第5章mcs-51單片機(jī)的輸入輸出通道接口

1、1,第5章 輸入輸出通道接口技術(shù),5.1 輸入輸出通道概述5.2 D/A轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)5.3 A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù),2,第5章 輸入輸出通道接口技術(shù),主要內(nèi)容： 輸入/輸出通道的組成與配置，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)。通過本章的學(xué)習(xí)，了解模擬輸入/輸出通道設(shè)計(jì)的基本原理和方法，掌握常用A/D、D/A芯片及其與MCS-51單片機(jī)的接口電路與程序設(shè)計(jì)。重點(diǎn)和難點(diǎn): 不同方式的A/

2、D、D/A芯片與MCS-51的接口及其程序設(shè)計(jì)。,3,5.2 D/A轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù),數(shù)/模轉(zhuǎn)換就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與它成正比的模擬量。,例如：對(duì)于0～5V的直流電壓，計(jì)算機(jī)用8位數(shù)字量描述,最小值（00000000）B = 0對(duì)應(yīng)0V， 最大值（11111111）B = 255 對(duì)應(yīng) 5V， 中間值（01111111）B = 127 對(duì)應(yīng)2. 5V 等等。,D/A的任務(wù)是接收到一個(gè)數(shù)字量

3、后，給出一個(gè)相應(yīng)的電壓。,比如收到（00111111）B ，應(yīng)給出幅度為1.25V 的電壓。,4,5.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo),（1）分辨率：指D/A轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量，即相鄰兩個(gè)二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)的輸出電壓之差稱為D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。,（2）精度：指D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出與理論值之間的誤差，它以滿量程的百分?jǐn)?shù)或最低有效位的分?jǐn)?shù)形式表示。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間：從D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量發(fā)生變化開始，到其輸出模擬量達(dá)到相應(yīng)的穩(wěn)定

4、值所需要的時(shí)間。,（4）線性誤差：D/A的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性（各數(shù)字輸入值所對(duì)應(yīng)的各模擬輸出值之間的連線）與理想的轉(zhuǎn)換特性之間的偏差就是D/A的線性誤差。,5,5.2.3 并行輸入D/A芯片及接口技術(shù),并行輸入D/A轉(zhuǎn)換芯片——DAC0832,DAC0832是NS公司生產(chǎn)的DAC0830系列產(chǎn)品中的一種8位CMOS數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，其特點(diǎn)如下：① 8位并行D/A轉(zhuǎn)換；② 片內(nèi)二級(jí)數(shù)據(jù)鎖存，提供數(shù)據(jù)輸入雙緩沖、單緩沖、直通三種工作方式；③

5、電流輸出型芯片(需外接運(yùn)放) ,電流穩(wěn)定時(shí)間為1μs,只需在滿量程下調(diào)整其線性度；④ 單電源（+5 V～+15 V，典型值+5 V）供電； ⑤具有雙緩沖控制輸出；⑥參考電壓為-10～+10V,6,DAC0832結(jié)構(gòu),7,DAC0832的輸出電路,DAC0832的輸出量是電流，而實(shí)際應(yīng)用中常常需要的是模擬電壓。在這種情況下，芯片的輸出還需要有將電流轉(zhuǎn)換為電壓的電路。,Vout＝－(D/2n)×VREF,8,DAC

6、0832與89C51接口,DAC0832可以有三種工作形式：直通、單緩沖、雙緩沖。,9,1) 單緩沖工作方式應(yīng)用,將二級(jí)寄存器的控制信號(hào)并接，輸入數(shù)據(jù)在控制信號(hào)作用下（一次控制，一次緩沖），直接打入8位DAC寄存器中并進(jìn)入8位D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。,10,① 產(chǎn)生鋸齒波的程序,MOV DPTR，#7FFFH MOV A，#00HLOOP: MOVX @DPTR，A INC

7、A NOP NOP AJMP LOOP；,,,,,,,11,② 產(chǎn)生方波的程序,MOV DPTR，#7FFFHLOOP:MOV A，#0FFHMOVX @DPTR，AACALL DELAYMOV A,#00HMOVX @DPTR,AACALL DELAY AJMP LOOP,12,2） 雙

8、緩沖工作方式應(yīng)用,,在多路D/A轉(zhuǎn)換的情況下，若要求同步轉(zhuǎn)換輸出，必須采用雙緩沖方式。DAC0832采用雙緩沖方式時(shí)，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分兩步進(jìn)行的。 第一， CPU分時(shí)向各路D/A轉(zhuǎn)換器輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量并鎖存在各自的輸入寄存器中。 第二，CPU對(duì)所有的D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)出控制信號(hào)，使各路輸入寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)入DAC寄存器，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換輸出。,13,2）雙緩沖工作方式應(yīng)用,14,2）雙緩沖工作方式

9、應(yīng)用,MOV DPTR，#0DFFFH MOV A，#data1 MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#7FFFH MOV A，#data2 MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#0BFFFH MOVX @DPTR，A,15,5.3 A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù),計(jì)算機(jī)只能儲(chǔ)存和處理二進(jìn)制形式的數(shù)字量，凡遇到有模擬量的地方

10、，就要進(jìn)行模擬量向數(shù)字量轉(zhuǎn)換，這就是模/數(shù)轉(zhuǎn)換問題。將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程稱為A/D轉(zhuǎn)換，與之有關(guān)的接口技術(shù)稱為前向通道接口技術(shù)。 因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常需要將檢測(cè)到的連續(xù)變化的模擬量如溫度、壓力、流量、速度等轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，才能輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，然后再將處理結(jié)果的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。,16,5.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo),（1）分辨率：分辨率是指輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模

11、擬電壓的變化量。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為滿刻度電壓與2n之比值，其中n為ADC的位數(shù)。,（2）轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換速率是指A/D轉(zhuǎn)換器每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。（3）量化誤差：A/D的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與理想轉(zhuǎn)移特性曲線之間的最大偏差稱為量化誤差。（4）線性度：實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏差。不包括量化誤差、偏移誤差和滿刻度誤差三種誤差。（5）量程：

12、量程是指A/D能夠轉(zhuǎn)換的電壓范圍，如0～5V，-10～+10V等。,17,逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809,ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道、8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。,18,ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器芯片,19,ADC0809與MCS-51單片機(jī)接口,ADC0809與MCS-51連接可采用查詢方式，也可采用中斷方式。由于ADC0809片內(nèi)有三態(tài)輸出鎖存器，因此可直接與MCS- 51接口。,把ALE信

13、號(hào)與START信號(hào)接在一起，這樣連接使得在信號(hào)的前沿寫入（鎖存）通道地址，緊接著在其后沿就啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。,20,ADC0809與MCS-51單片機(jī)接口,21,8路巡回檢測(cè)系統(tǒng),【例】某糧庫(kù)或某冷凍廠需對(duì)8點(diǎn)(8個(gè)冷凍室或8個(gè)糧倉(cāng))進(jìn)行溫度巡回檢測(cè)。要求設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)巡回檢測(cè)系統(tǒng)，使其能對(duì)各冷凍室或各糧倉(cāng)的溫度巡回檢測(cè)并加以處理。設(shè)被測(cè)溫度范圍為-30～+50℃，溫度檢測(cè)精度要求誤差不大于±1℃。,將讀數(shù)依次存放在片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器30

14、H～37H單元。其采集程序和中斷服務(wù)程序如下：,22,8路巡回檢測(cè)系統(tǒng),ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0F ORG 0100HMAIN：MOV R0,#30H ；數(shù)據(jù)暫存區(qū)首址 SETB IT0 ；脈沖觸發(fā)方式 SETB EA

15、 ；開中斷 SETB EX0 MOV DPTR，#7FF8H；指向0809首地址 MOVX @DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換HERE：SJMP HERE ；等待中斷,23,8路巡回檢測(cè)系統(tǒng),中斷服務(wù)程序：INT0F:MOVX A，@DPTR ；讀數(shù) MOVX @R0，A ；存數(shù) INC DP

16、TR ；更新通道 INC R0 ；更新暫存單元 CJNE R0，#38H，NEXT MOV R0，#30H ；數(shù)據(jù)暫存區(qū)首址 MOV DPTR，#7FF8H；指向0809首地址 RETINEXT:MOVX @DPTR，A RETI END,24,串行輸出A

17、/D轉(zhuǎn)換器,串行輸出的A/D芯片由于節(jié)省單片機(jī)的I/O口線，越來(lái)越多地被采用。如具有SPI三線接口的TLC1549、TLC1543、TLC2543、MAX187等，具有I2C接口PCF8591（4路8位A/D，還含1路8位D/A)等。,25,串行A/D MAX187/189,MAX187/189是MAXIM公司生產(chǎn)的具有SPI（Serial Peripheral Interface）總線接口的12位逐次逼近式（SAR）A/D轉(zhuǎn)換芯片。特

18、點(diǎn)如下： ① 12位逐次逼近式（SAR）串行A/D轉(zhuǎn)換芯片； ② 轉(zhuǎn)換速度為75 kHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為8.5µs； ③ 輸入模擬電壓：0～5V； ④ 單一+5 V供電； ⑤ DIP8引腳封裝，外接元件簡(jiǎn)單，使用方便。 MAX187與MAX189的區(qū)別在于：MAX187具有內(nèi)部基準(zhǔn)，無(wú)需外部提供基準(zhǔn)電壓，MAX189則需外接電壓基準(zhǔn)。

19、,26,串行A/D MAX187/189,27,MAX187/189與單片機(jī)接口,當(dāng)CS輸入低電平時(shí)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，此時(shí)DOUT引腳輸出低電平，當(dāng)DOUT輸出變高電平時(shí)，說明轉(zhuǎn)換結(jié)束（在轉(zhuǎn)換期間，SCLK不允許送入脈沖）。 從SCLK引腳輸入讀出脈沖，SCLK每輸入一個(gè)脈沖，DOUT引腳上輸出一位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出的順序?yàn)橄雀呶缓蟮臀?，在SCLK信號(hào)的下降沿，數(shù)據(jù)改變，在SCLK的上升沿，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。SCLK信號(hào)為高電平期間從DOU

20、T引腳上讀數(shù)據(jù)。,28,MAX187/189與單片機(jī)接口,工作流程：清P1.7，啟動(dòng)MAX187開始A/D轉(zhuǎn)換；讀P1.5，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束；當(dāng)P1.5變高，轉(zhuǎn)換結(jié)束；從P1.6引腳發(fā)串行脈沖，從P1.5引腳逐位讀取數(shù)據(jù)。 注意：由于MCS-51單片機(jī)外接晶振最大不超過12 MHz，即便是執(zhí)行一條單周期指令也需1 µs，所以發(fā)送SCLK時(shí)無(wú)需延時(shí)。,29,MAX187/189與單片機(jī)接口,HIGH EQU 31H

21、 LOW EQU 30H ORG 1000HSTART: MOV HIGH, #00 MOV LOW, #00; 將轉(zhuǎn)換結(jié)果單元清除 CLR P1.6 CLR P1.7; 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 JNB P1.5, $ ; 等待轉(zhuǎn)換結(jié)束,[例題] 如圖上頁(yè)圖所示的MAX187與MCS-51連接

22、的電路圖，將MAX187轉(zhuǎn)換結(jié)果存入31H、30H單元，右對(duì)齊，31H存高位（高4位補(bǔ)0）。,30,SETB P1.6; SCLK上升沿 MOV R7, #12; 置循環(huán)初值12 LP: CPL P1.6; 發(fā)SCLK脈沖 JNB P1.6, LP; 等待SCLK變高 MOV C, P1.5; 將數(shù)據(jù)取到C MOV A, LOW