YgYa-Yg：BCD-BCD-七段码的七段码的译码译码/ /驱动驱动 输出端；输出
22、端；VDDVDD接电源，接电源，VSSVSS接地。接地。 图9-10 引脚图2 2） 由由MC14543MC14543构成的静态构成的静态LEDLED驱动接口电路驱动接口电路图9-11由MC14543构成的静态LED驱动接口电路。该电路主要由89C51单片机、或非门、MC14543、共阴阳数码管组成。其中，或非门用来产生锁存信号，MC14543完成锁存、译码、驱动，数码管则用来显示。上两个MC14543的地址为0BFFFH，下两个MC14543的地址为7FFFH。只要给出相应的地址，并在单片机的P0口输出BCD码，就会在相应的数码管上显示对应的数据该电路具有硬件成本低，配套软件简单等优点。 9
23、.1.3 键盘、显示器组合接口举例 在单片机应用系统中，键盘与显示是人机通信的最主要方式，因此，键盘与显示设计也是单片机系统必不可少的组成部分。 图9-12是由8155组成的典型的键盘与显示接口电路。在图中，LED段驱动由PB口完成，位驱动由PA口完成，而键盘的扫描输出由PA口完成，键盘的输入由PC口完成。LEDLED采用动态显示采用动态显示、软件译码，键盘采用逐列扫描查询工作方式。 软件参见书中P225-228。 9.2 A/D9.2 A/D转换器转换器9.2.19.2.1 A/D A/D转换技术指标及选择原则转换技术指标及选择原则1. A/D1. A/D转换器的技术指标转换器的技术指标（1
24、）量化误差与分辨率 分辨率分辨率：以输出二进制位数或者BCD码位数表示（2）转换精度转换精度 实际A/D转换器在量化值上与理想A/D转换器进行A/D转换的差值，可表示成绝对误差和相对误差。（3）转换时间转换时间与转换速率 A/D转换器完成一次A/D转换所需要的时间；转换速率为转换时间的倒数。 2. A/D2. A/D转换器的选择原则转换器的选择原则（1 1）根据前向通道的总误差，选择）根据前向通道的总误差，选择A/DA/D转换器的转换器的精度和分辨率。精度和分辨率。（2 2）根据信号对象的变化率及转换精度要求，确）根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定定A/DA/D转换速度，以保证系统的实时
25、性要求。转换速度，以保证系统的实时性要求。（3 3）根据环境条件选择）根据环境条件选择A/DA/D转换器的一些环境参转换器的一些环境参数要求，如工作温度，功耗，可靠性等性能。数要求，如工作温度，功耗，可靠性等性能。（4 4）根据计算机接口特征，考虑选择）根据计算机接口特征，考虑选择A/DA/D转换器转换器的输出状态的输出状态-是并行输出还是串行输出，是二是并行输出还是串行输出，是二进制还是进制还是BCDBCD码等。码等。（5 5）要考虑到芯片的成本，货源是否是主流芯片）要考虑到芯片的成本，货源是否是主流芯片等诸多因素。等诸多因素。9.2.39.2.3 A/D A/D转换器转换器08090809
26、1 1、ADC0809ADC0809转换器的结构转换器的结构 ADC0809是CMOS集成电路的逐次逼近型A/D转换器，其精度为8位，双列直插式28引脚封装。由模拟多路转换器, A/D转换器，三态输出锁存及地址锁存译码器等组成，见图9-18。 2 2、ADC0809ADC0809的引脚功能的引脚功能A/D0809的引脚图如图9-19。 IN0IN7：8个输入通道的模拟量输入端 D0D7：8位数字量输出端 START:START为启动控制输入端； ALE：ALE为地址锁存控制信号端； 这两个信号端可以连接在一起，当通过程序输入一个正脉冲时，便立即开始模/数转换 EOC，OE ：EOC为转换结束脉
27、冲输出端；OE为输出允许控制端；这两个信号端可连接在一起，表示模/数转换结束，EOC端的电平由低变高，打开三态输出锁存器将转换结果的数字量输出到D0D7端。 CLOCK ：时钟输入端 VREF（+），VREF（-），VCC，GND A，B，C：8 路模拟开关的三位地址输入端。 地址与输入通道的对应关系如下：111ABC 通通 道道000001IN1IN0IN73 3、89C5189C51单片机与单片机与ADC0809ADC0809的硬件连接的硬件连接 ADC0809为多通道A/D转换芯片，适用于多通道的数据采集。下图为ADC0809与89C51单片机的接口电路 图中ADC0809作为一个外部扩
28、展并行I/O口，采用P2.7作片选线。ADC0809的口地址为7FF8H7FFFH。 A/D转换程序见P2389.39.3 D/AD/A转换器转换器9.3.19.3.1 D/A D/A转换技术指标转换技术指标 1 1、D/AD/A转换器技术指标转换器技术指标（1 1）分辨率：当输入数字发生单位数码变化时，）分辨率：当输入数字发生单位数码变化时，即即LSBLSB位产生一次变化时，所对应的输出模拟量位产生一次变化时，所对应的输出模拟量（电压或电流）的变化量。（电压或电流）的变化量。 使用中常用输入数字量的位数来表示。使用中常用输入数字量的位数来表示。（2 2）线性度：实际转换特性曲线与理想直线特性
29、）线性度：实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差，并以该偏差相对满量程的百之间的最大偏差，并以该偏差相对满量程的百分数表示。分数表示。（3 3）转换精度：以最大静态转换误差的形式给出。）转换精度：以最大静态转换误差的形式给出。是指转换后所得的实际值对于理想值的接近程是指转换后所得的实际值对于理想值的接近程度。度。（4 4）建立时间：输入数字量变化后模拟输出量稳）建立时间：输入数字量变化后模拟输出量稳定到相应数值范围内所需的时间（定到相应数值范围内所需的时间（tsts）。）。（5 5）温度系数）温度系数1、DAC0832的结构与应用特性的结构与应用特性 DAC0832的逻辑结构及管脚号如图
30、9-36所示。它由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路组成。9.3.2 D/A转换器转换器DAC0832 DAC0832为20脚双列直插式封装结构。 各管脚的功能描述如下： DI0-DI7：8位数据输入端； ILE：数据允许锁存信号； /CS：输入寄存器选择信号； /WR1：输入寄存器写选通信号; 输入寄存器的锁存信号由ILE、CS、WR的逻辑组合产生，LE1为高电平时，输入寄存器状态随输入数据线变化，LE1的负跳变将输入数据锁存；/XFER：数据传送信号；/WR2：DAC寄存器的写选通信号。DAC寄存器的锁存信号LE2由XFER和WR2的逻辑组合而成。LE2为高
31、电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时，输入寄存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换；VREF：基准电源输入端；RFB： 反馈信号输入端；IOUT1 ：电流输出端1，其值随DAC的内容线性变化；IOUT2 ：电流输出端2，IOUT1+IOUT2=常数；VCC：电源输入端；AGND：模拟地； DGND：数字地。 2 2、DAC0832DAC0832和和89C5189C51单片机的接口方法单片机的接口方法（1 1）单缓冲器方式接口）单缓冲器方式接口 图9-38是单缓冲方式接口电路。 将ILE接+5V，寄存器选择信号CS及数据传送信号XFER都与P2.7相连，两级寄存器
32、的写信号都由89C51的WR端控制。当地址线选择好0832后，只要输出WR控制信号，0832就能一步完成数字量的输入锁存和D/A转换输出。 由于0832具有数字量的输入锁存功能，故数字量可以直接从P0口送入。 执行下面指令就能完成一次D/A转换： MOV DPTR，#7FFFH；指向0832 MOV A，#data ；数字量装入累加器 MOVX DPTR，A ；数字量从P0口送0832，完 成一次 D/A输入与转换。 （2 2）双缓冲器同步方式接口）双缓冲器同步方式接口 对于多路D/A转换接口，要求同步进行D/A转换输出时，必须采用双缓冲器同步方式接法。0832具有这种接法时，数字量的输入锁存
33、和D/A转换输出是分两步完成的，即CPU的数据总线分时地向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中，然后CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各个D/A转换器输入寄存器中的数据同时打入DAC寄存器，实现同步转换输出。 图9-39是一个二路同步输出的D/A转换器及接口电路。P2.5和P2.6分别选择两路D/A转换器的输入寄存器，控制输入锁存；P2.7连到两路D/A转换器的XFER端控制同步转换输出；在执行MOVX输出指令时，89C51自动输出WR控制信号。 双缓冲同步方式接口电路执行下面指令可完成两路D/A的同步转换输出。 MOV DPTR，#0DFFFH ；指向0832
34、（1） MOV A，#data1 ；#data送0832(1)中锁存 MOVX DPTR，A MOV DPTR，#0BFFFH；指向0832（2） MOV A，#data2；#data送0832(2)中锁存 MOVXDPTR，A MOV DPTR，#7FFFH；给0832(1),0832(2)提 MOVX DPTR，A；供WR信号,同时完成D/A 转换输出。 3、D/A转换的典型接口电路 两路异步输出的波形发生器接口电路见图9-40。 /WR1与89C51的/WR相连。图中参考电压为+5V，未画出。89C51的其它电路及引脚也被省略。按照图中连线,0832(1)的地址为DFFFH,0832(2
35、)的地址为BFFFH。输出的双极性电压为5V。 双极性D/A转换输出可获得反向锯齿波、正向锯齿波和双向锯齿波信号输出，如图9-41所示。(1)反向锯齿波程序清单： （使用0832（1） MOVDPTR，#0DFFFHDA1： MOVR6，#80HDA2： MOVA，R6 MOVX DPTR，A DJNZ R6，DA2 AJMP DA1(2)正向锯齿波程序清单：DA1： MOV DPTR，#0DFFFH MOVR6，#80HDA2： MOVA，R6 MOVXDPTR，A INC R6 CJNE R6，#0FFH，DA2 AJMP DA1(3)双向锯齿波程序清单： MOVDPTR，#0DFFFH
36、MOVR6，#00HDA1：MOV A，R6 MOVX DPTR，A INC R6 AJMP DA1 (4) 单路三角波电压输出。在0832（1）的双极性端输出0 - +5V变化的三角波。 MOVDPTR，#0DFFFHDA1：MOVR6，#80HDA2：MOVA，R6 MOVX DPTR，A INC R6 CJNE R6，#0FFH，DA2DA3：DEC R6 MOV A，R6 MOVX DPTR，A CJNE R6，#80H，DA3 AJMP DA19.49.4 开关量输入输出接口设计开关量输入输出接口设计 在单片机应用系统设计中，常常会涉及开关量的设计。开关量设计，其最重要的实质是将单片
37、机系统与外部电路隔离开来，所以，开关量输入输出接口设计的核心是外部电路与内部电路的隔离设计。9.4.1 开关量输入接口设计在某些应用场合，需要对外部电路通断状态进行监视，而外部电路中的继电器已经提供了常开常闭触点，此时，可直接利用该触点，将外部电路状态输入给单片机，电路原理图如图9-52所示。图9-52 利用外部继电器触点输入开关量 图9-53 直流电压开关量输入原理图 如果需要对外部直流电压开关量进行监视，则可采用图9-53 所示的电路。电路中，外部电路所加的电阻为限流电阻，内部电路的非门则是用来整定开关量的输入电平为标准TTL电平。 在某些单片机的应用设计中，需要输入交流开关量，这时就必须
38、将外部的交流信号转换成单片机可以接受的信号形式，图9-54给出了交流市电开关量输入的原理图。如果外部所要监视的是弱交流信号，则可先将该信号放大，再送到该电路上去。 图9-54 交流开关量输入原理图9.4.2 开关量输出接口设计 单片机控制系统的开关信号，往往是通过芯片给出的低压电流如TTL电平信号，这种电平信号一般不能直接驱动外设，而需经接口转换处理后才能驱动外设；许多外设如大功率交流接触器，制冷机等在开关控制过程中会产生较强的电磁干扰信号，如不加隔离可能会串到测控系统中，造成系统误动作或破坏。 因此，在接口处理中，还应包括隔离技术在接口处理中，还应包括隔离技术。下面介绍几种输出接口隔离技术，
39、见图9-55 。 （a）输入输出通道使用各自电源 （b）输入输出通道使用同一电源图9-55 三极管输出型光电隔离开关量输出原理图 图9-55（a）为三极管输出型光电隔离开关量输出电路原理图。 开关控制信号由单片机输出加于发光二极管侧，当发光二极管中通过电流时发光，该光信号被光敏三极管接收，使其导通，从而，在三极管侧产生开关输出信号，以达到开关控制的目的。 利用光电隔离器实现输出端的通道隔离时，还应该注意，被隔离的通道两侧必须单独使用各自的电源。即用于驱动发光管的电源与驱动光敏三极管的电源不应是共地的电源。对于隔离后的输出通道必须单独供电，否则，如果使用同一个电源，外部干扰信号可能通过电源串到系
40、统中来，如图9-55（b）所示，这样就失去了隔离的意义。 有时为了供电方便，或者使用的是可控硅型光隔，其输出端有380V或220V的交流电压，需要将光电隔离器安装于与测控系统有一定距离的控制柜中，此时对光隔的驱动可接成20mA电流环的形式，以增强驱动端的抗干扰能力，如图9-56所示。图中R1和R4为限流电阻，其作用是限制传输线上的电流为20mA。由于有些光隔的导通电流较小，如10mA，需用R3分流一部分。为显示光隔的状态，可在回路中串接一个发光二极管，当光隔导通时，LED亮，而当光隔截止时，LED灭，利用该指示灯可以判断驱动不正常时，故障在隔离前还是在隔离后，从而给维修带来方便。R2的作用是分
41、流，以防LED过流。有时为防高频干扰对光隔输入端的影响，可在输入电路两端加一滤波电容。 对于低压情况下开关量控制输出，可采用晶体管，OC门或运放等方式输出，如驱动低压电磁阀、指示灯、直流电机等，如图9-57所示。 图9-57 低压开关量输出原理图 需要注意的是，在使用OC门时，由于其为集电极开路输出，在其输出为“高”电平状态时，实质只是一种高阻状态，必须外加上拉电阻，输出驱动电流由VCC经外加上拉电阻提供，只能直流驱动，并且OC门的驱动电流一般不大，在几十毫安数量级。如果被驱动设备所需驱动电流较大，则可采用三极管输出方式，如图9-58所示。图9-58 低压开关量三极管输出方式 继电器控制方式的
42、开关量输出，是目前最常用的一种输出方式，一般在驱动大型设备时，往往利用继电器作为测控系统输出到输出驱动级之间的第一级执行机构，通过第一级控制输出，可完成从低压直流到高压交流的过渡。 图9-59所示，在经光隔后，直流部分给继电器供电，而其输出部分则可直接与380V或220V交流市电相接。图9-59继电器控制方式的开关量输出 继电器输出也可用于低压场合，与晶体管等低压输出驱动器相比，继电器输出时，输入与输出端有一定的隔离作用。但由于采用电磁吸合方式，在开关瞬间，触点容易产生火花，从而引起干扰；对于交流高压等场合使用，触点也容易氧化；同时，由于继电器的驱动线圈有一定的电感，在关断瞬间可能会产生较高的
43、反压，因此，在对继电器的驱动电路上常常反接一个保护二极管（称为续流二极管）用于放电。 不同的继电器，允许驱动的电流也不一样，在电路设计时，可适当加入限流电阻，如图9-59中的电阻R2。 在某些需要较大驱动电流的场合，可在光隔与继电器之间再接一级三极管以增加驱动电流。 由于双向可控硅的广泛应用，与之配套的光电隔离器已有现成的产品，这种器件一般称为光耦合双向可控硅驱动器，常用的有MOC3000系列等，用于不同的负载电压使用，如MOC3011用于110V交流，而MOC3041等可用于220V交流使用，图9-60（a） 是MOC3011与双向可控硅的典型接线图。 （b） MOC3041与双向可控硅的典
44、型接线图图9-60 光隔与双向可控硅的典型接线图 固态继电器（SSR）是近年来发展起来的一种新型电子继电器，其输入控制电流小，用TTL、HTL、CMOS等集成电路或加简单的辅助电路就可直接驱动。因此，适合于在微机测控系统中作为通道的控制元件；其输出利用晶体管或可控硅驱动，无触点。与普通的电磁式继电器和磁力开关相比，具有无机械噪声，耐冲击，抗潮湿，抗腐蚀等优点 。 固态继电器按其负载类型分类： 分为直流型（DC-SSR）和交流型（AC-SSR）。（1）直流型SSR 可分为三端型和二端型，其中二端型是近年来发展起来的多用途开关，主要应用于直流大功率控制场合。 由于DC-SSR的输入端为一光隔，所以
45、，可用OC门或晶体管直接驱动，驱动电流一般小于15mA，输入电压为4-32V。在设计电路时，输入端可选适当的电压和限流电阻R1；由于输出端为晶体管输出，所以，输出固态电流一般小于5mA，输出端工作电压为30-180V（5V开始工作），开关时间小于200微秒，绝缘度为7.5KV/S。 在具体电路设计时，可根据不同的需要，选用合适的类型。图9-61 为其典型接线图，这里假定负载为感性负载，对于一般阻性负载，可直接加负载设备。 图9-61 直流型SSR接口电路 （2）交流型SSR 可分为过零型和相移型两类，它是用双向可控硅作为开关，用于交流大功率驱动的器件。 非过零型（SSR）：在输入信号时，不管负
46、载电源电压相位如何，负载端立即导通；而过零型必须在负载电源电压接近零且输入控制信号有效时，输出端负载电源才接通。而当输入端的控制电压撤消后，流过双向可控硅负载电流为零时才关断。 对于交流型SSR，其输入电压为4-32V，开关时间小于200微秒，输入电流小于500mA，因此，对其驱动可加接晶体管直接驱动；输出工作电压为交流，可用于380V、220V等常用市电场合；输出断态电流一般小于10mA。 由于采用电子开关（可控硅）作为开关器件，所以，存在通态压降和断态电流。SSR的通态压降一般小于2V，断态电流通常为5-10mA，因此，在使用中要考虑这两项参数，否则，在控制小功率执行器时容易产生误动作。 一般在电路设计时，应让SSR的开关电流至少为断态电流的10倍，负载电流若低于该值，则应并联电阻R3，以提高开关电流。如图9-62所示，当使用感性负载时，也可采用这种方法，以避免误动作。 图9-62 交流型SSR用于小负载接口电路 本章内容到此结束！
