第5章单片机原理及应用.ppt

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：传感器是测量系统中的一种前端部件，它将各种输入变量转换成可供测量的信号。 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。 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。 5.1.2 单片机应用系统的输入/输出通道 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。 2．输出通道 （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。 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。 （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。 5.2.2 D/A转换器的分类 5.2.3 D/A转换器的接口 DAC0832框图 工作时序 4．双缓冲方式 对于多路D/A转换，若要求同步进行D/A转换输出时，则必须采用双缓冲方式。 [例题] 假设某一分时控制系统，由一台单片机控制并行的两台设备，连接电路如下图所示，两台设备的模拟控制信号分别由两片DAC0832输出，要求两片DAC0832同步输出。 工作方式小结 单缓冲方式 使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通。CPU只需一次写入即开始转换。控制比较简单。 双缓冲方式（标准方式） 转换要有两个步骤： 将数据写入输入寄存器 CS=0、WR1=0、ILE=1 将输入寄存器的内容写入DAC寄存器 WR2=0、XFER=0 优点：数据接收与D/A转换可异步进行； 可实现多个DAC同步转换输出——分时写入、同