《【教学课件】第二章微型计算机接口技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教学课件】第二章微型计算机接口技术.ppt（75页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第二章 微型计算机接口技术,2.1 D/A转换器 2.2 MCS-51和D/A转换器的接口 2.3 A/D转换器 2.4 MCS-51和A/D转换器的接口 2.5 数据的采样及保持 2.6 常用输出驱动电路,在微机的各种接口中，完成外设信号到微机所需数字信号转换的，称为模拟数字转换（A/D转换）器；完成微机输出数字信号到外设所需信号转换的，称为数字模拟转换（D/A转换）器。D/A转换器（Digital to Analog Converter）是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件；A/D转换器（Analog to Digital Converter）则相反，它能把模拟量转换成相应的数字量。在微
2、机控制系统中，经常要用到A/D和D/A转换器。它们的功能及在实时控制系统中的地位，如图2-1所示。,图2-1 单片机和被控实体间的接口示意,返回本章首页,2.1 D/A转换器,2.1.1 D/A转换器的原理 2.1.2 D/A转换器的性能指标 2.1.3 典型的D/A转换器芯片DAC0832,返回本章首页,2.1.1 D/A转换器的原理,D/A转换器有并行和串行两种，在工业控制中，主要使用并行D/A转换器。D/A转换器的原理可以归纳为“按权展开，然后相加”。因此，D/A转换器内部必须要有一个解码网络，以实现按权值分别进行D/A转换。解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络和T型电阻网络。,为了说
3、明T型电阻网络的工作原理，现以四位D/A转换器为例加以讨论，如图2-2所示。,图2-2 T型电阻网络型D/A转换器,返回本节,2.1.2 D/A转换器的性能指标,1.分辨率 2.转换精度 3.偏移量误差 4.建立时间,返回本节,2.1.3 典型的D/A转换器芯片DAC0832,1.DAC0832内部结构 2.引脚功能 3.DAC0832的技术指标,1.DAC0832内部结构,DAC0832内部由三部分电路组成，如图2-3所示。,图2-3 DAC0832原理框图,2.引脚功能,DAC0832芯片为20引脚，双列直插式封装。其引脚排列如图2-4所示。（1）数字量输入线D7D0（8条）（2）控制线（
4、5条）（3）输出线（3条）（4）电源线（4条）,图2-4 DAC0832引脚图,3.DAC0832的技术指标,DAC0832的主要技术指标：（1）分辨率8位（2）电流建立时间1S（3）线性度（在整个温度范围内）8、9或10位（4）增益温度系数00002 FS/（5）低功耗20mW（6）单一电源+5+15V,因DAC0832是电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图2-5所示。,图2-5 运算放大器接法,返回本节,2.2 MCS-51和D/A转换器的接口,2.2.1 DAC0832的应用 2.2.2 MCS-51和
5、8位DAC的接口 2.2.3 MCS-51和12位DAC的接口,返回本章首页,2.2.1 DAC0832的应用,1.单极性输出 2.双极性输出,1.单极性输出,在需要单极性输出的情况下，可以采用图2-6所示接线。,图2-6 单极性DAC的接法,2.双极性输出,在需要双极性输出的情况下，可以采用图2-7所示接线。,图2-7 双极性DAC的接法,图2-7中，运算放大器OA2的作用是将运算放大器OA的单向输出转变为双向输出。表达式（2-3）的比例关系可以用图2-8来表示。,返回本节,图2-8 双极性输出线性关系图,2.2.2 MCS-51和8位DAC的接口,1.直通方式 2.单缓冲方式 3.双缓冲方
6、式,1.直通方式,2.单缓冲方式,所谓的单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出。单缓冲方式接线如图2-9所示。,图2-9 DAC0832单缓冲方式接口,例2.1 DAC0832用作波形发生器。试根据图2-9接线，分别写出产生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图2-10所示。,图2-10 例2.1所产生的波形,解：由图2-9可以看出，DAC0832采用的是单缓冲单极性的接线方式，它的选通地址为7FFFH。锯齿波程序：ORG0000HMOVDPTR，#7FFFH；输入寄存器地址CLRA；转换初值LO
7、OP：MOVXDPTR，A；D/A转换INCA；转换值增量NOP；延时NOPNOPSJMPLOOP END,三角波程序：,ORG0100HCLRAMOVDPTR，#7FFFHDOWN：MOVXDPTR，A；线性下降段INCA JNZDOWN MOVA，#0FEH；置上升阶段初值UP：MOVXDPTR，A；线性上升段DECAJNZUPSJMPDOWN END,方波程序：,ORG0200HMOVDPTR，#7FFFHLOOP：MOVA，#33H；置上限电平MOVXDPTR，A ACALLDELAY；形成方波顶宽MOVA，#0FFH；置下限电平MOVXDPTR，AACALLDELAY；形成方波底宽S
8、JMPLOOPEND,3.双缓冲方式,所谓双缓冲方式，就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲方式DAC0832的连接如图2-11所示。,图2-11 DAC0832的双缓冲方式接口,例2.2 DAC0832用作波形发生器。试根据图2-11接线，分别写出产生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图2-12所示。,图2-12 例2.2所产生的波形,ORG0000H LOOP1：MOVA，#80H；转换初值LOOP：MOVR0，#0FEH；输入寄存器地址MOVXR0，A；转换数据送输入寄存器 INCR0；产生DAC寄存器地址MOVXR0，A；数据送入DAC寄存器并进行D/A转换D
9、ECA；转换值减少NOP；延时NOPNOPCJNEA，#0FFH，LOOP；-5V是否输出？未输出，程序循环SJMPLOOP1；-5V已输出，返回转换初值END,解：由图2-11可以看出，DAC0832采用的是双缓冲双极性的接线方式，输入寄存器的地址为FEH，DAC寄存器的地址为FFH。锯齿波程序：,三角波程序：,ORG0100HMOVA，#0FFHDOWN：MOVR0，#0FEHMOVXR0，A；线性下降段INCR0 MOVXR0，ADECAJNZDOWN UP：MOVR0，#0FEH；线性上升段MOVXR0，A INCR0 MOVXR0，AINCA JNZUPMOVA，#0FEHSJMPD
10、OWNEND,方波程序：,ORG0200HLOOP：MOVA，#66HMOVR0，#0FEH；置上限电平MOVXR0，A INCR0 MOVXR0，A ACALLDELAY；形成方波顶宽MOVA，#00H；置下限电平MOVR0，#0FEH MOVXR0，A INCR0 MOVXR0，A ACALLDELAY；形成方波底宽SJMPLOOPEND,例2.3 X-Y绘图仪与双片DAC0832接线如图2-13所示。设8031内部RAM中有两个长度为30H的数据块，其起始地址分别为20H和60H，请根据图2-13，编出能把20H和60H中的数据分别从1#和2#DAC0832输出，并根据所给数据绘制出一条
11、曲线。,图2-13 控制X-Y绘图仪的双片DAC0832接口,解：根据图2-13接线，DAC0832各端口的地址为：FDH1#DAC0832数字量输入寄存器地址FEH2#DAC0832数字量输入寄存器地址FFH1#和2#DAC0832启动D/A转换地址设R1寄存器指向60H单元；R0指向20H单元，并同时作为两个DAC0832的端口地址指针；R7寄存器存放数据块长度。,ORG0000HMOVR7，#30H；数据块长度MOVR1，#60H MOVR0，#20HLOOP：MOVA，R0PUSHA；保存20H单元地址MOVA，R0；取20H单元中的数据MOVR0，#0FDH；指向1#DAC0832的
12、数字量输入寄存器MOVXR0，A；取20H单元中的数据送1#DAC0832INCR0,MOVA，R1；取60H单元中的数据INCR1；修改60H单元地址指针MOVXR0，A；取60H单元中的数据送2#DAC0832INCR0MOVXR0，A；启动两片DAC0832同时进行转换POPA；恢复20H单元地址INCA；修改20H单元地址指针MOVR0，ADJNZR7，LOOP；数据未传送完，继续END,返回本节,2.2.3 MCS-51和12位DAC的接口,DAC1208的内部结构和引脚结构 DAC1208的内部结构如下图2-14所示，引脚结构如图2-15所示。,图2-14 DAC1208内部框图,
13、图2-15 DAC1208引脚图,8031和DAC1208的接线方式如图2-16所示。,图2-16 8031和DAC1208的连接,解：D/A转换的程序为：ORG0000HMOVR0，#0FFH；8位输入寄存器地址MOVR1，#21H MOVA，R1；高8位数字量送AMOVXR0，A；高8位数字量送8位输入寄存器DECR0DECR1MOVA，R1；低4位数字量送ASWAPA；A中高低4位互换MOVXR0，A；低4位数字量送4位输入寄存器DECR0MOVXR0，A；启动D/A转换END,例2.4 设内部RAM的20H和21H单元内存放一个12位数字量（20H单元中为低4位，21H单元中为高8位）
14、，试根据图2-16编写出将它们进行D/A转换的程序。,返回本节,2.3 A/D转换器,2.3.1 逐次逼近式A/D转换器的工作原理 2.3.2 A/D转换器的性能指标 2.3.3 典型的A/D转换芯片ADC0809,返回本章首页,2.3.1 逐次逼近式A/D转换器的工作原理,逐次逼近式A/D转换器是一种采用对分搜索原理来实现A/D转换的方法，逻辑框图如图2-17所示。,图2-17 逐次逼近式A/D转换器逻辑框图,返回本节,2.3.2 A/D转换器的性能指标,1.转换精度 2.转换时间 3.分辨率 4.电源灵敏度,返回本节,2.3.3 典型的A/D转换芯片ADC0809,1.ADC0809的内部
15、逻辑结构8路A/D转换器8路模拟量开关ADC0809的内部逻辑结构如图2-18所示。,图2-18 ADC0809内部逻辑结构,2.引脚结构ADC0809采用双列直插式封装，共有28条引脚。其引脚结构如图2-19所示。,图2-19 ADC0809引脚图,引脚结构（1）IN7IN0：8条模拟量输入通道（2）地址输入和控制线：4条（3）数字量输出及控制线：11条（4）电源线及其他：5条,表2-1 被选通道和地址的关系,返回本节,2.4 MCS-51和A/D转换器的接口,2.4.1 MCS-51和ADC0809的接口 2.4.2 MCS-51对AD574的接口,返回本章首页,2.4.1 MCS-51和
16、ADC0809的接口,ADC0809和8031的接线如图2-20所示。,图2-20 ADC0809和8031接线图,例2.5 如图2-20所示，试用查询和中断两种方式编写程序，对IN5通道上的数据进行采集，并将转换结果送入内部RAM20H单元。解：中断方式程序清单：ORG0000HMOVDPTR，#7FF5HMOVXDPTR，A；启动A/D转换SETBEASETBEX1；开外中断1SETBIT1；外中断请求信号为下跳沿触发方式LOOP：SJMPLOOP；等待中断END,中断服务程序：ORG0013H；外中断1的入口地址LJMP1000H；转中断服务程序的入口地址ORG1000HMOVXA，DP
17、TR；读取A/D转换数据MOV20H，A；存储数据RETI；中断返回,查询方式程序清单：ORG0000HMOVDPTR，#7FF5HMOVXDPTR，A；启动A/D转换LOOP：JBP3.3，LOOP；等待转换结束MOVXA，DPTR；读取A/D转换数据MOV20H，A；存储数据END,例2.6 如图2-21所示，试编程对8个模拟通道上的模拟电压进行一遍数字采集，并将采集结果送入内部RAM以30H单元为始地址的输入缓冲区。,图2-21 8031和ADC0809的接口,解：从图中可以看出，接线方式为中断方式。ADDA、ADDB和ADDC三端接8031的P0.0、P0.1 和P0.2，故通道号是通
18、过数据线来选择。,程序清单：ORG0000HMOVR0，#30H；数据区始地址送R0MOVR7，#08H；通道数送R7MOVR6，#00H；IN0地址送R6MOVIE，#84H；开中断SETBIT1；外中断请求信号为下跳沿触发方式MOVR1，#0F0H；送端口地址到R1MOVA，R6；IN0地址送AMOVXR1，A；启动A/D转换LOOP：SJMPLOOP；等待中断END,中断服务程序：ORG0013H；外中断1的入口地址AJMP1000H；转中断服务程序的入口地址ORG1000HMOVXA，R1；读入A/D转换数据MOVR0，A；将转换后的数据存入数据区INCR0；数据区指针加1INCR6；
19、模拟通道号加1MOVA，R6；新的模拟通道号送AMOVXR1，A；启动下一通道的A/D转换DJNZR7，LOOP1；8路采样未结束，则转向LOOP1CLREX1；8路采样结束，关中断LOOP1：RETI；中断返回,返回本节,2.4.2 MCS-51对AD574的接口,（1）引脚功能 AD574为28脚双列直插式封装，引脚排列如图2-22所示。,图2-22 AD574引脚图,（2）结构特点 AD574内部集成有转换时钟，参考电压源和三态输出锁存器，因此使用方便，可直接和微机接口，不需要外接时钟电路。ADC0809的输入模拟电压为0+5V，是单极性的。而AD574的输入模拟电压既可是单极性也可是双
20、极性。AD574的数字量的位数可以设定为8位，也可设定为12位。,2.8031和AD574的接口图2-23表示出了AD574与8031单片机的接口电路。,图2-23 AD574与8031接口电路,图2-24 单极性输入电路,例2.7 在图2-23中，试编写程序，使AD 574进行12位A/D转换，并把转换后的12位数字量存入内部20H和21H单元。设20H单元存放高8位，21H单元存放低4位。解：程序清单如下：ORG0000H MOVR0，#20H；数据区首址MOVDPTR，#0FF7CH MOVXDPTR，A；启动A/D转换,LOOP：JBP1.0，LOOP；转换是否结束，未结束，等待MOV
21、DPTR，#0FF7DHMOVXA，DPTR；读高8位数据MOVR0，A；存高8位数据INCDPTRINCDPTRMOVXA，DPTR；读低4位数据ANLA，#0FH；屏蔽高4位随机数INCR0MOVR0，A；存低4位数据END,返回本节,2.5 数据的采样及保持,2.5.1 多路转换开关 2.5.2 数据采样定理 2.5.3 采样/保持器,返回本章首页,2.5.1 多路转换开关,1.CD4051CD4051是单边8通道多路调制器/多路解调器。其引脚结构如图2-25所示。图2-25中，C、B、A为二进制控制输入端，改变C、B、A的数值，可以译出8种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。当INH
22、=1时，通道断开；当INH=0时，通道接通。改变图中 IN/OUT07及OUT/IN的传递方向，则可用作多路开关或反多路开关。其真值表如表2-3所示。,图2-25 CD4051引脚图,表2-3 CD4051真值表,2.多路转换开关的扩展当采样的通道比较多，可以将两个或两个以上的多路开关并联起来，组成82或162的多路开关。下面以CD4051为例说明多路开关的扩展方法。两个8路开关扩展成16路的多路开关的方法，如图2-26所示。,返回本节,图2-26 用CD4051多路开关组成的16路模拟开关接线图,离散系统的采样形式有周期采样、多阶采样和随机采样。周期采样应用最为广泛。所谓周期采样就是以相同的
23、时间间隔进行采样。图2-27给出了采样前后波形的变化。,X*（t）图2-27 采样前后波形的变化,2.5.2 数据采样定理,返回本节,采样/保持器的作用是：在采样时，其输出能够跟随输入变化；而在保持状态时，能使输出值不变。其输入输出特性如图2-28所示。,图2-28 采样/保持器的输入输出特性,2.5.3 采样/保持器,1.采样/保持器的工作原理最简单的采样/保持器是由开关和电容组成，如图2-29所示。,图2-29 最简单的采样/保持器,2.常用的采样/保持器随着大规模集成电路的发展，已生产出各种各样的采样/保持器。如用于一般目的有AD582、AD583、LF198/398等；用于高速的有TH
24、S-0025、THS-0060、THC-0030、THC-1500等；用于高分辨率的有SHA1144、ADC1130等。,返回本节,2.6 常用输出驱动电路,2.6.1 白炽灯驱动接口 2.6.2 光电隔离器,返回本章首页,2.6.1 白炽灯驱动接口,图2-30是用CJ0451驱动器对白炽灯驱动的典型应用电路。驱动器输出驱动电流为300500mA。当单片机的P1.7输出低电平时，CJ0451驱动器的输出晶体管导通，灯泡上有电流流过而点亮。,图2-30 CJ0451驱动灯泡的应用,返回本节,2.6.2 光电隔离器,图2-31中二极管用于保护驱动器，当驱动器由0变为1时，继电器由接通转为关断，由于继电器线圈是感性负载，会产生很高的感应电动势，二极管提供的泄流回路能保护隔离器。继电器隔离适用于控制对响应速度要求不高的启停设备。对启停时间很短的开关量输出控制系统，应采用光电耦合器。光电耦合器所需的驱动电流小，在硬件设计时，只需要一般的三态门即可。图2-32为快速驱动直流负载的光电隔离电路。,图2-31 开关量输出隔离电路,图2-32 光电耦合控制直流电机,返回本节,THANK YOU VERY MUCH！,本章到此结束，谢谢您的光临！,结束放映,返回本章首页,
