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本章内容:. 8.1 D/A 转换器及其与单片机接口. 第 8 章 80C51 的测控接口. 8.2 A/D 转换器及其与单片机接口. 8.3 开关量接口. I3 = I /2 5. I0 = I /2 8. I2 = I /2 6. I 7 = I /2 1. I5 = I /2 3. I6 = I /2 2. I4 = I /2 4. I1 = I /2 7. I. I7. I6. I5. I4. I3. I2. I1. I0. R. R. R. R. Vref. R. R. R. R. I5. I3. I1.

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  1. 本章内容: 8.1 D/A转换器及其与单片机接口 第8章 80C51的测控接口 8.2 A/D转换器及其与单片机接口 8.3 开关量接口

  2. I3=I/25 I0=I/28 I2=I/26 I7=I/21 I5=I/23 I6=I/22 I4=I/24 I1=I/27 I I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 R R R R Vref R R R R I5 I3 I1 I6 I4 I2 I0 I7 2R 2R 2R 2R 2R 2R 2R 2R R Rfb 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 I01 I01=I7+I6+‥+I0 =(I/28)(27+‥+ 20) D7~D0=1111 1111时 Vo=-(Vref/28)(27+‥+ 20) 当Rfb=R时 --- I02 + Vo D5 D3 D1 D7 D6 D4 D2 D0 8.1 D/A转换器及其与单片机接口 I=Vref/R 8.1.1 D/A转换器的原理及主要技术指标 一、D/A转换器的基本原理及分类 T型电阻网络:

  3. 分辨率:输入数字量最低有效位发生变化时,所对应输出模拟量的变化量。分辨率:输入数字量最低有效位发生变化时,所对应输出模拟量的变化量。 二、D/A转换器的主要性能指标 例:5V满量程,8位DAC时,分辨率:5V/256=19.5mV; 12位DAC时,分辨率:5V/4096=1.22mV。 可见,位数越多分辨率就越高。 表示为:位数或FS/2n • 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。常以相对于满量程的百分数表示。 例:±1%是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±1%以内。

  4. 绝对精度(精度):整个刻度内,任一输入对应的模拟量输出值与理论值间的最大误差。绝对精度(精度):整个刻度内,任一输入对应的模拟量输出值与理论值间的最大误差。 • 增益误差(输入数码全1时,输出值与理想值之差) • 零点误差(数码输入全0时,DAC的非零输出值) • 非线性误差和噪声等 绝对精度(即最大误差)应小于1个LSB。 • 相对精度:最大误差相对于满刻度的百分比

  5. 建立时间:输入的数字量满刻度变化时,输出信号达到满刻度值的±1/2LSB所需的时间。建立时间:输入的数字量满刻度变化时,输出信号达到满刻度值的±1/2LSB所需的时间。 • 电流输出型建立时间短 • 电压输出型建立时间决定于运放的响应时间。 精度和分辨率的不同: 位数提高时,分辨率会提高;但其它误差(如温度漂移、线性不良等)影响仍会使精度变差。

  6. 电流形式输出,主要特性: 8.1.2 DAC0832芯片及其与单片机接口 • 分辨率:8位 • 电流建立时间:1μS • 数据输入:双缓冲、单缓冲或直通方式 • 输出电流线性度:满量程下调节 • 逻辑电平:TTL电平兼容 • 单一电源:+5V~+15V • 低功耗:20mW

  7. 高电平:数据进入 负跳变:锁存 与WR1控制作用类似 ILE与CS有效,WR1低时数据进入 一、DAC0832内部结构及引脚

  8. 二、DAC0832与80C51单片机的接口 1、单缓冲工作方式 适于一路输出,或几路输出不要求同步的系统。

  9. 双极性输出:(偏移码:补码符号位取反) 可推出:VOUT=(D-27)x VREF / 27 分辨率比单极性时降低1/2(最高位作为符号位,只有7位数值位)。 当D= 127,偏移码为1111 1111, VOUT= VREF-1LSB 当D=-127,偏移码为0000 0001, VOUT=-(VREF-1LSB)

  10. 2、双缓冲工作方式 多路D/A转换输出,且要求同步输出时。

  11. 完成两路D/A同步输出的程序: MOVDPTR,#0DFFFH ;指向0832(1)输入锁存器 MOV A,#data1 MOVX @DPTR,A ;data1送入0832(1)输入锁存器 MOV DPTR,#0BFFFH ;指向DAC0832(2)输入锁存器 MOV A,#data2 MOVX @DPTR,A ;data2送入0832(2)输入锁存器 MOV DPTR,#7FFFH ;同时启动0832 (1)、0832(2) MOVX @DPTR,A ;完成D/A转换输出 3、直通工作方式 直通方式,数字量一旦输入,就直接进入DAC寄存器,进行D/A转换。

  12. 8位比较完,输出结果 最高位先置1,其余全0 VIN与80H对应的VN比较 VIN大,本位D7置1,下位置1 VIN小,本位D7置0,下位置1 如此类推。。。。 8.2 A/D转换器及其与单片机接口 8.2.1 A/D转换器的原理及主要技术指标 一、逐次逼近式ADC的转换原理

  13. 然后对标准电压进行反向积分 • VIN大,积分时间长; • VIN小,积分时间短; 对VIN进行固定时间T积分 • VIN大,积分输出电压高; • VIN小,积分输出电压低; 二、双积分式ADC的转换原理 脉冲计数值与VIN对应

  14. 分辨率:使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量分辨率:使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量 三、A/D转换器的主要技术指标 如:10V满刻度的12位ADC能分辨输入电压变化最小值是10V×1/ 212=2.4mV。 表示为:位数或FS/2n • 量化:用数字量近似表示模拟量的过程 • 量化误差:用有限位数进行量化引起的误差

  15. 图示:理想特性(直线)与阶梯状特性间的最大偏差--量化误差:图示:理想特性(直线)与阶梯状特性间的最大偏差--量化误差: -1LSB 向左平移后,±1/2LSB

  16. 偏移误差:指输入为零时,输出信号不为零的值(又称零值误差)。偏移误差:指输入为零时,输出信号不为零的值(又称零值误差)。 • 满刻度误差:满刻度数码对应的实际输入电压与理想电压之差(又称增益误差)。 • 线性度:指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差(又称为非线性度)。 • 绝对精度:任何数码所对应的实际模拟量输入与理论模拟输入之差的最大值。包括了所有的误差。 • 转换速率:每秒转换的次数。

  17. 8.2.2 ADC0809芯片及其与单片机的接口 主要性能 • 分辨率:8位 • 精度:小于±1LSB • 单+5V供电,模拟输入电压范围为0~+5V • 8路输入模拟开关 • 可锁存三态输出,输出与TTL电平兼容 • 功耗:15mW • 不必进行零点和满度调整 • 转换时间:时钟640KHz时,约为100μS。(时钟频率范围:10~1280KHz)

  18. 启动转换 时钟 转换结束时为1 8路模拟量输入 一、ADC0809的内部结构及引脚功能 通道地址输入 地址锁存允许 8位数字量输出 输出控制

  19. 二、ADC0809与单片机的接口 1、查询方式 查询,为0时完成;中断,下降沿完成

  20. 例:对8路模拟信号轮流采样一次,并依次把转换结果存储到片内RAM以DATA为起始地址的连续单元中。例:对8路模拟信号轮流采样一次,并依次把转换结果存储到片内RAM以DATA为起始地址的连续单元中。 MAIN:MOV R1,#DATA ;置数据区首地址 MOV DPTR,#7FF8H ;指向0通道 MOV R7,#08H   ;置通道数 LOOP:MOVX @DPTR,A   ;启动A/D转换 HER:JB P3.3,HER;查询A/D转换结束 MOVX A,@DPTR   ;读取A/D转换结果 MOV @R1,A    ;存储数据 INC DPTR     ;指向下一个通道 INC R1      ;修改数据区指针 DJNZ R7,LOOP   ;8个通道转换完否? ……

  21. 2、中断方式 读取IN0通道的模拟量转换结果,送至片内RAM以DATA为首地址的连续单元中。 ORG 0013H    ;中断服务程序入口 AJMP PINT1 ORG 2000H MAIN:MOV R1, #DATA ;置数据区首地址 SETB IT1    ;为边沿触发方式 SETB EA      ;开中断 SETB EX1     ;允许中断 MOV DPTR,#7FF8H ;指向IN0通道 MOVX @DPTR,A   ;启动A/D转换 LOOP:NOP         ;等待中断 AJMP LOOP

  22. ORG 2100H  ;中断服务程序入口 PINT1:PUSH PSW    ;保护现场 PUSH ACC PUSH DPL PUSH DPH MOV DPTR, #7FF8H MOVX A,@DPTR  ;读取转换后数据 MOV @R1,A   ;数据存入以RAM INC R1     ;修改数据区指针 MOVX @DPTR,A  ;再次启动A/D转换 POP DPH     ;恢复现场 POP DPL POP ACC POP PSW RETI ;中断返回

  23. 8.2.3 ADC574芯片及其与单片机的接口 主要性能 • 逐次逼近式,可工作于12位,也可工作于8位。数据有两种读出方式:12位一次读出;8位、4位两次读出。 • 可控三态输出缓冲器,逻辑电平为TTL电平 • 非线性误差:AD574AJ为±1LSB • 转换时间:最大25μS(属中档速度) • 输入模拟信号:单极性时,范围为0V~+10V和0V~+20V,从不同引脚输入;双极性时,范围为0V~±5V和0V~±10V,从不同引脚输入。

  24. 输出码制:单极性输入时,输出数字量为原码,双极性输入时,输出为偏移二进制码。输出码制:单极性输入时,输出数字量为原码,双极性输入时,输出为偏移二进制码。 • 具有+10.000V的高精度内部基准电压源, • 电源:+5V、VCC(+12V~+15V)、VEE(-12V~-15V)。 • 低功耗:典型功耗为390mW。 一、AD574A引脚功能 • DB11~DB0:12位数据总线 • 12/8:模式选择。高电平,12位输出;低电平,分2次输出。

  25. A0:转换宽度选择。为0,12位转换,25 μS ;为1,仅8位转换,16 μS 还作为高8位与低4位选择:为0,高8位有效;为1,低4位有效,采用左对其方式(中间4位为“0”,高4位高阻) 。 低4位+中间4位0 • CS:片选 • R/C:读/转换 • CE:芯片允许 • STS:状态信号,1表示在转换,0表示完成

  26. REFOUT:+10伏基准电压输出 • REFIN:基准电压输入 • BIP OFF:双极性补偿。 • 10VIN:10伏输入端 • 20VIN:20伏输入端 • DG:数字地 • AG:模拟地 • VLOG:+5伏电源 • VCC:+12~+15伏电源 • VEE: -12~-15伏电源

  27. 二、AD574A的单极性和双极性输入 双极性输入 单极性输入

  28. 单极性。 • 从10VIN输入,VFS =10V, 1LSB=10/4096=24(mV); • 从20VIN输入,VFS =20V, 1LSB=20/4096=49(mV)。 双极性。 • VIN在-5V~+5V之间,应从10VIN引脚输入; • VIN在-10V~+10V间,应从20VIN引脚输入。 从AD574A读到的数字量D是偏移二进制码。当信号从10 VIN输入,则VFS=10V,若读得D=FFFH,即1111 1111 1111B=4095,可求得VIN=4.9976 V。

  29. 三、AD574A与单片机的接口 低4位信息利用高4位高阻状态

  30. 转换结果的读取有三种方式 • STS空着,单片机就只能在启动AD574A转换后延时25μS以上再读取转换结果,即延时方式; • STS接80C31的端口线上,单片机就可以采用查询方式。当查得STS为低电平时,表示转换结束; • STS接80C31的INTx 端,则可以采用中断方式读取转换结果。

  31. AD574A的转换程序段: AD574A:MOV DPTR,#0FFF8H ;送端口地址 MOVX ﹫DPTR,A ;启动AD574A SETB P1.0 ;置P1.0为输入 LOOP:JB P1.0,LOOP ;检测P1.0口 INC DPTR ;使R/C为1 MOVX A,﹫DPTR ;读取高8位数据 MOV 41H,A ;高8位内容存入41H单元 INC DPTR ;使R/C、A0均为1 INC DPTR ; MOVX A,﹫DPTR ;读取低4位 MOV 40H ,A ;将低4位内容存入40H单元 ... ... 该程序也可按中断方式设计

  32. 8.2.4 MC14433芯片及其与单片机的接口 3位半双积分A/D转换器: • 具有抗干扰性能好 • 转换精度高(相当于11位二进制数) • 自动校零 • 自动极性输出 • 自动量程控制信号输出 • 动态字位扫描BCD码输出 • 单基准电压,外接元件少,价格低廉等特点。 • 转换速度约1~10次/秒。 在不要求高速转换的场合,如温度控制系统中,被广泛采用

  33. 一、MC14433的内部结构及引脚功能

  34. 转换电压量程:199.9mV或1.999V。 • 基准电压:+200mV或+2V两种。 • 字位动态扫描BCD码输出:千、百、十、个位BCD码轮流地在Q0~Q3端输出,同时在DS1~DS4端出现同步字位选通信号。 外接器件:时钟振荡器外接电阻RC、外接失调补偿电容C0和外接积分阻容元件R1、C1。

  35. 引脚功能如下: • VAG:被测电压VX和基准电压VR的接地端 • VR:外接输入基准电压(+2V或+200mV) • VX:被测电压输入端。 • R1、R1/C1、C1 • 量程为2V时,C1=0.1µF,R1=470kΩ • 量程为200mV时,C1=0.1µF,R1=27kΩ。 • C01、C02:外接失调补偿电容C0端 C0的典型值为0.1µF。

  36. DU:更新转换结果控制端。常与EOC连接 • CLK1和CLK0:时钟振荡器外接电阻端 RC值为300kΩ,时钟频率为147 kHz(每秒约转换9次) • VEE:负电源端,接-5V • VDD:正电源端,接+5V • VSS:数字地。通常将VSS接VAG • EOC:转换周期结束标志。转换结束时输出一个宽度为时钟周期二分之一的正脉冲

  37. OR:过量程标志。过量程时输出低电平。 • DS1~DS4:多路选通脉冲输出端。DS1对应千位,DS4对应个位。 DS1有效时--千位 DS2有效时--百位 DS3有效时--十位 DS4有效时--个位

  38. Q3--0、1 Q0为0 Q3--欠、过 Q0为1 Q2--正、负 • Q0~Q3:BCD码数据输出线。在DS1选通期间,除了表示千位的0、1外,还表示转换值的正、负和欠、过量程,见下表:

  39. 二、MC14433与80C51单片机的接口

  40. 电路及器件连接 • 片内提供时钟发生器,只需外接一个电阻;也可采用外部输入时钟或外接晶体振荡电路。 • 工作电源为±5V,正电源接VDD,模拟部分负电源端接VEE,模拟地VAG与数字地VSS相连为公共接地端。 • 为了提高抗干扰能力,正、负电源分别经去耦电容与VSS端相连。 • 基准电压须外接。可由MC1403通过分压提供+2V或+200mV的基准电压。

  41. DU端与EOC端相连,以选择连续转换方式,每次转换结果都送至输出寄存器。 DU端与EOC端相连,以选择连续转换方式,每次转换结果都送至输出寄存器。 • 转换结果是动态分时输出的BCD码。因此,单片机只能通过并行I/O接口或扩展I/O接口与其相连。 • 读取A/D转换结果可以采用中断方式或查询方式 • 中断方式时,EOC端与80C51外中断端相连 • 查询方式时,EOC端可接入80C51任一个I/O口或扩展I/O口。

  42. 例: 当80C51开放CPU中断,允许外部中断1中断申请,并置外部中断为边沿触发方式,在执行后面程序后,每次A/D转换结束时,都将把A/D转换结果数据送入片内RAM中的2EH、2FH单元。

  43. 初始化程序: INI1:SETB IT1 ;选择为边沿触发方式 MOV IE,#10000100B ;CPU开中断,外中断允许 ... ... 中断服务程序: PINT1:MOV A,P1 JNB ACC.4,PINT1 ;等待DS1选通信号 JB ACC.0,PEr ;是否过、欠量程,是则转Per JB ACC.2,PL1 ;结果是正或负,0为负 SETB 77H ;负数符号置1 AJMP PL2 PL1:CLR 77H ;正数,符号位置0 PL2:JB ACC.3,PL3 ;千位数为0或1

  44. SETB 74H ;千位数置1 AJMP PL4 PL3:CLR 74H ;千位数置0 PL4:MOV A,P1 JNB ACC.5, PL4 ;等待百位BCD 码选通信号DS2 MOV R0,#2EH XCHD A,@R0 ;百位数送入2EH低4位 PL5:MOV A,P1 JNB ACC.6,PL5 ;等待十位数选通信号DS3 SWAP A ;高低4位交换 INC R0 ;指向2FH单元 MOV @R0,A ;十位数送入2FH高4位 PL6:MOV A,P1 JNB ACC.7,PL6 ;等待个位数选通信号DS4 XCHD A,@R0 ;个位数送入2FH低4位 RETI ;中断返回 PEr:SETB 10H ;置过、欠量程标志 RETI ;中断返回

  45. 8.3 开关量接口 8.3.1 开关量输入接口 一、扳键开关与单片机的接口

  46. 读扳键开关状态程序段: CLR P1.0 ;准备选通和读入开关状态 MOVX A,@R0 ;(R0)可为随机值 RRC A JNC KS1 ;如P0.0为低电平,转KS1 LJMP KF1 ;P0.0为高电平,执行KF1程序 KS1:RRC A JNC KS2 ;如P0.1为低电平,转KS2 LJMP KF2 ;P0.1为高电平,执行KF2程序 ……‌ KS7:RRC A JNC ELSE ;如P0.7为低电平,转ELSE LJMP KF8 ;P0.7为高电平,执行KF8程序 ELSE:……‌

  47. 二、拨盘开关与单片机的接口

  48. 接口程序如下: BCD:CLR P1.0 ;准备选通和读入2位BCD码 MOVX A,@R0 ;自P0口读2位BCD码 ANL A,#0FH ;取个位数 MOV 20H,A ;存入片内RAM 的20H单元 MOVX A,@R0 ;重读2位BCD码 ANL A,#0F0H ;取十位数 SWAP A ;调整到低半字节 MOV 21H,A ;存入片内RAM的21H单元 RET

  49. 8.3.2 开关量输出接口 一、输出接口的隔离 光耦合器:把发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内。

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