2022年单片机与其他器件的接口.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,单片机原理与应用,*,第 10 章 单片机与其他器件的接口,【本章内容】,本章主要介绍在单片机应用系统中常用的数,/,模转换器（,ADC,）、模,/,数转换器（,DAC,）、继电器、光电耦合器等输入、输出器件的结构、特性、参数与工作原理，并介绍单片机与这些器件进行连接的接口技术与编程方法。,【项目驱动的学习要点】,运用本章介绍的模,/,数转换接口技术，给应用项目增加气温探测功能。,运用本章介绍的单片机与光电耦合器、继电器的接口技术，在应用项目中加上电铃驱动电路以及广播设备控制电路。,1,第 10 章 单片机与其他器件的接口,10.1 单片机与D/A转换器的接口,10.2 单片机与A/D转换器的接口,10.3 单片机与继电器的接口,10.4 单片机与光电耦合器件的接口,练习题,END,2,10.1 单片机与D/A转换器的接口,10.1.1 D/A转换器,10.1.2 单片机与DAC0832的接口,3,在单片机测控系统中，单片机能直接处理的是数字量，而被控对象却往往是通过模拟量来进行控制的。这就需要将单片机输出的数字量转换为相应的模拟量，用于驱动相应的执行机构动作，实现对被控对象的控制。能完成这一工作的器件叫,数,/,模转换器,，简称,D/A,转换器（或,DAC,）,。,10.1.1 D/A转换器,4,D/A转换器的原理可概括为“按权展开，然后求和”，即把数字量的每一位都按其权值分别转换为相应的模拟量，然后进行求和，便可得到与该数字量对应的模拟量。,下面以,T型电阻网络D/A转换器,为例进行介绍。,1,D/A,转换器的原理,5,T型电阻网络的桥上电阻均为R，桥臂电阻均为2R，待转换的数字量首先通过D7D0传送到数据锁存器（或寄存器）中，然后由电子开关把数字量转换为对应的电子开关通/断状态：当数字量某位为1时，电子开关就将基准电压源V,REF,接入电阻网络的相应支路；若为时，则将该支路接地。各支路的电流信号经过电阻网络加权后，由运算放大器求和并变换成电压信号，从而得到与输入数字量相对应的模拟量作为D/A转换器的输出。,8位T型电阻网络D/A转换器原理分析：,7,5mV/5V=0.,MOVA,#data ;待转换数字量送A,式中，n是ADC输出数字量的二进制位数。,产生锯齿波的程序如下：,DELAY：;延时时间根据实际要求设定,MOVR0,A;存储数字量至数据区,通常可将它们接在一起。,2 单片机与继电器的接口,由于单片机能直接处理的信息是数字量，所以需要将连续变化的物理量转换成数字量，才能输入到单片机中进行处理。,MOVXDPTR,A;同时启动两片DAC的D/A转换,同步输出,在图10-4，DAC0832的IOUT2接地，IOUT1接运放的反相输入端，经运算放大器后，便得到单极性电压输出。,（5）对原来的应用项目源程序进行适当改写，插入气温采集、显示子程序，并在适当的位置与时间显示子程序轮流调用，轮换时加以适当延时即可。,若选取Rfb=R，考虑到图10-1中运算放大器的反相输入端处可以看作“虚地”，则有:Ifb=IO1,如图10-4（a）、（b）所示。,3 单片机与继电器的接口,假设输入的数字量D7D0为1111 1111B，由图10-1可以得到：,输出表达式的推导过程:,I=V,REF,/R,I,7,=I/2,1,I,6,=I,7,/2=I/2,2,I,5,=I,6,/2=I/2,3,I,4,=I,5,/2=I/2,4,I,3,=I,4,/2=I/2,5,I,2,=I,3,/2=I/2,6,I,1,=I,2,/2=I/2,7,I,0,=I,1,/2=I/2,8,I,O1,=I,7,+I,6,+I,5,+I,4,+I,3,+I,2,+I,1,+I,0,=(I/2,8,)(2,7,+2,6,+2,5,+2,4,+2,3,+2,2,+2,1,+2,0,),=(V,REF,/R)/2,8,)(2,7,+2,6,+2,5,+2,4,+2,3,+2,2,+2,1,+2,0,),8,V,O,=I,fb,R,fb,=,I,O1,R,=,(V,REF,/R)/2,8,)(2,7,+2,6,+2,5,+2,4,+2,3,+2,2,+2,1,+,2,0,)R,=,(V,REF,/2,8,)(2,7,+2,6,+2,5,+2,4,+2,3,+2,2,+2,1,+2,0,),若选取R,fb,=R，考虑到图10-1中运算放大器的反相输入端处可以看作“虚地”，则有:I,fb,=I,O1,因此，可以得到：,输出表达式的推导过程:,9,事实上，输入的数字量D7D0并不一定是全1。若它们中的某些位为0时，对应的电子开关就会打在0的位置，将对应的支路接地，使接地支路的电流不参加求和。为此，可将上式用通式表示为：,V,O,=(V,REF,/2,8,)(D72,7,+D62,6,+D52,5,+,D42,4,+D32,3,+D22,2,+D12,1,+D02,0,),输出电压V,O,正好是将输入数字量“按权展开，然后求和”，所得到的模拟量与数字量一一对应。这样便完成了数字量到模拟量的转换。,输出表达式的推导过程:,10,（1）分辨率,（2）转换精度,（3）线性度,（4）建立时间,（5）其他参数指标,2,D/A,转换器的主要性能指标,11,DAC的分辨率用来衡量D/A转换器对输入的数字量与输出模拟量的分辨能力。,DAC对输入数字量的分辨率:,由于数字量是用二进制数表示的，二进制的最低有效位（LSB）在数值上等于1，所以DAC对数字量能分辨的最小量就是1，也就是说DAC对输入数字量的分辨率为1。或者说是1个LSB。这对任何DAC器件来说都是一样的，所以人们更关心是,对模拟量的分辨率,，并用模拟量的分辨率来表示DAC的分辨率。,（1）分辨率,12,DAC对输出模拟量的分辨率,：当DAC的输入数字量变化1个LSB时，所对应的输出模拟量的变化量。与ADC输入数字量的位数以及满量程值的大小有关，可按下式计算：,分辨率=满量程值/2,n,式中，,n,是DAC输入数字量的二进制位数。,例如，假设满量程值为5V，则,采用8位DAC时，分辨率=5V/2,8,采用12位DAC时，分辨率=5V/2,12,显然，DAC的位数越多，其分辨率就越高。所以也常常直接用DAC的位数来表示其分辨率。,13,转换精度用于衡量DAC转换输出的实际模拟值与理论输出值的接近程度。用两者的绝对误差或相对误差表示，相应地称为,绝对精度,和,相对精度,。,（2）转换精度,14,绝对精度（简称精度）是指在不超出量程范围内，任一输入数字量所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。,例如，一个8位、满量程值为5V的D/A转换器，在理想情况下，当DAC的输入数字量变化1个LSB时，所对应的输出模拟量的变化量应是19.5mV。但实际情况下，会因各种原因导致输出值发生偏移，假设这个偏移值为9.75mV（即19.5mV/2），则称这个DAC的绝对精度为（1/2）LSB，或称其最大误差为1LSB。,绝对精度,15,相对精度则是用最大误差相对于满刻度的百分比表示。,如上述例子中的相对精度应为19.5mV/5V=0.39%。,相对精度,16,线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。常以该偏差相对于满量程的百分比表示，如1%线性度是指实际输出值与理论值之差在满刻度的1%以内。也可直接用该偏差值表示，一般要求该值不大于1/2LSB。,（3）线性度,17,建立时间是指从DAC输入的数字量发生变化时开始，到模拟输出量达到对应终值1/2LSB所需要的时间，是描述D/A转换速率的一个指标。根据建立时间的长短，可以将DAC分成超高速（1s）、高速（101s）、中速（10010s）和低速（100s）4挡。,（4）建立时间,18,其他参数指标包括工作温度、最低功耗等。,（5）其他参数指标,19,常用的8位DAC芯片有DAC0830、DAC0831、DAC0832、DAC0834、DAC0838等。,下面以,DAC0832,为例进行介绍。,3常用的D/A转换芯片,20,分辨率：8位。,电流建立时间：1s。,数据输入方式：双缓冲、单缓冲或直通方式,线性度：1/2LSB。,逻辑电平输入与TTL电平兼容。,能与所有常用的微处理器直接互连。,供电：单一电源，+5+15V。,功耗：20m。,工作温度：0+70到55+125（在芯片上用不同的后缀加以分档）,。,（1）DAC0832的主要性能和技术参数,21,图10-2 DAC0832内部结构框图,（2）DAC0832的内部结构,22,采用DIP封装的DAC0832，共有20条引脚，如图10-3所示。,（3）DAC0832的外部引脚,图10-3 DAC0832外部引脚,23,DI7DI0：8位数字量输入引脚。,I,OUT1,、I,OUT2,：电流模拟量输出引脚，当输入数字量全为1时，I,OUT1,输出电流最大，I,OUT2,输出电流最小；当输入数字量为全0时，情况相反，I,OUT2,最大，I,OUT1,最小。I,OUT1,+I,OUT2,为一个常数,DAC0832各引脚的名称、功能,ILE：锁存允许信号输入引脚。,：片选信号输入引脚，和锁存允许信号ILE共同决定 是否起作用。,：写信号,1,输入引脚，当,ILE,为1,且 、,同时为,0,时，与门,M1,输出为,1,，为,0,，将输入数字量锁存到输入寄存器中。,24,：写信号2输入引脚，当 与 同时为0时，与门M3输出为1，为0，可将输入DAC寄存器的数据输出到D/A转换器。,：数据传送控制信号输入引脚，与 信号配合，用于控制DAC寄存器。,R,fb,：集成在DAC0832片内的外接运放反馈电阻引出脚，可以直接接到外接运算放大器的输出端，构成负反馈回路。,25,V,REF,：参考电压输入引脚，电压范围为10V+10V。,V,cc,：电源输入引脚，电压范围为+5V+15V。,AGND、DGND：模拟量接地引脚和数字量接地引脚。通常可将它们接在一起。,26,通过对DAC0832内部的输入锁存器和DAC寄存器进行适当的控制就可以使DAC0832工作于,直通、单缓冲和双缓冲,3种方式。,10.1.2 单片机与DAC0832的接口,27,当DAC0832芯片的片选信号 ，写信号 、及传送控制信号 的引脚全部接地，允许输入锁存信号ILE引脚接+5V时，DAC0832芯片就处于直通工作方式，输入的数字量直接进入输入寄存器、DAC寄存器并直达D/A转换器，进行D/A转换。此方式适用于进行无条件数/模转换的场合。,1直通方式,28,单缓冲方式是指DAC0832内部的两个寄存器，一个处于直通状态，另一个受单片机控制的工作方式；或者是指两个寄存器均由单片机同时选通的工作方式。如图10-4（a）、（b）所示。,2单缓冲方式,29,图10-4 单片机与DAC0832的单缓冲方式接口电路(a),DAC0832的单缓冲方式接口电路（a）,30,图10-4 单片机与DAC0832的单缓冲方式接口电路(b),DAC0832的单缓冲方式接口电路（b）,31,在图10-4（a）、（b）中，DAC0832的地址均为为7FFFH，只要单片机执行如下指令，就可以进行D/A转换并输出。,单缓冲方式D/A转换,程序,：,MOVA,#data ;待转换数字量送A,MOVDPTR,#7FFFH ;P2.7=0,指向DAC0832口地址,MOVXDPTR,A ;待转换数字量送 入DAC0832,启动D/A转换,32,V,O,=(V,REF,/2,8,)(D72,7,+D62,6,+D52,5,+D42,4,+D32,3,+D22,2,+D12,1,+D02,0,),图10-4的输出电压,在图10-4，DAC0832的I,OUT2,接地，I,OUT1,接运放的反相输入端，经运算放大器后，便得到单极性电压输出。其大小按前面介绍过的式子计算：,33,下面以利用图10-4产生,锯齿波、三角波,与,梯形波,为例，说明单片机控制DAC0832在单缓冲方式下的应用。,DAC0832在单缓冲方式下的应用,34,产生锯齿波的程序如下：,ORG 0100H,SATRT：MOV DPTR,#7FFFH;指向DAC0832,MOVX DPTR,A;启动D/A转换,INC A;待转换数字量加1,SJMP START ;循环进行D/A转换,END,（1）产生锯齿波,图10-5 单片机通过DAC0832产生的波形,35,ORG 0200H,SATRT：CLR A;数字量初值,MOV DPTR,#7FFFH;指向DAC0832,DOWN：MOVX DPTR,A ;启动D/A转换,形成三角波的下降段,INC A;待转换数字量加1,JNZDOWN ;未完,继续,MOVA,#0FEH;三角波上升段数字量初值,UP：MOVXDPTR,A;启动D/A转换,形成三角波的上升段,DECA;待转换数字量减1,JNZUP;未完,继续,SJMPDOWN;已完,则循环,END,（2）产生三角波,图10-5 单片机通过DAC0832产生的波形,36,ORG0300H,SATRT：MOVA,#00H;设置梯形波上底电平（根据实际选择）,MOVDPTR,#7FFFH;指向DAC0832,MOVXDPTR,A;启动D/A转换,ACALLDELAY;调用延时子程序,形成梯形波上底,DOWN：MOVXDPTR,A;启动D/A转换,形成梯形波的下降段,INCA;待转换数字量加1,JNZDOWN;未完,继续,ACALLDELAY;已完,调用延时子程序,形成梯形波下底,MOVA,#0FEH;梯形波上升段数字量初值,UP：MOVXDPTR,A;启动D/A转换,形成梯形波的上升段,DECA;待转换数字量减1,JNZUP;未完,继续,SJMPSTART;已完,则循环,DELAY：;延时时间根据实际要求设定,RET,END,（3）,产生,梯形波,图10-5 单片机通过DAC0832产生的波形,37,3双缓冲方式,双缓冲方式是指DAC0832内部的两个寄存器均由单片机分别进行选通的工作方式。此方式适用于要求多个D/A转换同步输出的情况。,下面以一个两路同步输出的D/A转换接口电路为例加以介绍，电路如图10-6所示。,38,图10-6 单片机与DAC0832的双缓冲方式接口电路,单片机与DAC0832的双缓冲方式接口电路,39,图10-6 分析:,DAC0832（1）、DAC0832（2）的内部输入寄存器端口地址分别为DFFFH和BFFFH，单片机只要对这两个端口进行写操作，就可以将待转换的数字量分时送入各片DAC0832的输入寄存器中。,由于两片DAC0832的内部DAC寄存器端口地址为7FFFH，对该端口进行写操作，就可以使两片DAC0832同时将各自输入已锁存在输入寄存器中的数据送入各自的DAC寄存器，并进行D/A转换，实现同步转换输出。,40,双缓冲方式D/A转换程序,ORG0500H,DACSUB：MOVR2,#20;计数初值,MOVR0,#40H;指向第一组数据首地址,MOVR1,#60H;指向第二组数据首地址,LOOP：MOVA,R0;取第一组数据,MOV DPTR,#0DFFFH;指向DAC0832(1)输入寄存器,MOVXDPTR,A;第一组数据送入DAC0832(1)输入寄存器,MOVA,R1;取第二组数据,MOV DPTR,#0BFFFH;指向DAC0832(2)输入寄存器,MOVXDPTR,A;第二组数据送入DAC0832(2)输入寄存器,MOVDPTR,#7FFFH;指向两片DAC0832的DAC寄存器,MOVXDPTR,A;同时启动两片DAC的D/A转换,同步输出,INCR0;修改指针,INCR1,DJNZR2,LOOP;未完继续,RET;转换完毕,返回,END,假设需要同步进行D/A转换的两组长度为20个字节的数据分别存放在8051片内RAM以40H、60H为起始地址的单元中。,41,10.2.1 A/D转换器,在单片机测控系统中，需要被采集的输入信息有许多往往是连续变化的物理量，如温度、速度、电压、电流、压力、流量等，这些连续变化的物理量称为模拟量。,由于单片机能直接处理的信息是数字量，所以需要将连续变化的物理量转换成数字量，才能输入到单片机中进行处理。完成这一工作的器件叫做,模/数转换器,，简称,A/D转换器,（或,ADC,）。,43,1A/D转换器的原理,A/D转换器按工作原理分类，主要有4种类型：逐次逼近式、双积分式、计数比较式和并行式。,下面以,8位逐次逼近式ADC,为例介绍A/D转换器的原理。,8位逐次逼近式ADC原理框图如图10-7所示。,44,8位逐次逼近式ADC原理框图,图10-7 8位逐次逼近式ADC原理框图,45,8位逐次逼近式ADC工作原理,控制电路首先使,8,位寄存器的,D7,位置,1,，其余位清,0,，此时该寄存器输出的数字量为,80H,，该值经,D/A,转换器转换为模拟量，输出,V,N,电压，这时,V,N,的值为,V,IN,满量程值的一半。比较器将,V,N,与待转换的模拟量输入信号,V,IN,进行比较，若,V,IN,大于等于,V,N,，则比较器输出为,1,，通过控制电路使,8,位寄存器保留,D7=1,，并使下一位,D6=1,，所得的新值（,C0H,）再经,D/A,转换器得到新的,V,N,，再与,V,IN,比较，并重复前述过程。反之，当使,8,位寄存器的,D7=1,后，经比较，若,V,IN,小于,V,N,，则使,8,位寄存器的,D7=0,、,D6=1,，所形成数字量,40H,经,D/A,转换器得到的新的,V,N,再与,V,IN,比较，并重复前述过程。以此类推，从,8,位寄存器的,D7,到,D0,逐次比较完毕，转换过程结束。,46,2A/D转换器的主要性能指标,（1）分辨率,（2）量化误差,（3）转换精度,（4）转换时间或转换速率,（5）其他参数指标,47,（1）分辨率,ADC的分辨率是指ADC输出的数字量增加或减少1（1个LSB）时，所需的输入模拟量的变化量。ADC分辨率的计算方法与DAC相同。,分辨率=满量程值/2,n,式中，,n,是ADC输出数字量的二进制位数。对于满量程值为5V的8位ADC，分辨率=5V/2,8,=19.5mV。,48,量化误差是实际量化曲线与理想量化曲线之间的最大偏差。,图10-8所示的量化误差为1/2（LSB），显然，ADC的分辨率越高，量化误差越小。,（2）量化误差,图10-8 ADC的转换特性,49,ADC转换精度一般用绝对精度来衡量，是ADC输出任何数字量时，所对应的实际输入模拟量与理想输入模拟量之差的最大值。它包括偏移误差、满刻度误差（增益误差）、线性误差、量化误差等综合误差，其大小也常用LSB为单位来表示。,（3）转换精度,50,ADC的转换时间是指ADC完成一次A/D转换所需的时间，即从启动A/D转换时开始，到输出端输出稳定的数字信号所需的时间。,转换速率是指ADC在单位时间内能够完成A/D转换的次数。,可见，转换时间和转换速率互为倒数。,（4）转换时间或转换速率,51,其他参数指标包括时钟频率、工作温度、最低功耗等。,（5）其他参数指标,52,3常用的A/D转换芯片,常用的逐次逼近型A/D转换芯片有：,8位单通道的ADC0801ADC0805,8位8通道的ADC0808/ADC0809,8位16通道的ADC0816/ADC0817,12位的AD574,下面以,ADC0809,为例加以介绍,53,（1）ADC0809的主要性能和技术参数,分辨率：8位。,转换精度：小于1LSB。,单路+5V供电，输入模拟量电压范围为0+5V,具有地址译码选择的8路输入模拟开关。,可锁存三态输出，与,TTL,电平兼容。,功耗：15,mW,。,不必进行零点和满量程调整。,时钟频率范围：101280,kHz；,典型时钟频率,为640,kHz，,转换时间为100,s。,标准封装或28脚,DIP,封装。,工作温度范围：40+85。,54,（2）ADC0809的内部结构,图10-9 ADC0809内部结构框图,55,ADC0809各组成部分的功能,地址锁存与译码器：在地址锁存信号,ALE,控制下，对输入,ADC0809,的3,位地址（,C、B、A）,进行锁存、译码，通过译码输出对,8,路模拟开关进行控制。,8,路模拟开关：用于选择,8,路模拟输入,IN7,IN0,。当,3,位地址（,ADDC,、,ADDB,、,ADDA,）,为,000,B,111B,时，选择的输入分别为,IN0,IN7,。,56,ADC0809各组成部分的功能,8位A/D转换器：用于将被地址锁存与译码器选中的输入模拟信号转换为数字量，转换结束时，使EOC引脚为高电平，并将数字量存入三态输出锁存器。,三态输出锁存器：用于锁存A/D转换完成后所得到的数字量，当OE为高电平时，将数字量从2,1,2,8,（与常规标注的D7D0对应）引脚输出。当OE为低电平时，2,1,2,8,引脚对外呈高阻状态。,57,（3）ADC0809的外部引脚,采用DIP封装的ADC0809，共有28条引脚，如图10-10所示。,图10-10 ADC0809的外部引脚,58,ADC0809的外部引脚名称、功能,IN0IN7：8路模拟量输入引脚。,2,1,2,8,：8位数字量输出引脚。2,1,为最高位。,ADDC、ADDB、ADDA：3,位地址输入引脚。用于经译码后，对输入的,8,路模拟量,IN0IN7,进行,8,中选,1,。,ALE：,地址锁存允许信号输入引脚。用于将3位地址信号,ADDC、ADDB、ADDA,进行锁存，以供译码器进行译码。,CLK：,时钟信号输入引脚。,START：,启动,A/D,转换控制信号输入引脚。该脉冲由外部电路送入，脉冲上升沿用于对,ADC0809,内部的逐次逼近寄存器进行复位，下降沿后,ADC0809,开始进行,A/D,转换。,59,ADC0809的外部引脚名称、功能,EOC：A/D转换结束信号输出引脚。A/D转换期间EOC为低电平，A/D转换结束后EOC为高电平。,OE：数字量输出允许控制引脚。用于控制输出锁存器的三态门。当OE为高电平时，允许转换结果从8位数字量输出引脚2,1,2,8,输出。,V,REF,(+)、V,REF,()：参考电压输入引脚。通常将V,REF,(+)与V,CC,相连，V,REF,()接地。,V,CC,：+5V电源输入引脚。,GND：接地引脚。,60,10.2.2 单片机与ADC0809的接口,1硬件连接,2应用程序,61,1硬件连接,单片机与ADC0809连接，需要考虑的问题：,（1）由于ADC0809没有片内时钟，工作时需要外加时钟信号，这可以从单片机的ALE引脚获得。,（2）ADC0809内部有一个8位三态输出锁存器，因此，ADC0809的数字量输出线可以与单片机的数据总线直接连接。,（3）ADC0809没有片选信号输入引脚，因此，需要通过产生ADC0809的ALE、START信号和OE信号来控制ADC0809工作，前者控制ADC0809锁存用于选择模拟量输入通道的3位地址并启动A/D转换；后者控制ADC0809将转换结果送给单片机。,62,单片机与ADC0809的接口电路,图10-11 单片机与ADC0809的接口电路,63,2应用程序,程序要求为：对图10-11中的8路模拟量输入信号IN0IN7轮流采集一遍，并将采集到的A/D转换结果（数字量）存入单片机内部RAM以50H为起始地址的数据区中。,64,（,1,）采用查询方式编程,ORG0100H,CLREA;关闭总中断,LCALL ADC1,ADC1：MOVR0,#50H;指向数据区起始地址,MOVR2,#08H;模拟量输入通道数送R2,LOOP：MOVX DPTR,A;送出选择IN0的地址并启动A/D转换,JB P3.3,$;查询A/D转换是否结束,若未结束则等待,MOVXA,DPTR;A/D转换结束,则读数字量至A,MOVR0,A;存储数字量至数据区,INCDPTR;指向下一个输入通道,INCR0;指向数据区下一单元,DJNZR2,LOOP;8个通道采集完否？若未完,则转LOOP,RET;采集完毕,返回,END,65,（2）采用中断方式编程,;主程序,ORG0000H,LJMPMAIN,ORG0013H;中断服务程序入口,AJMPADC2;转中断服务程序,ORG0200H,MAIN：MOVR0,#50H;指向数据区起始地址,MOVR2,#08H;模拟量输入通道数送R2,SETBIT1;置 为边沿触发方式,SETBEA;开放中断,SETBEX1;允许 中断,MOVXDPTR,A;送出选择IN0的地址并启动A/D转换,SJMP$;等待A/D转换结束并发生 中断,66,（2）采用中断方式编程,;中断服务程序,ORG0300H,ADC2：MOVXA,DPTR;读A/D转换结果（数字量）至A,MOVR0,A;存储数字量至数据区,INCR0;指向数据区下一单元,INCDPTR;指向下一个输入通道,MOVXDPTR,A;送出选择下一通道的地址并启动A/D转换,DJNZR2,LOOP;8个通道采集完否？若未完,则转LOOP,CLREX1;采集完毕,则关 中断,LOOP：RETI;中断返回,END,67,【项目应用】,要实现以上设想，可按如下步骤进行。,要求在应用项目加进一个温度传感器，使应用项目除了能按要求自动打铃、播放广播外，还具有能探测气温的功能。在LED数码管上既能显示实时时间，又能显示实时气温，若对整个装置加以适当的外表装饰，便可挂于厅堂，同时起到告示牌的作用。,68,（1）选择一个温度传感器，实现对气温的实时探测，例如，可选用AD590温度传感器。AD590产生的电流与温度成正比，它的工作电压为4V30V，检测温度范围为55+150，具有非常好的线性输出特性，温度每增加1，其输出电流增加1,A。通过信号放大电路可将AD590的输出进行放大并处理成符合ADC输入要求的信号。,【项目应用】,69,【项目应用】,（2）使用前面介绍的ADC器件对温度传感器输出的模拟量进行A/D转换，获得实时气温的数字量。ADC所需的控制信号可按前面介绍的方法构造，模拟量输入只用一路即可。,（3）将应用项目中的LED显示电路中的字位口由8155的A口改为C口，将A口设置为输入口，并与ADC数字量输出线连接，用于将ADC中的实时气温数字量通过数据总线送入单片机，并存到单片机内部RAM的气温数据区。,70,【项目应用】,（4）编写一个气温采集、显示子程序，用于采集AD590的输入模拟量、启动A/D转换、读入气温数字量并送至LED显示。,（5）对原来的应用项目源程序进行适当改写，插入气温采集、显示子程序，并在适当的位置与时间显示子程序轮流调用，轮换时加以适当延时即可。,具体的电路和程序省略，感兴趣的读者可按以上思路自行设计。,71,10.3 单片机与继电器的接口,10.3.1 继电器,10.3.2 单片机与继电器的接口,72,1电磁继电器的结构和工作原理,电磁继电器是一种利用电磁力来切换触点的开关型电子器件，其典型结构如图10-12所示。,符号如图,10-13,所示,图10-12 电磁继电器的结构图,10-13 电磁继电器的符号,74,1电磁继电器的结构和工作原理,电磁继电器由一个带铁芯的线圈J、衔铁、簧片、弹簧及若干合金触点构成，在线圈未通电时，触点1-2闭合，为常闭触点；1-3触点断开，为常开触点。,线圈通电后，线圈中流过电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与常开触点吸合，使1-2断开，1-3接通。,当线圈断电后，电磁力也随之消失，衔铁就会在弹簧力的作用下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。,75,2电磁继电器的主要参数,线圈直流电阻：继电器线圈的直流电阻值。,额定工作电压：继电器正常工作时，线圈两端所加的额定电压。对于使用直流的电磁继电器，常用的直流额定电压有5V、6V、12V、24V、48V等。,触点吸合电压：使继电器触点吸合，线圈应加的最低电压，通常为额定电压的,70%80%,。,触点释放电压：使吸合的触点释放，线圈所加的最低电压。通常比吸合电压低。,触点负荷：继电器触点允许通过的电流和所加的电压。即触点能够承受的负载大小。,其他参数：额定工作电流、触点吸合电流、触点释放电流、线圈消耗功率等。,76,10.3.2 单片机与继电器的接口,图10-14 单片机与小型继电器的接口电路,77,单片机与小型继电器的接口电路工作原理:,当单片机的I/O引脚输出低电平时，74LS06输出高电平，驱动管T1导通，继电器吸动，引起继电器的常开触点闭合，将负载接入高电压、大电流回路之中。,反之，当单片机的I/O引脚输出高电平时，74LS06输出低电平，驱动管T1截止，继电器不吸合，将负载断开。,74LS06,为带,OC,门的高压输出为六反相驱动器，用以增加单片机,I/O,引脚的驱动能力，,D1,为隔离二极管，,T1,为继电器,J1,的驱动管，,D2,为保护二极管，用于防止继电器断开瞬间引起高压击穿驱动管。,78,10.4 单片机与光电耦合器件的接口,10.4.1 光电耦合器,10.4.2 单片机与光电耦合器的接口,79,10.4.1 光电耦合器,光电耦合器件是将发光器件（发光二极管）与受光器件（如光敏三极管）封装在一起，构成电光电转换的器件，其内部结构如图10-15所示。,图10-15 光电耦合器内部结构,80,1光电耦合器的主要特点,（1）输入回路与输出回路之间的绝缘电阻很大（1010以上），并能承受2000 V以上高压，因而输入与输出回路之间在电气上完全隔离。由于输入、输出自成系统，无须接地，能有效地避免输出回路对输入回路可能产生的反馈干扰。,（2）由于光电耦合器中的发光二极管以电流方式驱动，动态电阻很小，输入回路中的干扰，如电源电压波动、温度变化引起的热噪声等对输出回路影响不大。,（3）光电耦合器作为开关使用时，具有使用寿命长、可靠性高和反应速度快等优点，开关时间一般为微秒级，最快可达纳秒级。,81,2光电耦合器的主要参数,（1）导通电流和截止电流：一般为10mA。,（2）输出端工作电流：是指光耦合器导通时，流过输出端受光器件的额定电流。,（3）电流传输比：为输出回路的集电极电流与输入回路发光二极管的工作电流的比值。该值越大，表示光电耦合器的输出电流越大。,（4）输出端暗电流：是指光电耦合器处于截止状态时输出端流过的电流。此值越小越好，以防止输出端的误触发。,（5）输入、输出压降：分别指输入端的发光二极管和输出端受光器件的导通压降。,（6）隔离电压：表示光电耦合器输入与输出回路之间对电压的隔离能力。,82,10.4.2 单片机与光电耦合器的接口,1单片机与三极管输出,的光电耦合器的接口,2单片机与双向光敏晶闸管输出,的光电耦合器的接口,83,1单片机与三极管输出的光电耦合器的接口,图10-16 单片机与4N25的接口电路,84,单片机与4N25的接口电路工作原理:,当单片机I/O引脚输出低电平时，74LS07输出级饱和导通，4N25内部的LED发光，输出回路的三极管因受光照而饱和导通，集电极输出低电平。,当单片机I/O引脚输出高电平时，74LS07输出级截止，4N25内部的LED不导通，三极管由于没有光照而截止，集电极输出高电平。,85,I,F,=（V,cc,V,F,V,CS,）/R1,LED导通电流的计算:,式中各参数的含义：,V,cc,：电源电压。,V,F,：光电耦合器输入回路发光二极管的压降，取1.5V。,V,cs,：驱动器压降，取0.5V。,I,F,：光电耦合器输入回路发光二极管的工作电流。,通过选择限流电阻,R1,的阻值，可将,I,F,控制在,10mA,15mA,。,86,2单片机与双向光敏晶闸管输出 的光电耦合器的接口,图10-17 单片机与MOC3041的接口电路,87,单片机与MOC3041的接口电路工作原理,当单片机I/O引脚输出低电平时，通过74LS07驱动MOC3041内部的LED发光，从而触发双向光敏晶闸管导通。双向光敏晶闸管输出端的额定电压为400V，最大重复浪涌电流为1A，可适用于220V交流线路。能直接驱动工作电压为交流220V、额定电流小于1A的负载。,当单片机,I/O,引脚输出高电平时，,74LS07,输出级截止，,MOC3041,内部的,LED,不导通，双向光敏晶闸管因无光照而截止，将负载断开。,88,【项目应用】,要求在应用项目中加上实用的电铃与广播设备驱动电路。,连接P1.0的发光二极管（绿色）亮表示打铃，灭则表示不打铃。,连接P1.4的发光二极管（红色）亮表示打开广播设备，灭则表示停止广播。,图,10-18,应用项目的电铃与广播,设备驱动实验电路,应用项目的电铃与广播设备驱动实验电路,89,【项目应用】,应用项目的电铃与广播设备实用驱动电路,图10-19 应用项目的电铃与广播设备实用驱动电路,90,【项目应用】,电铃与广播设备实用 驱动电路工作原理,当单片机从P1.0引脚输出低电平时，74LS07驱动MOC3041输入端的LED发光，内部双向光敏晶闸管导通，从而触发外接的大功率双向晶闸管TR1导通。使电铃的交流回路接通开始打铃；,反之，当单片机P1.0引脚输出高电平时，电铃因断电而停止打铃。,控制广播设备的工作原理与驱动电铃的工作原理相同。,91,如果在实际应用中，需要驱动的电铃数量较多，总的负载量已超过了TR1的允许通过的电流时，可以考虑配合使用交流接触器,。,电铃和广播设备驱动电路使用的是220V的交流电，所以试验上述电路时，必须注意：,不要带电操作，谨防触电,。,【项目应用】,电铃与广播设备实用 驱动电路注意事项,92,练习题,1D/A转换器有哪些主要的性能指标？它们是如何定义的？,2假设单片机的晶振频率为6MHz，请画出单片机控制DAC0832在单缓冲方式下工作的硬件接线图，并编写程序使其产生宽度为10ms的阶梯波。,3A/D转换器有哪些主要性能指标？它们是如何定义的？,93,4简述逐次逼近式A/D转换器的工作原理。,5继电器有哪些主要参数？单片机与继电器连接时应注意哪些问题？,6光电耦合器具有哪些主要特点？单片机与光电耦合器连接时应注意哪些问题？,练习题,94,本章到此结束,THANK YOU,95,