单片机原理与应用课件第5章 MCS-51单片机的输入输出通道接口.ppt

第5章 输入输出通道接口技术 5.1 输入输出通道概述 5.2 d/a转换器及接口技术 5.3 a/d转换器及接口技术 1 第5章 输入/输出通道接口 第5章 输入输出通道接口技术 主要内容： 输入/输出通道的组成与配置，a/d、d/a转换器 及其接口技术。通过本章的学习，了解模拟输入/输出 通道设计的基本原理和方法，掌握常用a/d、d/a芯片 及其与mcs-51单片机的接口电路与程序设计。 重点和难点: 不同方式的a/d、d/a芯片与mcs-51的接口及其 程序设计。 2 第5章 输入/输出通道接口 5.2 d/a转换器及接口技术 数/模转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。 例如：对于05v的直流电压，计算机用8位数字量描述 最小值（00000000）b = 0对应0v， 最大值（11111111）b = 255 对应 5v， 中间值（01111111）b = 127 对应2. 5v 等等。 d/a的任务是接收到一个数字量后，给出一个相应的电压。 比如收到（00111111）b ，应给出幅度为1.25v 的电压。 3 第5章 输入/输出通道接口 5.2.1 d/a转换器性能指标 （1）分辨率：指d/a转换器能分辨的最小输出模拟增量 ，即相邻两个二进制码对应的输出电压之差称为d/a转 换器的分辨率。 （2）精度：指d/a转换器的实际输出与理论值之间的误 差，它以满量程的百分数或最低有效位的分数形式表示。 （3）转换时间：从d/a转换器输入的数字量发生变化开 始，到其输出模拟量达到相应的稳定值所需要的时间。 （4）线性误差：d/a的实际转换特性（各数字输入值所 对应的各模拟输出值之间的连线）与理想的转换特性之间 的偏差就是d/a的线性误差。 4 第5章 输入/输出通道接口 5.2.3 并行输入d/a芯片及接口技术 并行输入d/a转换芯片dac0832 dac0832是ns公司生产的dac0830系列产品中的 一种8位cmos数模转换芯片，其特点如下： 8位并行d/a转换； 片内二级数据锁存，提供数据输入双缓冲、单缓冲、 直通三种工作方式； 电流输出型芯片(需外接运放) ,电流稳定时间为1s,只 需在满量程下调整其线性度； 单电源（+5 v+15 v，典型值+5 v）供电； 具有双缓冲控制输出； 参考电压为-10+10v 5 第5章 输入/输出通道接口 dac0832结构 6 第5章 输入/输出通道接口 dac0832的输出电路 dac0832的输出量是电流，而实际应用中常常需 要的是模拟电压。在这种情况下，芯片的输出还需要 有将电流转换为电压的电路。 vout(d/2n)vref 7 第5章 输入/输出通道接口 dac0832与89c51接口 dac0832可以有三种工作形式：直通、单缓冲、双缓冲。 8 第5章 输入/输出通道接口 1) 单缓冲工作方式应用 w 将二级寄存器的控制信号并接，输入数据在控制信号作 用下（一次控制，一次缓冲），直接打入8位dac寄存器 中并进入8位d/a转换器进行d/a转换。 9 第5章 输入/输出通道接口 产生锯齿波的程序 mov dptr，#7fffh mov a，#00h loop: movx dptr，a inca nop nop ajmp loop； 1/28 2/28 3/28 254/28 255/28 0 10 第5章 输入/输出通道接口 产生方波的程序 mov dptr， #7fffh loop:mov a，#0ffh movx dptr，a acall delay mov a,#00h movx dptr,a acall delay ajmp loop 11 第5章 输入/输出通道接口 2） 双缓冲工作方式应用 在多路d/a转换的情况下，若要求同步转换输 出，必须采用双缓冲方式。dac0832采用双缓冲方 式时，数字量的输入锁存和d/a转换输出是分两步 进行的。 第一， cpu分时向各路d/a转换器输入要转换 的数字量并锁存在各自的输入寄存器中。 第二，cpu对所有的d/a转换器发出控制信号 ，使各路输入寄存器中的数据进入dac寄存器，实 现同步转换输出。 12 第5章 输入/输出通道接口 2）双缓冲工作方式应用 13 第5章 输入/输出通道接口 2）双缓冲工作方式应用 mov dptr，#0dfffh mov a，#data1 movx dptr，a mov dptr，#7fffh mov a，#data2 movx dptr，a mov dptr，#0bfffh movx dptr，a 14 第5章 输入/输出通道接口 5.3 a/d转换器及接口技术 计算机只能储存和处理二进制形式的数字量，凡遇到 有模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量转换，这就是 模/数转换问题。将模拟量转换成数字量的过程称为a/d转 换，与之有关的接口技术称为前向通道接口技术。 因为在单片机应用系统中，常需要将检测到的连续变 化的模拟量如温度、压力、流量、速度等转换成数字信号 ，才能输入到单片机中进行处理，然后再将处理结果的数 字量转换成模拟量输出，实现对被控对象的控制。 15 第5章 输入/输出通道接口 5.3.1 a/d转换器的性能指标 （1）分辨率：分辨率是指输出数字量变化一个相邻数码 所需输入模拟电压的变化量。a/d转换器的分辨率定义为 满刻度电压与2n之比值，其中n为adc的位数。 （2）转换速率与转换时间：转换速率是指a/d转换器每秒钟 转换的次数。转换时间是指完成一次a/d转换所需的时间。 转换时间是转换速率的倒数。 （3）量化误差：a/d的阶梯状转移特性曲线与理想转移特性 曲线之间的最大偏差称为量化误差。 （4）线性度：实际a/d转换器的转移函数与理想直线的最大 偏差。不包括量化误差、偏移误差和满刻度误差三种误差。 （5）量程：量程是指a/d能够转换的电压范围，如05v，- 10+10v等。 16 第5章 输入/输出通道接口 逐次逼近式a/d转换器adc0809 adc0809是美国国家半导体公司生产的cmos工 艺8通道、8位逐次逼近式a/d转换器。 17 第5章 输入/输出通道接口 adc0809 a/d转换器芯片 18 第5章 输入/输出通道接口 adc0809与mcs-51单片机接口 adc0809与mcs-51连接可采用查询方式， 也可采用中断方式。由于adc0809片内有三态输 出锁存器，因此可直接与mcs- 51接口。 把ale信号与start信号接在一起，这样连 接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧 接着在其后沿就启动转换。 19 第5章 输入/输出通道接口 adc0809与mcs-51单片机接口 20 第5章 输入/输出通道接口 8路巡回检测系统 【例】某粮库或某冷冻厂需对8点(8个冷冻室或8个粮仓 )进行温度巡回检测。要求设计一个单片机巡回检测系 统，使其能对各冷冻室或各粮仓的温度巡回检测并加以 处理。设被测温度范围为-30+50，温度检测精度要 求误差不大于1。 将读数依次存放在片外数据存储器30h 37h单元。其采集程序和中断服务程序如下： 21 第5章 输入/输出通道接口 8路巡回检测系统 org 0000h ljmp main org 0003h ljmp int0f org 0100h main：mov r0,#30h ；数据暂存区首址 setb it0 ；脉冲触发方式 setb ea ；开中断 setb ex0 mov dptr，#7ff8h；指向0809首地址 movx dptr，a ；启动a/d转换 here：sjmp here ；等待中断 22 第5章 输入/输出通道接口 8路巡回检测系统 中断服务程序： int0f:movx a，dptr ；读数 movx r0，a ；存数 inc dptr ；更新通道 inc r0 ；更新暂存单元 cjne r0，#38h，next mov r0，#30h ；数据暂存区首址 mov dptr，#7ff8h；指向0809首 地址 reti next:movx dptr，a reti end 23 第5章 输入/输出通道接口 串行输出a/d转换器 串行输出的a/d芯片由于节省单片机的i/o 口线，越来越多地被采用。如具有spi三线接口 的tlc1549、tlc1543、tlc2543、max187等 ，具有i2c接口pcf8591（4路8位a/d，还含1 路8位d/a)等。 24 第5章 输入/输出通道接口 串行a/d max187/189 max187/189是maxim公司生产的具有spi（serial peripheral interface）总线接口的12位逐次逼近式（sar） a/d转换芯片。特点如下： 12位逐次逼近式（sar）串行a/d转换芯片； 转换速度为75 khz，转换时间为8.5s； 输入模拟电压：05v； 单一+5 v供电； dip8引脚封装，外接元件简单，使用方便。 max187与max189的区别在于：max187具有内部基 准，无需外部提供基准电压，max189则需外接电压基准。 25 第5章 输入/输出通道接口 串行a/d max187/189 26 第5章 输入/输出通道接口 max187/189与单片机接口 当cs输入低电平时，启动a/d转换，此时dout引脚输出 低电平，当dout输出变高电平时，说明转换结束（在转换期 间，sclk不允许送入脉冲）。 从sclk引脚输入读出脉冲，sclk每输入一个脉冲， dout引脚上输出一位数据，数据输出的顺序为先高位后低位 ，在sclk信号的下降沿，数据改变，在sclk的上升沿，数 据稳定。sclk信号为高电平期间从dout引脚上读数据。 27 第5章 输入/输出通道接口 max187/189与单片机接口 工作流程：清p1.7，启动max187开始a/d转换；读 p1.5，等待转换结束；当p1.5变高，转换结束；从 p1.6引脚发串行脉冲，从p1.5引脚逐位读取数据。 注意：由于mcs-51单片机外接晶振最大不超过12 mhz，即便是执行一条单周期指令也需1 s，所以发 送sclk时无需延时。 28 第5章 输入/输出通道接口 max187/189与单片机接口 high equ 31h low equ 30h org 1000h start: mov high, #00 mov low, #00; 将转换结果单元清除 clr p1.6 clr p1.7; 启动a/d转换 jnb p1.5, $ ; 等待转换结束 例题 如图上页图所示的max187与mcs-51连接的电 路图，将max187转换结果存入31h、30h单元，右对 齐，31h存高位（高4位补0）。 2