第四章智能仪器信号输出通道

1、第四章第四章 智能仪器的信号输出通道智能仪器的信号输出通道 4.1 4.1模拟量输出通道的结构和特点模拟量输出通道的结构和特点 4.2 D/A4.2 D/A转换器转换器 4.3 4.3 步进电机控制及其与微机的接口步进电机控制及其与微机的接口 4.4 4.4 开关量输出通道开关量输出通道4.14.1模拟量输出通道的结构和特点模拟量输出通道的结构和特点 模拟量输出通道的作用是将经智能仪器处模拟量输出通道的作用是将经智能仪器处理后的数据转换成模拟量输出。模拟量输出理后的数据转换成模拟量输出。模拟量输出通道一般由通道一般由D/AD/A转换器（转换器（DACDAC）、多路模拟）、多路模拟开关、采样开关

2、、采样/ /保持器等组成。保持器等组成。DACDAC是模拟量输是模拟量输出通道的关键部件，本节主要讨论出通道的关键部件，本节主要讨论DACDAC的性的性能及其与微机的接口。能及其与微机的接口。4.1.14.1.1模拟量输出通道的结构模拟量输出通道的结构 各通道有独立各通道有独立DAC的结构。如图的结构。如图3-39所示，所示，这种结构中各路采用独立的这种结构中各路采用独立的DAC，各路输出信号的，各路输出信号的保持由各自的数字锁存器实现。各路输出可以单独保持由各自的数字锁存器实现。各路输出可以单独刷新，工作速度快。刷新，工作速度快。 各通道共享各通道共享DAC的结构。如图的结构。如图3-40所

3、示，这所示，这种结构中各路共享一个种结构中各路共享一个DAC，分时输出到采样保持，分时输出到采样保持器中。这种结构的特点是仅用一个器中。这种结构的特点是仅用一个DAC，但是由于，但是由于每个通道要有足够的采样时间，因此工作速度慢。每个通道要有足够的采样时间，因此工作速度慢。由于多路模拟开关和由于多路模拟开关和S/H电路要引入一定的误差，电路要引入一定的误差，因此输出精度较低。因此输出精度较低。图图4-1(a) 各通道有独立各通道有独立DAC的结构的结构图图4-1（b) 各通道共享各通道共享DAC的结构的结构4.1.24.1.2模拟量输出通道的特点模拟量输出通道的特点v（1 1）小信号输出，大功

4、率控制。）小信号输出，大功率控制。 v（2 2）是一个输出通道。）是一个输出通道。 v（3 3）接近控制对象，环境恶劣。）接近控制对象，环境恶劣。 4.2.1 DAC的主要性能指标的主要性能指标(1) 分辨率分辨率 分辨率指分辨率指DAC输入数字量最低位产生一输入数字量最低位产生一个数码变化时输出模拟量的变化量与输出满个数码变化时输出模拟量的变化量与输出满刻度值的百分比。刻度值的百分比。n位位DAC的分辨率为的分辨率为1/2n100%，分辨率的大小与，分辨率的大小与DAC位数有关，位数有关，因此，常用位数表示分辨率。分辨率表示了因此，常用位数表示分辨率。分辨率表示了DAC理论上可以达到的精度。

5、理论上可以达到的精度。4.2 D/A转换器转换器(2)标称满量程和实际满量程标称满量程和实际满量程 v 标称满量程（标称满量程（NFS）是指相应于数字量标称值）是指相应于数字量标称值的模拟输出量。但实际数字量最大为的模拟输出量。但实际数字量最大为2n1，要比标，要比标称值小一个称值小一个LSB，因此，实际满量程（，因此，实际满量程（AFS）要比）要比标称满量程（标称满量程（NFS）小一个）小一个LSB增量。即增量。即 AFS = NFS1LSB增量增量= NFSv例如，一个例如，一个8位位D/A转换器，参考电压为转换器，参考电压为-5V时，其时，其标称满量程为标称满量程为+5V，而实际满量程为

6、。，而实际满量程为。 255( 5V)4.98V256 nn212(3) 建立时间建立时间 建立时间指从输入数字量变化时开始建立时间指从输入数字量变化时开始到输出模拟量达到稳定值所需的时间，到输出模拟量达到稳定值所需的时间，一般用输入数字量从全一般用输入数字量从全0变为全变为全1时，输时，输出模拟量达到允许误差范围出模拟量达到允许误差范围(1/2LSB) 以内的终值所需时间来表示。在不含运以内的终值所需时间来表示。在不含运放的集成放的集成DAC中，建立时间最短可达中，建立时间最短可达0.1s，在含有运放的集成，在含有运放的集成DAC中，建立中，建立时间最短可达时间最短可达1.5s以内。以内。

7、在外加运放组成完整的在外加运放组成完整的DAC时，完时，完成一次转换的时间应包括建立时间与运成一次转换的时间应包括建立时间与运放的上升时间（或下降时间），若运放放的上升时间（或下降时间），若运放输出电压的变化率为输出电压的变化率为SR，则完成一次转，则完成一次转换的最大时间为换的最大时间为 T max=tS+Vo(max)/SR（3-25） 式中，式中，Vo(max)为输出电压的最大值；为输出电压的最大值； t s为为建立时间。建立时间。(4)转换误差转换误差 转换误差指转换误差指DAC实际转换特性与理论转实际转换特性与理论转换特性的最大偏差。就是对于所有数字量，换特性的最大偏差。就是对于所有

8、数字量，实际转换的模拟量与理论转换的模拟量之差实际转换的模拟量与理论转换的模拟量之差的最大值。转换误差常用最低有效位的倍数的最大值。转换误差常用最低有效位的倍数表示，例如，转换误差为表示，例如，转换误差为1LSB，表明输出电，表明输出电压的实际值与理论值之差小于、等于输入为压的实际值与理论值之差小于、等于输入为单位数字量（单位数字量（001）时的输出电压。）时的输出电压。 DAC的转换误差也可以用输出电压满刻度的转换误差也可以用输出电压满刻度（FSR）的百分比表示，例如，转换误差为）的百分比表示，例如，转换误差为0.2%FSR，说明实际输出电压与理论值的最大，说明实际输出电压与理论值的最大差值

9、是满刻度的差值是满刻度的0.2%。 造成造成DAC转换误差的原因有参考电压的波转换误差的原因有参考电压的波动、运放的零点漂移、模拟开关的导通内阻和动、运放的零点漂移、模拟开关的导通内阻和导通压降、电阻网络中电阻值的偏差等因素。导通压降、电阻网络中电阻值的偏差等因素。不同因素引起的转换误差各有特点，根据误差不同因素引起的转换误差各有特点，根据误差特点的不同将其分为：特点的不同将其分为： 增益误差、失调误差、增益误差、失调误差、非线性误差非线性误差等。等。常用常用DAC的性能指标的性能指标4.2.2 DAC0832及其与微机的接口及其与微机的接口 v DAC0832是与单片机完全兼容的具有是与单片

10、机完全兼容的具有8位分位分辨率的辨率的D/A转换集成芯片。以其价廉、接口转换集成芯片。以其价廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。系统中得到了广泛的应用。v1.DAC0832的结构与应用特性的结构与应用特性 v各管脚的功能如下各管脚的功能如下 vDI0DI7：8位数据输入端。位数据输入端。ILE：数据允：数据允许锁存信号。许锁存信号。v ：输入寄存器选择信号。：输入寄存器选择信号。v ：输入寄存器写选通信号，输入寄存：输入寄存器写选通信号，输入寄存器的锁存信号，由器的锁存信号，由ILE、 、 逻辑组合逻辑组合产生，为产生，为

11、LE1高电平时，输入寄存器状态高电平时，输入寄存器状态随输入数据线变化，随输入数据线变化， LE1的负跳变将输入的负跳变将输入数据锁存。数据锁存。v ：数据传送信号数据传送信号。1WRCS1WRXFERCSvWR2：DAC寄存器的写选通信号，寄存器的写选通信号，DAC寄存器寄存器的锁存信号的锁存信号LE2由由CS 和和 WR1逻辑组合而成，为逻辑组合而成，为高电平时，高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而寄存器的输出随寄存器的输入而变化，为负跳变时，输入寄存器的内容打入变化，为负跳变时，输入寄存器的内容打入DAC寄存器并开始寄存器并开始D/A转换。转换。vVREF：基准电源输入端。基准电

12、源输入端。vRFB：反馈信号输入端。反馈信号输入端。vIOUT1：电流输出端电流输出端1，其值随，其值随DAC内容线性变化。内容线性变化。vIOUT2：电流输出端电流输出端2，IOUT1IOUT2常数。常数。vVCC：电源输入端。电源输入端。vAGND：模拟地。模拟地。vDGND：数字地。数字地。0832的应用特性的应用特性 v（1）0832是单片机兼容是单片机兼容D/A转换器，可以充分利用转换器，可以充分利用单片机的控制能力实现对单片机的控制能力实现对D/A转换的控制，故这种转换的控制，故这种芯片有许多控制引脚可以和单片机的控制线相连，芯片有许多控制引脚可以和单片机的控制线相连，接受单片机的

13、控制接受单片机的控制 v（2）有两级锁存控制功能，能够实现多通道）有两级锁存控制功能，能够实现多通道D/A的的同步转换输出同步转换输出 。v（3）0832内部无参考电压，需外接参考电压电路。内部无参考电压，需外接参考电压电路。 v（4）0832为电流输出型为电流输出型D/A转换器，要获得模拟电转换器，要获得模拟电压输出时，需要外接转换电路。压输出时，需要外接转换电路。 v图示为两级运算放大器组成的模拟电压输出电路。图示为两级运算放大器组成的模拟电压输出电路。从从a点输出为单极性模拟电压，从点输出为单极性模拟电压，从b点输出为双极性点输出为双极性模拟电压。如果参考电压为模拟电压。如果参考电压为5

14、V，则，则a点输出电压为点输出电压为0V-5V，b点输出为电压。点输出为电压。2. 0832及其接口及其接口 v（1） 单缓冲器方式接口单缓冲器方式接口3. 0832及其接口及其接口 v（1） 单缓冲器方式接口单缓冲器方式接口v MOV DPTR，7FFFH ；指向；指向0832v MOV A，data ；数字量先装入累加器；数字量先装入累加器v MOVX DPTRA ；数字量从；数字量从P0口送至口送至P2.7所指所指 向的地址，有效时，完成一向的地址，有效时，完成一 次次D/A输入与转换。输入与转换。 3. 0832及其接口及其接口 v（2）缓冲器同步方式接口缓冲器同步方式接口 v对于多路

15、对于多路D/A转换接口，要求同步进行转换接口，要求同步进行D/A转转换输出时，必须采用双缓冲器同步方式。换输出时，必须采用双缓冲器同步方式。 0832采用这种接法时，数字量的输入锁存和采用这种接法时，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步完成的，即单片机的转换输出是分两步完成的，即单片机的数据总线分时地向各路数据总线分时地向各路D/A转换器输入要转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，换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中，然后单片机对所有的然后单片机对所有的D/A转换器发出控制信转换器发出控制信号，使各个号，使各个D/A转换器输入寄存器中的数据转换器输入寄存器中的数据打入打入D

16、AC寄存器，实现同步转换输出。寄存器，实现同步转换输出。 3. 0832及其接口及其接口 v（2）缓冲器同步方式接口）缓冲器同步方式接口 v 执行下面执行下面 8条指令就能完成两路条指令就能完成两路D/A的同步转换。的同步转换。v MOVX DPTR，ODFFFH ；指向；指向0832(1)v MOV A，datal ；datal送入送入0832(1)中锁存中锁存v MOVX DPTR，Av MOV DPTR，OBFFFH ；指向；指向0832(2) v MOV A，data2 ；data2送入送入0832(2)中锁存中锁存v MOVX DPTR，Av MOV DPTR，7FFFH ；给；给0

17、832(1), 0832(2) 提供信号提供信号vMOVX DPTR，A ；同时完成；同时完成D/A转换输出转换输出 3. D/A转换器的典型应用转换器的典型应用 v（1）单路锯齿波电压输出单路锯齿波电压输出v 双极性双极性D/A转换器输出可获得反向锯齿波、转换器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，如图所正向锯齿波和双向锯齿波信号输出，如图所示。示。 0823（1）的地址为）的地址为 DFFFH，0823（2）的地址为的地址为BFFFH，输出的双极性电压为。，输出的双极性电压为。 锯齿波输出波形锯齿波输出波形 v（1）单路锯齿波电压输出单路锯齿波电压输出 其相应的程序清单如下

18、（使用其相应的程序清单如下（使用0832（1）:v反相锯齿波程序清单反相锯齿波程序清单：v MOV DPTR，ODFFFHvDA1 MOV R6，80HvDA2：MOV A，R6v MOVX DPTR，Av DJNZ R6，DA2v AJMP DA1 v（1）单路锯齿波电压输出单路锯齿波电压输出v正向锯齿波程序清单正向锯齿波程序清单：vDA1： MOV DPTR，ODFFFHv MOV R6，80HvDA2：MOV A，R6v MOVX DPTR，Av INC R6v CJNE R6，OFFH ，DA2v AJMP DA1v（1）单路锯齿波电压输出单路锯齿波电压输出v双向锯齿波程序清单双向锯齿

19、波程序清单：v MOV DPTR，ODFFFHv MOV R6，00HvDA1：MOV A，R6v MOVX DPTR，Av INC R6v AJMP DA1v（2）单路三角波电压输出单路三角波电压输出v MOV DPTR，ODFFFHvDA1：MOV R6，80HvDA2：MOV A，R6v MOVX DPTR，Av INC R6v CJNE R6，OFFH ，DA2vDA3: DEC R6v MOV A，R6v MOVX DRTR，Av CJNE R6，80H，DA3v AJMP DA1 v（3）单路正弦波电压输出单路正弦波电压输出 正弦波电压输出为双极性电压。最简单正弦波电压输出为双极性

20、电压。最简单的办法是将一个周期内电压变化的幅值（的办法是将一个周期内电压变化的幅值（-5V+5V）按）按 8位位D/A分辨率分为分辨率分为256个数个数值列表格，然后依次将这些数字量送入值列表格，然后依次将这些数字量送入0832进行进行D/A转换输出。只要连续循环地转换输出。只要连续循环地送数，在双极性电压端就能获得连续的正送数，在双极性电压端就能获得连续的正弦波输出。弦波输出。v（3）单路正弦波电压输出）单路正弦波电压输出 v0832（1）正弦波电压输出程序清单如下：）正弦波电压输出程序清单如下：v MOV R5，00HvSIN： MOV A，R5，v MOV DPTR，TABHv MOVC

21、 A，A+DPTRv MOV DPTR,ODFFFHv MOVX DPTR，Av INC R5v AJMP SINv（3）单路正弦波电压输出）单路正弦波电压输出 v0832（1）正弦波电压输出程序清单如下：）正弦波电压输出程序清单如下：v MOV R5，00HvSIN： MOV A，R5，v MOV DPTR，TABHv MOVC A，A+DPTRv MOV DPTR,ODFFFHv MOVX DPTR，Av INC R5v AJMP SIN4.2.3 DAC12084.2.3 DAC1208及其接口及其接口v1.DAC0832的结构与应用特性的结构与应用特性v DAC1208系列是系列是12

22、位双缓冲位双缓冲D/A转换器，它转换器，它们可以与各种单片机直接接口。们可以与各种单片机直接接口。DAC1208系列包系列包括括DAC1208、DAC1209、DAC1210等各种型号等各种型号的产品，它们的功能方框图如图所示。从图中可的产品，它们的功能方框图如图所示。从图中可以看到以看到DAC1208系列是一种带有双输入缓冲器的系列是一种带有双输入缓冲器的D/A转换器，第一级缓冲器由高转换器，第一级缓冲器由高8位输入寄存器位输入寄存器和低和低4位输入寄存器构成；第二级缓冲器即位输入寄存器构成；第二级缓冲器即12位位DAC缓冲器，也即缓冲器，也即12位位DAC寄存器，此外还有寄存器，此外还有一

23、个一个12位位D/A转换器。转换器。 v1.DAC0832的结构与应用特性的结构与应用特性 DAC1208共有共有24个管脚，采用双列直插式结个管脚，采用双列直插式结构，其管脚功能分述如下：构，其管脚功能分述如下：v（1）输入输出线）输入输出线 数据总线数据总线DI0DI11用来传送被转换的数字，用来传送被转换的数字，高高8位位DI4DI11对应高对应高8位输入寄存器，低位输入寄存器，低4位位DI0DI3对应低对应低4位输入寄存器。位输入寄存器。 电流输出线电流输出线IOUT1和和IOUT2。IOUT1IOUT2=常量。常量。DAC寄存器中所有数字均为寄存器中所有数字均为“1”时，时，IOUT

24、1最大；为全最大；为全“0”时，时，IOUT1为零。为零。v（2）电源及地线）电源及地线 VCC：数字电源电压输入，范围数字电源电压输入，范围+5V+15V。 AGND：模拟地。模拟地。 DGND：数字地。数字地。 VREF：基准电压输入，选择范围基准电压输入，选择范围-10V+10V。4 象限乘法工作中，也可以是模拟输入。象限乘法工作中，也可以是模拟输入。v（3）控制线）控制线 RFB：反馈电阻，为外部运算放大器提供一个反：反馈电阻，为外部运算放大器提供一个反 馈电压。馈电压。RFB可由内部提供，也可由外部可由内部提供，也可由外部 提供。提供。 CS：片选信号。片选信号。 WR1：写信号写信

25、号1，第一级缓冲器的写信号。，第一级缓冲器的写信号。 BY1/BY2：字节顺序控制信号。此控制端为高电字节顺序控制信号。此控制端为高电平，高平，高8位输入寄存器及低位输入寄存器及低 4位输入寄存器均被位输入寄存器均被允许；此控制端为低电平时，仅低允许；此控制端为低电平时，仅低4位输入寄存位输入寄存器被允许。器被允许。 WR2 ： 写信号写信号2，第二级缓冲器即，第二级缓冲器即12位位DAC寄寄存器写信号。存器写信号。 XFER：传送控制信号。传送控制信号。v2.DAC1208与与MCS-51单片机的接口方法单片机的接口方法v 选用选用2KB8EPROM（2716）作为存放程序的）作为存放程序的

26、存储器。采用存储器。采用2KBSRAM（6116）作为存放数）作为存放数据的存储器。用据的存储器。用74LS373作为两个存储器的低作为两个存储器的低8位位地址译码锁存器。将地址译码锁存器。将89C51的的P2.4口与口与2716和和6116芯片的片选信号输入端连接，当芯片的片选信号输入端连接，当P2.4=0时，同时时，同时选中选中2716芯片和芯片和6116芯片，占有地址空间为芯片，占有地址空间为0000H07FFH。 DAC1208的输入部分采用二级缓冲型工作方的输入部分采用二级缓冲型工作方式，即把式，即把P0.0P0.7与与D4D11连接；连接；P0.4P0.7与与D1D3连接；连接；P

27、2.5 与与CS连接；连接；P2.6与与BY1/BY2及及XFER连接；连接；89C51的的WR与与WR1和和WR2相连就相连就可以实现这种工作方式的接口电路。可以实现这种工作方式的接口电路。 其输出部分接口电路采用单极性输出接口电路。其输出部分接口电路采用单极性输出接口电路。v2.DAC1208与与MCS-51单片机的接口方法单片机的接口方法v 选用选用2KB8EPROM（2716）作为存放程序的）作为存放程序的存储器。采用存储器。采用2KBSRAM（6116）作为存放数）作为存放数据的存储器。用据的存储器。用74LS373作为两个存储器的低作为两个存储器的低8位位地址译码锁存器。将地址译码

28、锁存器。将89C51的的P2.4口与口与2716和和6116芯片的片选信号输入端连接，当芯片的片选信号输入端连接，当P2.4=0时，同时时，同时选中选中2716芯片和芯片和6116芯片，占有地址空间为芯片，占有地址空间为0000H07FFH。 DAC1208的输入部分采用二级缓冲型工作方的输入部分采用二级缓冲型工作方式，即把式，即把P0.0P0.7与与D4D11连接；连接；P0.4P0.7与与D1D3连接；连接；P2.5 与与CS连接；连接；P2.6与与BY1/BY2及及XFER连接；连接；89C51的的WR与与WR1和和WR2相连就相连就可以实现这种工作方式的接口电路。可以实现这种工作方式的

29、接口电路。 其输出部分接口电路采用单极性输出接口电路。其输出部分接口电路采用单极性输出接口电路。v2.DAC1208与与MCS-51单片机的接口方法单片机的接口方法v当当P2.5=0，P2.6=1，WR=0时，选中高时，选中高8位输入寄位输入寄存器及低存器及低4位输入寄存器；当位输入寄存器；当P2.6=0时（时（P2.5=0，WR=0），选中），选中12位位DAC寄存器，此时寄存器，此时12位数据位数据由由D/A转换器转换成模拟信号。转换器转换成模拟信号。v例如，有一个例如，有一个12位的待转换数据存放在位的待转换数据存放在 RAM的的DATA及及DATA1单元中，其存放格式为：单元中，其存放

30、格式为：（DATA）=高高8位数据，（位数据，（DATA1）=低低4位数位数据（存放在该单元的高半字节上），把这个数据据（存放在该单元的高半字节上），把这个数据送送D/A转换器的程序段为：转换器的程序段为：v2.DAC1208与与MCS-51单片机的接口方法单片机的接口方法vMOV DPTR，0DFFFH；选中高；选中高8位输入寄存器位输入寄存器vMOV A，DATA；vMOVX DPTR，A；vMOV DPTR，0BFFFH；选中低；选中低4位输入寄存位输入寄存 器及器及 12位位 DAC寄存器寄存器vMOV A，DATA+1；vMOVX DPTR，A；由；由D/A转换器输出电压转换器输出电

31、压3.4.53.4.5步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术v 步进电机是一种将步进电机是一种将电脉冲电脉冲信号转换成相应信号转换成相应的的角位移或线位移角位移或线位移的电磁机械装置，是一种的电磁机械装置，是一种输出与输入数字脉冲对应的增量驱动元件。输出与输入数字脉冲对应的增量驱动元件。步进电机具有步进电机具有快速启动和停转快速启动和停转，当负荷不超，当负荷不超过步进电机所提供的动态转矩值时，它就可过步进电机所提供的动态转矩值时，它就可能在一瞬间实现启动和停转，它的步距角和能在一瞬间实现启动和停转，它的步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响，也不转速不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境

32、条件如温度、气压、冲击和震动等影受环境条件如温度、气压、冲击和震动等影响，仅与响，仅与脉冲频率脉冲频率有关。有关。 4.34.3步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术v 步进电机的工作原理步进电机的工作原理 电机的定子上有六个等分的磁极，相邻两个磁电机的定子上有六个等分的磁极，相邻两个磁极间的夹角为极间的夹角为6060, ,转子上均匀分布转子上均匀分布4040个齿，每个个齿，每个齿的齿距为齿的齿距为9 9。定子每段极弧上也有。定子每段极弧上也有5 5个齿，而每个齿，而每个定子磁极的极距为个定子磁极的极距为6060，所以每一个极距所占的，所以每一个极距所占的齿数不是整数。齿数不是整数。 v 步

33、进电机的工作原理步进电机的工作原理 当当A A极下的定、转子齿对齐时，极下的定、转子齿对齐时，B B极和极和C C极下的齿就分别极下的齿就分别和转子齿相错和转子齿相错1/31/3的转子齿距，即为的转子齿距，即为3 3。这时若给。这时若给B B相通电，相通电，转子受到反应转距转子受到反应转距( (磁阻转矩磁阻转矩) )的作用而转动，直到转子齿和的作用而转动，直到转子齿和B B极上的齿对齐为止。此时，极上的齿对齐为止。此时，A A极和极和C C极下的齿又分别与转子极下的齿又分别与转子齿相错三分之一的转子齿距。由此可见，错齿是促使步进电齿相错三分之一的转子齿距。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的根本

34、原因。机旋转的根本原因。3.4.53.4.5步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术v 步进电机的工作原理步进电机的工作原理 当控制绕组按当控制绕组按ABCA顺序循环通电时，顺序循环通电时，转子就沿顺时针方向以每个脉冲转动转子就沿顺时针方向以每个脉冲转动3的规律转的规律转动起来。若改变通电顺序，即按动起来。若改变通电顺序，即按ACBA顺序顺序循环通电时，转子便按逆时针方向同样以每个脉冲循环通电时，转子便按逆时针方向同样以每个脉冲转动转动3的规律转动。这就是单三拍通电方式。的规律转动。这就是单三拍通电方式。 若采用三相单、双六拍通电方式运行，即按若采用三相单、双六拍通电方式运行，即按AABBBC

35、CCAA顺序循环通电，步距顺序循环通电，步距角将减小一半，即每个脉冲转过角将减小一半，即每个脉冲转过1.5。 4.3.24.3.2步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术v步进电机控制系统步进电机控制系统v 变频信号源是一个脉冲频率由几变频信号源是一个脉冲频率由几HzHz到几十到几十KHzKHz可连续变化的信号发生器，它为脉冲分配器提供脉可连续变化的信号发生器，它为脉冲分配器提供脉冲序列。脉冲分配器则根据方向控制信号把脉冲信冲序列。脉冲分配器则根据方向控制信号把脉冲信号按一定的逻辑关系加到脉冲放大器上进行放大，号按一定的逻辑关系加到脉冲放大器上进行放大，以驱动步进电机的转动。控制步进电机运转的

36、时序以驱动步进电机的转动。控制步进电机运转的时序脉冲完全由硬件产生，对于不同相数的步进电机及脉冲完全由硬件产生，对于不同相数的步进电机及同一型号电机的不同控制方式需要不同的逻辑部件，同一型号电机的不同控制方式需要不同的逻辑部件，所以通用性差，成本高。所以通用性差，成本高。 3.4.53.4.5步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术v步进电机控制系统步进电机控制系统v在这个控制系统中，在这个控制系统中，89C5189C51的主要作用是提供控制的主要作用是提供控制步进电机的时序脉冲。每当步进电机从脉冲输入线步进电机的时序脉冲。每当步进电机从脉冲输入线上得到一个脉冲，便沿时序脉冲所确定的方向步进上

37、得到一个脉冲，便沿时序脉冲所确定的方向步进一步。一步。 v脉冲的形成脉冲的形成 用软件产生脉冲的方法是先输出一个高电平，然用软件产生脉冲的方法是先输出一个高电平，然后进行延时，再输出一个低电平进行延时。延时时后进行延时，再输出一个低电平进行延时。延时时间的长短由步进电机的工作频率决定。间的长短由步进电机的工作频率决定。v（1 1）程序延时：根据延时时间的长短，可采用单字）程序延时：根据延时时间的长短，可采用单字节延时和双重循环延时子程序。节延时和双重循环延时子程序。 根据单字节延时程序流程图编写程序如下：根据单字节延时程序流程图编写程序如下：DELAY1： MOV A，data ；LOOP：

38、DEC A ； JNZ LOOP RET 根据双重循环延时子程序流程图编写程序如根据双重循环延时子程序流程图编写程序如下下 DELAY2： MOV R2，M ；DELAY1： MOV A，N ； LOOP： DEC A JNZ LOOP ； DJNZ R2，DELAY1 RET （2）利用定时器进行延时，利用）利用定时器进行延时，利用T0方式方式1定时，定时，设机器周期设机器周期T=2us，计数初值为，计数初值为X，延时时间为，延时时间为N，则则： 子程序如下：子程序如下： MOV TMOD，01H ；TO方式方式1定时定时 MOV TLO， XL ；赋初值；赋初值 MOV THO， XH ；

39、 SETB TRO ；启动；启动T0LOOP： JBC TF0，REP ；查询计数溢出；查询计数溢出 AJMP LOOP ； REP（a a）程序延）程序延 时方式时方式 （b b）定时器）定时器延时方式延时方式4.3.24.3.2步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术 利用程序延时，编写脉冲形成程序如下：利用程序延时，编写脉冲形成程序如下： MOV R3，N ；计数器赋初值；计数器赋初值LOOM：PUSH A ；保存；保存A MOV P1，0FH ；送高电平；送高电平 ACALL DELAY1 ；延时；延时 MOV P1，00H ；送低电平；送低电平 ACALL DELAY1；延时；延时

40、DJNZ R3，LOOM ；R3不为零转移不为零转移 POP A ；恢复；恢复A RET DELAYI： MOV A，data ；LOOP： DEC A ； JNZ LOOP ； RET4.3.24.3.2步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术 利用定时器延时，编写脉冲形成程序如下：利用定时器延时，编写脉冲形成程序如下： MOV R3，N；计数器赋初值；计数器赋初值LOOM： MOV TMOD01；定时器；定时器T0方式方式1 MOV TL0，XL；赋初值；赋初值 MOV TH0，XH ； SETB TRO ；启动；启动T0 SETB P1.0 ；送高电平；送高电平v时序脉冲的形成时序脉冲的

41、形成 步进电机的旋转方向与内部绕组的通电顺序和步进电机的旋转方向与内部绕组的通电顺序和通电方式有关。以常用的三相步进电机为例，通常通电方式有关。以常用的三相步进电机为例，通常有三种通电方式：有三种通电方式： （1 1）三相单三拍：）三相单三拍：ABCAABCA （2 2）三相双三拍：）三相双三拍：ABBCCAABABBCCAAB （3 3）三相六拍：）三相六拍：AABBBCCCAAAABBBCCCAA 按以上顺序通电，步进电机正转，按相反方向按以上顺序通电，步进电机正转，按相反方向通电，步进电机反转。通电，步进电机反转。 产生时序脉冲的方法是：产生时序脉冲的方法是：v （1 1）利用单片机的）

42、利用单片机的P1.0P1.0、P1.1P1.1和和P1.2P1.2分别控制三相分别控制三相步进电机的步进电机的A A、B B、C C相绕组。相绕组。v （2 2）根据控制方式找出控制模型。）根据控制方式找出控制模型。v （3 3）按控制模型的顺序向步进电机输入控制脉冲：）按控制模型的顺序向步进电机输入控制脉冲：由三相三拍通电方式的二进制数可以看出，步进电由三相三拍通电方式的二进制数可以看出，步进电机每步进一步，高电平就左移或右移一位。故在累机每步进一步，高电平就左移或右移一位。故在累加器加器A A中放一个时序字节，在每个采样时刻累加器中放一个时序字节，在每个采样时刻累加器左移或右移一位，经输出

43、口输出。左移或右移一位，经输出口输出。80318031为为8 8位字长，位字长，8 8不能被不能被3 3整除。若把进位标志整除。若把进位标志CYCY考虑在内，可以看考虑在内，可以看成是第成是第9 9位，就能实现三相单三拍和三相双三拍通位，就能实现三相单三拍和三相双三拍通电方式。电方式。 4.3.24.3.2步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术 三相单三拍三相单三拍 三相双三拍三相双三拍 三相六拍三相六拍4.3.24.3.2步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术 三相单三拍通电方式，在累加器三相单三拍通电方式，在累加器A A中放时序字节中放时序字节49H49H，如图所示。，如图所示。 （a

44、 a） 正转正转 （b b） 反转反转三相单三拍示意图三相单三拍示意图 三相双三拍通电方式，在累加器三相双三拍通电方式，在累加器A A中放时序字节中放时序字节DBHDBH，如图所示。，如图所示。 （a a） 正转正转 （b b） 反转反转三相双三拍示意图三相双三拍示意图4.3.24.3.2步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术 三相三拍时序脉冲程序延时方式输出程序如下：三相三拍时序脉冲程序延时方式输出程序如下： MOV R3，N ；设置步数计数器；设置步数计数器CLR C ；0（C）PUSH A ；保存；保存AMOV A，49H（或（或DBH）；时序字节）；时序字节（A）MOV P1，A ；

45、输出时序字节；输出时序字节PUSH A ；保存时序字节；保存时序字节ACALL DELAY ；延时；延时POP A ；恢复时序字节；恢复时序字节 LOOP：RLC A（或（或RRC A）；循环移位）；循环移位 MOV P1，A ；输出时序脉冲；输出时序脉冲 PUSH A ；保存时序字节；保存时序字节 ACALL DELAY ；延时；延时 POP A ；恢复时序字节；恢复时序字节 DJNZ R3，LOOP ；计数器不为零转；计数器不为零转 POP A ；恢复；恢复A RET ；返回；返回DELAY： MOV R2，MDELAY1：MOV A，M1LOOP1： DEC A JNZ LOOP1 DJ

46、NZ R2， DELAY1 三相三拍时序脉冲定时器延时方式输出程序如三相三拍时序脉冲定时器延时方式输出程序如下：下： MOV R3，N ；设步数计数器；设步数计数器 CLR C ；清进位位；清进位位 MOV A，49H ；时序字节；时序字节A MOV TMOD，01H ；T0方式方式1定时定时 MOV TL0，XL ；赋初值；赋初值 MOV TH0，XH SETB TR0 ；启动；启动T0 MOV P1，A ；输出时序脉冲；输出时序脉冲 LOOP： JBC TF0，REP ；查；查T0溢出溢出 AJMP LOOP ；REP： MOV TL0，XL ；重赋初值；重赋初值 MOV TH0，XH R

47、LC A（或（或RRCA）；循环移位）；循环移位 MOV P1，A ；时序脉冲输出；时序脉冲输出LOOP1： JBC TF0，LOOP2 ；查；查T0溢出溢出 AJMP LOOP1 ；LOOP2： DJNZ R3，LOOP ；计数器不为零转移；计数器不为零转移 RET ；返回；返回2. 2. 串行多路串行多路DAC8420DAC8420与微机的接口与微机的接口 DAC8420是一种是一种4路电压输出的路电压输出的12位串行位串行D/A转换芯片。转换芯片。 它的特点是高速串行接口，功耗很低，可它的特点是高速串行接口，功耗很低，可选择为单极性或双极性模式，复位后输出置选择为单极性或双极性模式，复位

48、后输出置0或置中间值，电源电压值范围宽等。或置中间值，电源电压值范围宽等。DAC8420引脚功能如下。vCLK： 系统串行时钟输入端，在时钟上升沿，系统串行时钟输入端，在时钟上升沿，SDI端的串行端的串行数据进入数据进入DAC8420内部的串内部的串/并转换寄存器。并转换寄存器。v ： 复位输入端。用于将内部复位输入端。用于将内部4路寄存器置路寄存器置0或置中间或置中间值（具体方式由值（具体方式由CLSEL信号决定）。信号决定）。v ： 复位方式控制端。该端为低电平时，复位时将复位方式控制端。该端为低电平时，复位时将4路寄存器置路寄存器置0； 为高电平时，复位时将为高电平时，复位时将4路寄存器

49、置为中间路寄存器置为中间值。值。v ： 片选信号输入端。片选信号输入端。v ： 异步异步DAC寄存器载入控制端。在寄存器载入控制端。在LD的下降沿串行输的下降沿串行输入寄存器的数据被送到对应通道的入寄存器的数据被送到对应通道的DAC寄存器中。寄存器中。 CLRCLSELCSLDvSDI： 串行数据输入端。在输入的串行数据输入端。在输入的16位数据中，位数据中，前两位前两位D15、D14 用于选择通道，用于选择通道，D13和和D12无效，无效，后后12位位D11D0是具体数值。输入的数据先进入是具体数值。输入的数据先进入内部的串内部的串/并转换寄存器。并转换寄存器。vVREFHI： 参考电压高值

50、端。取值范围是参考电压高值端。取值范围是VDD-2.5VVREFLO+2.5V。vVREFLO： 参考电压低值端。取值范围是参考电压低值端。取值范围是VSSVREFHI-2.5V。vVOUTAVOUTD： 4路电压输出端。当数字量是路电压输出端。当数字量是000HFFFH时，对应输出电压为时，对应输出电压为VREFLOVREFHI。vVDD、VSS： 正、负电源接入端，范围分别为正、负电源接入端，范围分别为+5+15V，0-15V。 DAC8420与与80C51单片机的接口电路如图单片机的接口电路如图3-44所示。所示。图3-44 DAC8420与80C51单片机的接口 为了降低电压噪声对输出

51、的影响，各种电压为了降低电压噪声对输出的影响，各种电压（VDD、VSS、VREFHI）均需接入滤波电容。由）均需接入滤波电容。由于于TL431（三端可调分流基准源）为（三端可调分流基准源）为VREFHI提提供了供了10V基准电压，基准电压，VREFLO接地，因此接地，因此4路电压路电压信号的输出范围为信号的输出范围为010V。如果输出电压的复。如果输出电压的复位方式固定，可将位方式固定，可将 端接地或接端接地或接+5V，单，单片机的片机的P1.2端可改作其他用途。如果不需要复端可改作其他用途。如果不需要复位操作（用具体数据对位操作（用具体数据对4路输出进行初始化），路输出进行初始化），可将可将

52、 端接端接+5V，单片机的，单片机的P1.3端也可改作端也可改作其他用途，这在单片机端口紧张时是可行的。其他用途，这在单片机端口紧张时是可行的。CLSEL CLR下面是将4路数据传送到DAC8420中的程序。DACN:SETB P1.5 ;暂时关闭DAC8420 SETB P1.6 ;时钟脉冲为高电平 SETB P1.4 ;载入控制端为高电平 MOV R0，#DBUF ;置数据存放指针 MOV R7，#04H ;置需要转换的通道数目 MOV R6，#00H ;初始化为0通道 CLR P1.5 ;选通DAC DACN1： MOV A，R0 ;取某通道数据的高字节 INC R0 ANL A，#0F

53、H;高字节数据的低4位有效 ORL A，R6;拼装通道代码LCALL DACS ;传送1字节MOV A，R0 ;取该通道数据的低字节INC R0LCALL DACS ;再传送1字节CLR P1.4 ;数据载入对应的通道寄存器SETB P1.4 ;恢复LD为高电平MOV A，R6 ;调整为下一通道ADD A，#40HMOV R6，ADJNZ R7，DACN1 ;判4个通道转换完毕否SETB P1.5 ;关闭DAC8420RETDACS： MOV R5，#08H ;发送1字节数据DACS1： CLR P1.3 ;置时钟电平为低电平 RLC A ;将数据高位移出 MOV P1.7，C;放到DAC的数

54、据输入端 SETBP1.3 ;置时钟为高电平，1位数据移 ;入DACTAB：DB 80H， 83H， 86H，89H，80H， 90H， 93H, 96H ；编码表 DB 99H，9CH，9FH，A2H，A5H， A8H，ABH，AEH DB B1H，B4H，B7H，BAH，BCH，BFH，C2H，C5H DB C7H，CAH，CCH，CFH，D1H，D4H，D6H，D8H4.4开关量输出通道开关量输出通道4.4.1开关量输出通道的基本组成开关量输出通道的基本组成 开关量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动开关量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、地址译码器等组成，如图电路、地址译码器等组成

55、，如图4-27所示。所示。 地址译码器主要完成开关量输出通道的选通。地址译码器主要完成开关量输出通道的选通。输出锁存器的作用是保持微机输出数据在未刷新前输出锁存器的作用是保持微机输出数据在未刷新前稳定，以供外部设备使用。输出驱动电路主要完成稳定，以供外部设备使用。输出驱动电路主要完成电平转换、隔离和功率驱动等。电平转换、隔离和功率驱动等。图图4-27 开关量输出通道组成开关量输出通道组成4.4.2开关量输出驱动电路开关量输出驱动电路1. 直流负载驱动电路直流负载驱动电路 小功率直流负载主要有发光二极管、小功率直流负载主要有发光二极管、LED数码显示器、小功率继电器和晶闸管等数码显示器、小功率继

56、电器和晶闸管等器件，要求提供器件，要求提供540mA的驱动电流。通常采的驱动电流。通常采用小功率三极管（如用小功率三极管（如9013、9014、8550和和8050等）、集成电路（如等）、集成电路（如75451、74LS245和和SN75466等）作驱动电路。等）作驱动电路。 图图4-28是采用小功率三极管的驱动电路，是采用小功率三极管的驱动电路，图中图中9013三极管作开关用，驱动电流在三极管作开关用，驱动电流在100mA以下，适用于驱动要求负载电流以下，适用于驱动要求负载电流不大的场合。图不大的场合。图4-29是采用驱动器是采用驱动器75451的驱动电路、当单片机的的驱动电路、当单片机的P

57、1.0 、P1.1输输出低电平时，出低电平时，LED指示灯被点亮。指示灯被点亮。图图4-28 采用三极管的驱动电器采用三极管的驱动电器图图4-29 采用驱动器的驱动电器采用驱动器的驱动电器 中功率直流负载驱动电路主要用于驱中功率直流负载驱动电路主要用于驱动功率较大的继电器和电磁开关等控制动功率较大的继电器和电磁开关等控制对象，要求能提供对象，要求能提供50500mA的电流驱动的电流驱动能力，可以采用达林顿管、中功率三极能力，可以采用达林顿管、中功率三极管来驱动。采用开关晶体管作驱动电路管来驱动。采用开关晶体管作驱动电路时，必须增大输入驱动电流，以保证有时，必须增大输入驱动电流，以保证有足够大的

58、输出电流，否则晶体管会因为足够大的输出电流，否则晶体管会因为管压降的增加而限制负载电流。这样有管压降的增加而限制负载电流。这样有可能使晶体管超过允许功耗而损坏。可能使晶体管超过允许功耗而损坏。 对于达林顿管，其特点是高输入阻抗、对于达林顿管，其特点是高输入阻抗、极高的增益和大功率输出，只需较小的极高的增益和大功率输出，只需较小的输入电流就能获得较大的功率输出。常输入电流就能获得较大的功率输出。常用的达林顿管有用的达林顿管有MC1412、MC1413和和MC1416等，其集电极电流可达等，其集电极电流可达500mA，输出端的耐压可达输出端的耐压可达100V，很适合驱动继，很适合驱动继电器和接触器

59、。图电器和接触器。图4-30是采用达林顿管是采用达林顿管驱动继电器的实例。驱动继电器的实例。图图4-30 采用达林顿管的驱动电路采用达林顿管的驱动电路2. 交流负载驱动电路交流负载驱动电路 交流负载的功率驱动电路，通常采用晶闸交流负载的功率驱动电路，通常采用晶闸管来构成。晶闸管有单向晶闸管（也称单向管来构成。晶闸管有单向晶闸管（也称单向可控硅）和双向晶闸管（也称双向可控硅）可控硅）和双向晶闸管（也称双向可控硅）两种类型。晶闸管只工作在导通和截止状态，两种类型。晶闸管只工作在导通和截止状态，使晶闸管导通只需要极小的驱动电流，一般使晶闸管导通只需要极小的驱动电流，一般输出负载电流与输入驱动电流之比大于输出负载电流