第7章MCS-51單片機

測控接口本章學習目標：了解80C51單片機與常用D/A轉換器、A/D轉換器的接口方法和開關量接口方法。重點掌握A/D轉換器和D/A轉換器技術指標，A/D、D/A轉換器與單片機的信號連接，單片機開關量I/O的驅動接口三個內容。

在智能儀表、測控系統等自動控制領域中，常用單片機進行實時數據處理和控制，而被測、被控對象的參量通常是一些連續變化的模擬物理量，如：溫度、速度、電壓、電流、壓力、位移、流量等。7.1D/A轉換器及應用7.1.1D/A轉換器概述1．D/A轉換器的基本原理2．D/A轉換器的分類（1）依數字量的位數分為：8位、10位、12位、16位D/A轉換器。（2）依數字量的數碼形式分為：二進制碼和BCD碼D/A轉換器。（3）依數字量的傳送方式分為：并行和串行D/A轉換器。（4）依D/A轉換器的輸出方式分為；電流輸出型和電壓輸出型D/A轉換器。（5）依帶與不帶鎖存器分為：內部無鎖存器和內部有鎖存器D/A轉換器。3．D/A轉換器的主要性能指標（1）分辨率（2）建立時間（3）接口形式7.1.2DAC0832芯片及與單片機接口1．DAC0832芯片（1）DAC0832內部結構（2）DAC0832各引腳的功能圖7-4DAC0832引腳2．DAC0832芯片與單片機接口的應用（1）單緩沖方式的接口與應用①單緩沖方式連接所謂單緩沖方式就是使DAC0832的兩個輸入寄存器中有一個（多為DAC寄存器）處于直通方式，而另一個處于受控的鎖存方式或2級寄存器并接變為1級寄存器使用。②單緩沖方式的應用

例7-1

產生鋸齒波。在一些控制應用中，需要有一個線性增長的電壓（鋸齒波）來控制檢測過程、移動記錄筆和移動電子束等。對此可通過在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，其電路還接如圖7-7所示。ORG8000HAJMPDASAWORG8200HDASAW：MOVDPTR，#5000H；輸入寄存器地址

MOVR0，#00H；轉換初值

WW：MOVA，R0MOVX@DPTR，A；D/A轉換

INCR0；轉換值增量

NOP；延時

NOPNOPAJMPWW（2）雙緩沖方式的接口與應用①雙緩沖方式連接

DAC0832工作于雙緩沖工作方式時，數字量的輸入鎖存和D/A轉換是分兩步完成的。首先CPU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自的輸入鎖存器中，然后CPU對所有的D/A轉換器發出控制信號，使各個D/A轉換器輸入鎖存器中的數據打入DAC寄存器，實現同步轉換輸出。②雙緩沖方式應用舉例雙緩沖方式用于多路數/模轉換系統，以實現多路模擬信號的同步輸出，例如使用單片機控制X-Y繪圖儀。（3）直通方式的接口與應用當DAC0832芯片的片選信號、寫信號、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，數字量一旦輸入，就直接進入DAC寄存器，進行D/A轉換。3．DAC0832芯片的單極性與雙極性輸出（1）單極性輸出工作方式在圖7-6中，由于使用了反相比例放大器來實現電流到電壓的轉換，因此輸出模擬信號的極性與參考電壓的極性相反。數字量與模擬量的轉換關系VOUT1＝－VREF（數字碼/256），如表7-1所示。當VREF=+5V（或－5V）時，輸出模擬電壓的范圍是0～－5V（或0～+5V）。若VREF＝+10V（或－10V）時，輸出電壓范圍0～－10V（或0～+10V）。（2）雙極性輸出工作方式如果要求D/A轉換器輸出為雙極性，只需在圖7-6的基礎上增加一個運算放大器，其電路如圖7-11所示。7.2A/D轉換器及應用7.2.1A/D轉換器概述1．逐次逼近型A/D轉換原理2．D/A轉換器的主要性能指標（1）分辨率（2）轉換速率7.2.2ADC0809芯片及與單片機接口1．ADC0809芯片（1）ADC0809內部結構（2）ADC0809各引腳的功能①IN7～IN0：8路模擬量輸入端②A、B、C：地址輸入端③D7～D0：8位數字量輸出端④ALE：地址鎖存允許信號輸入端⑤START：A/D轉換啟動控制信號輸入端⑥OE：輸出允許控制端⑦CLK：時鐘信號輸入端⑧EOC：轉換結束信號輸出端⑨VCC：電源供給輸入端⑩Vref（±）：參考基準電源的正負輸入端2．ADC0809芯片與單片機接口的應用

例7-2設有一個8路模擬量輸入的巡回檢測系統，采樣數據依次存放在外部RAM的A0H～A7H單元中，按圖7-15所示的接口電路，ADC0809的8個通道地址為FEF8H～FEFFH，其數據采樣的初始化程序和中斷服務程序（假設只采樣一次）如下：7.3開關量接口7.3.1開關量輸入接口圖7-18和后面的程序是扳鍵類開關應用的示例。根據8個開關中哪一個開關閉合并使相應口線為低電平而轉去執行相應的工作程序。各開關通過擴展接入口74LS244與80C51的P0接口連接：開關合上時將向P0接口的相應引腳送低電平；反之，開關打開時送高電平。7.3.2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一般采用通道隔離技術。輸出信道的隔離最常采用的組件是光耦合器，簡稱光耦。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至輸出驅動級之間的第一級執行機構。通過該級繼電器輸出，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。圖7-21為MOC3041與雙向晶閘管的接線圖。4．固態繼電器輸出接口適宜于在微機測控系統中作為輸出信道的控制組件；其輸出利用晶體管或晶閘管驅動，無觸點。與普通的電磁式繼電器和磁力開