单片机系统模拟量及其他扩展技术

1、1，2020/7/3，微控制器原理和接口技术，第10章微控制器系统模拟和其他扩展技术，2，2020/7/3，(1)了解常用并行接口A/D和D/A转换芯片的使用方法。(2)熟悉常用串行接口A/D和D/A转换芯片的使用方法。(3)了解日历时钟芯片和单片机之间接口的设计方法。(4)了解IC卡与单片机之间接口的设计方法。本章的培训要求，3，2020/7/3，本章内容，10.1 A/D转换扩展10.1.1并行A/D转换扩展10.1.2串行A/D转换扩展10.2 D/A转换扩展10.2.1并行D/A转换扩展10.2.2串行D 10.3.2单芯片和日历时钟芯片的接口方法10.4 IC卡扩展10.4.1 SL

2、E4442 IC卡10.4.2 SLE4442 IC卡数据传输协议10.4.3 SLE4442 IC卡操作命令10.4.4单芯片和SLE4442 IC卡接口方法练习和事故问题，4，2020/7/3 与日期、时间相关的控制操作和管理问题，以及读取和写入IC卡信息的问题也经常发生。本章介绍了单片机如何扩展A/D和D/A转换接口、日历时钟芯片和IC卡接口等技术和方法。5，2020/7/3，10.1 A/D转换扩展，A/D转换器(ADC)是将连续模拟信号转换为二进制数字量的设备；A/D转换器从单片机应用系统中收集模拟信号，为数字处理提供接口。A/D转换器分类：根据工作原理分类：二重积分、连续近似A/D

3、转换器等；分辨率下的8、12、14、16位A/D转换器等：并行A/D转换器和串行A/D转换器在数据接口方法中分类。单片机应用系统扩展A/D转换器时，根据上述差异，应采用不同的设计方法。- A/D转换器分类，6，2020/7/3，10.1.1并行A/D转换扩展使MCS-51系列微控制器和51核微控制器的并行数据总线都是8位，因此可以直接或间接连接到8位并行输出的A/D转换器，并从A/D接口一次性检索数据。ADC0809是8位并行输出A/D转换器，可以直接连接到单芯片微计算机的数据总线。8位A/D转换的精度通常不符合实际要求，通常使用10位、12位或更高的A/D转换器。对于具有8位数据总线的单芯片

4、微型计算机，如果要扩展高于8位的并行输出A/D转换，则需要对单芯片微型计算机进行两次分区，以便在A/D接口上完成数据读取，因为A/D转换器的位数不同，接口电路也不同。本节以12位并行输出A/D转换芯片AD574为例，介绍并行A/D转换接口的扩展方法。-并行A/D转换器，7，2020/7/3，10.1.1并行A/D转换扩展，1.12位并行A/D转换器芯片AD574，AD574是Analog Devices制造的12位连续近似高速A/D转换器。完成12位A/D转换的时间为35 s。内部有三态输出缓冲电路。输出级别与TTL和CMOS级别兼容。不需要添加时钟电路。广泛应用。广告AD574的针脚如图10

5、-1所示。- 12位并行A/D转换器，8，2020/7/3，10.1.1并行A/D转换扩展，AD574针说明如下：CE，(/CS)，R/(/C):控制起始转换和读取A/D转换结果时使用的CE=1，(/CS)=0，R/(/C)=0时使用的A/如果CE=1，(/CS)=0，R/(/CS)=1，则可以读取A/D转换结果。12/(/8):数据类型选择结束，12/(/8)=1表示同时输出12位数据，适用于与16位计算机系统的接口。如果12/(/8)=0，则插针信号与A0插针配合工作，分别输出高8位A/D转换结果和低4位A/D转换结果，适用于与8位计算机系统的接口。12/(/8)端号不能由TTL级别控制，

6、只能连接VCC或GND。A0:结束字节选择。A0的作用主要有两种。如果在开始转换之前A0=1，则A/D转换从8位开始。也就是说，A/D的转换结果为8位，完成一次A/D转换的时间为10 s；是。如果转换开始前A0=0，则开始12位A/D转换。也就是说，A/D转换的结果是12位，完成一次A/D转换的时间是35 s。在读取周期中，A0=0读取高8位数据，A0=1读取低4位数据。- AD574针，9，2020/7/3，10.1.1并行A/D转换扩展，5 V:逻辑正电源。15 V和-15 V:设备工作电源AD574支持双极信号输入。AGND和DGND:模拟信号和数字信号。REF OUT:基准电压输出，A

7、D574外部提供10V基准电压输出。REF IN:参考电压输入，通常用于以50电阻连接至REF OUT接脚或填满范围。BIP OFF:通过双极偏差调整调整0。10Vin和20Vin:模拟信号输入针脚。可以在单极输入或双极输入下工作。对于单极输入，接受输入的信号范围为0 10V或0 20v。对于双极输入，接受输入的信号范围为-5至5V或0至10V。STS:转换状态输出接脚，转换期间接脚输出为高层次，转换结束时接脚输出为低层次。- AD574针，10，2020/7/3，10.1.1并行A/D转换扩展，AD574的控制信号组合关系：- AD574信号，11，2020/7/3，10.1.1并行A/D转

8、换扩展微控制器和AD574的接口方式、以单极性输入方式工作的ad 574和MCS-51单片机的接口电路如下图所示。- AD574接口方法，12，2020/7/3，10.1.1并行A/D转换扩展，示例10-1编写根据上图所示的A/D扩展电路完成一次A/D转换的程序。分析：在图中，P0.0和P0.1通过地址锁定器连接AD574的A0和R/(/C)，因此AD574的工作方式如下：如果开始转换时R/(/C)=0和A0=0是12位转换，而未连接的地址线被视为1，则开始12位A/D转换的地址为FCH。读取转换结果时，R/(/C)=1条件下，A0=0读取高8位，A0=1读取低4位，因此读取高8位数据的地址为

9、FEH，读取低4位数据的地址为FFH。P1.0用于查询A/D转换是否结束。- AD574应用程序示例，13，2020/7/3，10.1.1并行A/D转换扩展，写为：AD574: MOV R1，# 30HR1指向数据缓冲区MOV R0，#0FCH。R0的起始地址为MOVX R0，A；开始A/D转换LOOP: JB P1.0，等待LOOP转换结束。高读8位数据地址INC R0 MOVX A， R0读取高8位数据MOV R1，A。存储8位数据INC R0读取低4位数据地址INC R1。缓冲区中的下一个字节地址MOVX A， R0读取低4位数据MOV R1，A。低4位数据ret存储- ad574应用示

10、例，14，2020/7/3，10.1.2串行A/D转换扩展，使用串行总线扩展A/D转换时，单芯片和转换芯片上的数据交换通过串行数据传输实现。一旦确定了接口协议，硬件接口的方式也就决定了，与单片机的接口方法不包括单片机的数据总线和比特数问题。8位或更高的串行A/D转换芯片与单芯片硬件接口相同，不同的是，根据串行接口A/D芯片的读写计时，编程方法也不同。-串行A/D转换，15，2020/7/3，10.1.2串行A/D转换扩展，ADS10XX系列的A/D转换器是美国得克萨斯仪器公司推出的小型软件包中的12位delta-sigma模拟-数字转换器。与此系列相对应的ADS11XX系列的分辨率为16位。A

11、DS1013/4/5 4/5使用I2C总线和CPU接口。本节以ADS1015芯片为例，介绍了使用I2C总线的AD转换器扩展方法。广告1015的内部结构如图所示。ADS1015在连续转换模式和单个转换模式下工作。在连续转换模式下完成当前转换操作后，ads10105将转换结果存储在中，并使用1 .ads10105串行A/D转换芯片、输出寄存器以及立即执行以下转换：在单个切换模式下，当切换结束时，芯片将自动进入断电节电状态。广告的工作方式是通过寄存器配置来选择的。，-串行A/D转换芯片，16，2020/7/3，10.1.2串行A/D转换扩展，ADS1015的主要技术特性：分辨率12位；可编程转换速度

12、为128 SPS到3.3ksps，内置低漂移电压参考；内置可编程增益放大器，输入电压低到256 mV，最大输入电压为4.096v内置转换时钟生成器；逻辑级别输入与TTL级别兼容。4通道单端输入或2通道差分输入；内部有可编程比较器。单个正电源，电源电压范围2.0至5.5V；低功耗，连续转换时电流消耗仅为150a。- ads10105性能，17，2020/7/3，10.1.2串行A/D转换扩展，ads10105的MSOP-10封装针脚图。接脚的定义如下：ADDR:从I2C设备地址中选择。ALERT/RDY:比较程序输出或转换就绪信号。AIN0:单个纵断面输入通道1或差分输入通道1的正信号输入。AI

13、N1:单个纵断面输入通道2或差分输入通道1的负信号输入。AIN2:单个纵断面输入通道3或差分输入通道2的正信号输入。AIN3:单个纵断面输入通道4或差分输入通道2的负信号输入。SDA:串行数据线。SCL:串行时钟线。GND:土地。VDD:电源。- ads10105针，18，2020/7/3，10.1.2串行A/D转换扩展，1) ads10105的输入特性ads10105允许差分输入或单个终端输入，可以通过配置寄存器选择。ad 1015开关电容输入级别。因为电容值小，所以等于对外部电路的电阻。输入阻抗与PGA的增益相关。如果输入源阻抗高，则不能忽略ADS1015的输入阻抗，必须增加缓冲区以进行阻

14、抗转换。否则，会影响测量精度。ADS1015的模拟信号输入范围也与PGA的增益相关，内部等效差分输入电压为4.096 V/PGA。请注意，输入电压低于0.3v或高于VDD 0.3 V可能会损坏设备。、2。ads10105的输入和输出特性，- ADS1015输入特性，19，2020/7/3，10.1.2串行A/D转换扩展，2) ads10105的输出特性输出为二进制互补代码形式，正完整范围输入信号为7FF0h，负完整范围输出为8000转换结果与输入电压的关系如图所示。理想的输出特性如下表所示。代码特性输出有时需要代码转换。此外，为了与同一系列16位A/D转换器ADS1115兼容，该设备保留了16位特性，但是只有高12位有效，低4位始终为0。使用时要小心。在单个纵断面输入中，负值范围内的输出值不起作用。、- ADS1015输出特性，20，2020/7/3，10.1.2串行A/D转换扩展，ads10105仅具有一个用于I2C总线从属设备的可编程地址端号ADDRad 1015的I2C地址显示在表中。3 .ads10105的I2C地址、- ADS1015 I2C地址、21，2020/7/3，10.1.2串行A/D转换扩展；ads 10105具有一个寻