单片机原理,接口及应用-

1、单片机原理、接口及应用-嵌入式系统技术基础第8章 单片机典型外围接口技术8.1 数模转换芯片DAC0832及其接口设计 8.1.1 数模转换器的工作原理 8.1.2 D/A转换器的主要技术指标 8.1.3 数模转换芯片DAC08328.2 模数转换芯片ADC0809及其接口8.3 开关量功率接口技术 温度测控原理示意图1、CPU怎样识别模拟量？2、CPU怎样控制模拟量？传感器测温CPU决策变压器输出电炉丝加热模拟/数字转换（AD）数字/模拟转换（DA） DA转换原理(电流输出型) 总电流分支电流输出电流转换原理利用电子开关形成T型电阻网络的输出电流I01，再利用反相运算放大器转换成输出电压Vo

2、ut。运放输出电压 数 字 输 入 模 拟 输 出 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0V 0.039V 4.96V 5.00V 5.039V 9.96V若取 n=8位 Rfb = R VREF=10V满量程输出电压 = VREF-VLSBLSB（Least Significant Bit)最低有效位MSB（Most Significant Bit)最高有效位8.1 数模转换芯片DAC0832及其接口设计 8.1.1 数模转换器的工作原理

3、 8.1.2 D/A转换器的主要技术指标 8.1.3 数模转换芯片DAC08328.2 模数转换芯片ADC0809及其接口8.3 开关量功率接口技术 DA性能指标是选用DA芯片型号的依据，最常用的有：分辨率（resolution）、建立时间（convertion time）分辨率是指最小输出电压与最大输出电压之比，也有用“ 1LSB对应的模拟电压大小”来表示，例若VREF= 5V，则 8位的DA转换器，分辨率为5V/ 28 = 19.5 mV 12位的DA转换器，分辨率为5V/ 212 = 4.8 mV 14位的DA转换器，分辨率为5V/ 214 = 0.3 mV因此，应根据分辨率的需要来选定

4、DA转换器的位数建立时间是指从输入数字信号起，到输出电压或电流达到稳定所需的时间。目前，10位或12位D/A转换器D转换时间一般不超过1us。8.1 数模转换芯片DAC0832及其接口设计 8.1.1 数模转换器的工作原理 8.1.2 D/A转换器的主要技术指标 8.1.3 数模转换芯片DAC08328.2 模数转换芯片ADC0809及其接口8.3 开关量功率接口技术 DAC0832电流输出型D/A转换器20只引脚8位并行输入方式分辨率19.5mV (VREF = 5V） 电流建立时间S 输入与TTL电平兼容 单一电源供电（5V15V） 低功耗，20m DAC0832的结构 输入锁存器+ DA

5、C寄存器+ D/A转换器DAC0832的三种工作方式直通方式 两个寄存器都处于直通状态（引脚ILE1，其余0）单缓冲方式 一个寄存器处于直通，另一个处于受控状态双缓冲方式 两个寄存器均处于受控状态直通方式 实例4-1：利用DAC输出锯齿波ILE1，其余控制脚0实例4-1程序实例4-1运行效果单缓冲方式实例4-2：利用DAC输出锯齿波第一级受控,第二级直通实例4-2 程序实例4-2 运行效果双缓冲方式实例4-3：利用DAC分别输出两路锯齿波（上升波和下降波）（适合于多路D/A转换同步输出的场合）DAC1和DAC2的第1级各设1个控制端，DAC1和DAC2的第2级共用1个控制端实例4-3程序实例4

6、-3运行效果8.1 数模转换芯片DAC0832及其接口设计8.2 模数转换芯片ADC0809及其接口 8.2.1 逐次逼近式数模转换器的工作原理 8.2.2 A/ D转换器的主要技术指标 8.2.3 ADC0809引脚介绍 8.2.4 ADC0809内部结构及工作时序 8.2.4 应用举例 8.3 开关量功率接口技术 将模拟量信号变换成数字量信号的元件模数转换器ADC（ Analog to Digital Converter ） ADC的种类较多，较常见的有： 计数比较式器件简单、价格便宜、转换速度慢 双斜率积分式精度高、速度慢 逐次逼近式可兼顾速度和精度逐次逼近式AD转换器的工作原理基本组成

7、：比较器、DA转换器、逐次逼近寄存器、锁存缓冲器、控制逻辑单元转换过程从最高位开始通过试探值逐次进行测试，直到试探值经D/A转换器输出VN与VIN相等或达到允许误差范围为止。则该试探值就为A/D转换所需的数字量。8.1 数模转换芯片DAC0832及其接口设计8.2 模数转换芯片ADC0809及其接口 8.2.1 逐次逼近式数模转换器的工作原理 8.2.2 A/ D转换器的主要技术指标 8.2.3 ADC0809引脚介绍 8.2.4 ADC0809内部结构及工作时序 8.2.4 应用举例 8.3 开关量功率接口技术 AD转换器的技术指标主要包括：转换时间完成一次模拟量变换为数字量所需要的时 间。

8、 逐次逼近式的典型值为1.0200s。分辨率转换器对输入电压微小变化的响应能力的度量，习惯上以输出的二进制位数表示。如8位、10位、12位、14位、16位等。 分辨率为8位，意味着它可对满量程的1/28 = 1/256的增量作出反映。转换精度AD转换器实际量化值与理论输出值的差距。 精度反映的是转换后所得结果相对于实际值的准确度，而分辨率则是能对转换结果发生影响的最小输入量。量程所能转换的电压范围，通常为05V和010V。8.1 数模转换芯片DAC0832及其接口设计8.2 模数转换芯片ADC0809及其接口 8.2.1 逐次逼近式数模转换器的工作原理 8.2.2 A/ D转换器的主要技术指标

9、 8.2.3 ADC0809引脚介绍 8.2.4 ADC0809内部结构及工作时序 8.2.5 应用举例 8.3 开关量功率接口技术 28只引脚ADC0809逐次比较型模数转换芯片分辨率为位 转换时间00S 工作量程为05V功耗为15m工作电压为+5V具有锁存控制的8路模拟开关输出与TTL电平兼容 8.1 数模转换芯片DAC0832及其接口设计8.2 模数转换芯片ADC0809及其接口 8.2.1 逐次逼近式数模转换器的工作原理 8.2.2 A/ D转换器的主要技术指标 8.2.3 ADC0809引脚介绍 8.2.4 ADC0809内部结构及工作时序 8.2.5 应用举例 8.3 开关量功率接

10、口技术 8路模拟输入信号用三根地址线A,B,C选通IN0IN7；引脚START启动AD转换，CLK转换节拍，VR参考电压，EOC结束标志， OE输出使能，ALE地址锁存使能ADC0809结构 : 模拟开关/ 地址译码器/ADC/ 输出锁存器工作时序控制逻辑 ALE产生正脉冲，锁存ADDA、ADDB、ADDC通道选通端数据，通过内部地址译码，选通对应通道 START端口输入正脉冲信号，信号的上升沿清除内部寄存器数据，下降沿启动AD转换； AD转换启动后，EOC从高电平变成低电平，在AD转换过程中，EOC保持低电平，转换结束，EOC从低变成高电平。 向OE引脚输入正脉冲，打开三态输出锁存器，内部数

11、据输出到D0D7数据总线；MCS-51与ADC0809的接口 单片机如何来控制ADC? 首先用指令选择0809的一个模拟输入通道，当执行MOVX DPTR，A时，单片机的WR*信号有效，产生一个启动信号给0809的START脚，对选中通道转换。 转换结束后，0809发出转换结束EOC信号，该信号可供查询，也可向单片机发出中断请求;当执行指令：MOVX A，DPTR，单片机发出RD*信号,加到OE端高电平，把转换完毕的数字量读到A中。 查询和中断控制两种工作方式。(1)查询方式0809与8031单片机的接口如图11-16。端口地址：7FF87FFF ALE脚的输出频率为1MHz，（时钟频率为6M

12、Hz），经D触发器二分频为500kHz时钟信号。 0809输出三态锁存，8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。 引脚C、B、A分别与地址总线A2、A1、A0相连，选通IN0IN7中的一个。P2.7（A15）作为片选信号，在启动A/D转换时，由WR*和P2.7控制ADC的地址锁存和转换启动，由于ALE和START连在一起，因此0809在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。 读取转换结果，用RD*信号和P2.7脚经或非后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。 对8路模拟信号轮流采样一次，采用软件延时的方式，并依次把结果转储到数据存储区。MAIN:MOV R1，#data;置数据区首地

13、址 MOV DPTR，#7FF8H;端口地址送DPTR，P2.7=0， ；且指向通道IN0MOVR7，#08H;置转换的通道个数LOOP: MOVX DPTR，A ;启动A/D转换MOVR6，#0AH;软件延时，等待转换结束DELAY: NOPNOPNOPDJNZR6，DELAYMOVXA，DPTR;读取转换结果MOVR1，A;存储转换结果INCDPTR;指向下一个通道INCR1;修改数据区指针DJNZR7，LOOP;8个通道全采样完否？未完则继续(2)中断方式 将图11-16中EOC脚经一非门连接到8031的INT1*脚即可。转换结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断申请，单片机响应中断

14、请求，在中断服务程序读A/D结果，并启动0809的下一次转换，外中断1采用跳沿触发。程序如下：INIT1: SETB IT1 ；外部中断1初始化编程SETB EA ；CPU开中断SETBEX1 ；选择外中断为跳沿触发方式MOVDPTR，#7FF8H；端口地址送DPTRMOVA，#00H ;MOVXDPTR，A；启动0809对IN0通道转换 ；完成其他的工作中断服务程序:PINT1: MOV DPTR，#7FF8H ；A/D结果送内部RAM单元30HMOVXA，DPTRMOV30H，AMOVA，#00H；启动0809对IN0的转换MOVXDPTR，A;RETI8.1 数模转换芯片DAC0832及

15、其接口设计8.2 模数转换芯片ADC0809及其接口 8.2.1 逐次逼近式数模转换器的工作原理 8.2.2 A/ D转换器的主要技术指标 8.2.3 ADC0809引脚介绍 8.2.4 ADC0809内部结构及工作时序 8.2.5 应用举例 8.3 开关量功率接口技术 实例5：用查询法实现0通道信号采集，结果以16进制显示A、B、C三个地址线均接地选通0通道ST（ALE）、EOC、OE分别接IO端口CLOCK接虚拟信号发生器（5KHz）实例5程序实例5运行效果8.1 数模转换芯片DAC0832及其接口设计8.2 模数转换芯片ADC0809及其接口8.3 开关量功率接口技术 8.3MCS-51

16、的功率接口设计 要用单片机控制各种各样的高压、大电流负载，如电动机、电磁铁、继电器、灯泡等，不能用单片机的I/O线来直接驱动，而必须通过各种驱动电路和开关电路来驱动。另外，与强电隔离和抗干扰，有时需加接光电耦合器。称此类接口为MCS-51的功率接口。1MCS-51的输出驱动能力及其外围集成数字驱动电路 1.1MCS-51片内I/O口的驱动能力 工业生产现场，控制对象是电磁继电器、电磁开关或可控硅、固态继电器和功率电子开关。 能否用MCS-51片内的I/O口直接驱动它们呢？P0、P1、P2、P3四个口都可做输出口，但其驱动能力不同。P0口的驱动能力较大，当其输出高电平时，可提供400A的电流；当

17、其输出低电平（0.45V）时，则可提供3.2mA的灌电流，如低电平允许提高，灌电流可相应加大。P1、P2、P3口的每一位只能驱动4个LSTTL，即可提供的电流只有P0口的一半。所以，任何一个口要想获得较大的驱动能力，只能用低电平输出。8031通常要用P0、P2口作访问外部存储器用，所以只能用P1、P3口作输出口。P1、P3口的驱动能力有限，在低电平输出时，一般也只能提供不到2mA的灌电流，通常要加总线驱动器或其它驱动电路。1.2 外围集成数字驱动电路外围集成数字驱动电路的参数。只要加接合适的限流电阻和偏置电阻，即可直接由TTL、MOS以及CMOS电路来驱动。驱动感性负载时，必须加接限流电阻或箝

18、位二极管。例1 慢开启的白炽灯驱动电路图12-1为慢开启白炽灯驱动电路，白炽灯的延时开启时间长短取决于时间常数RC。此电路能直接驱动工作电压小于30V、额定电流小于500mA的任何灯泡。例2 驱动大电流负载电路如图12-3所示。ULN2068芯片具有四个大电流达林顿开关，能驱动电流高达1.5A的负载。由于ULN2068在25时功耗达2075mW，因而使用时一定要加散热板。 2 MCS-51的开关型功率接口常用的开关型驱动器件有，光电耦合器、继电器、晶闸管、功率MOS管、集成功率电子开关、固态继电器等。2.1 MCS-51与光电耦合器的接口 1.晶体管输出型光电耦合器驱动接口 (直流负载）光电晶

19、体管除没有使用基极外,跟普通晶体管一样。取代基极电流的是以光作为晶体管的输入。原理：当光电耦合器的发光二极管发光时，光电晶体管受光的影响在cb间和ce间有电流流过，这两个电流基本上受光的照度控制，常用ce极间的电流作为输出电流，输出电流受Vce的电压影响很小。 光电耦合器在传输脉冲信号时，对不同结构的光电耦合器的输入输出延迟时间相差很大。图12-4是使用4N25的光电耦合器接口电路图。 （高速光耦）4N25使两部分的电流信号独立。4N25输入输出端的最大隔离电压2500V。光电耦合器也常用于较远距离的信号隔离传送。(1) 可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同

20、所产生的影响。(2) 光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以形成电流环路的传送形式。由于电流环电路是低阻抗电路，它对噪音的敏感度低，因此提高了通讯系统的抗干扰能力。图12-5用光电耦合器组成的电流环发送和接收电路。图12-5电路可以用来传输数据，最大速率为50Kb/s，最大传输距离为900米。环路连线的电阻对传输距离影响很大，此电路中环路连线电阻不能大于30，当连线电阻较大时，100的限流电阻要相应减小。光电耦合管使用TIL110，开关速度比4N25快。2. 晶闸管输出型光电耦合器驱动接口 （交流负载）输出端是光敏晶闸管或光敏双向晶闸管。当光电耦合器的输入端有一定的电流流入时，晶闸管即导通

21、。有的光电耦合器的输出端还配有过零检测电路，用于控制晶闸管过零触发，以减少用电器在接通电源时对电网的影响。4N40是常用的单向晶闸管输出型光电耦合器当输入端有1530mA电流时,输出端的晶闸管导通。输出端的额定电压为400V，额定电流有效值为300mA。隔离电压为15007500V。4N40的6脚是输出晶闸管的控制端，不使用此端时，此端可对阴极接一个电阻。MOC3041是常用的双向晶闸管输出的光电耦合器带过零触发电路，输入端的控制电流为15mA，输出端额定电压为400V，输入输出端隔离电压为7500V。图12-6是4N40和MOC3041的接口驱动电路。4N40常用于小电流用电器的控制，如指示

22、灯等，也可以用于触发大功率的晶闸管。MOC3041一般不直接用于控制负载，而用于中间控制电路或用于触发大功率的晶闸管。2.2 MCS-51与继电器的接口1. 直流电磁式继电器功率接口一般用功率接口集成电路或晶体管驱动。在使用较多继电器的系统中，可用功率接口集成电路驱动，例如SN75468，一片SN75468可驱动7个继电器，驱动电流可达500mA，输出端最大工作电压为100V。常用的继电器大部分属于直流电磁式继电器，也称为直流继电器。图12-7是直流继电器的接口电路。继电器的动作由单片机8031的P1.0端控制。P1.0端输出低电平时，继电器J吸合；P1.0端输出高电平时，继电器J释放。采用这

23、种控制逻辑可以使继电器在上电复位或单片机受控复位时不吸合。 二极管D的作用是保护晶体管T。原理如下：当继电器J吸合时，二极管D截止，不影响电路工作。继电器释放时，由于继电器线圈存在电感，这时晶体管T已经截止，所以会在线圈的两端产生较高的感应电压，极性是上负下正。 2. 交流电磁式接触器的功率接口继电器中切换电路能力较强的电磁式继电器称为接触器。交流电磁式接触器由于线圈的工作电压要求是交流电,所以通常使用双向晶闸管驱动图12-8是交流接触器的接口电路图。 交流接触器C由双向晶闸管KS驱动。双向晶闸管的选择要满足：额定工作电流为交流接触器线圈工作电流的23倍；额定工作电压为交流接触器线圈工作电压的

24、23倍。对于工作电压220V的中、小型的交流接触器，可以选择3A、600V的双向晶闸管。光电耦合器MOC3041的作用是触发双向晶闸管KS以及隔离单片机系统和接触器系统。MOC3041的输入端接7407，由单片机8031的P1.0端控制。P1.0输出低电平时，双向晶闸管KS导通,接触器C吸合。P1.0输出高电平时,双向晶闸管KS关断，接触器C释放。MOC3041内部带有过零控制电路，因此双向晶闸管KS工作在过零触发方式。接触器动作时，电源电压较低，这时接通用电器，对电源的影响较小。 2.3 MCS-51与晶闸管的接口1. 单向晶闸管晶闸管习惯上称可控硅（整流元件），英文名为Silicon Co

25、ntrolled Rectifier，简写成SCR，这是一种大功率半导体器件，它既有单向导电的整流作用，又有可以控制的开关作用。利用它可用较小的功率控制较大的功率。在交、直流电动机调速系统、调功系统、随动系统和无触点开关等方面均获得广泛的应用，如下图示，有三个电极：阳极A、阴极C、控制极（门极）G。当其两端加上正向电压而控制极不加电压时，晶闸管并不导通，正向电流很小，处于正向阻断状态；当加上正向电压，且控制极上（与阴极间）也加上一正向电压时，晶闸管便进入导通状态，这时管压降很小（1V左右）。这时即使控制电压消失，仍能保持导通状态，所以控制电压没有必要一直存在，通常采用脉冲形式，以降低触发功耗。

26、它不具有自关断能力，要切断负载电流，只有使阳极电流减小到维持电流以下，或加上反向电压实现关断。若在交流回路中应用，当电流过零和进入负半周时，自动关断，为了使其再次导通，必须重加控制信号。2. 双向晶闸管晶闸管应用于交流电路控制时，如图12-10所示。 采用两个器件反并联，以保证电流能沿正反两个方向流通。 如把两只反并联的SCR制作在同一片硅片上，便构成双向可控硅，控制极共用一个，使电路大大简化，其特性如下： 控制极G上无信号时，A1、A2之间呈高阻抗，管子截止。 VA1A21.5V时，不论极性如何，便可利用G触发电流控制其导通。工作于交流时，当每一半周交替时，纯阻负载一般能恢复截止；但在感性负载情况下，电流相位滞后于电压，电流过零，可能反向电压超过转折电压，使管子反向导通。所以，要求管子能承受