C51单片机的测控接口.ppt

第10章 80C51单片机的测控接口 *1 内 容 D/A转换接口技术10.1 A/D转换接口技术 10.2 开关量的接口技术 10.3 Date2 单片机用于智能仪表和测控系统时，需要处理大量的外部 信息，这些信息除包含数字量外，还可能包含模拟量与开关量 信息。 工程实践中经常遇到被测对象的一些物理参数，如温度、 流量、压力、位移、速度等，这些参数均是模拟量。虽然这些 模拟量已经由传感器、变送器变换成标准的电压或电流信号， 但还需要通过模拟量/数字量(A/D)转换器，将其转换成为计算 机能够处理的相应的数字信号。 同样，计算机对模拟量设备进行控制时，如控制电动调节 阀、模拟调速系统、模拟记录仪等，就需要将计算机输出的数 字信号通过数字量/模拟量(D/A)转换器，转换成外设能够接收 的相应的模拟信号。 另一类常见的信号是开关信号，它们来自开关类器件的输 入，如拨盘开关、扳键开关、继电器的触点等。当计算机输出 控制对象是具有开关状态的设备时，计算机的输出就应该为开 关量。Date3 模拟量I/O接口的作用： 实际工业生产环境检测与控制的是连续变化的模拟量 例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 计算机内部进行处理的是离散的数字量 二进制数、十六进制数 8051单片机与D/A、A/D转换器的接口 模拟量 D/A传感器执行元件A/D 数字量数字量模拟量 模拟量输入 (数据采集) 模拟量输出 (过程控制) 计算机 工业生产过程的控制 图11-1 Date4 模拟量I/O通道的 组成 模拟量I/O接口电路的任务模拟电路的任务 00101101 10101100 工 业 生 产 过 程 传 感 器 信号 处理 多路转换 while(ms-) for(i=0;i #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar xdata *DAC0832; void DelayMS(uint ms)/延时程序 uchar i; while(ms-) for(i=0;i #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit dp= P00; uchar code LEDData=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x 01,0x09;/09的字符编码 sbit OE = P30; sbit EOC = P31; sbit START = P32; sbit CLK = P33;/P3.3引脚输出时钟信号 void DelayMS(uint ms) uchar i; while(ms-) for(i=0;i1.1V)就 会发光。光信号作用在光敏三极管基极，产生基极光电流，使三极管导通 ，输出电信号，如图10-20所示。 图10-20光电耦合器的内部结构 Date52 光电耦合器的输入电路与输出电路是绝缘的。一个 光电耦合器可以完成一路开关量的隔离，如果将光电耦 合器8个或16个一起使用，就能实现8位数据或16位数据 的隔离。 光电耦合器的输入侧都是发光二极管，但是输出侧有 多种结构，如光敏晶体管、达林顿型晶体管、TTL逻辑 电路以及光敏晶闸管等。光电耦合器的具体参数可查阅 有关的产品手册，其主要特性参数有以下几个方面： 图10-20光电耦合器的内部结构 Date53 (1) 导通电流和截止电流：对于开关量输出场合，光电隔离主要用其非线性 输出特性。当发光二极管端通以一定电流时，光电耦合器输出端处于导通 状态。当流过发光二极管的电流小于某一值时，光电耦合器输出端截止。 不同的光电耦合器通常有不同的导通电流，一般典型值为10mA量级。 (2) 频率响应：由于受发光二极管和光敏三极管响应时间的影响，开关信号 传输速度和频率受光电耦合器频率特性的影响。因此，在高频信号传输中 要考虑其频率特性。在开关量输出通道中，输出开关信号频率一般较低， 不会受光电耦合器频率特性影响。 图10-20光电耦合器的内部结构 (3) 输出端工作电流：是指光电耦合器导通时，流过光敏三极管的额定电流 。该值表示了光电耦合器的驱动能力，一般为mA量级 (4) 输出端暗电流：是指光电耦合器处于截止状态时输出端流过的电流。 对光电耦合器来说，此值越小越好，以防止输出端的误触发。 (5) 输入输出压降：分别指发光二极管和光敏三极管的导通压降。 (6) 隔离电压：表示了光电耦合器对电压的隔离能力。 Date54 2. 继电器输出接口 继电器方式的开关量输出，是目前最常用的一种输出方式。在驱动大型设 备时，往往利用继电器作为测控系统输出至输出驱动级之间的第一级执行 机构。通过该级继电器输出，可完成从低压直流到高压交流的过渡。 继电器输出接口如图10-21所示，在经光电耦合器光 电隔离后，直流部分给继电器控制线圈供电，而其输出 触点则可直接与220V市电相接。由于继电器的控制线圈 有一定的电感，在关断瞬间会产生较大的反电势，因此 在继电器的线圈上常常反向并联一个二极管用于电感反 向放电，以保护驱动晶体管不被击穿。不同的继电器， 允许驱动电流也不一样。对于需要较大驱动电流的继电 器，可以采用达林顿输出的光耦直接驱动。也可以在光 耦与继电器之间再加一级三极管驱动。 图10-21继电器输出接口 Date55 3. 双向晶闸管输出接口 双向晶闸管具有双向导通功能，能在交流、大电流场合使用，且开关无 触点。因此在工业控制领域有着极为广泛的应用。传统的双向晶闸管隔离驱 动电路的设计，是采用一般的光隔离器和三极管驱动电路。现在已有与之配 套的光隔离器产品，这种器件称为光耦合双向晶闸管驱动器。与一般的光耦 不同，其输出部分是一硅光敏双向晶闸管，有的还带有过零触发检测器，以 保证在电压接近为零时触发晶闸管。常用的有MOC3000系列等，在不同负载 电压下使用，如MOC3011用于110V交流，而MOC3041等可适用于220V交流 使用。用MOC3000系列光电耦合器直接驱动双向晶闸管，大大简化了传统晶 闸管隔离驱动电路的设计。图10-22为MOC3041与双向晶闸管的接线图。 图10-22 MOC3041与双向晶闸管的接线图 Date56 4. 固态继电器输出接口 固态继电器(SSR)是近些年发展起来的一种新型电子继电器，其输 入控制电流小，用TTL、HTL、COMS等集成电路或加简单的辅助电 路就可直接驱动，因此适宜于在微机测控系统中作为输出通道的控制 元件。其输出利用晶体管或晶闸管驱动，无触点。与普通的电磁式继 电器和磁力开关相比，具有无机械噪声、无抖动和回跳、开关速度快 、体积小、重量轻、寿命长、工作可靠等特点，并且耐冲力、抗潮湿 、抗腐蚀，因此在微机测控等领域中，已逐步取代传统的电磁式继电 器和磁力开关作为开关量输出控制元件。 图10-23 固态继电器内部逻辑图 Date57 固态继电器按其负载类型分类，可分为直流型和交流型两类 。 (1) 直流型固态继电器 直流型固态继电器主要用于直流大功率控制场合：其输入 端为一光电耦合电路，因此可用OC门或晶体管直接驱动 ，驱动电流一般为330mA，输入电压为530V。因此 ，在电路设计时可选用适当的电压和限流电阻R。其输出 端为晶体管输出，输出电压为30180V。注意在输出端 为感性负载时，要接保护二极管，用于防止直流固态继电 器由于突然截止所引起的高电压。 Date58 (2) 交流型固态继电器 交流型固态继电器分为非过零型和过零型，二者都是用 双向晶闸管作为开关器件，用于交流大功率驱动场合。图 10-24为交流型固态继电器的控制波形图。 对于非过零型SSR，在输入信号时，不管负载电源电压 相位如何，负载端立即导通，而过零型必须在负载电源电 压接近零且输入控制信号有效时，输出端负载电源才导通 ，可以抑制射频干扰。当输入端的控制电压撤销后，流过 双向晶闸管的负载电流为零时才关断。 对于交流型SSR，其输入电压为332V，输入电流为3 32mA，输出工作电压