第5章mcs-51單片機的輸入輸出通道接口

1、1,第5章 輸入輸出通道接口技術,5.1 輸入輸出通道概述5.2 D/A轉換器及接口技術5.3 A/D轉換器及接口技術,2,第5章 輸入輸出通道接口技術,主要內容： 輸入/輸出通道的組成與配置，A/D、D/A轉換器及其接口技術。通過本章的學習，了解模擬輸入/輸出通道設計的基本原理和方法，掌握常用A/D、D/A芯片及其與MCS-51單片機的接口電路與程序設計。重點和難點: 不同方式的A/

2、D、D/A芯片與MCS-51的接口及其程序設計。,3,5.2 D/A轉換器及接口技術,數(shù)/模轉換就是將數(shù)字量轉換成與它成正比的模擬量。,例如：對于0～5V的直流電壓，計算機用8位數(shù)字量描述,最小值（00000000）B = 0對應0V， 最大值（11111111）B = 255 對應 5V， 中間值（01111111）B = 127 對應2. 5V 等等。,D/A的任務是接收到一個數(shù)字量

3、后，給出一個相應的電壓。,比如收到（00111111）B ，應給出幅度為1.25V 的電壓。,4,5.2.1 D/A轉換器性能指標,（1）分辨率：指D/A轉換器能分辨的最小輸出模擬增量，即相鄰兩個二進制碼對應的輸出電壓之差稱為D/A轉換器的分辨率。,（2）精度：指D/A轉換器的實際輸出與理論值之間的誤差，它以滿量程的百分數(shù)或最低有效位的分數(shù)形式表示。（3）轉換時間：從D/A轉換器輸入的數(shù)字量發(fā)生變化開始，到其輸出模擬量達到相應的穩(wěn)定

4、值所需要的時間。,（4）線性誤差：D/A的實際轉換特性（各數(shù)字輸入值所對應的各模擬輸出值之間的連線）與理想的轉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,并行輸入D/A轉換芯片——DAC0832,DAC0832是NS公司生產的DAC0830系列產品中的一種8位CMOS數(shù)模轉換芯片，其特點如下：① 8位并行D/A轉換；② 片內二級數(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(需外接運放) ,電流穩(wěn)定時間為1μs,只需在滿量程下調整其線性度；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結構,7,DAC0832的輸出電路,DAC0832的輸出量是電流，而實際應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) 單緩沖工作方式應用,將二級寄存器的控制信號并接，輸入數(shù)據(jù)在控制信號作用下（一次控制，一次緩沖），直接打入8位DAC寄存器中并進入8位D/A轉換器進行D/A轉換。,10,① 產生鋸齒波的程序,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、緩沖工作方式應用,,在多路D/A轉換的情況下，若要求同步轉換輸出，必須采用雙緩沖方式。DAC0832采用雙緩沖方式時，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉換輸出是分兩步進行的。 第一， CPU分時向各路D/A轉換器輸入要轉換的數(shù)字量并鎖存在各自的輸入寄存器中。 第二，CPU對所有的D/A轉換器發(fā)出控制信號，使各路輸入寄存器中的數(shù)據(jù)進入DAC寄存器，實現(xiàn)同步轉換輸出。,13,2）雙緩沖工作方式應用,14,2）雙緩沖工作方式

9、應用,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轉換器及接口技術,計算機只能儲存和處理二進制形式的數(shù)字量，凡遇到有模擬量的地方

10、，就要進行模擬量向數(shù)字量轉換，這就是模/數(shù)轉換問題。將模擬量轉換成數(shù)字量的過程稱為A/D轉換，與之有關的接口技術稱為前向通道接口技術。 因為在單片機應用系統(tǒng)中，常需要將檢測到的連續(xù)變化的模擬量如溫度、壓力、流量、速度等轉換成數(shù)字信號，才能輸入到單片機中進行處理，然后再將處理結果的數(shù)字量轉換成模擬量輸出，實現(xiàn)對被控對象的控制。,16,5.3.1 A/D轉換器的性能指標,（1）分辨率：分辨率是指輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模

11、擬電壓的變化量。A/D轉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）轉換速率與轉換時間：轉換速率是指A/D轉換器每秒鐘轉換的次數(shù)。轉換時間是指完成一次A/D轉換所需的時間。轉換時間是轉換速率的倒數(shù)。（3）量化誤差：A/D的階梯狀轉移特性曲線與理想轉移特性曲線之間的最大偏差稱為量化誤差。（4）線性度：實際A/D轉換器的轉移函數(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能夠轉換的電壓范圍，如0～5V，-10～+10V等。,17,逐次逼近式A/D轉換器ADC0809,ADC0809是美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道、8位逐次逼近式A/D轉換器。,18,ADC0809 A/D轉換器芯片,19,ADC0809與MCS-51單片機接口,ADC0809與MCS-51連接可采用查詢方式，也可采用中斷方式。由于ADC0809片內有三態(tài)輸出鎖存器，因此可直接與MCS- 51接口。,把ALE信

13、號與START信號接在一起，這樣連接使得在信號的前沿寫入（鎖存）通道地址，緊接著在其后沿就啟動轉換。,20,ADC0809與MCS-51單片機接口,21,8路巡回檢測系統(tǒng),【例】某糧庫或某冷凍廠需對8點(8個冷凍室或8個糧倉)進行溫度巡回檢測。要求設計一個單片機巡回檢測系統(tǒng)，使其能對各冷凍室或各糧倉的溫度巡回檢測并加以處理。設被測溫度范圍為-30～+50℃，溫度檢測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)存儲器30

14、H～37H單元。其采集程序和中斷服務程序如下：,22,8路巡回檢測系統(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A/D轉換HERE：SJMP HERE ；等待中斷,23,8路巡回檢測系統(tǒng),中斷服務程序：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轉換器,串行輸出的A/D芯片由于節(jié)省單片機的I/O口線，越來越多地被采用。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公司生產的具有SPI（Serial Peripheral Interface）總線接口的12位逐次逼近式（SAR）A/D轉換芯片。特

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

19、,26,串行A/D MAX187/189,27,MAX187/189與單片機接口,當CS輸入低電平時，啟動A/D轉換，此時DOUT引腳輸出低電平，當DOUT輸出變高電平時，說明轉換結束（在轉換期間，SCLK不允許送入脈沖）。 從SCLK引腳輸入讀出脈沖，SCLK每輸入一個脈沖，DOUT引腳上輸出一位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出的順序為先高位后低位，在SCLK信號的下降沿，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與單片機接口,工作流程：清P1.7，啟動MAX187開始A/D轉換；讀P1.5，等待轉換結束；當P1.5變高，轉換結束；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時無需延時。,29,MAX187/189與單片機接口,HIGH EQU 31H

21、 LOW EQU 30H ORG 1000HSTART: MOV HIGH, #00 MOV LOW, #00; 將轉換結果單元清除 CLR P1.6 CLR P1.7; 啟動A/D轉換 JNB P1.5, $ ; 等待轉換結束,[例題] 如圖上頁圖所示的MAX187與MCS-51連接

22、的電路圖，將MAX187轉換結果存入31H、30H單元，右對齊，31H存高位（高4位補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