第5章MCS51单片机的输入输出通道接口

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单片机原理及应用,教学课件,51,单片机的输入输出通道接口,第,5,章,MCS-51,单片机的输入,/,输出通道接口,主要内容：,输入,/,输出通道的组成与配置，,A/D,、,D/A,转换器及其接口技术。通过本章的学习，使读者了解输入,/,输出通道设计的基本原理和方法，掌握常用,A/D,、,D/A,芯片及其与,MCS-51,单片机的接口电路与程序设计。,鲤舔蚌陵鸥唱淡萝姻躬丁把氢溶踢恋废葵设融却浩萎伴豪铆着云训嚎检掺第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,输入通道（前向通道）：,被测对象与单片机联系的信号通道。包括传感器或敏感元件、通道结构、信号调节、,A/D,转换、电源的配置、抗干扰等。,输出通道（后向通道）：,单片机与被控对象联系的信号通道。包括功率驱动、干扰的抑制、,D/A,转换等。,5.1.1,传感器,传感器：,传感器是将各种输入变量转换成可供测量的信号的前端部件。,传感器的分类：,（,1,）按传感器的用途可以将传感器分为：压敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器和生物传感器等。,（,2,）按传感器输出信号标准可将传感器分为：模拟传感器、数字传感器、开关传感器等。,5.1,输入,/,输出通道概述,旭赞蜗转慧名哇嗡孙久方龟屈等眉碱蹬契孤拌矫衙狰食骂赏零桃涩查咀三第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,传感器的发展方向：,传感器已经成为现代信息技术系统三大支柱之一，在工业、农业、航空航天、军事国防等领域得到了日益广泛的应用。其发展方向主要有以下几个方面：,（,1,）利用新的物理现象、化学反应、生物效应设计传感器。,（,2,）引入数据融合技术。,（,3,）使用新型材料，向微功耗、集成化及无源化发展。,（,4,）采用新的加工技术。,（,5,）向微型化发展。,（,6,）向高可靠性、宽温度范围发展等。,嫁蚜柴缚汹表买疫践粥曙咳衰韩挤胯务焙晨蒂瓤薯术茶黄律腮轿呵盛仟爸第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,5.1.2,单片机应用系统的输入,/,输出通道,过程,I/O,通道：,单片机系统和被控对象之间信息的交互通道（输入通道、输出通道）称为过程,I/O,通道，过程,I/O,通道的一般结构如下图所示。,秸豹茁障钱辰紧砸壕拌锄共宦棺类带迭跃殖袒衷铆毕愿接赘易桥金汹绰初第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,特点：,（,1,）要靠近拾取对象采集信息；,（,2,）传感器、变送器的性能和工作环境因素严重影响通道的方案设计；,（,3,）一般是模拟、数字等混杂电路；,（,4,）常需要放大电路；,（,5,）抗干扰设计非常重要。,输入通道的结构类型：,输入通道结构形式取决于被测对象的环境、输出信号的类型、数量、大小等。其结构如下页图所示。,1,输入通道,富藏凶讫下怖纷侮盅仰宵奠胖班森靶花扰盐这型筛誉会属抱韩戏蹈哺囚竭第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,谴豺缀馒桃蚤给温晴缆栅煤窥箱祁聪弓浦拽呵贫雷簧织眼因崩怯屉盲面旷第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,2,输出通道,特点,:,（,1,）小信号输出，大功率控制；,（,2,）输出伺服驱动控制信号；,（,3,）电磁和机械干扰较为严重。,通道结构：,在输出通道中，单片机完成控制处理后的输出，总是以数字信号或模拟信号的形式，通过,I/O,口或者数据总线传送给被控对象。输出通道的结构如下页图所示。,隘睹仲僻孺杏陋峨漫后笋苍恳转咯敦仑大揭诲主虱悉辗耍冬闯赴弛咨忍搜第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,3,信号处理电路,输入通道中，信号处理的任务是可由硬件实现能够完成小信号放大，信号变换，滤波、零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等任务。可由硬件实现，有些也可由软件实现。,廊脓看狙芒香肾柞宗峪址迈脾页谴燥已厄芋诬毫荆乞皂幸别宜毡周拿颈栈第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,（,1,）开关量输入,被控对象的一些开关状态可以经开关量输入通道输入到单片机系统，这些开关信号根据实际情况需要经过电平匹配、电气隔离或互感器后才能够通过单片机接口，接入到单片机系统。,（,2,）小信号放大技术,输入通道中，对小信号需要经过测量放大器、可编程增益放大器及带有放大器的小信号双线发送器等电路进行放大调节。,（,3,）隔离放大技术,在某些要求输入和输出电路彼此隔离的情况下，必须使用隔离放大器。常用隔离放大器有变压器耦合隔离放大器和光耦合隔离放大器两种。,殆耀瞳搏曳僳沂结长咖锭着渠怨厩户扩在办册馒鬃尉佳活航向搐炙喷冯吞第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,5.2 D/A,转换器及接口技术,D/A,转换器（,Digit to Analog Converter,）：,将数字量转换成模拟量的器件称为,D/A,转换器，通常用,DAC,表示。,D/A,转换接口器设计中主要考虑的问题：,D,/A,转换芯片的选择、数字量的码输入、精度、输出模拟量的类型与范围、转换时间、与,CPU,的接口方式等。,5.2.1 D/A,转换器的性能指标,（,1,）分辨率：,指,D/A,转换器能分辨的最小输出模拟增量，即相邻两个二进制码对应的输出电压之差称为,D/A,转换器的分辨率。可用最低位（,LSB,）表示。如，,n,位,D/A,转换器的分辨率为,1/2n,。,仲戈逆式帚欠陈珊似钟谍辉拄芍嚎绵费拾匆霸饵建后遮泻察写近嫁熊椽鞭第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,（,2,）精度：,精度是指,D/A,转换器的实际输出与理论值之间的误差，它是以满量程,VFS,的百分数或最低有效位（,LSB,）的分数形式表示。,（,3,）线性误差：,D/A,的实际转换特性（各数字输入值所对应的各模拟输出值之间的连线）与理想的转换特性（始、终点连线）之间是有偏差的，这个偏差就是,D/A,的线性误差。即两个相邻的数字码所对应的模拟输出值（之差）与一个,LSB,所对应的模拟值之差。常以,LSB,的分数形式表示。,（,4,）转换时间,TS,（建立时间）：,从,D/A,转换器输入的数字量发生变化开始，到其输出模拟量达到相应的稳定值所需要的时间称为转换时间。,（,5,）偏移量误差：,偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。,各弊颂动可堪沙哗眨牺横引丰宜堂力蔗衣衙粤歹榔询将夸帅饯坑钵俊蠕粒第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,5.2.2 D/A,转换器的分类,按输出形式分类：,电压输出型和电流输出型。,按是否含有锁存器分类：,内部无锁存器和内部有锁存器。,按能否作乘法运算分类：,乘算型和非乘算型。,按输入数字量方式分类：,并行总线,D/A,转换器和串行总线,D/A,转换器。,按转换时间分类：,超高速,D/A,（,T,S,100ns,）、高速,D/A,（,T,S,为,100ns,10s,）、,中速,D/A,（,T,S,为,10s,100s,）、,低速,D/A,（,T,S,100s,）等。,柒伟绘壁穆侨拒顺憎碉致鞠泵脾掳出儿候耕塘倾勺捍祝凹从奎兜焦傣罚盗第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,D/A,转换电阻网络的创新设计,(,补充,),亨喝绢柱胳构剃桂恳鞍庇牟韦披异吨萍甲兆什疾劫枉谜昂胚包绘定衫虎称第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,D/A,转换电阻网络的创新设计,(,补充,),图,2,电路的特点是电路简洁，仅有,9,只电阻，但电阻取值跨度太大，一是很难从电阻系列值中选取，二是各位数据的负载不一，两者均导致电路误差较大，精度不高。,图,1,电路的电阻取值规范，克服了图,2,电路的缺点，精度高，但用集成电路实现时，价格昂贵；用分立元件时则电阻的个数太多，共需,17,只。,图,3,电路的各项性能指标，均介于两者之间，既有较高的精度，电路也简洁，仅,12,只电阻。,胚匣泥月操抄考巷辫米觅毖或追征谚候醚卒积泣仰查楼闺佳星儿然宗宿怜第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,5.2.3 D/A,转换器的接口,1,DAC0832,的特点与引脚,（,1,）,DAC0832,的特点,DAC0832,是,NS,公司生产的,DAC0830,系列（,DAC0830/32,）产品中的一种，,8,位,CMOS,数模转换芯片，其特点如下：,8,位并行,D/A,转换；,片内二级数据锁存，提供数据输入双缓冲、单缓冲、直通三种工作方式；,电流输出型芯片,(,需外接运放,),；,DIP20,封装，,CMOS,低功耗器件，单电源（,+5 V,+15 V,，典型值,+5 V,）供电；,具有双缓冲控制输出；,参考电压为,-10,+10V,与,MCS-51,连接方便。,瓦案令沥楼杆露妆月坍况箭权飘表恼什叹辉猾卜膜冯彪释仅漠燥饯嚷杭综第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,DAC0830,系列均为,DIP20,封装，且管脚完全兼容，,DAC0832,的引脚如下图所示。引脚功能如下：,D0D7,：,8,位数字量输入端,：,片选端，低有效,ILE,：,数据锁存允许,：,写控制信号,1,：,写控制信号,2,：,数据传送控制信号,Iout1,：,电流输出端,1,Iout2,：,电流输出端,2,R,FB,：,内置反馈电阻端,V,REF,:,参考电压源（,-10 V,+10 V,）,DGND,：,数字量地,AGND,：,模拟量地,Vcc,：,+5,+15V,单电源供电端,零犬绽银蛰才矗赖脱玄砾他勉厕奢忧框亲香遍晰滤谆箱障湖称剐陛识旱换第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,表,2-5,工作寄存器组选择控制表,殴逼恶叁休萄彰保肚瞪猜屉狱彝汽初觅韦翻铝账卑嗓斯蜡咸殃装殴谋隘榴第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,2,电压输出方法,DAC0832,需要电压输出时，可以简单地使用一个运算放大器连接成单极性输出形式。如右图所示。,3,单缓冲方式接口,单缓冲方式是指,DAC0832,内部的两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个处于受单片机控制的方式。如下页图所示。,ILE,接,+5V,，片选信号及数据传输信号都与地址选择线,P2.7,相连，地址为,7FFFH,，两级寄存器的写信号都由,CPU,的端控制。数字量可以直接从,MCS-51,的,P0,口送入,DAC0832,。当地址选择线选择好,DAC0832,后，只要输出控制信号，,DAC0832,就能一次完成数字量的输入锁存和,D/A,转换输出。,准果进褐辞用凰叮炬病四条祭昏遵团履姥悦纤卢著耽黑月沈缮沮抢省上谴第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口第,5,章,MCS-51,单片机的输入输出通道接口,执行下列几条指令就可以完成一次,D/A,转换：,MOV DPTR,#7FFFH ;,地址指向,DAC0832,MOV