模拟量输入输出接口技术.ppt

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1、第9章 模拟量输入输出接口技术,9.1 模拟量输入接口技术 9. 2 A/D转换器的主要性能指标及分类 9.3 常用的A/D转换芯片 9.4 D/A转换器和接口技术 9.5 思考题与习题,第9章 模拟量输入输出接口技术,在单片机应用中，常常需要测量温度、湿度、流量、速度、液位、压力等多种模拟量，并通过输入接口传送给单片机CPU，需要输出模拟量去控制被控对象或用于显示。模拟量信号是连续变化的电压、电流信号，与数字量有本质上的区别，模拟量信号需要放大、滤波、线性化、信号变换等一系列的电路处理，把检测到的模拟量电压、电流信息变换成0-5V的电压信号，通过A/V转换电路转换成相应的数字量才能输入单片机

2、处理。同样，单片机输出的数字量控制值，也往往要通过D/A转换电路变换成模拟量才能去控制被控对象或用于数据的显示。因此，模拟量的输入输出接口技术是单片机应用中的一个重要环节。,在单片机应用中，需要测量温度，湿度，流量，速度，液体，压力等大量模拟量，需要输出模拟量去控制被控对象或进行显示，模拟量的输入输出也是单片机的接口是一个重要的环节。模拟量信号是连续变化的电压，电流信号，与数字量有本质一的区别，需要对模拟量信号时放大，滤波，线性化，信号变换等电路处理，把测量的模拟量电压，电流信号变换成0-5V的电压信号，通过A/D转换电路，转换成相应的数字量才能输入单片机处理。同样，单片机的控制值，测量数据也

3、往往要通过D/A转换电路变换成模拟量才能进行控制或显示。因此，模拟量的输入输出是单片机应用中的一个重要环节。,第9章 模拟量输入输出接口技术,91模拟量输入输出接口技术,1.传感器的概念 传感器是把一种物理量（或化学量、生物量）转换成另一种与之有确定对应关系的物 理量（通常是电量）的装置。它是测量系统中最重要的环节。 传感器有许多种类，一种是以被测参数的性质来分，一种是以传感器的测量原理来分。 按被测量参数的性质来分，有热量类传感器，用于测量温度，热量，比热，压力，流量，风速等；有机械量类传感器，用于测量位移，应力，振动，加速度等；有成分量类传感器，用于测量各种气体、液体的成分、浓度、密度等。

4、 按传感器测量原理来分，有电阻式、电感式、电容式、阻抗式、磁电式、热电式、压电式等。 传感器品种繁多，用途各异，但衡量传感器的基本参数主要有： 测量范围：传感器能正常工作的范围，在使用中不应使传感器过载，以免损坏元件，或造成大的测量误差。 线性度：传感器的输入与输出的关系，大部分传感器的输入、输出关系是非线性的，在使用中，要进行线性化处理。在采用单片机后，可以用软件的方法进行线性化处理，可以简化电路，获得较好效果。 灵敏度：传感器的输出与输入信号之比，灵敏度大的传感器，电路处理方便，我们希望传感器有较大的灵敏度。 互换性：同种传感器的特性参数的一不致性，传感器的互换性差，会给使用带来不方便。,

5、第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,2.温度、压力等常用传感器 在单片机应用中，常用的测量参数有温度，压力，湿度，液位等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 (1)温度传感器 温度是表示物体冷热程度的参数。是单片机应用中最基本的测量参数。 热电偶温度传感器 热电偶温度传感器是以热电效应为基础的，将任意两种不同的导体A-B组成一个闭合回路，只要它们的两个接点t1，t2的温度不同，在回路里就会产生热电动势，如图9.1所示：,91.1模拟量输入接口技术,第9章 模拟量输入输出接口技术,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,2.温度、压力等常用传感器 在单

6、片机应用中，常用的测量参数有温度，压力，湿度，液位等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 (1)温度传感器 温度是表示物体冷热程度的参数。 是单片机应用中最基本的测量参 数。 热电偶温度传感器 热电偶温度传感器是以热电效应为基础的，将任意两种不同的导体A-B组成一个闭合回路，只要它们的两个接点t1，t2的温度不同，在回路里就会产生热电动势，如图9.1所示：,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,热电偶电桥补偿测量电路中，Rt为热敏电阻，当冷端温度变化时，由于热敏电阻的补偿作用，消除了冷端温度变化的影响，提高了测量的精度。常用热电偶的代号，分度号及测量范围见表9.1。,第9

7、章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,热电偶的测温度范围在-180-2800C，热电偶的输出热电势与工作端温度有关，还与自由端的温度有关，所以在测量时需要进行冷端补偿，热电偶的常用测量电路如图9.2所示。,热电阻温度传感器是利用铂电阻，铜电阻，热敏电阻的阻值随温度而变化的原理测量温度的，这一类传感器的适用范围在-200-+650C，有较高的灵敏度。铂电阻与电阻的关系为： 式中Rt温度tC时铂电阻的电阻值。 R0温度0C时铂电阻的电阻值。 A3.90802*10-3/C B -5.802*10-7/C C -4027350*10-12/C 常用的铂电阻传感器有Pt100，Pt1

8、00是指0C时铂电阻的电阻值为100。 铜电阻是利用铜丝线绕成的温度传感器，常用于-50-+150C范围，它的电阻值与温度的关系如下： Rt= R0（1+t） 式中Rt温度t C时铜电阻的电阻值。R0温度0 C时铜电阻的电阻值。 铜电阻温度系数，为4，25*10-3/C 常用的铜电阻传感器有 Cu100和Cu50二种，是指0C时，铜电阻的电阻值为100和50。 对于用铂电阻、铜电阻一类热电阻作为温度传感器时，由于温度的变化只引起很小的电阻值变化，所以热电阻的测量电路常用不平衡电桥来测量，,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量

9、输入接口技术,在图中，Rt、R2、R3、R4组成一个不平衡电桥，电桥的工作电源为E，Rt为热电阻用于感受温度的变化，G为不平衡电桥的输出电流。 设平衡时，R3=R4，R2=Rto(Rto是热电阻在to温度时的电阻值) 当温度从to变化到t时，热电阻Rt=Rto+r，r为温度变化引起的电阻值，那么电桥的A、B两端会产生一个不平衡电压U为U=ItorR3/(R2+R3)+r) 其中Ito是to温度时流过电桥支路的电流,热敏电阻是一种利用一些金属氧化物按比例混合烧结成的电阻值随温度而变化的传感器。热敏电阻灵敏度高，体积小，反应快，使用寿命长。它适用的测量范围为-50C-+300C。热敏电阻有正温度系

10、数热敏电阻(PTC），负温度系数热敏电阻（NTC）和临界温度系数热敏电阻（CTR）三种类型。正温度系数热敏电阻常用于温度补偿电路中，其测量精度较差，为3-5C，临界系数热敏电阻在某个临界点的电阻值发生急剧变化，用于温度测量的主要是负温度系数热敏电阻，它的电阻值与温度T（K）的关系如下式： 式中RT0为T0（K）温度时热敏电阻的值。B为常数，在3000-5000左右。热敏电阻的特点是： 灵敏度高，不用放大器就可以输出几伏电压，信号处理方便。 体积小，反应快，可以制成各种形状的传感器。价格便宜，引线误差可以忽略不计，适用于长距离测量。 非线性严重，要进行线生化处理。以MF5E系列热敏电阻为例，有R

11、25=550K,10K,100K等多种规格。 半导体集成温度传感器 半导体集成温度传感器的线性度好，使用方便，可以直接输出电压信号，或电流信号，常用型号见表9.3。,91.1模拟量输入接口技术,91.1模拟量输入接口技术,91.1模拟量输入接口技术,它们的典型应用如图9.4所示：,(2).压力传感器 压力测量在工业、航空、航天、汽车、气象、海洋、医疗等方面有大量的应用，利用压力可以测量液体、水的高度和压力，可以测量血压、气体质量和重量等参数。 压力有绝对压力，表压力，负压力（真空度）和差压等多种。绝对压力是指被测物体的单位面积上承受的全部作用力。地球表面承受大气形成的压力叫大气压力，绝对压力与

12、大气压力之差称为表压，工业上常用的压力表就是用来测量表压的。绝对压力小于大气压力的值称为负压力（真空度），常用真空表来测量。而二个压力的差值为差压。 压力（又称压强）的单位是帕（Pa），1帕=1牛/米2，常用千帕（KPa），兆帕（MPa）表示，工业上使用的压力单位有Kg/cm2和mmHg，mmHg几种，它们之间的关系见表9.4：,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,电容式压力传感器 利用被测压力使金属膜片之间的距离减少，电容量增加的原理制成的，其结构如图9.5所示：,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,图中活动金属片在被测气体的作用下产生位移，由

13、活动金属片和固定金属片组成的电容量发生变化，因为电容量可以用下式表示: C= *A / D 式中，为介质常数，为面积，为极间距离，由此可见，气体压力的变化，作用在活动金属片上的力也发生变化，通过测量电容量的变化来测量气体的压力。,硅压阻式压力传感器 硅压阻式压力传感器是利用的压阻效应制成的新型压力传感器，在一块单晶硅的基片上用扩散工艺制成的应变元件，在应变元件受到压力的作用，引起电阻值产生变化，在型硅品片上形成四个阻值相等的电阻条，构成一个惠斯电桥，特点是体积小，系数度高，测量范围宽，精度高，常用的硅压力传感器如表9.5：,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,91.1模

14、拟量输入接口技术,它们都是四端式器件:接地,out,s,-out,()其它传感器 除了温度和压力传感器外，在工业测量中还有红外，湿度，振动等传感器。 1)热释电型红外传感器 热释电型红外传感器在接收到红外光线时，会随红外光的功率大小而输出电压信号，用于人体，火焰的检测，传感器的外形及电路如图9.6所示：,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,如图所示，传感器元件感受到红外光线后，产生电荷，通过FET放大器，转换成电压输出，窗口用于红外光线的射入。,人体的体温在37C左右，会发出9-10um的红外光线，利用8-10um波长的双元件热释红外传感器，可以检测到人的进入和移动。

15、采用焦距为15-20mm的菲涅可透镜，可以检测到视野达70的10-12m内人体。检测电路如图9.7所示：,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,图中1，2为二个热释电型红外传感器使信号放大器，当有人体接近时，有信号产生，通过D1，D2致使三极管9014导通，触发单稳态555电路，输出一个高电率，使继电器得电，给出一个检测信号。7805向传感器提供一个稳定的5V电压。,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,传感器输出的电压通过R2，C2，R4加到放大器A1进行放大，再由电容C5耦合到A2放大，A3为电压比较器，电位器W可以调节比较器的比较电压值，在A3

16、的输出端输出V0电压信号，V0的高低反映了有无人接近。,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,图9.8是传感器信号放大电路：,3).湿度传感器 湿度传感器指空气中所含的水蒸汽量，工业上，气象上常用相对湿度这一概念。相对湿度是指空气中实际水蒸汽与相同温度下饱和水蒸气的比值，用百分比表示。 目前用得较多的是电容式湿度传感器，利用空气中水蒸气量的多少影响传感器的电容量来测量的。下面介绍几种专用的湿度传感器。 MHS1100，MHS1101电容式相对湿度传感器。 MHS1100，MHS1101是不需要校正的可以互换的传感器，可以直接输出线性电压，有顶端接触（MHS1100）和侧面

17、接触（MHS101）两种封装，它们外形结构如图9.9所示：,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,参数性能见表9.6：,它们的典型应用见图9.10，是应用TLC555集成电路构成的测量电路，把相对湿度直接以频率信号输出，可以十分方便地与单片机连接。,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,在该电路a中，Fout1输出对电容干扰较灵敏，可以连接到其它应用电路中，Fout2输出，有较好的电平保护，电源电压在3.5 12V之间变化，频率变化小于3%RH。在该电路中，湿度与频率关系如下：,第9章 模拟

18、量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,湿度 湿度 频率 湿度 频率 0 0 7285 60 6540 10 10 7159 70 6409 20 20 7035 80 6273 30 30 6913 90 6130 40 40 6791 100 5970 50 50 6667,图9.11是可以将输出信号远程传送的变换电路，是为线性电压输出而用。,第9章 模拟量输入输出接口技术,91.1模拟量输入接口技术,利用传感器把被测参数的信息作为输入参数（如温度、压力、湿度等）转换成电信号输出，一般称之为一次变换。传感器输出信号有电阻、电容、电感、电压、电流、频率等电信号。除频率外，其他都是模拟

19、量。输出的电信号一般较微弱，电压信号为V级 - mV级，电流信号为nA级 - mA级。一般大部分传感器的输出与输出特性呈非线性或基本呈线性，或成某种函数关系，而且传感器易受外界环境干扰而影响它的输出特性，其中主要是温度，其他如电场或磁场的干扰等。因此，传感器一般需采用恒压供电或恒流供电，需要使用电子电路对信号进行放大、比较、变换等处理。,第9章 模拟量输入输出接口技术,9.1.2.模拟量信号处理技术,(1).放大电路设计 放大电路主要用于对传感器输出的微弱信号进行放大、倒相、振荡、电压比较、有源滤波、运算等工作，是运用集成运算放大器来实现的。 集成运算放大器是一种集成度很大的高增益多级直接偶合

20、放大器，它的符号如图9.12。 一般用IC表示集成运算放大器，U十、U为运算放大器的两个输入端(同相输入端和反相输入端)，U0为输出电压。,第9章 模拟量输入输出接口技术,9.1.2.模拟量信号处理技术,集成运算放大器的主要放大电路有反相放大器、同相放大器、差动放大器三种，典型电路如图9.13。,第9章 模拟量输入输出接口技术,9.1.2.模拟量信号处理技术,图a是反相放大，Rf是负反馈电阻，输出电压 U0=-UiRf/R1=-UiA 式中，A为闭环放大倍数，在反相放大电路中，输出电压与输入电压倒相。,9.1.2.模拟量信号处理技术,第9章 模拟量输入输出接口技术,图b是同相放大，Rf是反馈电

21、阻，输出电压 U0=Ui(Rf/R1+1)=UiA 式中，A为闭环放大倍数，在同相放大电路中，输出电压与输入电压同相,9.1.2.模拟量信号处理技术,第9章 模拟量输入输出接口技术,图c是差动放大，Rf是反馈电阻，Rp是平衡电阻，输出电压 U0=(U1-U2)Rf/R1 当R1=R2=Rf时，输出电压U0=U1-U2 电路就成为了一个减法运算放大电路。,9.1.2.模拟量信号处理技术,第9章 模拟量输入输出接口技术,以上是三个典型的应用，从图a还可以引伸出加法运算电路，图b还可以引伸出电压跟随电路，见图9.14。,9.1.2.模拟量信号处理技术,第9章 模拟量输入输出接口技术,常用的集成运算放

22、大器有A741、OP07系列、TLC系列、TLV系列等，在使用时，要仔细了解集成运算放大器的工作电压、共模抑止比、输入失调电压、增益和输出电压幅值，正确的电路设计才能获得理想的效果。 在传感器输出信号处理方面，因为需要测试含有大的共模成份的微弱信号，同时有50Hz/60Hz的交流电干扰，往往利用仪表放大器来放大传感器输出的信号。仪表放大器是在一个电路内集成了几个运算放大器。图9.15是典型的仪表放大器AD623的内部结构，使用十分简单，调节R0就可以改变放大倍数。,9.1.2.模拟量信号处理技术,第9章 模拟量输入输出接口技术,(2) 模拟量多路开关 在单片机应用系统中，常常需要多个传感器进行

23、测量，在实际应用中需要设计模拟量多路开关，用于选择不同的传感器进行放大处理。常用的模拟量多路开关集成电路有八选一CD4051、双四选一CD4052和三组双路双向CD4053。,9.1.2.模拟量信号处理技术,第9章 模拟量输入输出接口技术,(3).应用举例 1).应用热敏电阻测量0 - 50的电路 图中，1403为高精度稳压集成电路，为热敏电阻测量电路提供稳定的工作电源。Rt为热敏电阻，与R1组成三点式线性校正电路，温度电压信号从W1取出，W1、W2用于调节0的电压值和输出的灵敏度。在上述电路中，适当选取元件参数，可以达10mV/0的输出，50时的输出电压可达500mV，此电压通过运算放大器同

24、相放大，V0的输出电压为0 5V，此电压可以直接输入到A/D电路进行处理。,第9章 模拟量输入输出接口技术,9.1.2.模拟量信号处理技术,2).用热敏电阻为冷端补偿的热电偶测量电路 图中，P为热电偶，R1、R2、R3、C1、C2构成滤波电路，D1、D2用于保护输入，IC1为负反馈放大器。1403提供电桥电源，R4、R5、R6、Rt组成冷端补偿电桥，当温度变化时，热敏电阻Rt阻值产生变化，电桥不平衡有电压输出，并被IC2放大，IC3为电压加法器，把冷端的补偿电压与热电偶的温度输出电压相加后作为正确的输出信号跟随后再处理。,第9章 模拟量输入输出接口技术,9.1.2.模拟量信号处理技术,在测量人

25、体的心电信号时，由于心电信号很弱，只有0 1mV右右，干扰又多，为了获得正确的心电信号，需要应用仪表放大器进行信号放大。图9.19为应用AD623仪表放大器在心电信号中的应用。在输入端，由IC1、IC2为电压跟随级，以增加输入阻抗。D1 D4为保护二极管，R1 R4、C1 C4用于滤波。从二个电极输出的电压由仪表放大器AD623放大后再处理。,第9章 模拟量输入输出接口技术,9.1.2.模拟量信号处理技术,9.2 A/D转换器的主要性能指标及分类,在单片机应用系统中，常常需要把检测到的连续变化的模拟信号（如流量，温度，压力，液位等）转换成数字量，以便计算机进行加工和处理，这种转换过程称为A/D

26、转换，完成这种转换的器件称为A/D转换器。A/D转换器实际上是计算机的一个输入设备,9.2.1 A/D转换器的主要性能指标.,1.分辨率 分辨率表示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。转换器的分辨率定义为满刻度电压与2n之比值，其中n为A/D转换器的位数，例如一个8位A/D转换器其分辨率为满刻度1/28，若满刻度电压为5V，则能分辨率的最小电压值为5/28=20mv。 2.量化误差 量化误差是由于A/D转换的有限数字对模拟数值进行离散取值（量化）而引起的误差，量化误差一般为1/2LSB（LSB：Least Significant Bit）是数字量的最小有效位所表示的模拟量，提高

27、分辨率可减少量化误差。量化误差和分辨率是统一的。,3.转换精度： A/D转换精度指出了一个实际A/D转换在量化值上与理想A/D转换器进行模/数转换的差值，可以用两个方式来表示： 绝对精度：用最低位（LSB）的倍数表示，如1/2LSB等。 用绝对精度除以满量程值的百分数来表示。 4.转换时间与转换速率 转换时间为完成一次A/D转换所需要的时间，即从输入端加入信号到输出端出现相应数码的时间转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。 转换速度是转换时间的倒数，如转换时间长，则表示转换速度低。各种结构类型的A/D转换器的转换时间有所不同，转换时间最短的为全并行A/D转换器，其转换时间为550ns，其

28、次是逐次比较式A/D转换器，其转换时间为0.4us，再次为逐次逼近型，较慢的是双积分式。,9.2.2 A/D转换器的分类：,A/D转换芯片种类繁多，但大量投放市场的单片集成或模块，按其转换原理，可分为逐次近式，双积分式和V/F转换式 1.逐次逼近式 逐次逼近式A/D属直接式A/D转换，转换精度高，转换速度快，是目前应用最为广泛的A/D转换，缺点是抗干扰能力较差，比如8位ADD809，12位的AD574等。 2.积分式 双积分式是一种间接A/D转换器，其优点是抗干扰能力强，转换精度高，缺点是转换时间长，速度较慢。比如31/2位14433，41/2位7135 3.V/F转换式 V/F转换式是将模拟

29、电压信号转换成频率信号可以代替A/D转换，转换精度高，抗干扰能力强。比如：AD650，LM331等。,9.3常用的A/D转换芯片,9.3常用的A/D转换芯片 1.8路模拟选择开关 0809片内有一个8路单端模拟信号多路开关，用于切换8路IN0IN7模拟输入通道，地址锁存和译码器在ALE信号控制下可以锁存ADDA，ADDB，ADDC上的地址信号，经译码后控制IN0IN7上的模拟信号的切换。地址和模拟通道的对应关系如下： ADDC ADDB ADDA 所选通道 0 0 0 IN0 0 0 0 IN1 : : 1 1 1 IN7,2. 8位A/D转换器 与8位A/D转换器相关的控制信号有： STAR

30、T 启动信号：上升沿复位0809，下降沿启动A/D转换器。 EOC 转换结束输出：EOC=0表示正在进行A/D转换，E01=1表示一次转换已结束，此信号可用作A/D转换是否结束的检测信号或中断请求信号。 CLK 时钟信号输入：最高允许值为640KHZ。 VREF（+）和VREF（-）为正，负参考电压输入端：通常接+5V和接地。,3.三态输出锁存缓冲器 三态输出锁存缓冲器用于输出锁存/转换完成后的数字量。A/D转换完成EOC输出一个负脉冲，而转换结果8位数字量锁存在三态输出锁存器中。当控制输出允许信号OE=1时，则将三态缓冲器打开，把8位转换结果送至外部数据线D0D7。 4.0809的工作时序

31、0809的工作时序见图9.21,0809的工作时序见图9.21,5.ADC0809与8031接口电路 ADC0809与8031连接可采用查询方式，也可采用中断方式，图9.22为中断方式连接，由于ADC0809片内有三态输出锁存器，因此可直接与8031接口。 图9.22 ADC0809与8031的连接,在图中，将ADC0809作为一个外扩的并行接口，采用线选法，由P2.7和 作为启动转换START 和ALE 的信号，低三位地址线与ADDA，ADDB和ADDC连接，所以IN0通道的地址为7FF8H。启动A/D转换的过程如下： （1）选中通道号。 （2）启动A/D，即执行一条“MOVX DPTR，A

32、”时，产生信号，使ALE，START 有效。锁存通道号并启动A/D转换。 （3） 等待A/D转换结束：EOC 端发出一正脉冲，申请中断，表示A/D结束。 （4）读A/D转换数据：在中断服务程序中，执行“X ，DPTR”指令产生信号，使OE有效打开三态门，8位数据便读入到CPU中。,6.举例 例9.1：以图9.22所示为例，将IN0IN7通道的模拟量各采样一次，结果放入30H37H单元中，下面分别用查询和中断二种方式实现。 （1）查询方式程序清单如下： ORG 0000H START： MOV R0，#30H ; ；采样数据存放首址 MOV DPTR ,#7FF8H ；IN0通道地址 MOV R

33、2，#08H ；模拟量通道道数 CLR EX0 LOOP： MOVX R1， A ；启动A/D转换 MOV R3， #20H DELY： DJNZ R3，DELY ；等待EOC信号变低 SETB P3.2 POLL： JB P3.2，POLL ；查询转换是否结束 MOVX A , DPTR ；读取转换结果 MOV R0， A ；存放结果 INC R0 INC DPTR DJNZ R2 ，LOOP ；8通道未完，则采集下一个通道 HERE： SJMP HERE END,在上述程序中，有一段延时程序，其目的是A/D启动后，需10us后EOC信号才变低。 （2）中断方式程序清单如下： ORG 000

34、0H START： AJMP MAIN ORG 0013H AJMP EXINT0 MAIN： MOV R0， #30H ；采样数据存放地址 MOV R1，#7FF8H ；IN0通道地址 MOV R2 ，#08H ；模拟量通道数 MOVX R1，A ；启动A/D转换 SETB IT0 ；外部中断0为边沿触发方式 SETB EX0 ；允许外部中断0中断 SETB EA ；开放CPU中断 HERE： SJMP HERE EXINT0： PUSH PSW ；保护现场 CLR RS0 CLR RS1 MOVX A , R1 ；读取转换结果 MOV R0， A ；存放结果 INC R0 INC R1 D

35、JNZ R2，NEXT ；8通道未完，则采集下一通道 CLR EX0 ；采集完毕，则停止中断 SJMP DONE NEXT： MOVX R1， A ；启动下一通道A/D转换 DONE： POP PSW RET1 END,9.3.2 AD574 12位AD 转换器及接口,8位A/D转换器在某些应用场合可能不能满足精度要求，可以使用10位，12位，16位等A/D转换器，其中12位转换器使用广泛，下面介绍常用的12位A/D574与MCS-51单片机的接口及程序设计。 1.AD574的结构及引脚 （1） 结构 AD574是一种逐次逼近式12位A/D，其内部结构如图9.23，它是由模拟芯片和数字芯片二者

36、混合组成的，其中模拟芯片为高性能的AD565型快速集成的12位DA转换器和基准电源，数字芯片为低功耗的逐次比较寄存器，转换控制电路，时钟，比较器和总线接口等。由于芯片内包含有高精度的参考电压源和时钟电路，这使它在不需要任何外部电路和时钟信号的情况下，完成A/D转换功能。,如图9.23,5. AD574与8031单片机的接口。 AD574与8031的接口电路如图9.27所示。,此电路采用双极性输入方式，可对5V或10V模拟信号进行转换，由于AD574输出12位数码，所以当单片机读取转换结果时，需分两次进行；先高8位，后低4位。由=0或=1，来分别控制读取高8位或低4位。 单片机采用中断查询延时方

37、法读取转换结果，下面的程序将采用查询方式读取结果。首先，启动A/D：单片机执行一条对外部数据存储器的写指令，使CE=1，=0，R/=0，=0。其次，查询A/D转换是否完成：通过P1.0线不断查询STS的状态。当STC=1，表示正在转换STC=0表示转换结束。再次：分二次读结果数据，当CE=1，=0，R/=1，=0，读取高8位；CE=1，=0，R/=1，=1，读取低4位，针对上述的接口电路，AD574的接8031的锁存地址A7，A0与8031的锁存地址A1相连，R/与A0相连。因此启动AD574A的端口地址为00H。,例9.2：将AD转换后的12位数据存入41H，40H中，查询结果如下： MOV

38、 DPTR， #00H ；送端口地址到DPTR MOVX DPTR， A ；启动A/D SETB P1.0 ；置“1”P1.0为输入方式 LOOP： JB P1.0 ，LOOP ；检测P1.0口 INC DPTR ；使R/为1 MOVX A ， DPTR ；读高8位 MOV 41H ， A ；高8位内容存入41H INC DPTR ；使R/，A0均为1 INC DPTR MOVX A DPTR ；读低4位 ANL A ， #0FH ；屏蔽高4位 MOV 40H，A ；存入低4位到40H,9.3.3 双积分A/D转换器及接口技术,MC14433是3位半A/D转换器，是目前广为流行的最典型的双积分

39、A/D转换器。由于双积分方法二次积分时间较长，速度较慢。但具有较好的抗干扰性能，较高的转换精度（相当于11位二进制），自动校零，自动极性输出，自动量程控制信号输出，动态字位扫描BCD码输出，单基准电压，外接元件少，价格低廉等特点。,1. MC14433主要特性参数 1） 转换精度具有1/1999分辨率或读数的0.05%1个字。 2） 电压量程分1.999V和199.9mV两档。 3） 基准电压取2V或200mV。 4） 转换速度为3次/秒10次/秒。 5） 具有过量程和欠量程输出标志。 2. MC14433的内部结构及引脚功能 MC14433的内部结构如图9.28所示。,模拟电路部分有基准电压

40、，模拟电压输入部分。模入电压量程为199.9mV或1.9999V两种，对应基准电压为+200mV和+2V。 数字电路部分由逻辑控制BCD码及输出锁存器，多路开关，时钟以及极性判别，溢出检测等电路组成。采用字位动态扫描BCD码输出方式。即千，百，十，个位BCD码轮流地在Q0Q3端输出。同时在DS1DS4端出现同步字位选通信号,3.MC14433与8031单片机的接口设计 由于MC14433的A/D转换结果是动态分时输出的BCD码。Q0Q3和DS1DS4可以通过并行口P1或通过扩展I/O电路与其相连。下面介绍的电路是将MC14433与P1口相连的电路 见图9.31。 图9.31 MC14433与8

41、031的接口电路 该电路采用中断方式管理MC14433的操作。由于引脚E0C与DU连接在一起，所以MC14433能自动连续转换。E0C经与非门接外中断INT1端，当EOC发出中断申请，转入中断服务程序处理转换结果。,9.3.4 V/F转换器与单片机接口,前面介绍了逐次逼近型和积分型的ADC转换器，本节将讨论另一种类型的ADC，即电压-频率转换器，即V/F转换器。这种转换器具有良好的精度。线性和积分输入特性，抗干扰能力强，而且信号便于远传等特点。此外，它的应用电路简单，外围元件性能要求不高，对环境的适应能力强，与单片机的接口简单，因此V/F技术具有较高的实用性。 1.V/F转换器的工作原理 V/

42、F转换器分为单片式和模块式两大类。V/F与F/V变换有四种典型的变换方法：积分恢复型，电压反馈型，交替积分型和恒流开关型。在单片变换器中通常采用恒流开关型。由于单片电路在使用时尚需外接少量元件，单片变换器作V/F或F/V变换器均可。属于这类变换器的有LM331系列，AD650，AD651，ADVFC32等。 下面介绍以LM331单片V/F转换器的工作原理，图9.32是LM331简化后的内部结构原理图。,图9.32 LM331 V/F转换器简化内部结构图,在外围接上电阻和电容，就可以构成最简单的，最基本的V/F变换器，输入比较器输入电平VIN与VX比较，当VINVX时，启动单脉冲定时器并导通频率

43、输出晶体管和开关电流源，定时器的定时时间t=1.1RtCt ,在这个周期中电流I向电容CL充电，使VX上升，当VX上升到VXVIN时，电流I关断，定时器自行复位。同时，CL逐渐通过RL放电直到VXVIN为止，然后比较器再次启动定时器，开始下一个循环。V/F转换定时波形如图9.33所示。,9.3.4 V/F转换器与单片机接口,由于注入CL的平均电流严格地等于VX/RLVIN/RL 这种V/F转换器能在一个较宽的频率范围内，使其输出频率严格地正比于输入电压。 由 IAVE=Itfout=VX/RL=VIN/RL 可知： fout= IAVE/It=VIN/RL1/（1.9/Rs）1.1 Rt Ct

44、）= Rs VIN/2.09RL Rt Ct 2.LM331的主要性能 a. 满量程频率范围：1HZ-100KHZ b. 最大非线性度：0.01% c. 脉冲输出与所有逻辑形式兼容 d. 双电源，单电源下都能工作 e. 最佳温度稳定性，最大值为：50PPm/ f. 低功耗5V下典型值为15Mv,3. LM331的引脚 图9.34所示为LM331引脚排列图，各引脚功能如下：,（1） IOUT：精密电流源输出 （2） RS：输出调节，该脚可接可变电阻，通过改变基准电流来调节增益偏差，以校准输出频率。 （3） FOUT：频率输出引脚,4. LM331 V/F转换器与8031接口电路,（1） 硬件电路

45、连接 一般情况下，LM331组成的V/F电路中，管脚3接负载电阻RL0=10K，电源加+5V。这样管脚3频率输出端可直接与8031的T1或T0相连接，如图9.35所示。为了提高抗干扰能力，,4. LM331 V/F转换器与8031接口电路,我们在LM331与8031之间加入光电耦合电路4N35，基本电路如图9.36所示。,9.4 D/A转换器和接口技术,在工业控制系统中，使用D/A转换器是把计算机处理后的数字量转换成模拟量去控制执行机构。D/A转换器实际上是计算机的一个输出设备。常见的D/A转换器有8位和12位。此外还有F/V转换器。把数字信号转换成模拟电压。,9.4.1 D/A转换器的主要性

46、能指标,1. 分辨率 D/A 转换器的分辩率是指把输入数字量发生单位数码（1LB）变化时说所对应输出模拟量的变换量。表示分辩率高低常用的方法是采用输入数字量的位数表示。显然，位数多些分辨率相对高些。 2. 线性度 D/A转换器的线性度用非线性误差的大小来表示，非线性误差是指理想的输入/输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数。 3. 精度 D/A转换器的精度是实际输出电压与理论输出电压相差程度的一个量度。 4. 建立时间 建立时间是指输入数字量变化后，模拟输出量稳定到相应数值范围内所经历的时间。 5. 失调误差 当数字输入全为0时，模拟输出量与理论输出值的偏差即为失调误差。,9.4.2 DAC0

47、832 8位D/A转换器,1. DAC0832 介绍 DAC0832是最为常见的8位D/A转换器，其内部结构框图如图9.39所示。,1. DAC0832 介绍,片内设置了两个独立的8位寄存器和一个8位D/A转换器。这两个独立的寄存器称为：数据输入寄存器和DAC寄存器。 当CPU发出片选信号和写信号1控制0832的和引脚时，从而使数据线DI0DI7上的数据送入输入寄存器，当CPU发出控制信号和时，把输入寄存器中数据传送给DAC寄存器，并随即由D/A转换器进行转换，变成模拟（电流）信号输出，再由运算放大器变成电压信号。 DAC0832 D/A转换器可以有三种工作方式：直通方式，单缓冲方式和双缓冲方式。 直通方式：这个两个8位寄存器处于接受状态，即输入寄存器和DAC寄存器的内容随数据输入变化而变化。数据可通过两个寄存器直接送到内部D/A转换器进行转换。 单缓冲方式：这时两个8位寄存器仅有一个处于数据接受状态，另一个则接受CPU送来的控制信号控制。 双缓冲方式：这时两个8位寄