第2章输入输出通道的接口技术

1、第二章第二章 模拟量输入模拟量输入/输出通道的接口技术输出通道的接口技术 2.1 2.1 多路开关及采样多路开关及采样- -保持器保持器 2.2 2.2 模拟量输出通道的接口技术模拟量输出通道的接口技术 2.3 2.3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术第二章第二章 模拟量输入模拟量输入/输出通道的接口技术输出通道的接口技术 在微型机控制系统与智能化仪器中，被测物理量，如温度、压力、流量、物位、成分、位移、速度等都是模拟量，而计算机只能接收数字量，所以在上述系统中，必须首先把传感器（有时需要通过变送器）输出的模拟量转换成数字量，然后再送到计算机进行数据处理，以便实现控制或进行显示。能

2、够变模拟量为数字量的器件称作模/数转换器（简称A/D转换器）。微机控制技术第二章第二章 模拟量输入模拟量输入/输出通道的接口技术输出通道的接口技术 同理，经计算机处理后的数字量输出，不能直接用以控制执行机构。这是由于大多数执行机构，如电动执行机构、气动执行机构以及直流电机等，只能接收模拟量。为此，还必须把数字量变成模拟量，即完成数/模转换（简称D/A转换）。 由此可见，A/D、D/A转换是微型机接收、处理、控制模拟量参数过程中必不可少的环节。 在这一章里，主要讲述A/D、D/A转换，采样定理，多路开关及采样/保持器。 微机控制技术21 多路开关开关及采样样保持器 多路开关和采样/保持器是微型机

3、控制系统的重要元件，是计算机进行多路控制和采集数据必不可少的组成部分。 本节主要介绍他们的原理及应用。微机控制技术 211 多路开关多路开关多路开关的主要用途是：多路开关的主要用途是：(1) 把多个模拟量参数分时地接通送入A/D转换器，即完成多到一的转换。(2) 或者把经计算机处理、且由D/A转换器转换成的模拟信号按一定的顺序输出到不同的控制回路（或外部设备），即完成一到多的转换。 前者称为多路开关，后者叫作多路分配器，或叫做反多路开关。微机控制技术 211 多路开关多路开关多路开关的种类：多路开关的种类： 单向多路开关，如AD7501（8路）， AD7506（16路）。(2) 双向多路开关，

4、如CD4051（8路）， CD4067（16路）。(3) 差动输入（双端输入），如 CD4052 双4通道 CD4053 三重二通道 CD4097 双8通道。(4)多路输入/多路数出矩阵多路开关，如8816（16入8出）等。微机控制技术 211 多路开关多路开关半导体多路开关的特点是：半导体多路开关的特点是： （1）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排； （2）直接与TTL（或CMOS）电平相兼容； （3）内部带有通道选择译码器，使用方便； （4）可采用正或负双极性输入； （5）转换速度快，通常其导通或关断时间在1s左右，有些产品已达到几十几百ns； 微机控制技术 211 多路开关多路开

5、关 （6）寿命长，无机械磨损； （7）接通电阻低，一般小于100,有的可达几个。 （8）断开电阻高，通常达109以上。 正因为半导体集成电路多路开关具有明显的优点，所以，近年来在计算机控制和数据采集系统中得到了广泛的应用。微机控制技术 211 多路开关多路开关 1CD4051 微机控制技术图2.1 CD 4051CD 4051原理电路图 211 多路开关多路开关（1 1）CD4051CD4051由三部分组成：由三部分组成： 逻辑转换单元逻辑转换单元 完成TTL到 CMOS的转换。因此，这种多路开关输入电平范围大，数字量为315V，模拟量可达15VP-P。 二进制二进制 3:8 3:8 译码器译

6、码器 用来对选择输入端C、B、A的状态进行译码，以控制开关电路TG，使某一路开关接通，从而将输入和输出通道接通。 电子开关电子开关TGTG 用来接通或断开输入/输出通道 微机控制技术 211 多路开关多路开关（2 2）控制原理）控制原理 它带有3个通道选择输入端A、B、C 和一个禁止输入端 INH。A、B、C得到的信号用来选择8个通道之一被接通。INH“l”，即INHVDD时，所有通道均断开，禁止模拟量输入；当INH“0”，即INHVSS时，通道接通，允许模拟量输入。微机控制技术 211 多路开关多路开关（3 3）可用做多路分配器）可用做多路分配器 把输入信号与引脚3连接，改变A、B、C三个控

7、制信号的值，则可使其与8个输出端的任何一路相通，完成一到多的分配。此时称为多路分配器。微机控制技术 211 多路开关多路开关表表2-22-2 CD4051CD4051真值表真值表 微机控制技术输入状态接通通道INHCBACD405100000#00011#00102#01117# 211 多路开关多路开关2. CD4067B/CD4097B CD4067B和CD4097B与CD4051的原理基本相同，不同的是CD4067B是16路，因此，它有A、B、C、D 4个选择控制端，16个输入端；CD4097B是双8路（X、Y通道同步切换）输入，两个输出端，但他们的选择开展端却只有一个，常用于差动输入。

8、微机控制技术 211 多路开关多路开关 3.多路开关的扩展 在实际应用中，往往由于被测参数多，使用一个多路开关不能满足通道数的要求，为此，可以把多路开关进行扩展。例如，用两个8路多路开关构成16路多路开关，用两个16路开关构成32路多路开关等。如果还不够用，也可以用增加译码器的方法，组成通路更多的多路开关。下面举例讲一下多路开关的扩展方法：微机控制技术 211 多路开关多路开关 （1 1）扩展电路）扩展电路图2-4 CD4051的扩展电路图。 微机控制技术 211 多路开关多路开关 （2 2）扩展方法）扩展方法 输入通道 :接法不变，只是把2#CD4051的8个通道编号为815。 输出通道 :

9、把两个CD4051的OUT/IN端并联。通道选择控制管脚 C、B、A同名并联，并分别接到D2、D1和D0。 禁止端:用作两个CD4051的选择控制。当D3=0时， 1#CD4051工作，2#截止。当D3=1时，正好相反。 211 多路开关多路开关 由于两个多路开关只有两种状态，1 # 多路开关工作，2 # 就得停止，或者相反。所以，只用一根地址总线即可作为两个多路开关的允许控制端的选择信号，而两个多路开关的通道选择输入端共用一组地址（或数据）总线。微机控制技术 211 多路开关多路开关（3 3）工作原理）工作原理 图2-8中，改变数据总线D2D0（也可以用地址总线A2A0）的状态，即可得到分别

10、 选择IN7IN0的8个通道之一。D3用来控制两个多路开关的INH输入端的电平。当D30时，使1#CD4051被选中。在这种前提下，无论A、B、C两端的状态如何，都只能选通IN0IN7中的一个。当D31，经反相器变为低电平，2#CD4051被选中，此时，根据D2、D1、D0三条线上的状态，可使IN8INl5之中的相应通道接通。其真值表，如表3-4所示。微机控制技术 211 多路开关多路开关INHINHC CB BA A接通通道接通通道0 00 00 00 00#0#0 00 00 01 11#1#0 00 01 10 02#2#0 01 11 11 17#7#1 10 00 00 08#8#1

11、 10 00 01 19#9#1 10 01 10 010#10#1 11 11 11 115#15#微机控制技术表表 2.4 2.4 控制通道控制通道真值真值表表 P25 211 多路开关多路开关 若需要通道数很多，两个多路开关扩展仍不能达到系统要求，此时，可通过译码器控制CD4051的控制端INH，把四个CD4051芯片组合起来，构成32个通道或16路差动输入系统。微机控制技术212 采样样保持器 采样保持器（Sample/Hold），简称SH。1. 1. 采样保持器的用途采样保持器的用途（1）保持采样信号不变，以便完成A/D转换；（2）同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；（3）减

12、少D/A转换器的输出毛刺，从而消除输出电压的峰值及缩短稳定输出值的建立时间；（4）把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出的稳定性。微机控制技术212 采样样保持器2 2采样保持器工作原理采样保持器工作原理 SH有两种工作方式，一种是采样方式，另一种是保持方式。在采样方式中，采样保持器的输出跟随模拟量输入电压。在保持状态时，采样保持器的输出将保持在命令发出时刻的模拟量输入值，直到保持命令撤消（即再度接到采样命令）时为止。此时，采样保持器的输出重新跟踪输入信号变化，直到下一个保持命令到来为止。描述上述采样保持过程的示意曲线图，如图2-5所示。微机控制技术212 采样样保持器微机控制技

13、术图图2-5 2-5 采采样样保持器的工作方式保持器的工作方式 P26P26212 采样样保持器3 3常用采样保持器常用采样保持器 最常用的采样保持器有美国AD公司的AD582、 AD585、AD346、AD389、ADSHC85，以及国家半导体公司的LF198/298/398等。下边以LF198/298/398为例，讲一下集成电路S/H的工作原理，其它S/H的原理与它大致相同。 微机控制技术212 采样样保持器（1）LF198/298/398的结构 LF198/298/398是由双极型绝缘栅场效应管组成的采样保持电路，它具有采样速度快，保持下降速度慢，以及精度高等特点。作为单一的放大器时，其

14、电流增益精度为0.002，采样时间小于6s时精度可达0.01，采用双极型输入状态可获得低偏差电压和宽频带。使用一个单独的端子实现输入偏置电压的调整，允许带宽1MHz，输入电阻为1010。微机控制技术212 采样样保持器 当保持电容为 1F时，其下降速度为5mVmin。结型场效应管比MOS电路抗干扰能力强，而且不受温度影响。总的设计保证是，即使是在输入信号等于电源电压时，也可以将输入馈送到输出端。LF198的逻辑输入全部为具有低输入电流的差动输入，允许直接与TTL、PMOS、CMOS电平相连。其门限值为1.4V。LF198供电电源可以从5V到18V。微机控制技术212 采样样保持器微机控制技术图

15、图2-6 LF1982-6 LF198LF298LF298LF398LF398原理原理图图 P27P27212 采样样保持器（2）LF198LF298LF398芯片引脚功能 VIN：模拟量电压输入； VOUT：模拟量电压输出； 逻辑（logic）和逻辑参考（logic REFRENCE）：逻辑及逻辑参考电平，用来控制采样保持器的工作方式。当引脚8为高电平时，通过控制逻辑电路A3使开关K闭合，电路工作在采样状态。反之，当引脚8为低电平时，则开关K断开，电路进入保持状态。它可以接成差动形式（对LFl98而言），也可以将参考电平直接接地，然后，在引脚8端用一个逻辑电平控制。 微机控制技术212 采样

16、样保持器 偏置（OFFSET）：偏差调整引脚。可用外接电阻调整采样保持器的偏差。 CH：保持电容引脚。用来连接外部保持电容。 V+、V-：采样保持电路电源引脚。电源变化范围为5V到10V。 微机控制技术2.2 模拟量输出通道接口模拟量输出通道接口 模拟量输出通道主要完成数字量（Digital）到模拟量（Analog）的转换，简称D/A转换。D/A转换器的输出多数为电流形式，如DAC0832，AD7522等。有些芯片内部设有放大器，直接输出电压信号，如AD558，AD7224等。电压输出型又有单极性输出和双极性输出两种形式。按输入数字量位数来分，D/A转换器有8位、10位、12位和16位等。为适

17、应各种场合的需要，现在又生产出各种用途的D/A转换器，如双D/A（AD7528）、4 通道D/A（AD7226）转换器及串行D/A转换器（DAC80）等。有的甚至可以直接接收BCD码（如AD7525）。为了与自动控制系统中广泛使用的电动单元组合仪表配合，还生产出能直接输出420mA标准电流的D/A转换器（如AD1420/1422），使D/A转换器的应用范围越来越广。221 8位DA转换转换器及其接口技术术 1 1普通型普通型D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832 DAC0832是美国数据公司的8位D/A转换器，与微处理器完全兼容。器件采用先进的CMOS工艺，因此功耗低，输出漏电流

18、误差较小。而其间的特殊的电路结构可与TTL逻辑输入电平兼容：（1）DAC0832的结构及原理 DAC0832数/模转换器的内部，具有两级输入数据缓冲器和一个R-2R T型电阻网络，其原理框图，如图2-7所示。微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术微机控制技术图图2-7 DAC08322-7 DAC0832原理框原理框图图221 8位DA转换转换器及其接口技术术二级缓冲，一级转换，逻辑电路二级缓冲，一级转换，逻辑电路 在图2-14中， 为寄存器命令。当 l时，寄存器的输出随输入而变化； 0时，数据被锁存在寄存器中，不受输入量变化所影响。 由此可见，当ILELE l， = =0时，

19、（1）1 ，允许数据输入；当 l时， （1）0，数据被锁存。能否进行DA转换，除了取决于 （1）外，还依赖于 （ 2）。由图可知，当 和 均为低电平时， （2）=1，此时，允许DA转换。否则， （2）0，停止DA转换。微机控制技术LELELECS1WRXFERLELE1WRLELE2WRLELE221 8位DA转换转换器及其接口技术术在使用时，可以通过对控制管脚的不同设置，采用双缓冲方式（两级输入锁存），也可以用单缓冲方式（只用一级输入锁存，另一级始终直通），或者接成完全直通的形式。（2 2）DAC 0832DAC 0832的引脚功能的引脚功能DAC 0832各引脚作用如下： CSCS：片选信

20、号(低电平有效)。 I ILELE：输人锁存允许信号（高电平有效）。 WR1WR1：输入锁存器写选通信号（低电平有效）。 微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术 当WR为低电平时，将输入数据传送到输入锁存器；当 WR1为高电平时，输入锁存器中的数据被锁存；只有当 ILE为高电平，且 CS和 WR1同时为低电平时，方能将锁存器中的数据进行更新。以上三个控制信号联合构成第一级输入锁存控制。 WR2：DAC寄存器写选通信号（低电平有效）。该信号与信号配合，可使锁存器中的数据传送到DAC寄存器中进行转换。 XFER：数据传送控制信号（低电平有效）。该信号与 WR2信号联合使用，构成第二级

21、锁存控制。微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术 D7D7D0D0：数字量输入线。D7是最高位（MSB），D0是最低位（LSB）。 I Iout1 1：DAC电流输出1。当输入的数字量为全1时，Iout1为最大值；输入为全0时，Iout1为最小值（近似为0）。 I Iout2 2：DAC电流输出2。在数值上，IOUT2常数-Iout1。换言之，Iout1+Iout2常数。采用单极性输出时，Iout2常常接地。 RfbRfb：反馈信号输入线。为外部运算放大器提供一个反馈电压。Rfb可由芯片内部提供，也可以采用外接电阻的方式。 V VREFREF：参考电压输入线。要求外接一精密电源。

22、当VREFREF为10V(或5V)时，可获得满量程四象限的可乘操作。微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术 VccVcc：数字电路供电电压，一般为+5V+15V。 AGNDAGND：模拟地。 DGNDDGND：数字地。 这是两种不同性质的地，应单独连接，但在一般情况下，这两种地最后总有一点接在一起，以提高抗干扰的能力。微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术2 2D/AD/A转换器的输出方式转换器的输出方式 （1）单极性电压输出。 根据电路形式或参考电压的极性不同，输出电压或为0V到正满度值，或为0V到负满度值， D/A转换器处于单极性输出方式。 单极性电压输出方式如

23、图2-8所示， 微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术微机控制技术图图2-8 DAC08322-8 DAC0832单极单极性性电压输电压输出出电电路路IIOUT2221 8位DA转换转换器及其接口技术术 图2-8中，DAC0832的电流输出端Iout1接至运算放大器的反相输入端，故输出电压Vout与参考电压VREFREF反相。当VREFREF接5V（或10V）时，D/A转换器输出电压范围为-5V/+5V（或-10V/+10V）。 （2）双极性电压输出 在实际应用中，D/A转换器输入的数字量有正极性，也有负极性。要求D/A转换器能将其对应转换为正负极性的模拟电压。 双极性电压输出电

24、路图，如图2-9所示。微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术微机控制技术图图2-9 DAC08322-9 DAC0832双极双极性性电压输电压输出出电电路路221 8位DA转换转换器及其接口技术术注意：Vout1与VREFREF反相 Vout2与输入反相 R1=2R，R2=R，R3=2R由2-9可求出D/A转换器的总输出电压 代入R1、R2、R3的值，可得REFOUTOUTVRRVRRV132322REFOUTOUTVRRVRRV22212微机控制技术REFOUTVV12（2-1）221 8位DA转换转换器及其接口技术术设 VREF= +5V，则由式（2-1）可得出：当 VOUT

25、1= 0V时， VOUT2= -5V； VOUT1= -2.5V时， VOUT2= 0V； VOUT1= -5V时， VOUT2= +5V。微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术3. 8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计 由于各种D/A转换器的结构不同，它们与微型机接口的方法也有差异，但就其基本连接上，仍然有共同之处：（1）数字量输入；（2）模拟量输出；（3）外部控制信号的连接。关于模拟量的输出形式前边已经讲述，下边介绍数字量输入与外部控制信号的连接方法。微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术（1 1）数字量输入端的连接）数字量输入端的连接 D/A转换器数字量输

26、入端与微型计算机的接口的连接需要考虑两个问题，一个是位数，另一个是D/A转换器的内部结构。当D/A转换器内部没有输入锁存器时，必须在CPU与D/A转换器之间增设锁存器或I/O接口；若D/A转换器内部有输入锁存器，则可直接连接。最常用的，也是最简单的连接要属8位D/A转换器与MCS-51系列单片机的接口的连接。这时，只要将P0口的8位口线与D/A转换器的8位数字输入端一一对应相接即可。微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术（2 2）外部控制信号的连接）外部控制信号的连接 外部控制信号：片选信号，由地址线经译码器控制。写信号，由微型机的 信号控制。启动信号，启动信号常为片选及写信号的

27、合成。参考电平，由输出极性决定，单极性接+5V，双极性接5V。 RW微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术（3 3）D/AD/A转换器与微型机的接口及程序设计应用举例转换器与微型机的接口及程序设计应用举例由于在单片机系统中采用统一编址的方式，寻址时将I/O端口视为外部存储单元，所以，用访问外部存储器的指令MOVX DPTR，A或者MOV Ri，A（i=0, 1）即可完成对I/O端口的访问。下面举例说明8位D/A转换器与单片机的接口的关系及其程序设计方法。对于某些内部未设置锁存器的D/A转换器，可用增加I/O接口或锁存器的方法与单片机接口连接。目前，这种D/A转换器比较少，故本书不

28、予讨论。绝大部分D/A转换器都含数据锁存器，因此，下面主要以这种D/A转换器为例进行讲述。微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术对于那些含锁存器的D/A转换器，可以用锁存器或I/O接口芯片与单片机连接，也可以直接连接。 下面以DAC0832为例，讲述这种连接方法。其原理电路图，如图2.10所示。 微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术图图2.10 2.10 含含锁锁存器的存器的D/AD/A转换转换器器与单与单片机的片机的连连接接微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术如图2. 10中所示，DAC0832为双缓冲D/A芯片，其数字输入信号D7D0直接与80

29、31的P0.0口相连。为了得到双缓冲控制形式，用P2.1控制 ，用P2.0控制 ， 信号同时控制 和 。锁存允许信号ILE接高电平。这样，当P2.1=0，且执行MOVX DPTR ，A 指令时， 和 两信号均为低电平，锁存允许信号ILE固定接高电平，此时打开第一级输入寄存器，把数据送入该寄存器。然后，使P2.0=0，同样执行MOVX DPTR ，A指令，即可打开第二级8位DAC寄存器，完成D/A转换。在图示的连接方法中，D/A转换器被视为8031的外部扩展存储器。 RXFE2WRCSWR1WRCSWR1微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术设其第一级地址为0FDFFH，第二级地址

30、为0FEFFH，则完成图2.10所示的D/A转换程序为：START：MOV DPTR，#0FDFFH ；建立D/A转换器地址指针 MOV A，#nnH ；待转换的数字量送A MOVX DPTR，A ；输出D/A转换数字量 INC DPH ；求第二级地址 MOVX DPTR ，A ；完成D/A转换微机控制技术221 8位DA转换转换器及其接口技术术如图2. 10中所示，如果将P2.0接到和两个控制端，P2.1不用，即可实现单缓冲方式。在这种情况下，只要执行上述程序段中的前3条指令，便可同时打开两级数据寄存器，完成D/A转换。这种方法既简单又省时，在无特殊要求时，尽量采用单缓冲形式。只有在要求同时

31、输入两个或两个以上数据的情况下，才需要采用两级缓冲的形式。微机控制技术223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术 有时为了提高转换精度，可增加D/A转换器的位数，如10位、12位、14位及更高位数D/A转换器的转换原理与8位D/A转换器基本一样，不同的是在与微型机进行接口时，数据要分两次或三次输入。微机控制技术223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术 为了提高转换精度，可选用更多位数的D/A转换器，如10位、12位、16位。其转换原理与8位D/A转换器基本一样，不同的是在与数据线位数较少的微型计算机进行接口连接时，数据要分两次或三次输入。微机控制技术223 高于8位D/A转换转换器及

32、其接口技术术112位D/A转换器AD667 AD667是一个完整的12位D/A转换器，片内含两级数据输入锁存器，且具有建立时间短和精度高的特点。图2.11所示为AD667的原理结构。该芯片的总线逻辑由4个独立寻址的锁存器组成。它们分为两级，第一级包括3个4位寄存器，可以直接从4位、8位、12位、16位微型计算机总线获得数据。一旦全12位数据被装入第一级，便一起被置入第二级的12位D/A转换器。这种双缓冲结构避免了产生虚假的模拟量输出值。 微机控制技术223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术 如图2.11所示可知，内部锁存器分别由AD667的地址线A3A0及片选信号控制，所有控制信号均为低

33、电平有效，见表2.7。微机控制技术223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术图图2.11 AD6672.11 AD667的原理的原理结构图结构图 P33P33 微机控制技术223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术表2.7 AD667 真值表 AD667允许有两个以上的锁存器同时被选通，因此，它允许与4位、8位、12位和16位微型计算机接口进行连接。A3A2A1A0操 作 1 无操作 1 1 1 1 无操作 01 1 1 0选通第一级低四位寄存器 01 1 01 选通第一级中四位寄存器 01 01 1 选通第一级高四位寄存器 001 1 1 从第一级向第二级置数 00000所有锁存器均

34、透明 CS微机控制技术223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术2. 高于8位D/A转换器及其接口 下面以AD667为例介绍12位D/A转换器与8031的接口连接及程序设计的方法，设接口电路如图2.12所示。微机控制技术223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术图图2.12 122.12 12位位D/AD/A转换转换器器AD667AD667与与80318031的接口的接口 P33P33 微机控制技术223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术 与DAC0832相似，AD667也由两级缓冲器组成。主要差别在于AD667的第一级由3个4位寄存器组成。如图2.12中所示，待转换的数字量分低

35、8位和高4位两步传入AD667。由P2口产生的高8位地址线控制D/A转换器的片选信号及输入寄存器的选通信号。由表2.7可知，在这种连接方式中，当P2.1=0，P2.0=1时，选通低8位；反之P2.1=1，P2.0=0时，选通高4位和第二级12位D/A寄存器。当然，上述两种控制都必须在 =0的前提之下才生效。微机控制技术CS223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术 由此可得图2.12中各寄存器的地址为P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0G1 C B A1 0 0 0 0 0 0 1 低8位寄存器 1 0 高4位和 12位D/ A转换器低8位寄存器地

36、址：81FFH高4位寄存器地址：82FFH G2AG2B微机控制技术0Y223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术 由于低8位地址未用，故可任意设置，这里设其为FFH。由此可知，D/A转换器AD667的地址为81FFH和82FFH。12位D/A转换器程序设计的特点是要将数据分批传送，需将待传送的数据事先按照要求的格式排列好，并存放在以DATA为首地址的内部RAM中。 微机控制技术223 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术如此，便可以写出图2.12所示的12位D/A转换程序：MOV R0，#DATA ；建立数据存放地址指针MOV DPTR，#81FFH ；建立D/A地址指针MOV A，R

37、0 MOVX DPTR ，A ；传送低8位数据INC DPH ；修改D/A地址INC R0 ；指向高4位数据存放的RAM单元MOV A，R0 ；取高4位数据MOVX DPTR ，A ；传送高4位数据及进行12位D/A转换微机控制技术2. 3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术 在上一节中已经讲过，模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。能够完成这一任务的器件，称之为模一数转换器，简称AD转换器。和DA转换器一样，AD转换器也做成单片型双列直插式封装芯片。微机控制技术2. 3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术AD转换器的种类:（1）按转换原理分计数器式计数器式 结构简单

38、，转换速度慢，现在基本不用双积分式双积分式 精度高，抗干扰能力强，但速度较慢，常用于数字电压表。逐次逼近型逐次逼近型 兼顾转换速度和精度，目前应用最多。并行并行A/DA/D 速度最快，但结构复杂，价钱贵，一 般用于军事。 V/FV/F变换变换 结构简单，成本低，适合于远程应用。微机控制技术2. 3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术（2）按位数分 8位，10位、12位、16位等。 位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。（3）按结构分 单一的AD转换器(如ADC0801、AD673等)内含多路开关的AD转换器 (如ADC0809，AD7581均带有8路多路开关)。多功能AD转换芯片，

39、AD363就是一种典型芯片。其内部具有16路多路开关，数据放大器，采样保持器及12位AD转换器，其本身就已构成一个完整的数据采集系统。微机控制技术2. 3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术（4）按输出方式 串行A/D转换器，如MAX195 并行微机控制技术2. 31 8位A/D转换转换器多通道多通道A/DA/D转换器转换器ADC0808/0809ADC0808/0809 由于微型计算机运行速度快，而许多模拟量的变化速度慢，故通常一台微型计算机可以采集多个数据。为满足系统的要求，在一些A/D转换器中除设有A/D转换电路外，还含有多路开关，用以选择模拟量输入信号的通道号，使通道中的任何

40、一个模拟信号都能直接进入A/D转换器。目前市售产品中，有含8路多路开关的，如ADC0809，AD7581，也有含16路多路开关的，如ADC0816/0817等。下边，以国内应用最多的ADC0808/0809为例，讲一下多通道的A/D转换器的原理。微机控制技术2. 31 8位A/D转换转换器（1 1）电路组成及转换原理）电路组成及转换原理 ADC0808/0809都是带有8位A/D转换器、8路多路开关，以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。其原理框图，如图2-13所示。微机控制技术2. 31 8位A/D转换转换器微机控制技术图图2-13 AD0808/08092-

41、13 AD0808/0809原理原理图图 P36P362. 31 8位A/D转换转换器 第一部分为八通道多路模拟开关，其基本原理与CD4051类似。控制C、B、A和地址锁存允许端子，可使其中一个通道被选中。第二部分为一个逐次逼近型A/D转换器，它由比较器、控制逻辑、输出锁存缓冲器、逐次逼近寄存器以及开关树组和256R梯型解码网络组成，由后两种电路（开关树组和256R梯型电阻网络）组成D/A转换器。微机控制技术2. 31 8位A/D转换转换器 控制逻辑用来控制逐次逼近寄存器从高位到低位逐次取“1”，然后将此数字量送到开关树组（8位），以控制开关K7K0是否与参考电平相连。参考电平经256R梯型电

42、阻网络输出一个模拟电压VC，VC与输入模拟量VX在比较器中进行比较。当VCVX时，该位Di0；若VCVX，则Di1，且一直保持到比较结束。因此，从D7D0比较8次，逐次逼近寄存器中的数字量，即与模拟量VX所相当的数字量等值。此数字量送人输出锁存器，并同时发出转换结束信号。微机控制技术2. 31 8位A/D转换转换器（2 2）ADC0808/0809ADC0808/0809的引脚功能的引脚功能ADC0808/0809的引脚功能如下： IN7IN0IN7IN0：八个模拟量输入端。 STARTSTART：启动信号。当START为高电平时，A/D转换开始。 EOCEOC：转换结束信号。当A/D转换结束

43、后，发出一个正脉冲，表示A/D转换完毕。此信号可用作A/D转换是否结束的检测信号，或向CPU申请中断的信号。 OUTPUT ENABLEOUTPUT ENABLE（OEOE）：输出允许信号。当此信号被选中时，允许从A/D转换器的锁存器中读取数字量。此信号可作为ADC0808/0809的片选信号，高电平有效。微机控制技术2. 31 8位A/D转换转换器 CLOCKCLOCK：实时时钟，可通过外接RC电路改变时钟频率。 ALEALE：地址锁存允许，高电平有效。当ALE为高电平时，允许C、B、A所示的通道被选中，并把该通道的模拟量接入A/D转换器。 ADDAADDA、ADDBADDB、ADDCADD

44、C：通道号选择端子。C为最高位，A为最低位： D7D0D7D0：数字量输出端。 VREF(+)VREF(+)、VREF(-)VREF(-)：参考电压端子。用以提供D/A转换器权电阻的标准电平。对于一般单极性模拟量输入信号，VREF(+)=+5V，VREF(-)0V。 VCCVCC：电源端子。接+5V。 GNDGND：接地端。（ ADC0808/0809的典型应用，如图2-14所示。）微机控制技术2. 31 8位A/D转换转换器微机控制技术图图2-14 ADC0808/08092-14 ADC0808/0809应应用接用接线图线图 P37P372. 31 8位A/D转换转换器 总之，ADC080

45、8/0809具有较高的转换速度和精度，受温度影响较小，能较长时间保证精度，重现性好，功耗较低，且具有8路模拟开关，所以用于过程控制是比较理想的器件。微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术 从以上介绍的几种A/D转换器可以看出，无论是哪一种型号，也不管其内部结构怎样，在将其与微型机接口时，都会遇到许多实际的技术问题。比如，A/D转换器与系统的接法，A/D转换器的启动方式，模拟量输入通道的接法，参考电源如何提供，状态的检测及锁存，以及时钟信号的引入等。与D/A转换器比较，A/D转换器的接口及控制的信息要多一些。下边讲述A/D转换器与微型机接口技术。微机控制技术2.3.2

46、8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术1 1模拟量输入信号的连接模拟量输入信号的连接 A/D转换器所要求接收的模拟量大都为05V的标准电压信号，但是有些A/D转换器的输入除单极性外，也可以是双极性，用户可通过改变外接线路来改变量程。图2-41、图2-42所示的AD574A即如此。有的A/D转换器还可以直接接入传感器的信号，如AD670。 另外，在模拟量输入通道中，除了单通道输入外，还有多通道输入方式。在微型机系统中，多通道输入可采用两种方法，种是采用单通道A/D芯片，如AD7574和AD574A等，在模拟量输入端加接多路开关，有些还要加采样/保持器；另一种方法是采用带有多路开关的A/D转换器

47、，如ADC0808和AD7581、ADC0816等。微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术2 2数字量输出引脚的连接数字量输出引脚的连接 A/D转换器数字输出引脚和微型机的连接方法与其内部结构有关。对于内部未含输出锁存器的A/D转换器来说，一般通过锁存器或I/O接口与微型机相连，常用的接口及锁存器有Intel 8155、8255、8243以及74LS273、74LS373、8212等。当A/D转换器内部含有数据输出锁存器时，可直接与微型机相连。有时为了增加控制功能，也采用I/O接口连接。微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术3 3A/DA/D

48、转换器的启动方式转换器的启动方式 任何一个A/D转换器在开始转换前，都必须加一个启动信号，才能开始工作。芯片不同，要求的启动方式也不同。一般分脉冲启动和电平启动两种。 脉冲启动型芯片，只要在启动转换输入引脚加一个启动脉冲即可，如ADC0809、ADC80、AD574A等均属于脉冲启动转换芯片，往往用 及地址译码器的输出 经过一定的逻辑电路进行控制。 WRY1微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术 所谓电平启动转换就是在A/D转换器的启动引脚上加上要求的电平。一旦电平加上以后，A/D转换即刻开始，而且在转换过程中，必须保持这一电平，否则将停止转换。因此，在这种启动方式下

49、，CPU控制必须通过锁存器保持一段时间，一般可采用D触发器、锁存器或并行I/O接口等来实现。AD570、571、572等都属电平控制转换电路。微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术 不同的A/D转换器，要求启动信号的电平不一样，有的要求高电平启动，如ADC0809、ADC80、AD574，有的则要求低电平启动，如ADC0801、0802和AD670等，此时可采用图2-15所示的逻辑电路来实现。微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术图图2-15 2-15 启动启动控制控制逻辑电逻辑电路路图图 P39P39微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换

50、器接口技术转换器接口技术4 4转换结束信号的处理方法转换结束信号的处理方法 微型机检查判断A/D转换结束的方法有以下三种：（1 1）中断方式中断方式 将转换结束标志信号接到微型机的中断申请引脚（如IRQ2）。当转换结束时，即提出中断申请，微型机响应后，在中断服务程序中读取数据。这种方法使A/D转换器与微型机的工作同时进行，因而节省机时，常用于实时性要求比较强或多参数的数据采集系统。微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术 （2 2）查询方式查询方式 把转换结束信号经三态门送到CPU数据总线或I/O接口的某一位上，微型机向A/D转换器发出启动信号后，便开始查询A/D转换是

51、否结束，一旦查询到A/D转换结束，则读出结果数据。这种方法的程序设计比较简单，且实时性也比较强，是应用最多的一种方法。特别是在微型机系统中，因为它具有很强的位处理功能，因而，这种方法使用起来更加方便。微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术（3 3）软件延时方法软件延时方法 其具体作法是，微型机启动A/D转换后，就根据转换芯片完成转换所需要的时间，调用一段软件延时程序（为保险起见，通常延时时间略大于A/D转换过程所需的时间），延时程序执行完以后，A/D转换业已完成，即可读出结果数据。这种方法可靠性比较高，不必增加硬件连线，但占用CPU的机时较多，多用在CPU处理任务较少

52、的系统中。微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术5 5参考电平的连接参考电平的连接 在A/D转换器中，参考电平的作用是供给其内部D/A转换器的标准电源，它直接关系到A/D转换的精度，因而对该电源的要求比较高，一般要求由稳压电源供电。不同的A/D转换器，参考电源的提供方法也不一样。微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术 通常8位A/D转换器采用外电源供给，如AD7574、ADC0809等。 精度要求比较高的12位A/D转换器，则常在A/D转换器内部设置有精密参考电源，如AD574A、ADC80等，而不必外加电源。 单、双极性模拟量输入 VREF

53、(+) VREF(-)单极性时 + 地双极性时 + 微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术6 6时钟的连接时钟的连接A/D转换器的另一个重要连接信号是时钟，其频率是决定芯片转换速度的基准。整个A/D转换过程都是在时钟作用下完成的（参见图2-30所示）。时钟的提供方法：（1）内部提供，经常外接RC电路来提供。（2）一种是由外部时钟提供，提供方法可以用单独的振荡器，更多的则是用CPU时钟经分频后，送至A/D转换器的相应时钟端子。内部时钟，或外部时钟均可。微机控制技术2.3.2 8位位A/D转换器接口技术转换器接口技术 7 7接地问题接地问题 模拟地和数字地也要分别连接。然

54、后，再把这两种”地”用一根导线连接起来。微机控制技术2. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计 A/D转换器的程序设计与具体芯片的转换时间，系统参数的多少及参数变换的速度有关。一般来讲，如果系统的参数不多，且变换速度比较快，A/D转换器的转换时间比较短，因而多数采用查询方式。相反，如果系统的参数比较多，变换速度比较慢，所采用的A/D转换器的转换时间比较长，一般可采用中断方式。具体采用哪种方式好，要根据具体情况来确定。微机控制技术2. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计A/D转换器的程序设计主要分三步： 启动A/D转换；查询或等待A/D转换结束；读出转换结果。对于8位A/D转换器，一次读数

55、即可。一旦位数超过8位，则要分两次（或三次）读入，此时，应注意数据的存放格式。在设计A/D转换程序时，必须和硬件接口电路结合起来进行。微机控制技术2. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计1. 1. 中断方式中断方式 采用中断方式的A/D转换接口电路关键是，把A/D转换器的结束标志线与51系列单片机的 或 中断请求引脚相连。若A/D转换器的结束标志线为高电平有效，需加一级反向器后再连接。这样，启动A/D转换后，单片机可以继续执行其程序。一旦A/D转换结束，即通过 或 向CPU申请中断，CPU响应后，转到响应的中断服务程序，读出A/D转换结果。采用中断方式的A/D转换接口电路，如图2.20所示

56、。0INT1INT0INT1INT微机控制技术2. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计微机控制技术图图220 ADC0809220 ADC0809与与80318031的中的中断断接口方式接口方式 P42P422. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计 如图2.20中所示，因转换结束信号EOC高电平有效，所以经反相器与引 脚相连。在进行A/D转换之前，必须先用MOVX DPTR，A 指令启动A/D转换。此时，WR=0，Y0也是低电平，于是A/D转换开始。当A/D转换完成后，EOC变为高电平，随之8031的 变成低电平，向单片机提出中断申请。若中断得到响应，便进行读操作（RD=0，Y0= 0

57、），读出A/D转换结果。这里，因C、B、A 3个管脚接地，所以模拟量输入通道为IN0。0INT0INT微机控制技术2. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计完成中断方式的A/D转换的程序有两部分，主程序中断服务程序主程序的重要任务是设置触发方式（本例是边沿触发）、中断方式、开中断等。51系列单片机的各中断源都有一个固定的中断入口地址， 的入口地址是0003H。它实际上在此内存中安排一条转移指令，当CPU响应 中断时，会自动转向0003H，进而转到响应的中断服务程序ATOD。0INT0INT微机控制技术2. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计图2-21 A/D转换的程序流程图2. 33 8

58、位A/D转换转换器程序设计设计图2.20所示中断方式的A/D转换的程序如下： 主程序：主程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP ATOD；转至中断服务程序ORG 0200H；主程序MAIN：SETB IT0 ；选择边沿触发方式SETB EX0；允许外部中断0SETB EA ；开放总中断MOV DPTR，#AREAD；建立A/D转换器地址指针MOVX DPTR，A；启动A/D转换HERE：AJMP HERE；模拟主程序微机控制技术2. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计 中断服务程序：中断服务程序：ORG 0220H ATOD：PUSH PSW ；保护现

59、场PUSH ACCPUSH DPLPUSH DPHMOV DPTR，#AREAD MOVX A，DPTR ；读A/D转换结果MOV DATA，A POP DPH ；恢复现场POP DPLPOP ACCPOP PSWRETI；返回主程序AREAD EQU OFF80HDATA EQU 50H微机控制技术2. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计2. 2. 查询方式查询方式 查询是应用最多的一种方法。下面仍以ADC0808/0809为例，讲一个采用查询方式巡回检测系统。微机控制技术2. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计图图2.21 ADC0808/08092.21 ADC0808/0809

60、与与80318031单单片机的典型接口片机的典型接口电电路路图图。微机控制技术6522. 33 8位A/D转换转换器程序设计设计 由图2.21可以看出，ADC0808/0809的时钟信号来自8031单片机的ALE信号。当8031采用12MHz时钟频率时，ALE为2MHz，经4分频后为500 kHz作为ADC0808/0809的时钟频率（分频的详细电路可参考本书第93节图915）。用P2.7控制A/D转换的启动与转换结束后数字量的读取。ADC0808/0809的地址锁存允许管脚（ALE）和启动管脚（START）相连。由P2.7和WR信号经或非门提供的信号使由P0.2P0.0提供的3位通道地址送入