微型计算机控制技术件

微型计算机控制技术件第1页/共137页第二章模拟量输入/输出通道的接口技术

在微型机控制系统与智能化仪器中被测物理量多为模拟量，而计算机只能接收数字量。在检测/控制系统中必须先把传感器输出的模拟量转换成数字量，才能送到计算机进行数据处理，实现控制或显示。能够变模拟量为数字量的器件称作模/数转换器（简称A/D转换器）。微机控制技术第2页/共137页第二章模拟量输入/输出通道的接口技术经计算机处理后的以数字量输出。大多数执行机构只能接收模拟量。（如电动执行机构、气动执行机构以及直流电机等）必须把数字量变成模拟量即完成数/模转换（简称D/A转换）。可见:A/D、D/A转换是微型机接收、处理、控制模拟量参数过程中必不可少的环节。微机控制技术第3页/共137页2．1多路开关及采样／保持器

多路开关、采样/保持器是微型机控制系统的重要元件，是计算机进行多路控制、采集数据必不可少的组成部分。本节主要介绍他们的原理及应用。微机控制技术第4页/共137页2．1多路开关及采样／保持器

2．1．1多路开关

2．1．2采样／保持器微机控制技术第5页/共137页

2．1．1多路开关多路开关的主要用途

(1)把多个模拟量参数分时地接通送入A/D转换器即完成多到一的转换。称为多路开关。

(2)把经计算机处理后输出且由D/A转换器转换成的模拟信号按顺序输出到不同的控制回路/外部设备，即完成一到多的转换。称多路分配器或反多路开关。微机控制技术第6页/共137页

2．1．1多路开关2.多路开关的种类：(1)单向多路开关，如AD7501（8路），AD7506（16路）。(2)双向多路开关，如CD4051（8路），CD4067（16路）。(3)差动输入多路开关如CD4052(双4通道),CD4053(三重二通道)CD4097(双8通道)。(4)多路输入/多路数出矩阵多路开关如8816（16入8出）等。微机控制技术第7页/共137页

2．1．1多路开关3.半导体多路开关（1）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排（2）直接与TTL（或CMOS）电平相兼容；（3）内部带有通道选择译码器，使用方便；（4）可采用正或负双极性输入；（5）转换速度快，通常导通/关断时间为1μs

有些产品已达到几十～几百ns。（6）寿命长，无机械磨损；（7）接通电阻低，一般小于100Ω,有的可达几个Ω。（8）断开电阻高，通常达109Ω以上。

微机控制技术广泛应用第8页/共137页

2．1．1多路开关1.CD40512.CD4067B/CD4097B3.多路开关的扩展微机控制技术第9页/共137页1.CD4051

微机控制技术图2-1CD4051

原理电路图01001.CD4051第10页/共137页1.CD40510001第11页/共137页

1.CD4051（1）CD4051的组成：

①逻辑转换单元完成TTL到CMOS的转换。输入电平范围大:数字量为3～15V，模拟量可达15VP-P。②二进制3：8译码器对选择输入端C、B、A的状态进行译码，以控制所选电路TG的开/关，使某一路开关接通，将输入和输出通道接口。③电子开关TG

用来接通或断开输入/输出通道。

微机控制技术±15V第12页/共137页1.CD4051（2）控制原理

①禁止输入端INH②3个通道选择输入端C、B、AC、B、A的信号编码用来选择8个通道之一被接通。微机控制技术INH接高电平所有通道全部断开第13页/共137页1.CD4051（3）用法

①用作多路开关

8进1出②用作分路路开关

1进8出微机控制技术改变C、B、A的值,改变接通的通道第14页/共137页1.CD4051表2-2CD4051真值表微机控制技术输入状态接通通道INHCBACD405100000#00011#00102#……01117#第15页/共137页2.CD4067B/CD4097B2.CD4067B/CD4097B CD4067B和CD4097B相比:

·

相同:原理基本，

·

不同:CD4067B单16路，双向、

4个选择控制端:D、C、B、ACD4097B双8路，双向、

3个选择控制端:C、B、A

CD4051单8路，双向、

3个选择控制端:C、B、A微机控制技术第16页/共137页2.CD4067B/CD4097B11010第17页/共137页2.CD4067B/CD4097B第18页/共137页矩阵式多路开关（补充）INOUT输入选择输出选择可将一个输入信号传至到任选输出通道第19页/共137页3.多路开关的扩展3.多路开关的扩展

（1）由于被测参数多，应用中需要扩展。（2）作法：

·

将两个多路开关串联可成倍增加路数。

·

采用译码器可组成通路更多的多路开关。微机控制技术第20页/共137页3.多路开关的扩展

（2）扩展方法输入通道:不变，只是把2#CD4051的8个通道编号为8—15。输出通道:把两个CD4051的OUT/IN并联。通道选择控制管脚C、B、A同名并联，并分别接到D2、D1和D0。禁止端:用做两个CD4051的选择控制，由D3控制。当D3=0时，1#CD4051工作，2#截止。当D3=1时，正好相反。微机控制技术第21页/共137页3.多路开关的扩展

由于两个多路开关只有两种状态，1#

多路开关工作，2#

就得停止，或者相反。所以，只用一根地址总线即可作为两个多路开关的允许控制端的选择信号，而两个多路开关的通道选择输入端共用一组地址（或数据）总线。微机控制技术第22页/共137页3.多路开关的扩展微机控制技术图2-4CD4051的扩展电路

（3）扩展电路由两个CD4051构成的16通道多路开关OUT/IN端连在一起两片IN端并联两片IN端串联非门10010第23页/共137页3.多路开关的扩展（3）工作原理图2-8中，改变数据总线D2~D0（或地址总线A2～A0）的状态即可得到分别选择IN7～IN0的8个通道之一。D3用来控制两个多路开关的INH输入端的电平。其真值表，如表3-4所示。微机控制技术第24页/共137页3.多路开关的扩展INHCBA接通通道00000#00011#00102#……01117#10008#10019#101010#……111115#微机控制技术（3）真值表·INH为0：选通1#芯片（1N0～IN7）·INH为1：选通2#芯片（IN8~IN15）·

在INH为0的前提下，由

C、B、A的编码决定被选通的通道。第25页/共137页3.多路开关的扩展※若需要通道数很多，可通过译码器控制CD4051的控制端INH，把多个CD4051芯片组合起来，构成更多通道或差动输入系统。

※对于其它多路开关芯片同样适用。微机控制技术讨论第26页/共137页2．1．2

采样／保持器

1．采样／保持器的用途2．采样／保持器工作原理3．常用采样／保持器微机控制技术第27页/共137页1．采样／保持器的用途1．采样／保持器（Sample/Hold）的用途（1）保持采样信号不变，以便完成A/D转换；（2）同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；（3）减少D/A转换器的输出毛刺，从而消除输出电压的峰值及缩短稳定输出值的建立时间；（4）把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出的稳定性。微机控制技术第28页/共137页2．采样／保持器工作原理2．采样／保持器工作原理（1）S／H有两种工作方式：①采样方式采样／保持器的输出跟随模拟量输入电压。②保持方式采样／保持器的输出保持在命令发出时刻的模拟量输入值，直到保持命令撤消（即再度接到采样命令）时为止。。微机控制技术第29页/共137页2．采样／保持器工作原理微机控制技术图2-9描述上述采样／保持过程的示意曲线图第30页/共137页3．常用采样／保持器3．常用采样／保持器

·AD公司

AD582、AD585、AD346、AD389、ADSHC—85。

·

国家半导体公司

LF198/298/398等。微机控制技术第31页/共137页3．常用采样／保持器（1）LF198/298/398的结构

·

结构由双极型绝缘栅场效应管组成（低偏差电压和宽频带）使用一个单独的端子实现输人偏置电压的调整，

·

特点采样速度快，保持下降速度慢，精度高等特点。允许带宽1MHz，输入电阻为1010Ω。作为单一的放大器时，其电流增益精度为0.002％，采样时间小于6μs时，精度可达0.01％。微机控制技术第32页/共137页3．常用采样／保持器

当保持电容为1μF时，其下降速度为5mV／min。结型场效应管与MOS电路相比：抗干扰能力强，且不受温度影响。设计保证，即使是在输入信号等于电源电压时，也可以将输入馈送到输出端。

LF198的逻辑输入全部为具有低输入电流的差动输入允许直接与TTL、PMOS、CMOS电平相连。其门限值为1.4V。

LF198供电电源可以从5V到18V。微机控制技术第33页/共137页3．常用采样／保持器

图2-6LF198LF298LF398原理图微机控制技术第34页/共137页（2）LF198／LF298／LF398芯片引脚功能

·

VIN：模拟量电压输入；

·

VOUT：模拟量电压输出；

·

逻辑、逻辑参考：控制S/H的工作方式。引脚8

接高电平，采样低电平，保持。

·

偏置（OFFSET）：可用外接电阻调整S/H的偏差

·

CH：保持电容引脚。用来连接外部保持电容。

·

V+、V-：电源引脚。电源变化范围为5V到10V。

3．常用采样／保持器微机控制技术第35页/共137页2．2D／A转换器及其接口技术

典型的微型机控制系统由模拟量输入通道、微型机、模拟量输出通道组成其中：

·

模拟量输入通道主要完成模拟量（Analog）到数字量（Digital）的转换。

·

微型机主要完成数据处理、控制量计算、输出等。

·

模拟量输出通道主要完成数字量（Digital）到模拟量（Analog）的转换第36页/共137页D/A转换器分类1.按D/A转换器输出方式分类电流输出型：如DAC0832，AD7522等。电压输出型：如AD558，AD7224等。(单极性输出、双极性输出)。2.按输入数字量位数分类有8位、10位、12位和16位等。3.结构:

双D/A（AD7528）、4通道D/A（AD7226）转换器串行D/A转换器（DAC80）等。4.其它:

直接接收BCD码（如AD7525）。直接输出4～20mA标准电流的D/A转换器（如AD1420/1422）。第37页/共137页2．2D／A转换器及其接口技术2.2.18位D/A转换器及其接口技术2.2.2高于8位的D/A转换器及其接口技术第38页/共137页2．2.18位D／A转换器及其接口技术

1．普通型D/A转换器DAC08322．D/A转换器的输出方式3.8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计

微机控制技术第39页/共137页1．普通型D/A转换器DAC0832

1．普通型D/A转换器DAC0832

·

美国数据公司产品，8位D/A转换器。

·

与CPU完全兼容。

·

采用CMOS工艺:功耗低，输出漏电流误差较小。

·

特殊的电路结构可与TTL逻辑输入电平兼容。微机控制技术第40页/共137页1．普通型D/A转换器DAC0832微机控制技术（1）DAC0832的结构及原理图2-7

第41页/共137页第42页/共137页②寄存器命令控制（1）LE（1）=ILE×CS×WR1

（2）LE（2）=WR2×②寄存器命令控制（1）LE（1）=ILE×CS×WR1

（2）LE（2）=WR2×②寄存器命令控制（1）LE（1）=ILE×CS×WR1

（2）LE（2）=WR2×1．普通型D/A转换器DAC0832微机控制技术①内部结构二级缓冲，一级转换，逻辑电路图2-14中，为寄存器命令。当＝l时，寄存器的输出随输入而变化；＝0时，数据被锁存在寄存器中。②寄存器命令控制（1）LE（1）=ILE×CS×WR1

（2）LE（2）=WR2×②寄存器命令控制（1）（8位数据锁存器控制8位DAC寄存器控制根据不同的接法，可将DAC0832设计成单缓冲、双缓冲、直通三种工作方式②寄存器命令控制（1）（②寄存器命令控制（1）（②寄存器命令控制（1）（第43页/共137页1．普通型D/A转换器DAC0832（2）DAC0832的引脚功能①数据

·D7～D0：数字量输入

·IOUT1：DAC电流输出1。

·IOUT2：DAC电流输出2。②控制

·CS：片选信号

·ILE：输人锁存允许信号

·WR1：输入锁存器写选通信号

·WR2:DAC寄存器写选通信号

·XFER：数据传送控制信号

·Rfb:反馈电阻微机控制技术D7～D0=0FFHIOUT1

输出最大值D7～D0=00HIOUT1

输出为0IOUT2=常数-IOUT1采用单极性输出时，IOUT2

接地为外部运算放大器提供反馈电阻（可用片内电阻/外接电阻）第44页/共137页1．普通型D/A转换器DAC0832·VREF：参考电压输入线。要求外接一精密电源。当VREF为±10V(或±5V)时，可获得满量程四象限的可乘操作。微机控制技术输出电压的极性两者符号之积输出电压的数值取决于输入的数字量第45页/共137页1．普通型D/A转换器DAC0832③电源与地

·Vcc：数字电路供电电压，一般为+5V~+15V。

·AGND：模拟地。

·DGND：数字地。两种不同性质的地，应单独连接，但在一般情况下，最后总有一点接在一起，以提高抗干扰的能力。微机控制技术第46页/共137页2．D/A转换器的输出方式2．D/A转换器的输出方式

（1）电压输出外接一级运算放大器，构成单极性电压输出；（图2-8）外接两级运算放大器，构成双极性电压输出。（图2-9）（2）电流输出直接输出电流。微机控制技术第47页/共137页2．D/A转换器的输出方式微机控制技术图2-8DAC0832单极性电压输出电路P29极性与VREF反相；数值与输入数字量相关VREF可接：±5V±10V

第48页/共137页微机控制技术图2-9DAC0832双极性电压输出电路P30VOUT2=-[R3

×I3]=-[R3×(I1+I2)]∑I3第49页/共137页2．D/A转换器的输出方式注意：①Vout1与VREF反相②Vout2与输入反相③R1=2R，R2=R，R3=2R

图2-9可求出D/A

转换器的总输出电压微机控制技术（2-1）代入R1、R2、R3的值，可得第50页/共137页2．D/A转换器的输出方式设VREF=+5V，则由式（2-1）可得出：当VOUT1=0V时，VOUT2=-5V；

VOUT1=-2.5V时，VOUT2=0V；

VOUT1=-5V时，VOUT2=+5V。微机控制技术双极性输出时输入数字量与输出模拟量之间的关系见表2-7

P30第51页/共137页2．D/A转换器的输出方式设VREF=+5V，则由式（2-1）可得出：D7

…D0VOUT1VOUT2000000000V-5V10000000-2.5V0V11111111-5V+5V。微机控制技术第52页/共137页3.8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计3.8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计包括三个方面：（1）数字量输入（2）模拟量输出（3）外部控制信号的连接微机控制技术第53页/共137页3.8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计（1）数字量输入端的连接考虑两个问题：①位数

D/A转换器的位数是否与微型机匹配？匹配，可直接连接；不匹配，可将数字量分批传送。

②

D/A转换器的内部是否设有输入锁存器？若没有，须在CPU与D/A转换器之间增设锁存器；若有，则可直接连接。微机控制技术第54页/共137页3.8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计（2）外部控制信号的连接①片选信号，由地址线经译码器控制。②写信号，由微型机的信号控制。③启动信号，启动信号常为片选及写信号的合成。④参考电平，由输出极性决定。微机控制技术第55页/共137页3.8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计（3）D/A转换器与微型机的接口及程序设计应用举例

8位D/A

转换器与8031单片机的接口。

选用DAC0832，分析：

·

数据位数

·

单极性电压输出

·DAC0832内部含有两极数字量锁存器，直接与

8031接口。

微机控制技术第56页/共137页3.8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计图2.10含锁存器的D/A转换器与单片机的连接微机控制技术第57页/共137页3.8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计

图2.10中，DAC0832工作于双缓冲方式：用P2.1控制，用P2.0

控制，信号同时控制和。锁存允许信号ILE接高电平。微机控制技术分析：LE（1）=CS&WR1&ILELE（2）=WR2&分析：LE（1）=CS&WR1&ILELE（2）=WR2&①执行MOVX@DPTR,A中LE(1)=1,指令执行完毕，LE(1)=0P2.1=0P2.0=1②执行MOVX@DPTR,A中LE(1)=1,指令执行完毕，LE(1)=0P2.1=0P2.0=1第58页/共137页3.8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计

设:第一级地址为0FDFFH，第二级地址为0FEFFH，则完成图2.10所示的D/A转换程序为：

START：MOVDPTR，#0FDFFH；建立D/A转换器地址指针

MOVA，#nnH；待转换的数字量送AMOVX@DPTR，A；输出D/A转换数字量

INCDPH；求第二级地址

MOVX@DPTR，A；完成D/A转换微机控制技术第59页/共137页3.8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计

图2.10加以改动:

·

将P2.0接到和两个控制端，P2.1不用，即可实现单缓冲方式。

·

只要执行上述程序段中的前3条指令，便可同时打开两级数据寄存器，完成D/A

转换。

·

在无特殊要求时，尽量采用单缓冲形式。

·

只有在要求同时输入两个或两个以上数据的情况下，才需要采用两级缓冲的形式。微机控制技术第60页/共137页单缓冲方式接线图第61页/共137页2．2．2高于8位D/A转换器及其接口技术

增加D/A转换器的位数可提高转换精度，更高位数D/A转换器的原理与8位D/A

转换器基本一样,

不同的是在与微型机进行接口时，数据要分两次或三次输入。微机控制技术第62页/共137页2．2．2高于8位D/A转换器及其接口技术1．12位D/A转换器AD6672.高于8位D/A转换器及其接口第63页/共137页1．12位D/A转换器AD6671．12位D/A转换器AD667(图2.11) ①片内含两级数据输入锁存器，②建立时间短和精度高的特点。③总线逻辑由4个独立寻址的锁存器组成。分为两级，第一级:包括3个4位寄存器，第二级:12位D/A

转换器。

微机控制技术可以方便的与4位、8位、12位、16位微型机接口避免产生虚假的模拟量输出第64页/共137页1．12位D/A转换器AD667图2.11AD667的原理结构图微机控制技术第65页/共137页1．12位D/A转换器AD667表2.7AD667真值表A1A2A3A4操作1××××无操作×1111无操作01110选通第一级低四位寄存器01101选通第一级中四位寄存器01011选通第一级高四位寄存器00111从第一级向第二级置数00000所有锁存器均透明微机控制技术允许两个及以上寄存器同时被选通A1A2A3A4操作1××××无操作×1111无操作01110选通第一级低四位寄存器01101选通第一级中四位寄存器01011选通第一级高四位寄存器00111从第一级向第二级置数00000所有锁存器均透明第66页/共137页2.高于8位D/A转换器及其接口2.高于8位D/A转换器及其接口

【例】以AD667为例介绍12位D/A转换器与8031的接口连接及程序设计的方法。

微机控制技术第67页/共137页2.高于8位D/A转换器及其接口图2.1212位D/A转换器AD667与8031的接口

微机控制技术第68页/共137页2.高于8位D/A转换器及其接口（1）硬件电路设计

·AD667由两级缓冲器组成。8031为8位机。待转换的数字量分低8位和高4位两步传入AD667。

·

由P2口产生的高8位地址信息,

经74LS138产生AD667的片选信号由P2.1、P2.0控制输入寄存器的选通信号。微机控制技术·

各寄存器的地址分析

G1CBAP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.010000001

低8位寄存器╰—

……—╯10高4位和12位D/ A转换器

第69页/共137页2.高于8位D/A转换器及其接口（2）软件设计

·

地址确定将低8位地址设为0FFH

则AD667的地址为81FFH和82FFH。

·

将数据分批传送:

先将待传送的数据按照要求的格式排列好，并存放在以DATA为首地址的内部RAM中。

·

编程微机控制技术第70页/共137页2.高于8位D/A转换器及其接口图2.12所示的12位D/A转换程序：MOVR0，#DATA；建立数据存放地址指针MOVDPTR，#81FFH ；建立D/A地址指针MOVA，@R0MOVX@DPTR，A ；传送低8位数据INCDPH；修改D/A地址INCR0；指向高4位数据存放的RAM单元MOVA，@R0；取高4位数据MOVX@DPTR，A ；传送高4位数据及进行12位D/A转换微机控制技术第71页/共137页2.3模拟量输入通道接口技术

模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。能够将模拟量转换成数字量称为模一数转换器， 简称A／D转换器。微机控制技术第72页/共137页2.3模拟量输入通道接口技术A／D转换器的种类:（1）按转换原理分①计数器式结构简单，转换速度慢，现在基本不用。②双积分式精度高，抗干扰能力强，但速度较慢，常用于数字电压表。③逐次逼近型速度较快，结构比较简单，是计算机系统中应用最多的一种。④并行A/D

速度最快，但结构复杂，价钱贵，一般用于军事。微机控制技术第73页/共137页2.3模拟量输入通道接口技术⑤V/F

变换结构简单，成本低，精度高，适合于远程应用。（2）按位数来分，有8位，10位、12位、16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。（3）按结构分①

单一的A／D转换器(如ADC0801、AD673等)②

内含多路开关的A／D转换器(如ADC0809，AD7581)

均带有8路多路开关)。③

多功能A／D转换芯片(如AD363)

内设16路多路开关、数据放大器、S／H、12位A／D。微机控制技术第74页/共137页2.3模拟量输入通道接口技术（4）按输出方式分①串行A/D转换器(如MAX195)②并行A/D转换器(如ADC0809)微机控制技术第75页/共137页2.3模拟量输入通道接口技术2.3.18位A/D转换器2.3.28位A/D转换器接口技术2.3.38位A/D转换器程序设计2.3.4高于8位A/D转换器及其接口技术2.3.5串行A/D转换器及其接口技术第76页/共137页2.3．18位A/D转换器

多通道A/D转换器ADC0808/0809

内含:8位A/D

转换电路(逐次逼近型)8路多路开关地址译码器、锁存器输出数据锁存器

·

具有较高的转换速度和精度受温度影响较小能较长时间保证精度重现性好功耗较低微机控制技术市售产品还有:AD7581(含8路多路开关)ADC0816/0817(含16路多路开关)等第77页/共137页微机控制技术图2-13AD0808/0809原理图010第78页/共137页第79页/共137页2.3．18位A/D转换器（1）电路组成及转换原理①八通道多路模拟开关。控制C、B、A和地址锁存允许ALE端子，可使其中一个通道被选中。②逐次逼近型A/D转换器组成:比较器、控制逻辑、输出锁存缓冲器、逐次逼近寄存器以、开关树组、256R梯型解码网络微机控制技术D/A第80页/共137页2.3．18位A/D转换器③控制逻辑

·

控制逐次逼近寄存器从高位到低位逐次取“1”，将此数字量送到开关树组（8位），用以控制开关K7～K0是否与参考电平相连。

·

参考电平经256R梯型电阻网络输出一个模拟电压VC。

·VC与输入模拟量VX在比较器中进行比较。当VC＞VX时，该位Di＝0；若VC≤VX

，则Di＝1，且一直保持到比较结束。

·

从D7～D0比较8次，逐次逼近寄存器中的数字量，此数字量送人输出锁存器，

·

同时发出转换结束信号(EOC=1)。微机控制技术A/D转换是在D/A基础上实现的第81页/共137页2.3．18位A/D转换器（2）ADC0808/0809的引脚功能

①模拟量输入端IN7～IN0②数字量输出端D7～D0

③控制端

·

启动信号START(启动A/D转换)。

·

转换结束信号EOC(允许计算机读数)。

·

输出允许信号OUTPUTENABLE(锁存器选通)。可作为ADC0808/0809的片选信号。

·

参考电压

VREF(+)、VREF(-)(D/A转换器权电阻的标准电平)微机控制技术单极性模拟量输入时:VREF(+)=+5V，VREF(-)＝0V。双极性模拟量输入时:VREF(+)=+5V/+10VVREF(-)＝-5V/-10V第82页/共137页2.3．18位A/D转换器

·

通道选择:

地址锁存允许ALE

通道选择ADDC、ADDB、ADDA④电源与时钟

·

实时时钟CLOCK

可通过外接RC电路改变时钟频率。

·

电源端子VCC(接+5V)

·

接地端GND微机控制技术ALE为高电平时ADDC、ADDB、ADDA有效第83页/共137页微机控制技术图2-14ADC0808/0809应用接线图P37第84页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术

A/D转换器与微型机接口技术:

·

与系统的接法

·A/D

转换器的启动方式

·

模拟量输入通道的接法

·

参考电源如何提供

·

状态的检测及锁存

·

时钟信号的引入等微机控制技术第85页/共137页

2.3.28位A/D转换器接口技术1．模拟量输入信号的连接

(1)

0～5V的标准电压信号

·

A/D转换器的输入除单极性外，也可以接成双极性。

·

用户可通过改变外接线路来改变量程(AD574)。

·

有的A/D转换器可以直接接入传感器的信号，如AD670。

(2)单通道输入、多通道输入方式。两种设计方法:

·

采用单通道A/D芯片:(需在模拟量输入端加接多路开关、采样/保持器)

·

采用带有多路开关的A/D转换器，

(如ADC0808和AD7581、ADC0816)第86页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术2．数字量输出引脚的连接

(1)A/D转换器内部未含输出锁存器需通过锁存器或I/O接口与微型机相连。常用芯片Intel8155、8255、824374LS273、74LS373、8212等。

(2)A/D转换器内部含有数据输出锁存器可直接与微型机相连。也可以通过I/O接口连接,以便增加控制功能。微机控制技术第87页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术3．A/D转换器的启动方式

(1)任何A/D转换器都只在接到启动信号后，才开始进行转换

(2)芯片不同，要求的启动方式也不同。

(3)两种启动方式

①脉冲启动可用/WR信号或译码器的输出Yi通过逻辑电路实现。如:ADC0809、ADC80、AD574A

②电平启动

·

启动电平加上后，A/D转换即刻开始.

·

在转换过程中，必须保持这一电平，否则停止转换。

·

通过锁存器，D触发器、或并行I/O接口等来实现。如:AD570、ADC0801、和AD670

等。微机控制技术第88页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术图2-15启动控制逻辑电路图微机控制技术第89页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术4．转换结束信号的处理方法

A/D转换过程完成后发出转换结束信号。微型机检查判断A/D转换结束的方法有以下三种：（1）中断方式

·

硬件接线:将转换结束标志信号接到微型机的中断申请引脚。

·

软件编程:微型机查询到中断申请并响应后,

在中断服务程序中读取数据。

·

特点:中断方式使A/D转换器与微型机的并行工作。常用于实时性要求比较强或多参数的数据采集系统。微机控制技术第90页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术（2）查询方式

·

硬件接法:把转换结束信号送到CPU数据总线或I/O接口的某一位上。

·

软件编程:微型机向A/D转换器发出启动信号。查询A/D转换结束信号:

未结束,继续查询。结束，读出结果数据。

·

特点:程序设计比较简单，实时性也较强。应用最多。微机控制技术第91页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术（3）软件延时方法

·

作法:微型机启动A/D转换后，根据完成转换所需要的时间，调用一段软件延时程序延时程序,

待延时时间到位,即可读出结果数据。

·

特点:可靠性比较高，不必增加硬件连线。但占用CPU的机时较多。多用在CPU处理任务较少的系统中。微机控制技术第92页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术5．参考电平的连接

A/D转换是在D/A转换的基础上实现的。(1)参考电平是供给其内部D/A转换器的标准电源，它直接关系到A/D转换的精度。因而对该电源的要求比较高，(2)要求由稳压电源供电。(3)不同的A/D转换器，参考电源的提供方法也不一样。

通常8位A/D转换器采用外电源供给，如：AD7574、ADC0809等。更高位数A/D转换器，则常在内部设有精密参考电源:

如AD574A、ADC80等。微机控制技术第93页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术(4)参考电平的接法

·

单极性输入VREF(+)VREF(-)+5V 地

·

双极性输入VREF(+)VREF(-) +5V/+10V-5V/-10V微机控制技术第94页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术6．时钟的连接

A/D转换过程都是在时钟作用下完成的,

时钟频率是决定芯片转换速度的基准。时钟的提供方法：（1）内部提供，经常外接RC电路来提供。（2）一种是由外部时钟提供，提供方法

·

可以用单独的振荡器。

·

用CPU时钟经分频后，送至A/D转换器的相应时钟端子。

·

内部时钟，或外部时钟均可。第95页/共137页2.3.28位A/D转换器接口技术

7．接地问题

·

意义:

接地问题的处理关系到系统对于干扰的抵抗能力

·

作法:模拟地和数字地也要分别连接。再把这两种”地”用一根导线连接起来。微机控制技术第96页/共137页2.3．38位A/D转换器程序设计

①

程序设计必须和硬件接口电路结合起来进行。

·

中断方式

·

查询方式

·

延时方式

②

A/D转换器的程序设计主要分三步：

·

启动A/D转换；

·

查询或等待A/D转换结束；

·

读出转换结果。微机控制技术第97页/共137页2.3．38位A/D转换器程序设计1.中断方式2.查询方式3.延时方式第98页/共137页1.中断方式1.中断方式

(1)硬件设计

·

把A/D转换器的结束标志线与单片机或微型机中断请求引脚相连。

·

若A/D转换器的结束标志线电平有与中断请求引脚要求有别,需加一级反向器后再连接。采用中断方式的A/D转换接口电路，如图2.20所示。微机控制技术第99页/共137页1.中断方式微机控制技术图2—20ADC0809与8031的中断接口方式第100页/共137页1.中断方式 (2)软件编程完成中断方式的A/D转换的程序有两部分:

①主程序

·

设置触发方式（本例是边沿触发）

·

安排中断矢量

·

开中断等

·

启动A/D

②中断服务程序。

·

读取转换结果微机控制技术TCON.0,即IT00003HEA、EX0第101页/共137页1.中断方式

主程序：

ORG0000H AJMPMAIN ORG0003H AJMPATOD ；转至中断服务程序

ORG0200H ；主程序

MAIN： SETBIT0 ；选择边沿触发方式

SETBEX0 ；允许外部中断0 SETBEA ；开放总中断

MOVDPTR，#AREAD ；建立A/D转换器地址指针

MOVX@DPTR，A ；启动A/D转换

HERE： AJMPHERE ；模拟主程序微机控制技术第102页/共137页1.中断方式

中断服务程序：

ORG0220H ATOD： PUSHPSW ；保护现场

PUSHACC PUSHDPL PUSHDPH MOVDPTR，#AREAD MOVXA，@DPTR ；读A/D转换结果

MOVDATA，A POPDPH；恢复现场

POPDPL POPACC POPPSW RETI ；返回主程序

AREAD EQUOFF80H DATA EQU50H微机控制技术第103页/共137页2.查询方式2.查询方式 应用最多。

(1)硬件设计

·

时钟

·

启动

·

查询

·

读数微机控制技术第104页/共137页2.查询方式图2.21是ADC0808/0809与8031单片机的典型接口电路图。

微机控制技术第105页/共137页2.查询方式(2)编程资源分配:外部RAM缓冲区指针P2=0AHP0=00H(存放转换结果)

采样次数寄存器R3=00H(采样256次)

采样通道计数器R6=08H

通道地址寄存器DPTRA15A14A13A12A11A10A9A8A7------..A2A1A00111111111110000第106页/共137页2.查询方式第107页/共137页2.查询方式源程序如下：START：MOVR0，#00H ；建立外部RAM缓冲区地址指针

MOVP2，#0A0H MOVR3，#00H；置采样次数计数器初值

MOVR4，#00H MOVR6，#08H ；设通道计数器初值

MOVDPTR，#7FF0H；通道地址寄存器设初值AGAIN:MOVX@DPTR，A ；启动A/D转换 LOOP0:JB P1.7，LOOP0微机控制技术A15A14A13A12A11A10A9A8A7------..A2A1A00111111111110000第108页/共137页2.查询方式LOOP1：JNBP1.7，LOOP1 ；等待A/D转换结束

MOVXA， @DPTR；读A/D转换结果

MOVX@R0，A ；存入RAM单元

INC DPTR ；修改通道号

INC P2 ；修改RAM地址

DJNZ R6，AGAIN ；判通道计数器是否为“0” DJNZ R3，DONE ；判采样次数计数器是否为“0” RETDONE：INC R4;采样次数加1 MOV P2，#0A0H;恢复存放数据指针

MOV A，R4; MOV R0，A;存放新数据地址指针

MOV R6，#10H;恢复通道计算机初值

AJMP AGAIN微机控制技术第109页/共137页3.延时方式3.延时方式

·

不同的A/D转换器的转换时间不同,

·

程序的延时时间取决于所选定的芯片,

·

为保证读书的正确性,常将程序的延时时间略大于实际转换时间。

·

延时时间的获取:软件延时程序，硬件延时。微机控制技术第110页/共137页2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术

·

采用高位数A/D转换器可提高转换精度。如：12位A/D转换器AD574

·

由于位数不同，所以与CPU

的接口及程序设计方法也不同。微机控制技术第111页/共137页2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术1．AD574的结构及原理

·

美国模拟器件公司（AnalogDevices）产品

·12位逐次逼近型A/D转换器

·

转换速度最快为35μS

转换误差±0.05％

·

价格适中微机控制技术第112页/共137页2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术（1）内部结构由三部分组成：①模拟芯片：高性能12位D/A转换器AD565、参考电压数字芯片②数字芯片：控制逻辑电路、逐次逼近型寄存器、三态输出缓冲器③控制逻辑部分：发出启动/停止时钟信号及复位信号，控制转换过程。转换过程结束后，输出一个标志状态STS（低电平有效）。微机控制技术快速、单片结构、电流输出型、建立时间为200ns第113页/共137页2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术微机控制技术图2-22AD574结构原理图第114页/共137页2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术④输入模拟量信号：允许两种量程、两种极性接法。

·

单极性：0—10V，0—20V

·

双极性：±5V，±10V⑤输出数字量信号：可分两次（一次8位，一次4位）读出，或12位一次读出。⑥当START信号出现高电平时，

STS开始变为高电平（BUSY），直到转换过程结束，才变为低电平（EOC）。微机控制技术第115页/共137页

（1）转换器的启动和数据读出由

CE、和R/引脚来控制。①CE＝1

＝0时,转换过程开始

R/＝0②CE＝1

＝0时,数据可以被读出。

R/＝1微机控制技术2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术2．AD574A的引脚及功能图2-40第116页/共137页

（2）数据格式选择端

①当＝1时，双字节输出(12位DB同时生效)

用于12/16位微型计算机系统。 ②若＝0，单字节输出，可与8位CPU接口。 ③AD574A采用向左对齐的数据格式。与A0配合，使数据分两次输出:A0＝0，高8位数有效。

A0＝1，输出低4位数据加4位附加0。微机控制技术2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术注意:·

引脚必须直接接至+5V或数字地

·

此引脚只作数字量输出格式的选择，对转换操作不起作用第117页/共137页（3）A0为字节选择端两个作用:

①转换前设置,选择字节长度设A0＝l，按8位A/D转换，转换完成时间为10s;A0＝0，按12位A/D转换，转换时间为25s。

(与的状态无关)

②与8位微处理器兼容时，选择读出字节。

在读周期中，A0＝0，高8位数据有效；

A0＝1，则低4位数据有效。注意：如果12/8＝1，则A0的状态不起作用。第118页/共137页AD574A控制信号组合表，如表2-9所示。第119页/共137页2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术3．AD574A的应用根据模拟信号的性质,有单极性/双极性输入两种工作方式。（1）单极性输入

·

单极性模拟量输入有两种量程，0～10V和0～20V。

·

若无需进行零位调整，将补偿调整引脚BIPOFF直接接至引脚9。

·

不需要进行满量程调整时，可于引脚8和10之间接一个固定的50Ω金属膜电阻，如图2-23（a）所示。微机控制技术第120页/共137页2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术微机控制技术图2-23单极性模拟量输入电路的连接无需0位调整无需满量程调整第121页/共137页2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术（2）双极性输入两种额定的模拟输入范围：

·±5V(输入接脚13和脚9之间)

·±10V(输入接脚14和脚9之间)

双极性模拟量输入电路图，如图2-24所示。

微机控制技术第122页/共137页2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术微机控制技术图2-24双极性模拟量输入电路的连接P47第123页/共137页2．3．4高于8位A/D转换器及其接口技术4.高于8位的A/D转换器接口技术及程序设计

(1)

对于高于8位的A/D转换器与8位CPU接口时数据的传送需分步进行。

(2)数据分割形式有向左对齐和向右对齐两种格