第七章單片機的測控接口

第一節A/D轉換接口的擴展

第二節D/A轉換接口的擴展

第三節開關量接口的擴展

第四節電壓/頻率轉換器件

第一節A/D轉換接口的擴展

一、A/D轉換器概述

（一）雙積分式A/D轉換器

主要特點是：轉換精度高、抗干擾能力好、價格便宜，但其轉換速度較慢。這種轉換器主要用于對轉換速度要求不高的場合。雙積分A/D轉換器芯片有幾種：1．ICL7106/ICL7107/ICL7126系列

2．MCl4433Motorola公司產品3位半精度3．ICL7136Intersil公司產品4位半精度（二）逐次逼近式A/D轉換器

逐次逼近式A/D轉換器是一種轉換速度較快、精度較高的轉換器，其轉換時間大約在幾微秒到幾百微秒之間。其典型芯片有以下幾種：1．ADC0801～ADC0805型8位MOS型A/D轉換器2．ADC0808/0809型8位CMOS型A/D轉換器3．ADC0816/0817（三）A/D轉換器的主要技術指標

1．分辨率分辨率是指A/D轉換器能分辨的最小模擬輸入量。

2．轉換時間轉換時間是A/D轉換器完成一次轉換所需的時間。3．量程量程是指A/D轉換器所能轉換的輸入電壓范圍。4．精度精度是指與數字輸出量所對應的模擬輸入量的實際值與理論值之間的差值。

（二）信號引腳

ADC0809芯片為28引腳雙列直插式封裝的芯片，其引腳排列如圖

二、典型A/D轉換器芯片ADC0809

ADC0809內部邏輯結構如圖

1．IN7～IN0——模擬量輸入通道。

2．A、B、C——地址線。

3．ALE——地址鎖存允許信號。

4．START——啟動轉換信號。

5．D7～D0——數據輸出線。

6．OE——輸出允許信號。

7．CLOCK——時鐘信號

8．EOC——轉換結束狀態信號。

EOC＝0，正在進行轉換；EOC=1，轉換結束

9．VCC——+5V電源。

10．REF(+)、REF(-)——參考電壓

三、MCS-51單片機與ADC0809接口

ADC0809與8051單片機的連接如圖

電路連接主要涉及兩個問題：一是8路模擬信號通道選擇，二是A/D轉換完成后轉換數據的傳送。

（一）8路模擬通道選擇

ADDA、ADDB、ADDC分別接地址鎖存器提供的低3位地址，只要把3位地址寫入ADC0809內部的地址鎖存器，就實現了模擬通道選擇。

(二)轉換數據的傳送1．定時傳送方式2．查詢方式3．中斷方式

第二節D/A轉換接口的擴展

一、D/A轉換器概述

在微機應用系統中，許多場合會遇到被控對象需用模擬量來控制的情況。D/A轉換器就是將單片機輸入的數字量信號，轉換為模擬量輸出的器件。

1．分辨率是D/A轉換器對輸入量變化敏感程度的描述，與輸入數字量的位數有關

2．建立時間是描述D/A轉換器速度快慢的一個參數，指從輸入數字量到轉換為模擬量輸出所需的時間。通常以建立時間來表示轉換速度

3．接口形式一類是不帶鎖存器的（如DAC0808），另一類是帶鎖存器的(如DAC0832)

二、典型D/A轉換器芯片DAC0832

DAC0832是一個8位D/A轉換器。單電源供電，從+5V～+15V均可正常工作，基準電壓范圍為10V，電流建立時間為1μs，CMOS工藝，低功耗20mWDAC0832轉換器芯片為20引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列及內部結構框圖如圖

DAC0832引腳特性如下：

1．DI7～DI0：轉換數據輸入線。2．片選信號(輸入)，低電平有效。3．ILE：數據鎖存允許信號(輸入)，高電平有效。4．：數據輸入寄存器寫信號(輸入)，低電平有效。

5．：DAC寄存器寫信號(輸入)，低電平有效。6．：數據傳送控制信號(輸入)，低電平有效。

7．IOUT1：電流輸出1

8．IOUT2：電流輸出2。

DAC轉換器的特性之一是：IOUT1＋IOUT2＝常數

9．RBF：反饋信號輸入端，芯片內帶有反饋電阻

10．VREF：基準電壓，范圍為-10V～+10V。DGND：數字地AGND：模擬地

三、單緩沖工作方式的接口與應用

1．單緩沖方式連接單緩沖方式連接如圖7-5所示。2．單緩沖工作方式應用舉例

在許多控制系統應用中，要求有一個線性增長的電壓(鋸齒波)來控制檢測過程，移動記錄筆或移動電子束等。這可通過在DAC0832的輸出端接運算放大器，由運算放大器產生鋸齒波來實現。其電路如圖7-6所示。圖中的DAC0832工作于單緩沖方式，其中輸入寄存器受控，而DAC寄存器直通。

用DAC0832單緩沖方式產生鋸齒波電路

圖7-5DAC0832與單片機的單緩沖方式接口

返回圖7-6DAC0832單緩沖方式產生鋸齒波電路

START：MOVDPTR,#FEFFH

MOVR0,#00HLOOP：MOVA,R0MOVX@DPTR,AINCR0NOP

AJMPLOOP執行上述程序后，在運算放大器的輸出端就能得到如圖7-7所示的鋸齒波圖7-6返回圖7-7D/A轉換產生的鋸齒波

返回四、雙緩沖及直通工作方式

1．雙緩沖工作方式

DAC0832工作于雙緩沖器工作方式時，數字量的輸入鎖存和D/A轉換是分兩步完成的。首先單片機的數據總線分時地向各路D/A轉換器輸入要轉換的數字量，并鎖存在各DAC0832的輸入鎖存器中，然后單片機對所有的D/A轉換器發出控制信號，將各個D/A轉換器輸入鎖存器中的數據送入DAC寄存器，實現同步轉換輸出。

如圖7-8所示為一個二路同步輸出的D/A轉換接口電路

圖中，單片機的P2.5和P2.6分別選擇兩路D/A轉換器的輸入鎖存器，P2.7連接到兩路D/A轉換器的端控制同步轉換輸出。這樣連接，DAC0832（1）的輸入鎖存器地址為DFFFH；DAC0832（2）的輸入鎖存器地址為BFFFH；兩個D/A轉換器的DAC寄存器地址為同一個地址，為7FFFH。MOVDPTR,#0DFFFHMOVA,#datalMOVX@DPTR,A MOVDPTR,#0BFFFH MOVA,#data2MOVX@DPTR,A MOVDPTR,#7FFFH MOVX@DPTR,A 2．直通工作方式

DAC0832芯片的片選信號、寫信號和及傳送控制信號的引腳全部接地，允許輸入鎖存信號ILE引腳接+5V時，DAC0832芯片就處于直通工作方式。在這種工作方式時，數字量一旦輸入，就直接進入DAC寄存器，進行D/A轉換

第三節

開并量接口的擴展

一、開關量輸入接口

1．扳鍵開關與單片機的接口

圖7-9所示是扳鍵類開關應用的示例

2．撥盤開關與單片機的接口(1)撥盤開關撥動正面的撥盤，可設定一個十進制數.而輸入計算機撥盤開關用于參數設定，非常直觀、方便。在BCD碼撥盤開關中，引腳A一般接高電平，8、4、2、1四個引腳原來是低電平；當設定某十進制數時，撥盤的轉動將使引腳A與8、4、2、1四個引腳有一定的接通關系，與引腳A接通的將輸出高電平，不與引腳A接通的仍輸出低電平，從而轉換成與該十進制數相當的BCD碼(8421碼)。例如，撥置數字5，則8、4、2、1腳輸出數字編碼為0101，其它類推。

(2)撥盤開關應用實例

通過撥盤開關將二位十進制數置入單片機，其十位數與個位數讀入后將分別暫存于片內RAM的21H、20H單元。其應用參考程序如下:BCD：CLR P1.0 MOVXA,@R0 ANL A,#0FH MOV 20H,A MOVX A,@R0 ANL A,#0FOH SWAP A MOV 21H,A RET二、開關量輸出接口

1．輸出口的隔離

在單片機應用系統中，為防止現場強電磁的干擾或工頻電壓通過輸出通道反串到測控系統中，一般采用通道隔離技術。在輸出通道的隔離中，最常用的隔離元件是光電耦合器

光電耦合器的具體參數可查閱有關的產品手冊，其主要特性參數有以下幾個方面：(1)導通電流和截止電流

(2)頻率響應

(3)輸出端工作電流

(4)輸出端暗電流

(5)輸入輸出壓降

(6)隔離電壓

2．繼電器輸出接口

繼電器方式的開關量輸出，是目前最常用的一種輸出方式，一般在驅動大型設備時，往往利用繼電器作為測控系統輸出到輸出驅動級之間的第一級執行機構，通過第一級繼電器輸出，可完成從低壓直流到高壓交流的過渡

3．雙向晶閘管輸出接口雙向晶閘管具有雙向導通功能，能在交流、大電流場合使用，且開關無觸點，因此在工業控制領域有著極為廣泛的應用。傳統的雙向晶閘管隔離驅動電路的設計，是采用一般的光電隔離器和三極管驅動電路.現在已有與之配套的光電隔離器產品，這種器件稱為光耦合雙向晶閘管驅動器。與一般的光電隔離器不同，其輸出部分是一個硅光敏雙向晶閘管，有的還帶有過零觸發檢測器，以保證在電壓接近0V觸發晶閘管圖7-14所示為MOC3041與雙向晶閘管的接線圖4.固態繼電器輸出接口固態繼電器(SSR)是近年發展起來的一種新型電子繼電器，其輸入控制電流小，用TTL、HTL、COMS等集成電路或加簡單的輔助電路就可直接驅動，因此適宜于在微機測控系統中作為輸出通道的控制元件；其輸出利用晶體管或晶閘管驅動，無觸點。圖7-15所示為固態繼電器的結構框圖固態繼電器按其負載類型分類，可分為直流型和交流型兩類：(1)直流型固態繼電器直流型固態繼電器主要用于直流大功率控制場合(2)交流型固態繼電器直流型固態繼電器主要用于直流大功率控制場合。第四節電壓/頻率轉換器件

V/F轉換器用于計算機接口有以下特點：(1)接口簡單、占用計算機硬件資源少(2)抗干擾性好。(3)便于遠距離傳輸。一、V/F轉換原理

(1)積分復原型圖7-19所示電路為積分復原型電路的結構及輸出波形圖電路包括積分器，電平檢測器和積分復原開關。電平檢測器是電壓比較器，具有雙限閾值電平，當積分電容充電到下限值電平時，電平檢測器使積分復原開關導通，使電容迅速放電，積分器輸出復原到上限閾值電壓，復原開關重新截止，積分器再次積分。這種電路精度低，因此使用于精度要求不高的場合(2)電荷平衡式V/F轉換器由圖中可以看出，輸出頻率與輸入電壓V02成正比，當RIN和COS精度較高時，輸出頻率較嚴格地與輸入電壓成比例。二、用V/F轉換器實現A/D轉換的方法

三、LM331-V/F轉換器

LM331屬于LMX31系列，該