计算机控制技术cha.ppt

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1、计算机控制技术电子教案第2章 输入输出接口与过程通道计算机与外部设备之间交换信息的计算机与外部设备之间交换信息的桥梁桥梁作作 用用：计算机控制系统的计算机控制系统的重要组成部分重要组成部分接接 口口：过程通道过程通道：计算机与生产过程之间信息传送和转换计算机与生产过程之间信息传送和转换的的连接通道连接通道 把反映生产过程或设备工况的模拟信号把反映生产过程或设备工况的模拟信号(如温度、压力、流量、速如温度、压力、流量、速度、液位等度、液位等)、转换为数字信号送给微型计算机、转换为数字信号送给微型计算机模拟量输入通道模拟量输入通道 把计算机输出的数字控制信号转换为模拟信号把计算机输出的数字控制信号

2、转换为模拟信号(电压或电流电压或电流)作用作用于执行机构，实现对生产过程或设备的控制于执行机构，实现对生产过程或设备的控制模拟量输出通道模拟量输出通道 数字量输入通道把反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器数字量输入通道把反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按扭等接点、行程开关、按扭等)、脉冲信号、脉冲信号(如速度、位移、流量脉冲等如速度、位移、流量脉冲等)送给送给微型计算机微型计算机数字量输入通道数字量输入通道 计算机通过数字量输出通道控制那些接受开关计算机通过数字量输出通道控制那些接受开关(数字数字)信号的执行机信号的执行机构和显示、指示装置构和显示、指示装置数字

3、量输出通道数字量输出通道第2章 输入输出接口与过程通道第2章 输入输出接口与过程通道主主要要内内容容 2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道 2.2 模拟量输出通道模拟量输出通道 2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道 2.4 数据的采样及保持数据的采样及保持 2.5 常用输出驱动电路常用输出驱动电路 2.6 键盘接口技术键盘接口技术 2.7 LED显示器及其接口技术显示器及其接口技术 2.8 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术2.1 过程输入输出通道概述 把反映生产过程或设备工况的模拟信号把反映生产过程或设备工况的模拟信号(如温度、压力、流量、速如温度、压力、流量、速度、液位等度、液位等)、转

4、换为数字信号送给微型计算机、转换为数字信号送给微型计算机模拟量输入通道模拟量输入通道 把计算机输出的数字控制信号转换为模拟信号把计算机输出的数字控制信号转换为模拟信号(电压或电流电压或电流)作用作用于执行机构，实现对生产过程或设备的控制于执行机构，实现对生产过程或设备的控制模拟量输出通道模拟量输出通道 数字量输入通道把反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器数字量输入通道把反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按扭等接点、行程开关、按扭等)、脉冲信号、脉冲信号(如速度、位移、流量脉冲等如速度、位移、流量脉冲等)送给送给微型计算机微型计算机数字量输入通道数字量输入通道 计算

5、机通过数字量输出通道控制那些接受开关计算机通过数字量输出通道控制那些接受开关(数字数字)信号的执行机信号的执行机构和显示、指示装置构和显示、指示装置数字量输出通道数字量输出通道 在计算机控制系统中，当需对生产过程进行自动控制时，需在计算机控制系统中，当需对生产过程进行自动控制时，需要处理一类最基本的输入输出信号，即数字量（开关量）信号：要处理一类最基本的输入输出信号，即数字量（开关量）信号：开关的闭合与断开开关的闭合与断开 指示灯的亮与灭指示灯的亮与灭 继电器或接触器的吸合与释放继电器或接触器的吸合与释放 马达的启动与停止马达的启动与停止 可控硅的通和断可控硅的通和断共同特征共同特征：以二进制

6、的逻辑以二进制的逻辑“1 1”和和“0 0”出现的出现的2.1 数字量输入输出通道2.1.1 数字量输入输出接口技术数字量输入输出接口技术2.1.2 数字量输入通道数字量输入通道2.1.3 数字量输出通道数字量输出通道2.1 数字量输入输出通道 对生产过程的控制，常常需了解生产过程的状态信息对生产过程的控制，常常需了解生产过程的状态信息 根据状态信息，决定如何给出控制量根据状态信息，决定如何给出控制量 要获得状态信息则必须通过输入接口（可采用要获得状态信息则必须通过输入接口（可采用74LS244,4LS373，8255A,8155）1.数字量输入接口数字量输入接口图2-1 数字量输入接口D07

7、4LS2441A2D1D2D3D4D5D6D71A11A31A51A41A61A71A81Y21Y11Y31Y51Y41Y61Y71Y8CSIOR输入接口PC总线2G1G1 MOV DX，PROTIN AL，DX2.1.1 数字量输入输出接口技术 当对生产过程进行控制时，一般应对计算机送出的控制状态进行保持，当对生产过程进行控制时，一般应对计算机送出的控制状态进行保持，直到重新刷新为止直到重新刷新为止 需利用输出接口对其进行锁存（可采用需利用输出接口对其进行锁存（可采用74LS273，74LS373，8255A等）等）2.数字量输出接口数字量输出接口MOV AL，DATA MOV DX，POR

8、TOUT DX，AL 74LS273图2-2 数字量输出接口1 D0CLKCLRD2D1D2D3D4D5D6D7D1D3D5D4D6D7D8Q2Q1Q3Q5Q4Q6Q7Q8CSIOWRESETPC总线输出接口2.1.1 数字量输入输出接口技术输入缓输入缓冲器冲器输入调输入调理电路理电路地址译码器地址译码器PC总总线线来来自自生生产产过过程程图2-3 数字量输入通道结构接受外部装置或生产过程的状态信号接受外部装置或生产过程的状态信号2.1.2 数字量输入通道基本功能：基本功能：1.数字输入通道的结构数字输入通道的结构2.1.2 数字量输入通道2.输入调理电路输入调理电路 状态信号的形式：状态信号

9、的形式：电压、电流、开关的触点电压、电流、开关的触点 信号调理：信号调理：将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机可以接收的逻辑信号施转换成计算机可以接收的逻辑信号 图2-4 小功率输入调理电路(a)采用积分电路+5VR1R2C0.1uFKTTL电平电平1一种简单的、采用积分电路一种简单的、采用积分电路消除开关抖动的方法消除开关抖动的方法(b)采用R-S触发器+5VR3R4K&QQRSR-S触发器消除开关两次反触发器消除开关两次反跳的方法跳的方法R S Q Q0 1 0 11 0 1 01 1 保持保持+5VR3K+48VR

10、1R2图2-5 大功率输入调理电路2.1.2 数字量输入通道2.输入调理电路输入调理电路2.1.3 数字量输出通道控制接受数字信号的执行机构和显示、指示装置控制接受数字信号的执行机构和显示、指示装置基本功能：基本功能：1.数字量输出通道的结构数字量输出通道的结构图2-6 数字量输出通道结构地址译码器输出锁存器输出驱动器PC总线去生产过程把计算机输出的微弱数字信号把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制转换成能对生产过程进行控制的驱动信号的驱动信号2.2.1 模拟量输出通道的结构模拟量输出通道的结构2.2.2 D/A转换器的原理转换器的原理2.2.3 D/A转换器转换器DAC0832

11、2.2.4 DAC0832的应用的应用 2.2.5 MCS-51和和D/A转换器的接口转换器的接口2.2 模拟量输出通道 D/A转换器：数字信号到模拟信号转换、数字保持转换器：数字信号到模拟信号转换、数字保持 优点：转换速度快、工作可靠优点：转换速度快、工作可靠 缺点：较多的缺点：较多的D/A转换器，成本高转换器，成本高接接口口D/AD/AV/I和自动和自动/手动切换手动切换V/I和自动和自动/手动切换手动切换通道通道1通道通道n.PC总线总线图2-7 一个通路一个D/A转换器的结构2.2.1 模拟量输出通道的结构基本功能：基本功能：1.模拟量输出通道的结构模拟量输出通道的结构把计算机输出的数

12、字控制信号转换为模拟信号把计算机输出的数字控制信号转换为模拟信号(电压或电压或电流电流)作用于执行机构，实现对生产过程或设备的控制作用于执行机构，实现对生产过程或设备的控制图2-8 共用D/A转换器的结构通道通道1通道通道n接接口口D/A.PC总线总线多多路路开开关关采样采样保持器保持器采样采样保持器保持器 D/A转换器：数字信号到模拟信号转换转换器：数字信号到模拟信号转换 优点：节省了优点：节省了D/A转换器转换器 缺点：可靠性差、分时工作、速度慢缺点：可靠性差、分时工作、速度慢2.2.1 模拟量输出通道的结构 1.模拟量输出通道的结构模拟量输出通道的结构 D/A转换器：转换器：指将数字量转

13、换成模拟量的元件或装置，指将数字量转换成模拟量的元件或装置，输出的模拟量：输出的模拟量：与参考电压和二进制数成比例与参考电压和二进制数成比例 D/A转换器种类：转换器种类：并行和串行。在工业控制中，主要使并行和串行。在工业控制中，主要使用并行用并行D/A转换器转换器 D/A转换器的原理：转换器的原理：归纳为归纳为“按权展开，然后相加按权展开，然后相加”。2.2.2 D/A转换器的原理图图2-9 T型电阻网络型型电阻网络型D/A转换器转换器1.D/A转换器工作原理转换器工作原理2.2.2 D/A转换器的原理10101010VREFRI3I3I2I2I1I1I0I0I0RRRR2R2R2R2Rb3

14、b2b1b0.RIRfIout1Iout2Vout.AOA+-S3S2S1S0 位切换开关位切换开关 受数字量受数字量b4-b0控制控制I电流电流I=VREF/R恒定恒定2.D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标2.2.2 D/A转换器的原理（1）分辨率）分辨率 指当输入数字量发生单位数码变化即最低有效位指当输入数字量发生单位数码变化即最低有效位LSB产生一次变产生一次变化时，输出模拟量对应的变化量化时，输出模拟量对应的变化量分辨率分辨率与数字量输入的位数与数字量输入的位数n呈下列关系：呈下列关系：（2）建立时间）建立时间 指输入数字信号的变化量是满量程时，输出模拟信号达到离终指输入数

15、字信号的变化量是满量程时，输出模拟信号达到离终值值1/2 LSB所需的时间，一般为几十纳秒到几秒所需的时间，一般为几十纳秒到几秒（3）线性误差）线性误差 在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差。线性误差常在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差。线性误差常用用LSB的分数表示，如的分数表示，如1/2LSB，或，或1LSB输入锁存输入锁存允许信号允许信号2.2.3 D/A转换器DAC0832传送控传送控制信号制信号1.DAC0832的结构的结构图图2-10 DAC0832原理框图原理框图1:Q=D 0:锁存数据，启动锁存数据，启动D/AD7D6D0D1D2D3D4D58位输入位输入

16、寄存器寄存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A转换电路转换电路RfVREFIout2Iout1RfILECSWR1WR2XFERAGNDVCCDGNDLE1LE2M1M3M21:Q=D 0:锁存数据锁存数据2.DAC0832的引脚的引脚（1）数字量输入线）数字量输入线D7D0（2）控制线（）控制线（5条）条）（3）输出线（）输出线（3条）条）（4）电源线（）电源线（4条）条）2.2.3 D/A转换器DAC0832DAC0832芯片为芯片为20引脚，双列直插式封装引脚，双列直插式封装2.2.3 D/A转换器DAC08323.DAC0832的技术指标的技术指标（1）分辨率：）分辨率：8位位（2）

17、电流建立时间：）电流建立时间：1S（3）线性度（在整个温度范围内）线性度（在整个温度范围内）8、9或或10位位（4）增益温度系数）增益温度系数:：0.0002 FS/（5）低功耗：）低功耗：20mW（6）单一电源：）单一电源：+5 +15V 图2-11 单极性DAC的接法2.2.4 DAC0832的应用图2-12 双极性DAC的接法2.2.4 DAC0832的应用80321.单缓冲方式单缓冲方式 单缓冲方式就是使单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中有一个处的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式2.2.5 MCS-51和

18、D/A转换器的接口图2-13 DAC0832单缓冲方式接口A15-+OAVout.P0P2.7WR8051D7D0DAC0832+5VVCCILEVREFRfIout1Iout2AGNDDGNDCSXFERWR1WR2例2.1 DAC0832用作波形发生器。试根据图用作波形发生器。试根据图2-13接线，分别写出产接线，分别写出产生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图2-14所示所示图图2-14 例例2.1所产生的波形所产生的波形2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口例2.1解：ORG 0000H CLR A；转换初值转换初值 MOV DP

19、TR，#7FFFH；输入寄存器地址输入寄存器地址 LOOP：MOVXDPTR，A；D/A转换转换 INC A；转换值增量转换值增量 NOP；延时延时 NOP NOP SJMPLOOP END锯齿波程序锯齿波程序2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口开始开始初始化：初始化：转换初值转换初值0A输入寄存器地址输入寄存器地址 DPTR修改修改A的数据的数据延时延时A中的数据送中的数据送DAC0832，并转换，并转换例例2.1解解：三角波程序：三角波程序：ORG 0100H CLRA MOVDPTR，#7FFFH；输入寄存器地址输入寄存器地址DOWN：MOVX DPTR，A；线性下降段线性下降段

20、INCA JNZDOWN MOVA，#0FEH；置上升阶段初值置上升阶段初值UP：MOVXDPTR，A；线性上升段线性上升段DECAJNZUPSJMPDOWN END2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口例例2.1解解：方波程序：方波程序：ORG0200HMOVDPTR，#7FFFHLOOP：MOVA，#33H；置上限电平置上限电平MOVXDPTR，A ACALL DELAY；形成方波顶宽形成方波顶宽MOVA，#0FFH；置下限电平置下限电平MOVXDPTR，AACALL DELAY；形成方波底宽形成方波底宽SJMPLOOPEND2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口例例2.1解解

21、：延时延时16ms子程序：子程序：DL0:MOVR7，#10HDL:MOVR5，#FEHDLS：DJNZ R5,DLS DJNZ R7,DL RET2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口2.双缓冲方式双缓冲方式2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口图图2-15 DAC0832的双缓冲方式接口的双缓冲方式接口AO1AO2+_2R2RVout.+5VILEVccVREFRfIout1Iout2WR1DI0WR2XFERCSDI7P0.0P0.7ALEEA8031WR锁锁存存器器译译码码器器FFHFEH.DAC0832R.例例2.2 DAC0832用作波形发生器。试根据图用作波形发生器。

22、试根据图2-15接线，分别写出接线，分别写出产生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图产生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图2-16所示所示图图2-16 例例2.2所产生的波形所产生的波形2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口例例2.2 解解：锯齿波程序：锯齿波程序：ORG0000H LOOP1：MOVA，#80H ；转换初值转换初值LOOP：MOVR0，#0FEH；输入寄存器地址输入寄存器地址MOVXR0，A ；转换数据送输入寄存器转换数据送输入寄存器 INCR0 ；产生产生DAC寄存器地址寄存器地址MOVXR0，A ；数据送入数据送入DAC寄存器并进行寄存器并进行D/A转

23、换转换DECA ；转换值减少转换值减少NOP ；延时；延时NOPNOPCJNEA，#0FFH，LOOP；-5V是否输出？未输出，程序循环是否输出？未输出，程序循环SJMPLOOP1；-5V已输出，返回转换初值已输出，返回转换初值END2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口例例2.2 解解：三角波程序：三角波程序：ORG0100HMOVA，#0FFHDOWN：MOVR0，#0FEHMOVXR0，A；线性下降段线性下降段INCR0 MOVXR0，ADECAJNZDOWN UP：MOVR0，#0FEH；线性上升段线性上升段MOVXR0，A INCR0 MOVXR0，AINCA JNZUPMOV

24、A，#0FEHSJMPDOWNEND2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口例例2.2 解解：方波程序：方波程序：ORG0200HLOOP：MOVA，#66HMOVR0，#0FEH；置上限电平置上限电平MOVXR0，A INCR0 MOVXR0，A ACALL DELAY；形成方波顶宽形成方波顶宽MOVA，#00H；置下限电平置下限电平MOVR0，#0FEH MOVXR0，A INCR0 MOVXR0，A ACALL DELAY；形成方波底宽形成方波底宽SJMPLOOPEND2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口 2.1 X-Y绘图仪采用双片绘图仪采用双片DAC0832进行输出。设进

25、行输出。设8031内部内部RAM中有两个长度为中有两个长度为30H的数据块，其起始地址分别为的数据块，其起始地址分别为20H和和60H，请，请画出其硬件电路图，并编出能把画出其硬件电路图，并编出能把20H和和60H中的数据分别从双片中的数据分别从双片DAC0832输出，并根据所给数据绘制出一条曲线输出，并根据所给数据绘制出一条曲线作业：作业：2.2.5 MCS-51和D/A转换器的接口2.3 模拟量输入通道2.3.1 模拟量输入通道的一般结构模拟量输入通道的一般结构2.3.2 A/D转换原理转换原理2.3.3 A/D转换器的性能指标转换器的性能指标 2.3.4 A/D转换芯片转换芯片ADC08

26、092.3.5 MCS-51和和ADC0809的接口的接口 2.3.1 模拟量输入通道的一般结构 过程参数由传感器和变送器测量并转换为电压（或电流）形式后送至多路过程参数由传感器和变送器测量并转换为电压（或电流）形式后送至多路开关开关 在计算机的控制下，由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级，进行在计算机的控制下，由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级，进行放大、采样和放大、采样和A/D转换，实现过程参数的巡回检测转换，实现过程参数的巡回检测图2-17 模拟量输入通道的组成结构变送器I/V变换多路开关A/D转换器采样保持器接口逻辑电路PC总线.模拟输入通道过程参数420mA010mA2.3

27、.2 A/D转换原理 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器 双积分式双积分式A/D转换器转换器(抗干扰性能好抗干扰性能好)并行比较式并行比较式A/D转换器转换器 V/F转换转换 串行串行A/D2.3.2 A/D转换原理 二分搜索，反馈比较，逐次逼近二分搜索，反馈比较，逐次逼近逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器工作原理转换器工作原理图图2-18 逐次逼近式逐次逼近式A/D的原理图的原理图 2.3.2 A/D转换原理 当当计计算算机机发发出出“启启动动转转换换”命命令令时时，SAR寄寄存存器器和和输输出出缓缓冲冲器器清清零零，故故D/A输输出出也也为为零零。此此时时控控制制电电路路先先设设定定SA

28、R中中的的最最高高位位为为“1”，其其余余位位为为“0”，此此预预测测数数据据送送往往D/A转转换换器器，转转换换成成电电压压V0，然然后后V0和和输输入入模模拟拟电电压压Vx在在比比较较器器中中比比较较，若若VxV0，说说明明预预置置结结果果正正确确，应应予予保保留留，若若VxV0，则则预预置置结结果果错错误，应予清除误，应予清除 然然后后按按上上述述方方法法继继续续对对次次高高位位及及后后续续各各位位依依次次进进行行预预置置、比比较较和和判判断断，决决定定该该位位是是“1”还还是是“0”，直直至至确确定定SAR最最低低位位为为止止。这这个个过过程程完完成成后后，便便发发出出转转换换结结束束

29、信信号号。此此时时SAR寄寄存存器器从从最高位到最低位都试探过一遍的最终值便是最高位到最低位都试探过一遍的最终值便是A/D转换的结果转换的结果 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器原理转换器原理2.3.3 A/D转换器的性能指标 A/D转换器常用技术指标转换器常用技术指标:分辨率分辨率 转换时间转换时间 线性误差线性误差 量程量程 对基准电源的要求对基准电源的要求分分辨辨率率是是衡衡量量A/D转转换换器器分分辨辨输输入入模模拟拟量量最最小小变变化化程程度度的的技技术术指指标标。分分辨辨率率通通常常用用数数字字量量的的位位数数n（字字长长）来来表表示示，如如8位位、12位位、16位位等等。分分辨辨率

30、率为为n位位，表表示示它它能能对对满满量量程程输输入入的的 的的增增量量作作出出反反映映，即即数数字字量量的的最最低低有有效效位位（LSB）对对应应于于满满量量程程输输入入的的 。若若n=8，满满量量程程输输入入为为5.12V，则则LSB对应于模拟电压对应于模拟电压5.12V/2820mV指指完完成成一一次次模模拟拟量量到到数数字字量量的转换所需要的时间的转换所需要的时间所能转换的输入电压范围所能转换的输入电压范围2.3.4 A/D转换芯片DC0809 图图2-19 ADC0809内部逻辑结构内部逻辑结构 输出允许输出允许转换结束转换结束三位地址三位地址地址锁存地址锁存8位数位数据输出据输出8

31、路路模拟量模拟量输入输入启动启动 时钟时钟8路路模模拟拟开开关关比较器比较器地址地址锁存锁存与与译码译码 A B CALESAR开关树开关树256RT型型电阻网络电阻网络控制逻辑与时序控制逻辑与时序三态输三态输出锁存出锁存缓冲器缓冲器VXVCEOC START CLKIN7IN0D7D0OE Vref（+）Vref（-）DAC1.内部逻辑结构内部逻辑结构2.3.4 A/D转换芯片DC0809 1.内部逻辑结构内部逻辑结构 ADC0908由由8通通道道模模拟拟开开关关、通通道道选选择择逻逻辑辑（地地址址锁锁存存与与译译码码）、8位位A/D转换器以及三态输出锁存缓冲器转换器以及三态输出锁存缓冲器组

32、成组成 实现实现8选选1操作操作 通道选择信号通道选择信号C、B、A与所有通道之间的关系与所有通道之间的关系 地址锁存允许信号（地址锁存允许信号（ALE、正脉冲）完成通道、正脉冲）完成通道选择信号选择信号C、B、A的锁存的锁存加至加至C、B、A上的通道选择信号在上的通道选择信号在ALE的作用的作用下送入通道选择逻辑后，通道下送入通道选择逻辑后，通道i（，（，i=0、1、7）上的模拟输入被送至）上的模拟输入被送至A/D转换器转换器（1）8通道模拟开关及通道选择逻辑通道模拟开关及通道选择逻辑CBA选通选通的通道的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN

33、6111IN7表2-1 被选通道和地址的关系2.3.4 A/D转换芯片DC0809 1.内部逻辑结构内部逻辑结构（2）8位位A/D转换器转换器 8位位A/D转换器对输入端的信号进行转换，转换结果转换器对输入端的信号进行转换，转换结果D（D=028-1）存入三态锁存缓冲器存入三态锁存缓冲器 当当START上收到一个启动转换命令（正脉冲）后，上收到一个启动转换命令（正脉冲）后，A/D转换器开始转转换器开始转换，换，100us左右（左右（64个时钟周期）后转换结束（相应的时钟频率为个时钟周期）后转换结束（相应的时钟频率为640kHz）（3）三态输出锁存缓冲器）三态输出锁存缓冲器 用于存放转换结果用于

34、存放转换结果D 输出允许信号输出允许信号OE为高电平时，为高电平时，D由由DO7DO0上输出上输出 OE为低电平输入时，数据输出线为低电平输入时，数据输出线DO7DO0为高阻状态为高阻状态2.3.4 A/D转换芯片DC0809 1.内部逻辑结构内部逻辑结构（4）时序）时序ALESTARTEOCDO70tOEDATAOUTC.B.A 图图2-21 ADC0809的转换时序图的转换时序图 当当START上收到一个启动转换命令（正脉冲）后，上收到一个启动转换命令（正脉冲）后，A/D转换器开始转转换器开始转换，换，100us左右（左右（64个时钟周期）后转换结束（相应的时钟频率为个时钟周期）后转换结束

35、（相应的时钟频率为640kHz）转换结束时，转换结束时，EOC信号由低电平变为高电平，通知信号由低电平变为高电平，通知CPU读结果读结果 启动后，启动后，CPU可用查询方式（将转换结束信号接至一条可用查询方式（将转换结束信号接至一条I/O线上时）或线上时）或中断方式（中断方式（EOC作为中断请求信号引入中断逻辑）了解作为中断请求信号引入中断逻辑）了解A/D转换过程是转换过程是否结束否结束2.3.4 A/D转换芯片DC0809 1.内部逻辑结构内部逻辑结构 ADC0809的量化单位的量化单位q=VREF（+）-VREF（-）/28 通常基准电压通常基准电压 VREF（+）=5.12V，VREF（

36、-）=0V，此时，此时q=20mV 转换结果转换结果D=VIN（mV）/q（mV），如），如VIN=2.5V时，时，D=125（5）转换结果计算）转换结果计算 图图2-22 ADC0809引脚图引脚图 2.引脚结构引脚结构2.3.4 A/D转换芯片DC0809（1）IN7IN0：8条模拟量输入通道条模拟量输入通道（2）地址输入和控制线：）地址输入和控制线：4条条（3）数字量输出及控制线：）数字量输出及控制线：11条条（4）电源线及其他：）电源线及其他：5条条IN5D7D6D0D1D2D3D4D5Vref(+)OEGNDVccCADC0809110987654322014151617181913

37、1211IN3IN4IN7IN6STARTEOCCLOCKVref(-)ALEABIN0IN1IN228272625242322212.3.5 MCS-51和ADC0809的接口 图图2-23 ADC0809和和8031接线图接线图地地址址锁锁存存.8031ADC0809ALEP0.7P0.0P2.7WRRDINTCKDQQA0A1A2D0D7ABCCLKSTARTALEOEEOC.IN0IN1IN7IN6IN5IN4IN3IN2+2.3.5 MCS-51和ADC0809的接口 如图如图2-23所示，试用查询和中断两种方式编写程序，对数据所示，试用查询和中断两种方式编写程序，对数据进行采集进行

38、采集IN5通道上的，并将转换结果送入内部通道上的，并将转换结果送入内部RAM20H单元单元例例2.3ORG0000HMOVDPTR，7FF5H；0111111111110101MOVXDPTR，A；启动启动A/D转换转换SETBEA；中断允许中断允许EA=1SETBEX1；开外中断开外中断1 SETB IT1；外中断请求信号为下跳沿触发方式外中断请求信号为下跳沿触发方式LOOP：SJMPLOOP；等待中断等待中断 END 解：中断方式程序清单：中断方式程序清单：2.3.5 MCS-51和ADC0809的接口 例例2.3 解解：ORG0013H；外中断外中断1的入口地址的入口地址LJMP1000

39、H；转中断服务程序的入口地址转中断服务程序的入口地址ORG1000HMOVX A，DPTR；读取读取A/D转换数据转换数据MOV20H，A ；存储数据存储数据RETI ；中断返回中断返回 中断服务程序：中断服务程序：2.3.5 MCS-51和ADC0809的接口 例例2.3 解解：ORG 0000H MOV DPTR，#7FF5H MOVX DPTR，A；启动启动A/D转换转换LOOP：JBP3.3，LOOP；等待转换结束等待转换结束MOVX A，DPTR ；读取读取A/D转换数据转换数据 MOV 20H，A ；存储数据存储数据 END 查询方式程序清单：查询方式程序清单：2.3.5 MCS-

40、51和ADC0809的接口 作业作业2.22.2：8031和和ADC0809的接口如图的接口如图2-28所示，试编程对所示，试编程对8个模拟通道上的个模拟通道上的模拟电压进行一遍数字采集，并将采集结果送入内部模拟电压进行一遍数字采集，并将采集结果送入内部RAM以以30H单元为单元为始地址的输入缓冲区始地址的输入缓冲区 图图2-28 8031和和ADC0809的接口的接口8031EAALEP0.7 P0.0WR地地址址锁锁存存器器译译码码器器EOCAALEOESTARTCLOCK29-1ADC0809P3.2RDCB2-8P0.0P0.2P0.1622710M1M21F0H.IN0IN1IN7I

41、N6IN5IN4IN3IN2.2+2.4 数据的采样及保持 2.4.1 多路转换开关多路转换开关 2.4.2 数据采样定理数据采样定理 2.4.3 采样采样/保持器保持器 2.4.4 I/V变换变换2.4.1 多路转换开关 图图2-24 CD4051的原理与引脚图的原理与引脚图选择输入端选择输入端000:0;001:1,111:7禁止输入端禁止输入端0:通，通，1:开开X*（t）图2-25 采样前后波形的变化2.4.2 数据采样定理 1.信号的采样信号的采样 周期采样周期采样 多阶采样多阶采样 随机采样随机采样2.量化量化香浓采样定理香浓采样定理 量化量化：采用一组数码来逼近离：采用一组数码来

42、逼近离散模拟信号的幅值散模拟信号的幅值 量化过程量化过程：将采样信号转换成：将采样信号转换成数字信号的过程数字信号的过程 执行装置：执行装置：A/D转换器转换器图2-26 采样/保持器的输入输出特性2.4.3 采样/保持器 1.采样采样/保持器的作用保持器的作用 在采样时，其输出能够跟随输入变化；而在保持状态时，能使输出值不变。其输入输出特性如图2-31所示。采样保持VinVoutS/HVinVout工作方式图图2-27 最简单的采样最简单的采样/保持器保持器2.采样采样/保持器的工作原理保持器的工作原理最简单的采样最简单的采样/保持器是由开关和电容组成保持器是由开关和电容组成2.4.3 采样

43、/保持器2.4.3 采样/保持器3.常用的采样常用的采样/保持器保持器 一般：一般：AD582、AD583、LF198/398 高速：高速：THS-0025、THS-0060、THC-0030、THC-1500 高分辨率：高分辨率：SHA1144、ADC11302.4.4 I/V变换R1R2CIV+5V无源无源I/V变换电路变换电路精密电阻精密电阻V=R2*I+取值取值:输入输入0-10 mA，输出为输出为0-5 V，R1=100，R2=500 输入输入4-20 mA，输出为输出为1-5 V，R1=100，R2=2502.4.4 I/V变换 AR1R3R2R4R5CIVViG=1+R4/R3V

44、=G*R1*I输出限流，保护运放输出限流，保护运放有源有源I/V变换电路变换电路输入输入0 10 mA，输出输出0 5 V：R1=200，R3=100k，R4=150k输入输入4 20 mA，输出输出1 5 V：R1=200，R3=100k，R4=25k2.5 常用输出驱动电路 2.5.1 白炽灯驱动接口白炽灯驱动接口 2.5.2 开关量输出隔离电路开关量输出隔离电路2.5.3 光电隔离电路光电隔离电路2.5.1 白炽灯驱动接口 驱动器输出驱动电流为驱动器输出驱动电流为300500mA 当单片机的当单片机的P1.7输出低电平时，输出低电平时，CJ0451驱动器的输出晶体管导驱动器的输出晶体管导

45、通，灯泡上有电流流过而点亮通，灯泡上有电流流过而点亮开开关关图图2-28 CJ0451驱动灯泡的应用驱动灯泡的应用1243781K 1K 300R+5V+12VCJ0451 当驱动器由当驱动器由0变为变为1时，继电器由接通转为关断时，继电器由接通转为关断 二极管提供的泄流回路能保护隔离器二极管提供的泄流回路能保护隔离器 继电器隔离适用于控制对响应速度要求不高的启停设备继电器隔离适用于控制对响应速度要求不高的启停设备2.5.2 开关量输出隔离电路图图2-29 开关量输出隔离电路开关量输出隔离电路803133 39 2827262516&CP74LS273SN75452V7V0J7J0J1J2.+

46、5V2.5.3 光电隔离电路对启停时间很短的开关量输出控制系统，应采用光电耦合器对启停时间很短的开关量输出控制系统，应采用光电耦合器图2-30 光电耦合控制直流电机803174LS273+5VDC+-MR1R2R3SCRMCS620078.2.6 键盘接口技术2.6.1 独立式按键独立式按键2.6.2 行列式键盘行列式键盘2.6.3 软键盘与触摸屏接口软键盘与触摸屏接口2.6.1 独立式按键 独立式按键是指直接用输入端口线构成的单个按键电路，独立式按键是指直接用输入端口线构成的单个按键电路，常用于需要少量几个按键的计算机控制系统常用于需要少量几个按键的计算机控制系统图2-31 具有8个独立式按

47、键的硬件连线图 无按键按下时，无按键按下时，PA0PA7输入输入状态均为状态均为1有按键按下时，按键对应的端有按键按下时，按键对应的端口线输入为口线输入为0 上拉电阻上拉电阻2.6.2 行列式键盘 行列式键盘（矩阵式键盘）常应用在按键数量比较行列式键盘（矩阵式键盘）常应用在按键数量比较多的系统之中多的系统之中 行列式键盘由行列式键盘由行线和列线行线和列线组成，按键设置在行、列组成，按键设置在行、列结构的结构的交叉点交叉点上，行列线分别连在按键开关的上，行列线分别连在按键开关的两端两端 行列式键盘与计算机的连接多采用行列式键盘与计算机的连接多采用I/O接口芯片，如接口芯片，如8155、8255等

48、。有时为了简单起见，也采用锁存器，等。有时为了简单起见，也采用锁存器，如如74LS273、74LS244、74LS373等。等。扫描的方法扫描的方法：定时扫描法和中断扫描法两种：定时扫描法和中断扫描法两种2.6.2 行列式键盘1.定时扫描法定时扫描法图2-32 采用8255端口构成的48矩阵键盘 所有列线均为低电平所有列线均为低电平 定时扫描键盘，判断是否有键按下定时扫描键盘，判断是否有键按下 消除按键抖动消除按键抖动 求按键键值求按键键值 等待按键释放等待按键释放 无键按下：无键按下：PC3-0:0FH延时延时1020ms，再判断再判断PC3-0值值2.6.2 行列式键盘2.中断扫描法中断扫

49、描法图2-33 中断扫描法硬件原理图 所有列线均为低电平所有列线均为低电平 行线经行线经4与非门作为中断申请端与非门作为中断申请端 有键按下时产生中断有键按下时产生中断 中断处理程序完成键盘程序中断处理程序完成键盘程序 2.7 LED显示器及其接口技术1.7段段LED显示器件显示器件图3-34 7段LED显示器件的结构及外形图 图图3-23所示为所示为7段段LED显示器件的结构及外形图。根据显示块内部发光显示器件的结构及外形图。根据显示块内部发光二极管的连接方式不同，二极管的连接方式不同，7段段LED显示器件可分为共阴极和共阳极显示器件可分为共阴极和共阳极LEDLED显示码？显示码？2.7 L

50、ED显示器及其接口技术2.动态动态LED显示器接口技术显示器接口技术 动态显示动态显示：微处理器：微处理器定时定时地对显示器件所显示的内容进行地对显示器件所显示的内容进行扫扫描描，任，任一时刻一时刻只有只有一个一个显示器件在显示器件在显示显示图3-35 6位动态显示电路 PA端口输出显示码PB端口输出位选码2.7 LED显示器及其接口技术3.静态静态LED显示器接口技术显示器接口技术 静态显示静态显示：当显示器件显示某个字符时，相应的显示段（发光二极管）：当显示器件显示某个字符时，相应的显示段（发光二极管）恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止图3-3