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第 11 章 信号输入输出通道的接口技术

第 11 章 信号输入输出通道的接口技术. 11.1 MCS-51 应用系统输入输出通道结构 11.2 模拟量 ADC 与 DAC 的性能指标及选择要点 11.3 模拟量输入通道的接口技术 11.4 模拟量输出通道的接口技术 11.5 数字量输入通道接口技术 11.6 数字量输出通道接口技术. 退出. 11.1 MCS-51 应用系统输入输出通道结构. 11. 2 ADC 及 DAC 的 性能指标和选择要点. 1 ．分辨率 : 转换位数 n 2 ．转换速率（ A/D): 采样定理 稳定时间（ D/A)

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第 11 章 信号输入输出通道的接口技术

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  1. 第11章 信号输入输出通道的接口技术 11.1 MCS-51应用系统输入输出通道结构 11.2 模拟量ADC与DAC的性能指标及选择要点 11.3 模拟量输入通道的接口技术 11.4 模拟量输出通道的接口技术 11.5 数字量输入通道接口技术 11.6 数字量输出通道接口技术 退出

  2. 11.1 MCS-51应用系统输入输出通道结构

  3. 11. 2 ADC及 DAC的性能指标和选择要点 • 1．分辨率: 转换位数n • 2．转换速率（A/D): 采样定理 • 稳定时间（D/A) • 3．输入电压范围（A/D), • 模拟量输出形式（D/A) • 4．供电电源 • 5．工作环境

  4. 11.3 模拟量输入通道的接口技术 ADC芯片型号很多，在精度、速度和价格方面千差万别，较为常见的ADC主要有逐次逼近型、双积分型和电压频率变换型三种。 双积分型ADC，一般精度高；对周期变化的干扰信号积分为零，因此抗干扰性好；价格便宜，但转换速度慢。 逐次逼近型ADC，在转换速度上同双积分型ADC相比要快得多。精度较高(12位及12位以上的)，价格较高。 电压—频率(V—F)变换型ADC，突出的优点是高精度，其分辨率可达16位以上；价格低廉，但转换速度不高。

  5. 11.3.1 MCS-51与5G14433(双积分型)的接口 一、5G14433A/D转换器的特性及结构 5G14433是上海元件五厂生产的三位半ADC，它是一种双积分型ADC，具有精度高(精度相当于11位二进制ADC)、抗干扰性能好等优点。其缺点是转换速度慢，约1-10次／s。在不要求高速转换的场合，例如温度测控系统中，被广泛采用。5G14433 ADC与Motorola公司的产品MCl4433可以互换。 5G14433ADC的被转换电压量程为199.9mV或1.999V。转换结果以BCD码的形式分4次输出。

  6. (1)VAG：模拟地。 • (2)Vref：外接基准电压(2V或200mV)输入端。 • (3)Vx：被测电压输入端。 • (4)Rl、Rl／C、C：外接积分阻容元件端。外接元件典型值：①当量程为2V时，Cl=0.1luF，R1=470k； • ②当量程为200mV时，Cl=0.1uF，Rl=27k • (5)C01、C02：外接失调补偿电容C0端，C0的典型值为0.1uF。 • (6)DU：更新转换结果输出的输入端。当DU与EOC连接时，每次转换结果都被更新。 • (7)CLKI、CLKO：时钟振荡器外接电阻Rc端。Rc的典型值为470k，时钟频率随着Rc的增加而下降。当CLKO为66kHz时，5G14433工作在最佳状况，CLKO最高不超过300kHz。 • (8)VEE：模拟部分的负电源端，接-5V。 • (9)Vss：数字地。VDD：正电源端。

  7. (10)EOC：转换周期结束标志输出。每当转换周期结 束，EOC端输出一个宽度为时钟周期一半的正脉冲。 (11)/OR：过量称标志输出。当1Vx1>Vref时，/OR端输出低电平。 (12)DSl—DS4：多路选通脉冲输出端。DSl对应千位，DS4对应个位。如图所示。

  8. (13)Q0—Q3：BCD码数据输出线。其中Q0为最低位，Q3为最高位。当DS2、DS3、DS4选通期间，输出三位完整的BCD码(百位、十位、个位)；但在DSl选通期间，输出端Q0—Q3除了表示千位为0或1外，还表示了转换结果的正负极性和欠量程还是过量程，其含义： DS1 Q3 Q2 Q1 Q0 输出结果状态 —————————————— 1 1 x x 0 千位数为0 1 0 x x 0 千位数为1 1 x 1 x 0 输出结果为正 1 x 0 x 0 输出结果为负 ——————————————————————— 1 0 x x 1 输入信号过量程 1 1 x x 1 输入信号欠量程

  9. 二、5G14433和MCS—51的接口 由于5G14433的结果输出是动态的，Q0—Q3和DSl—DS4都不是总线式的，因此必须通过并行接口和MCS—51相连。图为5G14433和8031P1口相连的接口逻辑。

  10. 将A／D转换结果存人8031内部RAM的20H、21H单元，按如下格式存放：将A／D转换结果存人8031内部RAM的20H、21H单元，按如下格式存放： 设8031内部RAM可寻址位10H设为量程错标志位。 读取A／D转换的结果。 程序清单如下： PINT1: MOV A，P1 ；读P1口 JNB ACC．4，PINTl ；查DSl

  11. JB ACC.0，PERR ; 判超量程 • JB ACC.2，PLl ; 判极性 • SETB 07H ； 为负，符号位置1 • AJMP PL2 PLl： CLR 07H ； 为正，符号位清0 PL2： JB ACC.3，PL3 ； 判千位 • SETB 04H ； 千位为1 • AJMP PL4 PL3： CLR 04H ； 千位为0 PL4： MOV A，P1 • JNB ACC.5，PL4 ；查DS2 • MOV R0，#20H • XCHD A，@R0 ； 保存百位

  12. PL5： MOV A，P1 JNB ACC.6，PL5 ；查DS3 • SWAP A • INC R0 • MOV@R0，A ； 保存十位 PL6： MOV A，P1 • JNB ACC.7，PL6 ； 查DS4 • XCHD A，@R0 ；保存个位 • RET PERR： SETB l0H ； 置1量程错标志 • RET

  13. 11.3.2 MCS-51与ADC0809(逐次逼近型)的接口 一、ADC0809的性能指标及结构原理 ADC0809是一种典型的A／D转换器，是8位8通道的A／D转换器，转换时间100us，输入电压范围：0-5V。 其引脚如下图所示。

  14. （1） Vcc: +5V工作电压， GND: 数字地 • （2）REF(+），REF(-):参考电压正负端 • （3）CLK: 时钟信号输入端 (内部500KHZ) • (4) EOC: 转换结束信号输出端 • (5) 数据输出线：D0---D7 • (6) 地址线：START:A/D转换启动信号输入端 • ALE: 地址锁存允许信号输入端 • OE: 输出允许控制端 • A、B、C 通道选择地址输入线

  15. 二、 MCS-51与ADC0809的接口 • ADC0809与805l之间的接口电路如下图所示。ADC0809时钟信号由单片机的ALE信号２分频获得（假设fosc=6MHZ)。ADC0809通道地址由P0 口的低3位直接与ADC0809的A、B、C相连。

  16. ADC0809通道地址:IN0: 7FF8H IN1: 7FF9H … IN7: 7FFFH

  17. 例11-1 采用查询方法。通过查询(P3.3)的状态判断A／D转换是否结束。分别对8路模拟信号轮流采样一次，并依次把结果存储到外部RAM中以#DATA为首地址的8个存储单元中。

  18. MAIN：MOV R1，#DATA ；数据区地址指针指向首单元 MOV DPTR #7FF8H ；P2.7=0,且指向通道0 MOV R7，#08H ；通道数计数器 LOOP: MOVX @DPTR,A ；启动A／D转换 LOOP1: NOP JB P3.3, LOOP ；查询转换结束信号EOC MOVX A，@DPTR ；读取转换结果 MOV @R1，A ；存转换结果 INC DPTR ；指向下一通道 INC Rl ；修改数据区指针 DJNZ R7, LOOP ；8个通道全采样完否? ……

  19. 11.4 模拟量输出通道的接口技术 一、芯片内设有数据锁存器---直接相连。 如：DAC0830,0831,0832, AD558, DAC 888, AD7522 二、芯片内没有有数据锁存器---通过并行或串行口相连。 如：DAC1020, DAC1220等 • 11.4.1 MCS-51与DAC0832的接口 一、DAC0832的特点及结构原理 分辨率：8位 稳定时间：1us 供电电源：+5v---+15v

  20. DAC0832是带有两级数据输人缓冲锁存器的8位D／A转换器。其引脚如图所示。DAC0832是带有两级数据输人缓冲锁存器的8位D／A转换器。其引脚如图所示。

  21. 输入寄存器地址：ILE为1，/CS为0, /WR1为0 DAC寄存器地址： /WR2为0 ， /XFER为0

  22. 二、 DAC0832与MCS－51的接口 • 单片机与DAC0832的接口，可根据需要按单级缓冲器方式、二级缓冲器方式和直通方式联接。 1、单缓冲器连接方式 DAC0832以单缓冲器方式与8051的接口电路图所示。

  23. 输入寄存器地址与DAC寄存器地址均为7FFFH • 用该连接产生一个锯齿波信号的程序如下： START： MOV DFTR，#7FFFH • MOV A, #00H LOOP： MOVX @DPTR,A • INC A • AJMP LOOP • 上述程序输出的波形如下图所示。

  24. ２、双缓冲器连接方式 • 采用双缓冲器连接方式时，DAC0832的数字量输入锁存和D／A转换输出分两步完成。首先，将数字量输入到各路D／A转换器的输入寄存器，然后，控制各路D／A转换器，使各路D／A转换器输入寄存器中的数据，同时进入DAC寄存器，并转换输出。所以，在这种工作方式下，DAC0832占用两个I／O地址，输入寄存器和DAC寄存器各占一个I／O地址。 • 这种方式适用于几个模拟量同时输出的系统，每一路模拟量输出需一片DAC0832，也可用多片DAC0832构成多路模拟量同步输出的系统。

  25. 图为二路模拟量同步输出的8031系统。图中，1#DAC0832输入寄存器地址为ODFFFH，2#DAC0832输入寄存器的地址为OBFFFH，1#和2#DAC0832的第二级寄存器地址同为7FFFH。两片DAC0832的输出分别接图形显示器的X、Y偏转放大器的输入端。图为二路模拟量同步输出的8031系统。图中，1#DAC0832输入寄存器地址为ODFFFH，2#DAC0832输入寄存器的地址为OBFFFH，1#和2#DAC0832的第二级寄存器地址同为7FFFH。两片DAC0832的输出分别接图形显示器的X、Y偏转放大器的输入端。

  26. 8031执行下面的程序段，将使图形显示器的亮点移动到一个新的位置：8031执行下面的程序段，将使图形显示器的亮点移动到一个新的位置： • ①MOV DPTR，#0DFFFH • ②MOV A，#DATAX • ③MOVX @DPTR，A ;数据X打人1#输入寄存器 • ④MOV DPTR，#0BFFFH • ⑤MOVA，#DATAY • ⑥MOVX @DPTR，A ;数据Y打人2#输入寄存器 • ⑦MOV DPTR，#7FFFH • ⑧MOVX @DPTR，A 1#2#输入寄存器的内容 • 同时打人各自的DAC寄存器中

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