單片機(jī)原理及設(shè)計應(yīng)用第8章-單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展課件

1、第八章 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展第一節(jié) 單片機(jī)總線結(jié)構(gòu)8.1.1 總線概述 廣義上講總線是一組信號線的集合，是一種傳送規(guī)定信息的公共通路，它定義了各引線的信號、電氣和機(jī)械特性。利用總線可以實現(xiàn)芯片內(nèi)部、印制電路板各部件之間、機(jī)箱內(nèi)個模塊之間、主機(jī)與外設(shè)之間或系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接與通信。 51系列單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展屬于外部總線，故我們這里只介紹外部總線。按傳輸方式可劃分為并行總線和串行總線，按照傳輸?shù)男畔⒌男再|(zhì)又分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線。一、并行總線 單片機(jī)進(jìn)行并行擴(kuò)展時將I/O口看作為一般的微型機(jī)總線接口形式。1、地址總線 MCS-51單片機(jī)可以提供16位地址線，高8位地址由P2口提供（

2、P2口具有鎖存功能，可以和外部芯片的高8位地址直接相連），低8位地址線由P0口提供，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用的I/O口，需外加地址鎖存器，以鎖存低8位地址信息。在CPU的地址鎖存允許信號ALE的下降沿將地址的低8位信息鎖存到鎖存器中。2、數(shù)據(jù)總線 由P0口提供，當(dāng)P0口作為地址/數(shù)據(jù)口時，是雙向的具有輸入三態(tài)控制的通道口，可以與外部芯片的數(shù)據(jù)口直接相連。8.1.2 選址方法 為了唯一的選中外部某一存儲單元（I/O口芯片可作為數(shù)據(jù)存儲器的一部分），必須進(jìn)行兩種選擇方式：片選和字選。 片選是選擇出該存儲芯片或I/O接口芯片，即確定信息存在于哪個具體的芯片之中； 字選是選擇出該芯片的某一存儲單元（

3、或I/O接口芯片的寄存器），即確定信息存在的芯片內(nèi)部的具體位置。 而為了確定具體芯片的存儲單元一般常采用的選址方法有線選法和譯碼法兩種。一、線選法 若系統(tǒng)中之?dāng)U展少量的外部ROM、RAM和I/O接口芯片，一般用線選法。線選法就是把單獨的地址線（一般取P2口線）接到某外接芯片的片選端，利用該地址線引腳電平信號來選擇是否選中該芯片。在一般情況下，大部分芯片的片選端都是低電平有效。二、譯碼法 對于需要ROM、RAM和I/O容量大的系統(tǒng)，當(dāng)所需芯片過多，所用的芯片片選端已經(jīng)超過了可用的地址線時，采用譯碼法。譯碼法就是用譯碼器對高位地址進(jìn)行譯碼，譯出的信號作為片選信號，用低位地址線選擇芯片的片內(nèi)地址。常

4、用的74系列譯碼芯片有74LS138（3-8譯碼器）、74LS139（2-4譯碼器）、74HC4514（4-16譯碼器）等。 MCS-51系列單片機(jī)的程序存儲器最大尋址范圍可達(dá)到64KB，但是其內(nèi)部只有4KB的程序存儲器，而對于8031型號，其內(nèi)部還沒有程序存儲器。所以當(dāng)面臨復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)程序時，其內(nèi)部的程序存儲器容量滿足不了實際的程序內(nèi)容，就要進(jìn)行程序存儲器的擴(kuò)展，使用外部程序存儲器進(jìn)行程序的存放。51系列擴(kuò)展片外程序存儲器的一般接口電路如圖8-1。第二節(jié) 存儲器的擴(kuò)展8.2.1 程序存儲器擴(kuò)展程序程序存儲器的低8位地址線（A0-A7）與P0口（P0.0-P0.7）相連，高8位地址線（A8-A

5、15）與P2口相連。由于P0口分時輸出低8位地址和數(shù)據(jù)，故必須外加地址鎖存器，由CPU發(fā)出的地址鎖存允許信號ALE，在ALE的下降沿將地址信息鎖存到鎖存器中。若鎖存器采用74LS373，則直接使用ALE信號與LE引腳相連，若采用74LS273，則對ALE取反之后使用，與CLK引腳相連。（2）地址范圍 地址范圍的判斷只與地址線和片選端的連接有關(guān)，通常情況下P2口中沒有連接到外部存儲器的線稱之為無關(guān)位，可取“1”或“0”，而P0口和P2口中與外部存儲器的地址線相連接的線的地址范圍為全“0”至“1”。由于一般情況下片外芯片的片選端為低電平有效，所以P2口中與片選端相連接的線取“0”代表選擇某個片外芯

6、片，取“1”代表不選擇某個片外芯片。上圖中各2716地址范圍如下表，此處無關(guān)位取全“0”。P口P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.0地址范圍2716（I）/A10A9A8A7A08000H87FFH100000000000000010000111111111112716（II）/A10A9A8A7A04000H47FFH01000000000000000100011111111111輸入輸出E1A2A1A0H11111111H11111111L11111111HLL00001111111HLL00110111111HLL01011011111HLL01

7、111101111HLL10011110111HLL10111111011HLL11011111101HLL11111111110表 74LS138真值表P口P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.0地址范圍2716（I）74LS138無關(guān)位2716地址線2000H27FFHA2A1A0/A10A9A8A7A0001000000000000000100111111111112716（II）A2A1A0/A10A9A8A7A00000H07FFH00000000000000000000011111111111 （2）地址范圍由于采用的是3-8譯碼器來控制27

8、16的片選端，所以地址范圍與線選法相比發(fā)生了變化。各2716地址范圍如表。MCS-51系列單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器最大尋址范圍也可達(dá)到64KB，其內(nèi)部只有256B的數(shù)據(jù)存儲空間。在這256B的存儲空間中，高128B是特殊功能寄存器區(qū)，一般不進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取；低128B空間中的單元還涉及到工作寄存器區(qū)、堆棧的使用等，這樣就使得當(dāng)我們需要存儲大量數(shù)據(jù)時片內(nèi)數(shù)據(jù)寄存器空間滿足不了實際要求，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展，增加數(shù)據(jù)存儲容量。51系列擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲器的一般接口電路如圖8-4。8.2.2 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展在數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展中，地址線和數(shù)據(jù)線的連接方式和程序存儲器的擴(kuò)展是相同的，不同的在于讀寫線上，由于對

9、于51單片機(jī)的程序存儲器在工作時是“只讀不寫”的，所以程序存儲器的只有讀線，而數(shù)據(jù)存儲器是可讀寫的，故有兩條，分別與單片機(jī)的讀寫線相連。數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展常使用的有靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM兩種。在51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，最常用的是靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器RAM 芯片，有6116(2Kx8B)和6264 (8Kx8B）兩種。P口P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.0地址范圍6264（I）/A12A11A10A9A8A7A08000H9FFFH100000000000000010011111111111116264（II）/A12A11A10A9A8A7A04000H5FF

10、FH01000000000000000101111111111111（2）地址范圍線選法各6264地址范圍表P口P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.0地址范圍2114（I）74LS138無關(guān)位2114地址線4000H43FFHA2A1A0/A9A8A7A0010000000000000001000011111111112114（II）A2A1A0/A9A8A7A04000H43FFH01000000000000000100001111111111（2）地址范圍 由于此擴(kuò)展為位擴(kuò)展，從電路圖中可以看出，兩片2114芯片組成的新的存儲體的數(shù)據(jù)線變?yōu)?位，也

11、就是當(dāng)說一個數(shù)據(jù)的存儲時，兩片2114是同時工作的，該數(shù)據(jù)的低4位存放于2114（I）芯片中，高4位存放于2114（II）芯片中，而存儲體的容量沒有發(fā)生變化還是1K，地址范圍見下表，可以看出兩片芯片的地址范圍是相同的，即這兩片芯片位一組。2114地址范圍表FLASH存儲器即閃速存儲器，相對于普通的存儲器其容量和存取速度具有很大的優(yōu)勢，可分為并行FLASH、串行FLASH、與非型FLASH3種類型。并行FLASH具有獨立的地址線和數(shù)據(jù)線，只要按照地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線這三類總線與單片機(jī)進(jìn)行電路接口即可，常見的芯片型號如Intel公司的A28F系列，AMD公司的AM28F和AM29F系列，A

12、tmel公司的AT29系列等。串行FLASH是通過串行的方式和處理器相連接的，即數(shù)據(jù)和地址是通過一條線進(jìn)行傳輸和判斷，這就需要運用不同的指令來區(qū)分傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)據(jù)信息還是地址信息。常見的芯片型號如Atmel公司的AT25系列。與非型FLASH也是一種并行結(jié)構(gòu)的FLASH，但是其數(shù)據(jù)、地址和控制線是分時復(fù)用I/O總線的，相對于并行FLASH引腳數(shù)大大減少，但是這種芯片在使用時要對接口的時序要求較高。常見的芯片型號如三星的K9F5608系列。8.2.3 FLASH存儲器擴(kuò)展 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了更好的進(jìn)行變量的控制，往往都需要輸入一些數(shù)據(jù)或狀態(tài)命令，而為了使人們跟更能直觀的觀察系統(tǒng)運行的狀態(tài)和

13、數(shù)據(jù)的變化，往往又需要將這些信息顯示出來，這就是最常見的人機(jī)交互，通常使用鍵盤和顯示器來實現(xiàn)人機(jī)交互功能。第三節(jié) 人機(jī)交互擴(kuò)展 鍵盤是一種最常見的輸入設(shè)備，由多個按鈕的組成，現(xiàn)場人員可通過對鍵盤的操作輸入數(shù)據(jù)或命令實現(xiàn)人機(jī)對話。通常使用的按鈕有彈簧按鈕、自鎖按鈕、撥碼開關(guān)等，這些按鈕大部分都是常開按鈕。由多個按鈕組成鍵盤，有編碼鍵盤和非編碼鍵盤。 編碼鍵盤指的是由專用的硬件譯碼芯片來識別按鈕的狀態(tài)，產(chǎn)生鍵的編號或鍵值，如商場售貨機(jī)鍵盤、個人電腦鍵盤。 非編碼鍵盤指的是利用軟件識別按鈕的狀態(tài)，單片機(jī)系統(tǒng)使用的基本都是非編碼鍵盤。8.3.1 鍵盤技術(shù) 在鍵盤設(shè)計中常有獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種，而

14、鍵盤的抖動問題是鍵盤設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。所謂鍵盤抖動是指由于按鈕觸點的彈性作用，一個按鈕在閉合和斷開時不會立即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，也就是說按鈕的操作在閉合和斷開的瞬間會伴隨著一連串的抖動現(xiàn)象，如圖8-8，而抖動的時間是由按鈕的機(jī)械特性決定的，一般為510ms。 由于按鈕的抖動存在，使得一次按鍵會被誤讀成多次，為了確保CPU能夠準(zhǔn)確的對按鈕的一次閉合僅做一次處理，必須消除抖動現(xiàn)象對按鈕的影響。常用的消抖方法有硬件和軟件兩種，硬件消抖就是利用電容或觸發(fā)芯片等組成的電路消除抖動對按鈕的影響。如圖8-9。 軟件消抖就是在檢測出按鈕閉合信號后，執(zhí)行一段DJNZ指令的軟件延時510ms程序，等待前沿抖動消失后再

15、檢測按鈕狀態(tài)，如果仍然是閉合信號，則確定為確實有按鈕閉合，執(zhí)行按鈕閉合處理程序；同理，按鈕斷開信號的處理也一樣。一、獨立式鍵盤 獨立式鍵盤的各按鈕是相互獨立的，每個按鈕占用1條51單片機(jī)的I/O口線，各按鈕的工作狀態(tài)不影響其他按鈕，所以稱為獨立式，電路如圖8-10。圖中7413為4輸入1輸出與非門，7404為非門。圖8-11 獨立式鍵盤流程圖例8-5用查詢方式獨立式鍵盤控制LED等的閃亮,晶振6MHZ。解：電路如圖8-10（a），并且在P2口的P2.0P2.3接共陰極LED燈4盞。程序流程圖和程序如。MIAN:MOV P1,#0FFH ;設(shè)置P1口為輸入口 MOV P2,#0 ;初始狀態(tài)所有燈

16、都滅MAIN1:MOV A,P1 CPL A JZ MAIN1 ;判斷是否有按鈕按下 LCALL DEL10MS ;軟件消除閉合抖動 JB P1.0,LED1 ;判斷1按鈕是否按下 SETB P2.0 LED1:JB P1.1,LED2 SETB P2.1 LED2:JB P1.2,LED3 SETB P2.2 LED3:JB P1.3,MAIN1 SETB P2.3 AJMP MAIN1DEL10MS:MOV R0,#10 D1:MOV R1,#250 D2:DJNZ R1,D2 DJNZ R2,D1 RET END二、矩陣式鍵盤 獨立式鍵盤的電路和程序設(shè)計都比較簡單，當(dāng)使用按鈕較少時經(jīng)常使

17、用獨立式鍵盤，但是如果按鈕設(shè)置較多，獨立式鍵盤就會占用大量的I/O口，大大浪費了51單片機(jī)的I/O資源，為了使單片機(jī)的I/O口能夠得到有效的利用，當(dāng)需要按鈕較多時常使用矩陣式鍵盤，也稱為行列式鍵盤。4x4矩陣鍵盤電路如圖8-12。矩陣鍵盤掃描原理 對于矩陣式鍵盤的各按鈕的判斷采取的是行（或列）掃描查詢方法。首先判斷是否有按鈕按下，如果有則進(jìn)行行列掃描。 首先將鍵盤的行線全清成“0”，列線全置成“1”，然后逐行將行線送“0”低電平，其他行送“1”高電平，判斷是否有該行的按鈕按下，如果有則判斷哪條列線為“0”，則確定下來具體的按鈕位置；如果該行沒有按鈕按下，則下一行線送“0”低電平，其他行送“1”

18、高電平，再判斷列線電平，以此往復(fù)進(jìn)行行掃描列判斷，即可確定具體行列上的按鈕按下。 為了使工作人員能夠及時對系統(tǒng)工作進(jìn)行調(diào)整和監(jiān)測，能夠直觀的將檢測或監(jiān)控數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)運行狀態(tài)等信息反映出來，很多現(xiàn)場系統(tǒng)都會使用顯示裝置。在51單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中常見的顯示器有LED和LCD兩種。 LED是以發(fā)光二極管作為主要的顯示元件，從字型顯示方式上主要分為字段型和點陣型兩種。 LCD是以液晶顯示屏作為主要的顯示元件，主要也分為字段型和點陣型，當(dāng)然現(xiàn)在也有用CRT顯示的單片機(jī)系統(tǒng)。 這里主要以字段型LED顯示器進(jìn)行說明。8.3.2 顯示技術(shù)一、LED顯示原理字段型 LED顯示器有共陽極（Common Anode

19、）和共陰極（Common cathode）之分。字段型LED顯示器有七段、八段、十四段、十五段等之分，只能現(xiàn)實數(shù)字或者字母，而所謂共陽極就是指多個發(fā)光二極管的陽極共同使用一個電源，稱之為公共端或者位選端，而通過控制每個發(fā)光二極管的陰極的電位實現(xiàn)某個二極管的亮滅狀態(tài)，反之既是共陰極。 對于八段LED顯示器，若想控制顯示信息，只需控制對應(yīng)的發(fā)光二極管導(dǎo)通或截止（亮滅）即可，而八個發(fā)光二極管正好符合51單片機(jī)的存儲器單元的字節(jié)長度，可將dpa稱之為LED顯示器的段選段，而段選端所對應(yīng)的二進(jìn)制或十六進(jìn)制碼值則稱之為段選碼或段碼。而公共段 例如現(xiàn)采用共陰極八段LED顯示器，顯示“7”，則只需使發(fā)光二極管

20、a、b、c導(dǎo)通（亮），其它發(fā)光二極管截止（滅）即可，于是a、b、c段選端應(yīng)為“1”高電平，其它段選端應(yīng)為“0”低電平，段碼值則為00000111。即 而從原理圖中可以看出，共陰極和共陽極的電路連接時相反的，這樣兩者若顯示同一個數(shù)據(jù)那么其段選碼也就是相反的，如表8-7。點陣型 點陣型LED顯示器有8x8、8x16點陣等，與字段型的區(qū)別在于其顯示是通過多個LED燈的組合亮滅顯示的，不僅可以實現(xiàn)顯示數(shù)字和字母，還可以顯示漢字等復(fù)雜圖案。如圖8-15，通過控制行線和列線的電平來控制某行列上的LED燈的亮滅，實現(xiàn)顯示信息的功能。圖8-15 8x8點陣型LED顯示器圖8-15 8x8點陣型LED顯示器圖8

21、-15 8x8點陣型LED顯示器二、LED顯示方式LED顯示器的顯示控制方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。1、靜態(tài)顯示方式 靜態(tài)顯示就是指當(dāng)顯示器顯示字符時，段選端對應(yīng)該字符的各個發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或者截止，并且顯示器的各個位是同時顯示的。51單片機(jī)控制LED顯示器工作在靜態(tài)顯示方式時，LED顯示器的公共極接地或電源或51單片機(jī)I/O口線，段選端按順序依次接51單片機(jī)的某個P口，只要對51單片機(jī)的P口送出相應(yīng)的段選碼值即可顯示所需字符。2、動態(tài)顯示方式 動態(tài)顯示是指一位一位依次輪流點亮LED顯示器的各位，由于視覺掃描暫留的緣故，使人們在視覺上看到多位顯示器各位顯示不同的數(shù)字或字符信息。動態(tài)顯示是單

22、片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常使用的顯示方式，相對于靜態(tài)顯示，其具有節(jié)省I/O口線、簡化電路、降低成本等優(yōu)點。動態(tài)顯示使用的是多位LED顯示器，所有顯示器的段選端是并聯(lián)在一起的，而各個LED的位選端是相互獨立的。 為了使每位LED顯示不同的內(nèi)容，必須采用掃描顯示方式，在某一瞬間只允許某一位LED顯示相應(yīng)的字符或數(shù)據(jù)，即此刻的段選端由控制I/O口輸出相應(yīng)內(nèi)容的段選碼值，位選端由相應(yīng)的控制I/O口線選用有效，下一時刻，改變段選碼值和位選端控制信號，如此依次輪流點亮各位LED，顯示所要求的內(nèi)容。例8-9利用51單片機(jī)控制4位LED顯示器工作在動態(tài)顯示方式下，顯示“2013”。解:（1）電路設(shè)計 采用共陰極4位LE

23、D顯示器，將顯示器的段選端與51單片機(jī)的P1口依次相連，位選端與P2口的P2.0P2.3相連。（2）程序設(shè)計 在動態(tài)顯示方式中要進(jìn)行對位選端的掃描才能夠?qū)崿F(xiàn)顯示功能，也就是說先選擇位選端，然后送出該位所對應(yīng)的段選碼值，程序如下。 MAIN:MOV P2,#0FFH ;初始化，所有LED均滅 MOV DPTR,#TAB ;送表首地址 MOV R2,#4 ;設(shè)置掃描次數(shù)，與顯示器所含的LED位數(shù)有關(guān) MOV 20H,#0 ;設(shè)置第一個數(shù)據(jù)在表中的地址 MOV P2,#0FEH ;選中第一位LED位選信號 DISP:MOV A,20H MOVC A,A+DPTR ;查表得第一位LED的段選碼 MOV

24、 P1,A ;段選碼送段選端 LCALL DEL1MS INC 20H ;下一位段選碼所在表中的地址 MOV A,P2 ;改變位選碼，指向下一位 RL A MOV P2,A DJNZ R2,DISP ;判斷是否掃描完 AJMP MAINDEL1MS:MOV R5,#10 D1:MOV R6,#25 D2:DJNZ R6,D2 DJNZ R5,D1 RET TAB:DB 5BH,3FH,06H,4FH END 一個完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，必須要有對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集或者參數(shù)監(jiān)視的過程，而實現(xiàn)這個功能的信息通道稱之為前向通道。而單片機(jī)本身不具備前向通道相關(guān)器件功能，所以要完成對數(shù)據(jù)信息的采集或監(jiān)視，

25、設(shè)計完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就要進(jìn)行前向通道擴(kuò)展。第四節(jié) 前向通道中的A/D轉(zhuǎn)換擴(kuò)展8.4.1 前向通道簡介 前向通道屬于一個系統(tǒng)中的信號流前級的部分，一般包含數(shù)據(jù)測量、信號處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換等部分。其中數(shù)據(jù)測量就是通過傳感器等有關(guān)測量轉(zhuǎn)換元件、儀表將現(xiàn)場的物理被測量如壓力、溫度、速度等轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康倪^程；信號處理是指對傳感器等測量元件的輸出信號進(jìn)行放大、濾波、去噪等處理，得到有效信號；而模數(shù)轉(zhuǎn)換是指將處理過的信號通過A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬量轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識別的數(shù)字量的過程。一、傳感器 傳感器又叫做換能器、變換器及一次儀表，是能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律和精度轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的器件或裝置，

26、通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元仲和產(chǎn)生可用信號的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的電子線路所組成。目前的傳感器大部分還是模擬傳感器，也就是說其輸出量是模擬電信號，當(dāng)然市場上現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了數(shù)字傳感器和智能傳感器。如應(yīng)用于礦井的速度智能傳感器GSC200，數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，數(shù)字式壓力傳感器HBMC16i等。二、信號放大器 從各類傳感器輸出的信號大多都是微弱的，其輸出信號的幅值較小，而后級處理往往需要信號要有一定幅度和功率，同時測量的量程切換、儀器的靈敏度、提高分辨力等也都是采用信號放大電路來實現(xiàn)的。因此從傳感器輸出的信號經(jīng)常需要進(jìn)行信號放大。目前最常使用的利用集成運算放大器組成的放大電路，如AD系列

27、和OP系列。三、濾波處理 為了提高信號的有效性，即提高信噪比，通常在測量電路中加入濾波器，使已知頻率的有效信號通過，而其它的噪音干擾頻率信號濾除。濾波器按其特性可分為高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等。其中帶通濾波器是最基本的濾波器，它們可以使特定的頻率通過，常分為單峰濾波器和寬帶濾波器兩種。四、A-D轉(zhuǎn)換 由于處理器所能處理和接收的數(shù)據(jù)都是數(shù)字量信號，而現(xiàn)實中所監(jiān)控、檢測的信號絕大多數(shù)都是物理量信號，雖然經(jīng)過傳感器的處理轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量信號，但是其還是不能夠直接被處理器所使用。因此若想對所采集信息進(jìn)行處理必須經(jīng)過A-D轉(zhuǎn)換過程，將模擬量信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號，目前完成這項工作的主要是

28、A/D轉(zhuǎn)換芯片。8.4.2 A/D轉(zhuǎn)換指標(biāo)及轉(zhuǎn)換原理一、A/D轉(zhuǎn)換指標(biāo) AD轉(zhuǎn)換的性能指標(biāo)說明了A/D轉(zhuǎn)換芯片的基本質(zhì)量，根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的實際需要選擇不同性能指標(biāo)的A/D轉(zhuǎn)換芯片，直接決定了整個應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理能力。A/D轉(zhuǎn)換的性能指標(biāo)主要有轉(zhuǎn)換速率、分辨率、轉(zhuǎn)換精度等。1、轉(zhuǎn)換速率 A/D轉(zhuǎn)換芯片完成一次模擬輸入量變換成數(shù)字輸出量所需要的時間稱為A/D轉(zhuǎn)換時間，而轉(zhuǎn)換速率是轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)，使單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)換次數(shù)。一般而言，積分型A/D轉(zhuǎn)換芯片屬于低速型，其轉(zhuǎn)換時間是ms級的；逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換芯片屬中速型，轉(zhuǎn)換時間是s級的；全并行串并行型A/D轉(zhuǎn)換芯片屬于高速型，轉(zhuǎn)換時間可達(dá)到ns級

29、。2、分辨率 分辨率就是分辨能力，A/D轉(zhuǎn)換芯片的分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所對應(yīng)的輸入模擬電壓的變量，即能分辨的最小模擬變化量。習(xí)慣上以輸出二進(jìn)制位數(shù)或滿量程與2n之比（其中n為ADC的位數(shù)）表示，即分辨率lLSB = VFS/2n。例如滿量程10V的12位A/D轉(zhuǎn)換芯片AD574A的分辨率為1LSB= VFS/212=2.44mV，即該轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)可以用212二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行量化；滿量程10V的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的分辨率1LSB=1LSB= VFS/28=39.06mV，可以看出分辨率越高的轉(zhuǎn)換芯片，其1位二進(jìn)制數(shù)字變化量對應(yīng)的模擬分量變化量越小。3、轉(zhuǎn)換精度 精度

30、是實際輸出與理想輸出之間的差，對于A/D轉(zhuǎn)換芯片而言，轉(zhuǎn)換精度反映了A/D轉(zhuǎn)換的實際輸出與理想輸出之間的接近程度，是指與數(shù)字輸出量所對應(yīng)的模擬輸入量的實際值與理論值之間的差值。A/D轉(zhuǎn)換電路中與每個數(shù)字量對應(yīng)的模擬輸入量并非是一個單一的數(shù)值，而是一個范圍值，其大小理論上取決于電路的分辨率，定義為數(shù)字量的最小有效位LSB。目前常用的A/D轉(zhuǎn)換集成芯片精度為1/42LSB。4、線性誤差和單調(diào)性 輸出與輸入的關(guān)系理論上應(yīng)該是線性的，但實際上輸出特性并不是理想線性的。把實際轉(zhuǎn)換特性偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值稱為線性誤差。每一數(shù)字量對應(yīng)的模擬電壓值與相應(yīng)的平均模擬電壓值之差用百分比表示稱為“微分直線誤差”

31、 。所謂單調(diào)性就是指輸入一直增大(或減小) 時輸出也僅是一直地增加(或降低) ，而中途不允許中斷、缺額或回轉(zhuǎn)。5、穩(wěn)定性 穩(wěn)定性表示輸出值隨時間和環(huán)境因素變化的程度，通常用相對于最大值的相對變化量來表示。6、靈敏度 A/D轉(zhuǎn)換的靈敏度是指能夠?qū)崿F(xiàn)有效變換的最小輸入電壓。 除上述參數(shù)外，還有一些通常芯片必有的參數(shù)特性如輸入阻抗、輸入電壓范圍、工作電壓范圍等。在選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片是要考慮實際的環(huán)境參數(shù)要求、系統(tǒng)性能指標(biāo)、處理器接口等多方面因素影響，選擇性能指標(biāo)符合系統(tǒng)應(yīng)用功能的A/D轉(zhuǎn)換芯片。二、A/D轉(zhuǎn)換原理 A/D轉(zhuǎn)換器（Analog Digital Converter）是一種能把輸入模擬電壓

32、或電流變成與其成正比的數(shù)字量的電路芯片，即能把被控對象的各種模擬信息變成計算機(jī)可以識別的數(shù)字信息。A/D轉(zhuǎn)換芯片種類很多，但從原理上通?？煞譃橛嫈?shù)器式、雙積分式、逐次逼近式、并行式4種。目前最常用的是雙積分式和逐次逼近式。1、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理 在低精度和中高速A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片，其是一種反饋比較式A/D芯片，成本較低，而且接口簡單。 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器是在輸入和輸出之間加入D/A 轉(zhuǎn)換器而給予反饋的形式，將輸入電壓和D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓用模擬電平進(jìn)行比較，將取得一致時的數(shù)字輸入作為A/D 轉(zhuǎn)換器的輸出的形式。 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片在工作

33、時，由Vin輸入采集的模擬電壓，通過邏輯控制電路使用“對分搜索法”由逐次逼近寄存器產(chǎn)生數(shù)字量。以8位轉(zhuǎn)換為例，首先產(chǎn)生8位數(shù)字量的1/2，即80H，通過DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生模擬量Vx，若VinVx，則清除數(shù)字量最高位，若VinVx，則保留數(shù)字量最高位，確定最高位之后依次以對分搜索法比較電壓確定下一位，直至確定最低位，此時A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，邏輯控制電路輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束控制信號，由緩沖寄存器輸出Vin對應(yīng)的數(shù)字量。 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換速度較快，轉(zhuǎn)換時間由轉(zhuǎn)換精度的位數(shù)決定，與輸入的模擬量大小無關(guān)，n位精度的A/D轉(zhuǎn)換芯片其轉(zhuǎn)換過程僅需n個時鐘周期就能完成一次轉(zhuǎn)換，其前提條件是內(nèi)部的DA和比較器的速度足夠快。

34、以一般而言，DAC 模擬輸出建立的時間是比較快的，而比較器的速率也比較高，因此可獲得高速的ADC。逐次比較式ADC 很容易地取得數(shù)據(jù)串行輸出容易與外界同步。同時，由于逐次比較式的ADC 本身內(nèi)部包含有一個DAC，而高精度的逐次逼近ADC 獲得是建立在高精度的DAC 基礎(chǔ)上的，高精度的DAC 又以高精度的加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，因此，獲得高精度的逐次逼近ADC 的成本很昂貴。同時高精度DAC 的噪音干擾也對進(jìn)一步提高ADC 的精度提出更嚴(yán)峻的問題。2、積分式A/D轉(zhuǎn)換原理 為了提高 A/D 變換的精度，提高A/D 變換的抗干擾能力，有效降低成本，目前廣泛地使用積分式的A/D 轉(zhuǎn)換器。雙重積分式和三

35、斜積分式以及電荷A/D 平衡式轉(zhuǎn)換在高精度低速領(lǐng)域內(nèi)占有不可替代的優(yōu)勢。8.4.3 8路8位并行A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 ADC0809是典型的8路8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，采用CMOS工藝，具有8個通道的模擬量輸入端口，可實現(xiàn)8路05V的模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100s左右。 一、引腳及功能ADC0809芯片為28引腳雙列直插式封裝，其引腳功能見表8-9。名 稱引 腳功 能IN7IN051，27，28，268路模擬量輸入通道，ADC0809對輸入模擬量的要求主要有：信號單極性，電壓范圍為05V。若信號過小，還需進(jìn)行放大。

36、另外，模擬量輸入在A/D轉(zhuǎn)換過程中 其值不應(yīng)變化，因此對變化速度快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路ADDAADDC25，24，23地址線，A為低位地址，C為高位地址，模擬通道的選擇信號。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表8-10ALE22地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，ADDA、ADDB、ADDC地址狀態(tài)送入地址鎖存器中START6轉(zhuǎn)換啟動信號。START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清“0”；START下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號有時簡寫為STD7D02118，8，15，14，17數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連，D0

37、為最低位，D7為最高位OE9輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)CLOCK10時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為640kHz左右的時鐘信號EOC7轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請求信號使用GND，VCC11，18GND-低；Vcc-+5V電源VREF（+），VREF（）12，16參考電源。參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+

38、5V（VREF（+）= +5V，VREF（）= 0V）ADDCADDBADDA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表8-10 ADC0809芯片通道選擇控制二、ADC0809與MCS-51單片機(jī)的接口設(shè)計 電路連接主要注意到三個問題：一是8路模擬信號通道選擇；二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送；三是時鐘信號的選擇。1、單通道使用（1）8路模擬通道選擇 如表8-10和圖8-21所示，模擬通道選擇信號ADDA、ADDB、ADDC分別接P2口高三位，則某一路通道的選擇根據(jù)表8-10來確定P2口和數(shù)據(jù)指針DPTR的賦值情況。8路模擬

39、通道的地址為1EFFH、3EFFH、5EFFH、7EFFH、9EFFH、BEFFH、DEFFH、FEFFH（無關(guān)位取“1”）。通過指令MOV DPTR，#data來選擇具體轉(zhuǎn)換哪一個通道上的模擬輸入量,如MOV DPTR，#3EFFH，P2.7=0,P2.6=0,P2.5=1選擇IN1通道，同時P2.0引腳輸出低電平。（2）啟動與讀寫 圖中把ADC0809的ALE、START信號與51單片機(jī)的 、P2.0引腳通過或非門相接，這樣使得ADC0809的啟動控制和通道地址鎖存都受到51單片機(jī)的控制，通過指令MOVX DPTR，A（ 引腳為“0”）使得信號在或非門的脈沖變化的前沿鎖存通道地址，在后沿啟

40、動A/D轉(zhuǎn)換。 ADC0809的EOC引腳通過非門接51單片機(jī)的外部中斷0，其是判斷整個的A/D轉(zhuǎn)換過程是否結(jié)束，若轉(zhuǎn)換結(jié)束則EOC引腳輸出高電平，若未結(jié)束則輸出低電平，以此可看出，對于A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束與否就可以通過查詢或中斷方式來判斷外部中斷0（P3.2）的變化。 ADC0809的輸出控制引腳OE通過或非門與51單片機(jī)的 、P2.0引腳相接，若A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束則通過指令MOVX A，DPTR使得 引腳為“0”，控制輸出引腳OE有效，轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字量送入單片機(jī)的累加器中。（3）時鐘信號 由于ADC0809內(nèi)部沒有時鐘信號，所以為了使ADC0809能夠工作，必須使用外部的時鐘給其提供時鐘信號，可以使用

41、專用的時鐘電路，也可通過51單片機(jī)的ALE引腳提供。由于ADC0809的工作時鐘頻率為640KHZ左右，若單片機(jī)工作頻率為12MHZ，則單片機(jī)的ALE引腳輸出為2MHZ，經(jīng)過一個由D觸發(fā)器構(gòu)成的二分頻電路后，即可形成1MHZ供ADC0809使用的時鐘信號。例8-10電路如圖8-21，設(shè)計通道0的A/D轉(zhuǎn)換程序，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入片內(nèi)20H單元。（1）中斷方式 org 0000h ajmp main org 0003h ajmp int00 org 0030h main:setb ea setb ex0 setb it0 ;必須用脈沖觸發(fā)方式 mov dptr,#1eFFh ;選擇通道0 movx d

42、ptr,a ;鎖存通道地址，并啟動ADC0809 sjmp $ int00:movx a,dptr ;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并存入累加器A mov 20h,a movx dptr,a ;再一次啟動轉(zhuǎn)換 reti end（2）查詢方式 main:mov dptr,#1eFFh movx dptr,a jb p3.2,$ movx a,dptr、 mov 30h,a ajmp main end2、多通道使用 由于多通道使用時涉及到通道地址的連續(xù)變化，所以電路設(shè)計要符合連續(xù)的地址變化編程，電路接口如圖8-22。 圖中采用了74LS373鎖存器，將地址信息與數(shù)據(jù)信息分時處理，74LS373的輸出

43、端Q0Q2分別與ADC0809的通道選擇端ADDAADDC相連，并且由P2.7引腳控制ADC0809的啟動和數(shù)據(jù)輸出，這樣ADC0809的通道IN0IN7所對應(yīng)的地址就為07FF8H07FFFH。例8-11循環(huán)采集ADC0809的8路通道的模擬輸入量，并將數(shù)據(jù)依次存入20H27H單元。解：電路設(shè)計如圖8-21。采用中斷方式程序如下。 org 0000h ajmp main org 0003h ajmp int00 org 0030hmain:setb ea setb ex0 setb it0 ;必須用脈沖觸發(fā)方式 mov r0,#20h ;設(shè)置存儲單元首地址 mov r1,#8 ;設(shè)置循環(huán)次數(shù)

44、 mov dptr,#7ff8h ;指向通道IN0的地址 movx dptr,a sjmp $ int00:movx a,dptr mov r0,a inc r0 ;改變存儲單元指針 inc dptr ;改變通道地址指針 movx dptr,a djnz r1,lp ;判斷循環(huán)采集是否結(jié)束 mov dptr,#7ff8h ;循環(huán)采集結(jié)束，重新設(shè)置 mov r0,#20h mov r1,#8 movx dptr,a lp:reti end8.4.4 11路12位串行A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC2543 TLC2543是12位開關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換芯片，可通過串行的三態(tài)輸出端與51單片機(jī)的串行口進(jìn)行傳

45、輸數(shù)據(jù)。片內(nèi)有14路模擬開關(guān)，可選擇外部11個模擬量輸入通道中的任一個或三個內(nèi)部自測電壓中的一個，具有自動的采樣保持功能，轉(zhuǎn)換時間小于10s。一、引腳功能TLC2543芯片為20引腳雙列直插式和方形貼片式兩種，其引腳功能見表8-11。名 稱引 腳功 能AIN0AIN1019，11，1211路模擬量輸入通道，當(dāng)使用4.1MHz的時鐘時，外部輸入設(shè)備的輸入阻抗應(yīng)50 15片選端。上升沿禁止數(shù)據(jù)輸入/輸出和時鐘信號；下降沿復(fù)位計數(shù)器，并控制數(shù)據(jù)輸入輸出和時鐘信號。DIN17串行數(shù)據(jù)輸入。先輸入的4位數(shù)據(jù)用來選擇通道，后4位用來設(shè)置工作方式，最高為在前，每個時鐘的上升沿送入一位數(shù)據(jù)。DOUT16轉(zhuǎn)換數(shù)

46、字量輸出。數(shù)據(jù)在 為低電平是輸出。根據(jù)不同的工作方式有8、12和16位三種長度。EOC19轉(zhuǎn)換結(jié)束信號引腳。在命令字最后一個時鐘的下降沿變低，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束后變?yōu)楦唠娖?。GND，VCC10，20電源引腳。GND-地，VCC-+5VCLK18時鐘引腳。（1）前8個上升沿將命令字送入TLC2543數(shù)據(jù)寄存器，其中前4個是通道地址，后4個是工作方式控制字；（2）在第4個下降沿，選定輸入通道的輸入模擬電壓并對電容列陣充電直到最后一個CLK信號的下降沿結(jié)束；（3）在CLK的下降沿將上次的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出；（4）在最后一個CLK下降沿EOC變?yōu)榈碗娖健REF+，VREF-14，13基準(zhǔn)電壓引腳。通常VREF+

47、接電源正極，VREF-接地，最大輸入電壓取決于VREF之間的差值。 TLC2543在每次進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時都必須寫入命令字，以確定下一次轉(zhuǎn)換使用的通道號和輸出數(shù)據(jù)的性質(zhì)，輸入寄存器命令字的格式及功能如表。功能命令字字節(jié)通道地址數(shù)據(jù)長度控制數(shù)據(jù)輸出順序控制數(shù)據(jù)極性控制命令字位D7D6D5D4D3D2D1D0模擬量輸入通道AIN00000AIN10001AIN20010AIN30011AIN40100AIN50101AIN60110AIN70111AIN81000AIN91001AIN101010測試電壓差模1011VREF-1100VREF+1101軟件斷電1110數(shù)據(jù)長度8位0112位/016位

48、11高位輸出0低位輸出1單極（二進(jìn)制）0雙極（補(bǔ)碼）1二、TLC2543與51單片機(jī)接口設(shè)計 TLC2543是串行的A/D轉(zhuǎn)換芯片，相對于并行芯片其接口電路簡單很多，節(jié)省了I/O口資源，電路如圖。此電路是通過P1.1、P1.2、P1.3控制TLC2543的數(shù)字量串行輸出、時鐘信號、片選端，而由P1.0引腳輸出TLC2543的控制字。例8-12設(shè)計TLC2543采集AIN0通道的數(shù)據(jù)。TLC2543:mov r4,#04h ;設(shè)置命令字，選擇通道0,8位數(shù)據(jù)，高位輸出 mov a,r4 clr p1.3 ;cs有效 mov r5,#8 ;8位控制字?jǐn)?shù)據(jù) loop:clr p1.2 setb p1

49、.1 ;P1.1設(shè)為輸入引腳 mov c,p1.1 ;數(shù)字量串行由P1.1存入C rlc a mov p1.0,c ;控制字串行送入TLC2543 setb p1.2 ;產(chǎn)生一個CLK nop clr p1.2 djnz r5,loop mov 20H,a ajmp tlc2543 end第五節(jié) 后向通道中的D/A擴(kuò)展 通過前向通道可以收集數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，并對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行變換送入處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和狀態(tài)判斷，而若想調(diào)整被控參數(shù)和改變應(yīng)用系統(tǒng)運行控制狀態(tài)就必須輸出一些控制信息或命令。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，對被控對象輸出控制命令，實現(xiàn)控制操作改變其運行狀態(tài)的通道通常稱為后向通道。而單片機(jī)作為處理器本

50、身的I/O口輸出信號電平卻很低（在空載情況下接近5V），并不具備直接控制外部控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)和輸出模擬量的能力，所以通常也要進(jìn)行后向通道的擴(kuò)展。8.5.1 后向通道簡介 后向通道是對被控對象的控制和調(diào)節(jié)，要完成單片機(jī)與控制機(jī)構(gòu)之間的功率驅(qū)動、信號電平轉(zhuǎn)換、抗干擾等功能。 功率驅(qū)動是指將處理器的輸出的小信號進(jìn)行功率放大處理，以達(dá)到可以驅(qū)動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運行的功率要求。 信號電平轉(zhuǎn)換是指由于不同類型的集成電路的制造工藝不同，其輸入/輸出電平的有效區(qū)間也不盡相同，而為了使不同類型的集成電路可以連接使用就要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 抗干擾是指抑制由于被控對象或傳輸信息等在輸出過程中由于受傳輸距離、傳輸環(huán)境、前向通道等

51、多種因素的影響，所面臨的電磁波、振動、噪聲、信號衰減等干擾。一、設(shè)備驅(qū)動器 在單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用單片機(jī)控制一些大電流高電壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)如步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、繼電器、電磁開關(guān)等，這些機(jī)構(gòu)的負(fù)載功率通常都很大，單片機(jī)輸出的開關(guān)量不足以直接驅(qū)動，需要進(jìn)行功率放大才能驅(qū)動這些外設(shè)，有的是使用大功率接口電路，有的使用專用的驅(qū)動芯片，有的使用小功率繼電器，如集成達(dá)林頓管驅(qū)動芯片ULN2003，其可以驅(qū)動直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、繼電器、電磁閥等。二、D-A轉(zhuǎn)換 對于外部設(shè)備的驅(qū)動和控制不僅可以使用專用的設(shè)備驅(qū)動器，還可以使用D/A轉(zhuǎn)換芯片。D-A轉(zhuǎn)換是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，單片機(jī)的數(shù)字量輸出經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換芯片后，

52、可轉(zhuǎn)化為驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制和調(diào)整的模擬量。這樣就可以通過單片機(jī)改變控制量的大小、方向等以達(dá)到合理、科學(xué)的控制整個應(yīng)用系統(tǒng)，使系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的工作。三、電平轉(zhuǎn)換 集成電路按照制造工藝可分為TTL、MOS、COMS、DTL等多種類型，不同類型的集成電路之間進(jìn)行連接使用時或串行通信中的不同接口之間都就必須使用電平轉(zhuǎn)換器，如MC14504可將TTL電平轉(zhuǎn)化為COMS電平；DP8482AN可將ECL電平轉(zhuǎn)化為TTL電平。四、抑制干擾 由于環(huán)境、傳輸?shù)纫蛩貙纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的干擾會造成系統(tǒng)或控制的不穩(wěn)定，這些干擾包括了噪聲干擾、電磁干擾、電源干擾和通道干擾等，抑制這些干擾基本上可以從軟件和硬件兩方面入手。在硬

53、件方面可以使用線路驅(qū)動器和接收器、光電隔離來抑制長線路傳輸過程中的信號衰減、反射、噪聲等干擾；采用穩(wěn)壓、濾波、整流、掉電保護(hù)等技術(shù)抑制電源的干擾等等。在軟件方面主要是編寫一些算法程序，如數(shù)字濾波程序、補(bǔ)償程序、冗余校驗程序等。8.5.2 D/A轉(zhuǎn)換指標(biāo)及轉(zhuǎn)換原理一、D/A轉(zhuǎn)換指標(biāo) D/A轉(zhuǎn)換指標(biāo)不僅表明了D/A轉(zhuǎn)換芯片的基本特性，而且決定了采用D/A轉(zhuǎn)換芯片的應(yīng)用系統(tǒng)的控制、調(diào)節(jié)輸出能力。D/A轉(zhuǎn)換的性能指標(biāo)主要有分辨率、建立時間、轉(zhuǎn)換精度、線性誤差、溫度靈敏度等。1、分辨率 D/A轉(zhuǎn)換芯片與A/D轉(zhuǎn)換芯片的分辨率的概念是一樣的，都是表明芯片對模擬量的分辨能力。D/A轉(zhuǎn)換芯片的分辨率確定了能由

54、D/A轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生的最小模擬量的變化。通常用二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，如分辨率為8位的D/A轉(zhuǎn)換芯片能給出滿量程電壓的1/28的分辨能力，位數(shù)越多，則分辨率越高。2、建立時間 建立時間是將一個數(shù)字量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定模擬信號所需的時間，用來描述D/A轉(zhuǎn)換芯片的速度，一般情況電流輸出型的建立時間較短，而電壓輸出型建立時間較長。3、轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換精度是指滿量程時D/A轉(zhuǎn)換芯片的實際模擬輸出值和理論值的接近程度。如滿量程輸出的理論值為10V，而實際輸出值為9.99V10.01V，則轉(zhuǎn)換精度為10mV。一般情況下，D/A轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換精度是分辨率的1/2，即LSB/2，最小數(shù)字量對應(yīng)的輸出模擬電壓值的1/2。4、線

55、性誤差 線性誤差是指D/A轉(zhuǎn)換芯片的實際轉(zhuǎn)換模擬量偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大偏差與滿量程之間的百分比。5、偏移量誤差 偏移量誤差是指當(dāng)輸入數(shù)字量為“0”時，輸出模擬量相對于0的偏移量?？赏ㄟ^外界基準(zhǔn)電壓VREF和電位器進(jìn)行調(diào)整。6、溫度靈敏度 溫度靈敏度是指在數(shù)字輸入不變的情況下，模擬輸出信號隨溫度的變化。一般D/A轉(zhuǎn)換芯片的溫度靈敏度為50PPM/，PPM為百萬分之一。 在D/A轉(zhuǎn)換芯片使用時不僅要考慮其性能指標(biāo)在應(yīng)用系統(tǒng)中的影響，而且要考慮芯片的輸出形式和鎖存器的問題。常用的D/A轉(zhuǎn)換芯片有電壓輸出型（如TLC5615）和電流輸出型（如DAC0832）。另外有的D/A轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部沒有鎖存裝置，

56、結(jié)構(gòu)比較簡單，在于51單片機(jī)的P0口接口時需外加鎖存芯片，此類的D/A轉(zhuǎn)換芯片如DAC800、AD7520等；有的D/A轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部有鎖存裝置、數(shù)據(jù)及存器等，可以與51單片機(jī)的P0口直接相連使用，如DAC0832、AD7542等。二、D/A轉(zhuǎn)換原理 D/A轉(zhuǎn)換的原理是把輸入數(shù)字量的每位都按其二進(jìn)制權(quán)值分別轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬量，然后通過運算放大器求和相加，得到最終的輸出模擬量，在D/A轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部存在實現(xiàn)上述功能的電阻網(wǎng)絡(luò)，目前絕大部分D/A轉(zhuǎn)換芯片都采用了T型電阻網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，電路原理如圖8-24。8.5.3 8位并行D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832 DAC0832是CMOS工藝的8位并

57、行電流輸出型數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換芯片。其單電源供電，從+5+l5V均可正常工作，基準(zhǔn)電壓的范圍為10V，電流建立時間為ls，低功耗20mW。具有價格低廉、接口簡單、控制方便等優(yōu)點，其姊妹芯片還有DAC0830、DAC0831，可以進(jìn)行互相替換。一、引腳功能DAC0832芯片為20引腳，雙排直插式封裝。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-26，引腳功能如表8-13。名 稱引 腳功 能DI7DI01316，47轉(zhuǎn)換數(shù)字量數(shù)據(jù)輸入1片選信號（輸入），低電平有效ILE19數(shù)據(jù)鎖存允許信號（輸入），高電平有效6第1寫信號（輸入），低電平有效。該信號與ILE信號共同控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式：當(dāng)ILE=l和 =0

58、時，為輸入寄存器直通方式；當(dāng)ILE =1和 =1時，為輸入寄存器鎖存方式17數(shù)據(jù)傳送控制信號（輸入），低電平有效18第2寫信號（輸入），低電平有效。該信號與 信號合在一起控制DAC寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式；當(dāng) =0和= =0時，為DAC寄存器直通方式；當(dāng) =1和= =0時，為DAC寄存器鎖存方式Iout111電流輸出“1”。當(dāng)數(shù)據(jù)為全“1”時，輸出電流最大；為全“0”時輸出電流最小Iout212電流輸出2。DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是：lout1+Iout2 =常數(shù)。Rfb9反饋電阻端。即運算放大器的反饋電阻端，電阻（l5k）已固化在芯片中。因為DAC0832是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，

59、為得到電壓的轉(zhuǎn)換輸出，使用時需在兩個電流輸出端接運算放大器，Rfb即為運算放大器的反饋電阻VREF8基準(zhǔn)電壓，是外加高精度電壓源，與芯片內(nèi)的電阻網(wǎng)絡(luò)相連接，該電壓可正負(fù)，范圍為l0+l0VVCC20電源輸入端，+5+10V范圍內(nèi)DGND3數(shù)字地AGND10模擬地例8-13使用DAC0832的直通方式，產(chǎn)生一個幅值為0-5V的鋸齒波。解：在DAC0832的直通方式中，所有控制引腳均不需要51單片機(jī)進(jìn)行控制，故只需設(shè)置51單片機(jī)和DAC0832的數(shù)據(jù)接口即可。幅值為0-5V說明是單極性輸出。（1）電路設(shè)計 控制引腳ILE接高電平，其他所有控制引腳接數(shù)字地，51單片機(jī)的P0口和DAC0832的輸入端

60、直接相連即可，如圖。（2）程序設(shè)計MAIN:MOV A，#0 MOVX DPTR，A LP:INC A AJMP LP END 例8-14DAC0832工作在單緩沖方式下，輸出方波。解：由P2.0引腳控制DAC0832的片選端，程序如下。MAIN:MOV DPTR,#0FEFFH ;DAC0832地址，P2.0=0 MOV A,#0 ;方波波峰值，0V MOVX DPTR,A ;數(shù)字量送入DAC0832 LCALL DEL ;二分之一方波周期 MOV A,#255 ;方波波谷值，-5V MOVX DPTR,A LCALL DEL AJMP MAIN DEL:MOV R0,#10 ;晶振6MHz