第10章 單片機(jī)與其他器件的接口

第10章單片機(jī)與其他器件的接口【本章內(nèi)容】本章主要介紹在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（ADC）、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（DAC）、繼電器、光電耦合器等輸入、輸出器件的結(jié)構(gòu)、特性、參數(shù)與工作原理，并介紹單片機(jī)與這些器件進(jìn)行連接的接口技術(shù)與編程方法?！卷?xiàng)目驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)要點(diǎn)】

運(yùn)用本章介紹的模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù)，給應(yīng)用項(xiàng)目增加氣溫探測(cè)功能。運(yùn)用本章介紹的單片機(jī)與光電耦合器、繼電器的接口技術(shù)，在應(yīng)用項(xiàng)目中加上電鈴驅(qū)動(dòng)電路以及廣播設(shè)備控制電路。1第10章單片機(jī)與其他器件的接口10.1單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器的接口

10.2單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器的接口10.3單片機(jī)與繼電器的接口10.4單片機(jī)與光電耦合器件的接口練習(xí)題END210.1單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器的接口10.1.1D/A轉(zhuǎn)換器10.1.2單片機(jī)與DAC0832的接口3在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，單片機(jī)能直接處理的是數(shù)字量，而被控對(duì)象卻往往是通過(guò)模擬量來(lái)進(jìn)行控制的。這就需要將單片機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量，用于驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。能完成這一工作的器件叫數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)D/A轉(zhuǎn)換器（或DAC）。

10.1.1D/A轉(zhuǎn)換器4

D/A轉(zhuǎn)換器的原理可概括為“按權(quán)展開(kāi)，然后求和”，即把數(shù)字量的每一位都按其權(quán)值分別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量，然后進(jìn)行求和，便可得到與該數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。下面以T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器為例進(jìn)行介紹。1．D/A轉(zhuǎn)換器的原理5圖10-18位T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理圖T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器6

T型電阻網(wǎng)絡(luò)的橋上電阻均為R，橋臂電阻均為2R，待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量首先通過(guò)D7～D0傳送到數(shù)據(jù)鎖存器（或寄存器）中，然后由電子開(kāi)關(guān)把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)通/斷狀態(tài)：當(dāng)數(shù)字量某位為1時(shí)，電子開(kāi)關(guān)就將基準(zhǔn)電壓源VREF接入電阻網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)支路；若為０時(shí)，則將該支路接地。各支路的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)加權(quán)后，由運(yùn)算放大器求和并變換成電壓信號(hào)，從而得到與輸入數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的模擬量作為D/A轉(zhuǎn)換器的輸出。8位T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理分析：7假設(shè)輸入的數(shù)字量D7～D0為11111111B，由圖10-1可以得到：輸出表達(dá)式的推導(dǎo)過(guò)程:I

=

VREF/RI7

=

I/21I6

=

I7/2

=

I/22I5

=

I6/2

=

I/23I4

=

I5/2

=

I/24I3

=

I4/2

=

I/25I2

=

I3/2

=

I/26I1

=

I2/2

=

I/27I0

=

I1/2

=

I/28IO1

=

I7

+

I6

+

I5

+

I4

+

I3

+

I2

+

I1

+

I0

=

(I/28)

×

(27

+

26

+

25

+

24

+

23

+

22

+

21

+

20)

=

((VREF/R)/28)

×

(27

+

26

+

25

+

24

+

23

+

22

+

21

+

20)8VO

=

Ifb

×

Rfb

=

–IO1

×

R

=

–((VREF/R)/28)

×

(27

+

26

+

25

+

24

+

23

+

22+

21

+

20)

R

=

–

(VREF/28)

×

(27

+

26

+

25

+

24

+

23

+

22

+

21+

20)若選取Rfb

=

R，考慮到圖10-1中運(yùn)算放大器的反相輸入端處可以看作“虛地”，則有:Ifb

=

?

IO1因此，可以得到：輸出表達(dá)式的推導(dǎo)過(guò)程:9事實(shí)上，輸入的數(shù)字量D7～D0并不一定是全1。若它們中的某些位為0時(shí)，對(duì)應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)就會(huì)打在0的位置，將對(duì)應(yīng)的支路接地，使接地支路的電流不參加求和。為此，可將上式用通式表示為：VO

=

?

(VREF/28)

×

(D7

·

27

+

D6

·

26

+

D5

·

25

+

D4

·

24

+

D3

·

23

+

D2

·

22

+

D1

·

21

+

D0

·

20)

輸出電壓VO正好是將輸入數(shù)字量“按權(quán)展開(kāi)，然后求和”，所得到的模擬量與數(shù)字量一一對(duì)應(yīng)。這樣便完成了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。輸出表達(dá)式的推導(dǎo)過(guò)程:10

（1）分辨率（2）轉(zhuǎn)換精度

（3）線性度（4）建立時(shí)間（5）其他參數(shù)指標(biāo)2．D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)11

DAC的分辨率用來(lái)衡量D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入的數(shù)字量與輸出模擬量的分辨能力。

DAC對(duì)輸入數(shù)字量的分辨率:由于數(shù)字量是用二進(jìn)制數(shù)表示的，二進(jìn)制的最低有效位（LSB）在數(shù)值上等于1，所以DAC對(duì)數(shù)字量能分辨的最小量就是1，也就是說(shuō)DAC對(duì)輸入數(shù)字量的分辨率為1?；蛘哒f(shuō)是1個(gè)LSB。這對(duì)任何DAC器件來(lái)說(shuō)都是一樣的，所以人們更關(guān)心是對(duì)模擬量的分辨率，并用模擬量的分辨率來(lái)表示DAC的分辨率。（1）分辨率12

DAC對(duì)輸出模擬量的分辨率：當(dāng)DAC的輸入數(shù)字量變化1個(gè)LSB時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出模擬量的變化量。與ADC輸入數(shù)字量的位數(shù)以及滿(mǎn)量程值的大小有關(guān)，可按下式計(jì)算：分辨率

=

滿(mǎn)量程值/2n

式中，n是DAC輸入數(shù)字量的二進(jìn)制位數(shù)。例如，假設(shè)滿(mǎn)量程值為5V，則采用8位DAC時(shí)，分辨率

=

5V/28

=

19.5mV采用12位DAC時(shí)，分辨率

=

5V/212

=

1.22mV

顯然，DAC的位數(shù)越多，其分辨率就越高。所以也常常直接用DAC的位數(shù)來(lái)表示其分辨率。13轉(zhuǎn)換精度用于衡量DAC轉(zhuǎn)換輸出的實(shí)際模擬值與理論輸出值的接近程度。用兩者的絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示，相應(yīng)地稱(chēng)為絕對(duì)精度和相對(duì)精度。（2）轉(zhuǎn)換精度14絕對(duì)精度（簡(jiǎn)稱(chēng)精度）是指在不超出量程范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最大誤差。例如，一個(gè)8位、滿(mǎn)量程值為5V的D/A轉(zhuǎn)換器，在理想情況下，當(dāng)DAC的輸入數(shù)字量變化1個(gè)LSB時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出模擬量的變化量應(yīng)是19.5mV。但實(shí)際情況下，會(huì)因各種原因?qū)е螺敵鲋蛋l(fā)生偏移，假設(shè)這個(gè)偏移值為

±

9.75mV（即19.5mV/2），則稱(chēng)這個(gè)DAC的絕對(duì)精度為

±

（1/2）LSB，或稱(chēng)其最大誤差為1LSB。絕對(duì)精度15相對(duì)精度則是用最大誤差相對(duì)于滿(mǎn)刻度的百分比表示。如上述例子中的相對(duì)精度應(yīng)為19.5mV/5V

=

0.39%。相對(duì)精度16線性度（也稱(chēng)非線性誤差）是實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。常以該偏差相對(duì)于滿(mǎn)量程的百分比表示，如

±1%線性度是指實(shí)際輸出值與理論值之差在滿(mǎn)刻度的

±1%以?xún)?nèi)。也可直接用該偏差值表示，一般要求該值不大于

±

1/2LSB。（3）線性度17建立時(shí)間是指從DAC輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)開(kāi)始，到模擬輸出量達(dá)到對(duì)應(yīng)終值±1/2LSB所需要的時(shí)間，是描述D/A轉(zhuǎn)換速率的一個(gè)指標(biāo)。根據(jù)建立時(shí)間的長(zhǎng)短，可以將DAC分成超高速（

＜

1μs

）、高速（10～1μs）、中速（100～10μs）和低速（

≥

100μs）4擋。（4）建立時(shí)間18其他參數(shù)指標(biāo)包括工作溫度、最低功耗等。（5）其他參數(shù)指標(biāo)19常用的8位DAC芯片有DAC0830、DAC0831、DAC0832、DAC0834、DAC0838等。下面以DAC0832為例進(jìn)行介紹。3．常用的D/A轉(zhuǎn)換芯片20分辨率：8位。電流建立時(shí)間：1μs。數(shù)據(jù)輸入方式：雙緩沖、單緩沖或直通方式線性度：

±1/2LSB。邏輯電平輸入與TTL電平兼容。能與所有常用的微處理器直接互連。供電：?jiǎn)我浑娫矗?/p>

+5～

+15V。功耗：20mＷ。工作溫度：0℃～

+

70℃到

?55℃～

+125℃（在芯片上用不同的后綴加以分檔）。（1）DAC0832的主要性能和技術(shù)參數(shù)21圖10-2DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（2）DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)22采用DIP封裝的DAC0832，共有20條引腳，如圖10-3所示。（3）DAC0832的外部引腳圖10-3DAC0832外部引腳23

DI7～DI0：8位數(shù)字量輸入引腳。

IOUT1、IOUT2：電流模擬量輸出引腳，當(dāng)輸入數(shù)字量全為1時(shí)，IOUT1輸出電流最大，IOUT2輸出電流最??；當(dāng)輸入數(shù)字量為全0時(shí)，情況相反，IOUT2最大，IOUT1最小。IOUT1

+

IOUT2為一個(gè)常數(shù)DAC0832各引腳的名稱(chēng)、功能

ILE：鎖存允許信號(hào)輸入引腳。：片選信號(hào)輸入引腳，和鎖存允許信號(hào)ILE共同決定是否起作用。：寫(xiě)信號(hào)1輸入引腳，當(dāng)ILE為1且、同時(shí)為0時(shí)，與門(mén)M1輸出為1，為0，將輸入數(shù)字量鎖存到輸入寄存器中。24

：寫(xiě)信號(hào)2輸入引腳，當(dāng)與同時(shí)為0時(shí)，與門(mén)M3輸出為1，為0，可將輸入DAC寄存器的數(shù)據(jù)輸出到D/A轉(zhuǎn)換器。：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入引腳，與信號(hào)配合，用于控制DAC寄存器。

Rfb：集成在DAC0832片內(nèi)的外接運(yùn)放反饋電阻引出腳，可以直接接到外接運(yùn)算放大器的輸出端，構(gòu)成負(fù)反饋回路。25

VREF：參考電壓輸入引腳，電壓范圍為

?10V～

+10V。

Vcc：電源輸入引腳，電壓范圍為

+5V～

+15V。AGND、DGND：模擬量接地引腳和數(shù)字量接地引腳。通常可將它們接在一起。26通過(guò)對(duì)DAC0832內(nèi)部的輸入鎖存器和DAC寄存器進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂凭涂梢允笵AC0832工作于直通、單緩沖和雙緩沖3種方式。10.1.2單片機(jī)與DAC0832的接口27當(dāng)DAC0832芯片的片選信號(hào)，寫(xiě)信號(hào)、及傳送控制信號(hào)的引腳全部接地，允許輸入鎖存信號(hào)ILE引腳接

+5V時(shí)，DAC0832芯片就處于直通工作方式，輸入的數(shù)字量直接進(jìn)入輸入寄存器、DAC寄存器并直達(dá)D/A轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。此方式適用于進(jìn)行無(wú)條件數(shù)/模轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合。1．直通方式28單緩沖方式是指DAC0832內(nèi)部的兩個(gè)寄存器，一個(gè)處于直通狀態(tài)，另一個(gè)受單片機(jī)控制的工作方式；或者是指兩個(gè)寄存器均由單片機(jī)同時(shí)選通的工作方式。如圖10-4（a）、（b）所示。2．單緩沖方式29圖10-4單片機(jī)與DAC0832的單緩沖方式接口電路(a)DAC0832的單緩沖方式接口電路（a）30圖10-4單片機(jī)與DAC0832的單緩沖方式接口電路(b)

DAC0832的單緩沖方式接口電路（b）31在圖10-4（a）、（b）中，DAC0832的地址均為為7FFFH，只要單片機(jī)執(zhí)行如下指令，就可以進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并輸出。單緩沖方式D/A轉(zhuǎn)換程序：MOV A,#data;待轉(zhuǎn)換數(shù)字量送AMOV DPTR,#7FFFH;P2.7=0,指向DAC0832口地址MOVX @DPTR,A ;待轉(zhuǎn)換數(shù)字量送入DAC0832,

啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換32VO

=

?

(VREF/28)

×

(D7

·

27

+

D6

·

26

+

D5

·

25

+

D4

·

24

+

D3

·

23

+

D2

·

22

+

D1

·

21

+

D0

·

20)圖10-4的輸出電壓在圖10-4，DAC0832的IOUT2接地，IOUT1接運(yùn)放的反相輸入端，經(jīng)運(yùn)算放大器后，便得到單極性電壓輸出。其大小按前面介紹過(guò)的式子計(jì)算：33下面以利用圖10-4產(chǎn)生鋸齒波、三角波與梯形波為例，說(shuō)明單片機(jī)控制DAC0832在單緩沖方式下的應(yīng)用。DAC0832在單緩沖方式下的應(yīng)用34產(chǎn)生鋸齒波的程序如下：

ORG0100HSATRT：MOVDPTR,#7FFFH ;指向DAC0832 MOVX

@DPTR,A ;啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換

INC

A ;待轉(zhuǎn)換數(shù)字量加1

SJMP

START

;循環(huán)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換

END（1）產(chǎn)生鋸齒波圖10-5單片機(jī)通過(guò)DAC0832產(chǎn)生的波形35

ORG 0200HSATRT：CLRA ;數(shù)字量初值

MOV

DPTR,#7FFFH ;指向DAC0832DOWN：MOVX@DPTR,A ;啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換,形成三角波的下降段

INCA ;待轉(zhuǎn)換數(shù)字量加1

JNZ DOWN ;未完,繼續(xù)

MOV A,#0FEH ;三角波上升段數(shù)字量初值UP： MOVX @DPTR,A ;啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換,形成三角波的上升段

DEC A ;待轉(zhuǎn)換數(shù)字量減1

JNZ UP ;未完,繼續(xù)

SJMP DOWN ;已完,則循環(huán)

END（2）產(chǎn)生三角波圖10-5單片機(jī)通過(guò)DAC0832產(chǎn)生的波形36

ORG 0300HSATRT：MOV A,#00H ;設(shè)置梯形波上底電平（根據(jù)實(shí)際選擇）

MOV DPTR,#7FFFH ;指向DAC0832 MOVX @DPTR,A ;啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換

ACALL DELAY ;調(diào)用延時(shí)子程序,形成梯形波上底DOWN：MOVX @DPTR,A ;啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換,形成梯形波的下降段

INC A ;待轉(zhuǎn)換數(shù)字量加1

JNZ DOWN ;未完,繼續(xù)

ACALL DELAY ;已完,調(diào)用延時(shí)子程序,形成梯形波下底

MOV A,#0FEH ;梯形波上升段數(shù)字量初值UP： MOVX @DPTR,A ;啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換,形成梯形波的上升段

DEC A ;待轉(zhuǎn)換數(shù)字量減1

JNZ UP ;未完,繼續(xù)

SJMP START ;已完,則循環(huán)DELAY： …… ;延時(shí)時(shí)間根據(jù)實(shí)際要求設(shè)定

RET END（3）產(chǎn)生梯形波圖10-5單片機(jī)通過(guò)DAC0832產(chǎn)生的波形373．雙緩沖方式雙緩沖方式是指DAC0832內(nèi)部的兩個(gè)寄存器均由單片機(jī)分別進(jìn)行選通的工作方式。此方式適用于要求多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換同步輸出的情況。下面以一個(gè)兩路同步輸出的D/A轉(zhuǎn)換接口電路為例加以介紹，電路如圖10-6所示。38圖10-6單片機(jī)與DAC0832的雙緩沖方式接口電路單片機(jī)與DAC0832的雙緩沖方式接口電路39圖10-6分析:

◆

DAC0832（1）、DAC0832（2）的內(nèi)部輸入寄存器端口地址分別為DFFFH和BFFFH，單片機(jī)只要對(duì)這兩個(gè)端口進(jìn)行寫(xiě)操作，就可以將待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量分時(shí)送入各片DAC0832的輸入寄存器中。

◆由于兩片DAC0832的內(nèi)部DAC寄存器端口地址為7FFFH，對(duì)該端口進(jìn)行寫(xiě)操作，就可以使兩片DAC0832同時(shí)將各自輸入已鎖存在輸入寄存器中的數(shù)據(jù)送入各自的DAC寄存器，并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換輸出。40雙緩沖方式D/A轉(zhuǎn)換程序

ORG 0500HDACSUB：MOVR2,#20 ;計(jì)數(shù)初值

MOV R0,#40H ;指向第一組數(shù)據(jù)首地址

MOV R1,#60H ;指向第二組數(shù)據(jù)首地址LOOP：MOV A,@R0 ;取第一組數(shù)據(jù)

MOVDPTR,#0DFFFH;指向DAC0832(1)輸入寄存器

MOVX @DPTR,A ;第一組數(shù)據(jù)送入DAC0832(1)輸入寄存器

MOV A,@R1 ;取第二組數(shù)據(jù)

MOVDPTR,#0BFFFH ;指向DAC0832(2)輸入寄存器

MOVX @DPTR,A ;第二組數(shù)據(jù)送入DAC0832(2)輸入寄存器

MOV DPTR,#7FFFH ;指向兩片DAC0832的DAC寄存器

MOVX @DPTR,A ;同時(shí)啟動(dòng)兩片DAC的D/A轉(zhuǎn)換,同步輸出

INC R0 ;修改指針

INC R1 DJNZ R2,LOOP ;未完繼續(xù)

RET ;轉(zhuǎn)換完畢,返回

END

假設(shè)需要同步進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的兩組長(zhǎng)度為20個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)分別存放在8051片內(nèi)RAM以40H、60H為起始地址的單元中。4110.2單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器的接口 10.2.1A/D轉(zhuǎn)換器10.2.2單片機(jī)與ADC0809的接口4210.2.1A/D轉(zhuǎn)換器在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，需要被采集的輸入信息有許多往往是連續(xù)變化的物理量，如溫度、速度、電壓、電流、壓力、流量等，這些連續(xù)變化的物理量稱(chēng)為模擬量。由于單片機(jī)能直接處理的信息是數(shù)字量，所以需要將連續(xù)變化的物理量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。完成這一工作的器件叫做模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)A/D轉(zhuǎn)換器（或ADC）。431．A/D轉(zhuǎn)換器的原理

A/D轉(zhuǎn)換器按工作原理分類(lèi)，主要有4種類(lèi)型：逐次逼近式、雙積分式、計(jì)數(shù)比較式和并行式。下面以8位逐次逼近式ADC為例介紹A/D轉(zhuǎn)換器的原理。8位逐次逼近式ADC原理框圖如圖10-7所示。448位逐次逼近式ADC原理框圖圖10-78位逐次逼近式ADC原理框圖458位逐次逼近式ADC工作原理控制電路首先使8位寄存器的D7位置1，其余位清0，此時(shí)該寄存器輸出的數(shù)字量為80H，該值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量，輸出VN電壓，這時(shí)VN的值為VIN滿(mǎn)量程值的一半。比較器將VN與待轉(zhuǎn)換的模擬量輸入信號(hào)VIN進(jìn)行比較，若VIN大于等于VN，則比較器輸出為1，通過(guò)控制電路使8位寄存器保留D7

=

1，并使下一位D6

=

1，所得的新值（C0H）再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器得到新的VN，再與VIN比較，并重復(fù)前述過(guò)程。反之，當(dāng)使8位寄存器的D7

=

1后，經(jīng)比較，若VIN小于VN，則使8位寄存器的D7

=

0、D6

=

1，所形成數(shù)字量40H經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器得到的新的VN再與VIN比較，并重復(fù)前述過(guò)程。以此類(lèi)推，從8位寄存器的D7到D0逐次比較完畢，轉(zhuǎn)換過(guò)程結(jié)束。462．A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)（1）分辨率（2）量化誤差（3）轉(zhuǎn)換精度（4）轉(zhuǎn)換時(shí)間或轉(zhuǎn)換速率（5）其他參數(shù)指標(biāo)47（1）分辨率ADC的分辨率是指ADC輸出的數(shù)字量增加或減少1（1個(gè)LSB）時(shí)，所需的輸入模擬量的變化量。ADC分辨率的計(jì)算方法與DAC相同。

分辨率

=

滿(mǎn)量程值/2n式中，n是ADC輸出數(shù)字量的二進(jìn)制位數(shù)。對(duì)于滿(mǎn)量程值為5V的8位ADC，分辨率

=

5V/28

=

19.5mV。48量化誤差是實(shí)際量化曲線與理想量化曲線之間的最大偏差。圖10-8所示的量化誤差為

±1/2（LSB），顯然，ADC的分辨率越高，量化誤差越小。（2）量化誤差圖10-8ADC的轉(zhuǎn)換特性49ADC轉(zhuǎn)換精度一般用絕對(duì)精度來(lái)衡量，是ADC輸出任何數(shù)字量時(shí)，所對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸入模擬量與理想輸入模擬量之差的最大值。它包括偏移誤差、滿(mǎn)刻度誤差（增益誤差）、線性誤差、量化誤差等綜合誤差，其大小也常用LSB為單位來(lái)表示。（3）轉(zhuǎn)換精度50ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間是指ADC完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，即從啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)開(kāi)始，到輸出端輸出穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率是指ADC在單位時(shí)間內(nèi)能夠完成A/D轉(zhuǎn)換的次數(shù)?？梢?jiàn)，轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率互為倒數(shù)。（4）轉(zhuǎn)換時(shí)間或轉(zhuǎn)換速率51其他參數(shù)指標(biāo)包括時(shí)鐘頻率、工作溫度、最低功耗等。（5）其他參數(shù)指標(biāo)523．常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片常用的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換芯片有：8位單通道的ADC0801～ADC08058位8通道的ADC0808/ADC08098位16通道的ADC0816/ADC081712位的AD574……下面以ADC0809為例加以介紹53（1）ADC0809的主要性能和技術(shù)參數(shù)分辨率：8位。轉(zhuǎn)換精度：小于

±

1LSB。

單路

+

5V供電，輸入模擬量電壓范圍為0～

+5V

具有地址譯碼選擇的8路輸入模擬開(kāi)關(guān)?？涉i存三態(tài)輸出，與TTL電平兼容。功耗：15mW。

不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿(mǎn)量程調(diào)整。時(shí)鐘頻率范圍：10～1280kHz；典型時(shí)鐘頻率為640kHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s。

標(biāo)準(zhǔn)封裝或28腳DIP封裝。工作溫度范圍：

?40℃～

+85℃。54（2）ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖10-9ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖55ADC0809各組成部分的功能地址鎖存與譯碼器：在地址鎖存信號(hào)ALE控制下，對(duì)輸入ADC0809的3位地址（C、B、A）進(jìn)行鎖存、譯碼，通過(guò)譯碼輸出對(duì)8路模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。8路模擬開(kāi)關(guān)：用于選擇8路模擬輸入IN7～I(xiàn)N0。當(dāng)3位地址（ADDC、ADDB、ADDA）為000B～111B時(shí)，選擇的輸入分別為IN0～I(xiàn)N7。56ADC0809各組成部分的功能8位A/D轉(zhuǎn)換器：用于將被地址鎖存與譯碼器選中的輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，使EOC引腳為高電平，并將數(shù)字量存入三態(tài)輸出鎖存器。三態(tài)輸出鎖存器：用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完成后所得到的數(shù)字量，當(dāng)OE為高電平時(shí)，將數(shù)字量從2?1～2?8（與常規(guī)標(biāo)注的D7～D0對(duì)應(yīng)）引腳輸出。當(dāng)OE為低電平時(shí)，2?1～2?8引腳對(duì)外呈高阻狀態(tài)。57（3）ADC0809的外部引腳采用DIP封裝的ADC0809，共有28條引腳，如圖10-10所示。圖10-10ADC0809的外部引腳58ADC0809的外部引腳名稱(chēng)、功能

IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入引腳。

2?1～2?8：8位數(shù)字量輸出引腳。2?1為最高位。ADDC、ADDB、ADDA：3位地址輸入引腳。用于經(jīng)譯碼后，對(duì)輸入的8路模擬量IN0～I(xiàn)N7進(jìn)行8中選1。

ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入引腳。用于將3位地址信號(hào)ADDC、ADDB、ADDA進(jìn)行鎖存，以供譯碼器進(jìn)行譯碼。

CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入引腳。START：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換控制信號(hào)輸入引腳。該脈沖由外部電路送入，脈沖上升沿用于對(duì)ADC0809內(nèi)部的逐次逼近寄存器進(jìn)行復(fù)位，下降沿后ADC0809開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。59ADC0809的外部引腳名稱(chēng)、功能

EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳。A/D轉(zhuǎn)換期間EOC為低電平，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC為高電平。

OE：數(shù)字量輸出允許控制引腳。用于控制輸出鎖存器的三態(tài)門(mén)。當(dāng)OE為高電平時(shí)，允許轉(zhuǎn)換結(jié)果從8位數(shù)字量輸出引腳2?1～2?8輸出。

VREF(+)、VREF(?)：參考電壓輸入引腳。通常將VREF(+)與VCC相連，VREF(?)接地。

VCC：

+

5V電源輸入引腳。

GND：接地引腳。6010.2.2單片機(jī)與ADC0809的接口1．硬件連接2．應(yīng)用程序611．硬件連接

◆單片機(jī)與ADC0809連接，需要考慮的問(wèn)題：（1）由于ADC0809沒(méi)有片內(nèi)時(shí)鐘，工作時(shí)需要外加時(shí)鐘信號(hào)，這可以從單片機(jī)的ALE引腳獲得。（2）ADC0809內(nèi)部有一個(gè)8位三態(tài)輸出鎖存器，因此，ADC0809的數(shù)字量輸出線可以與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接連接。（3）ADC0809沒(méi)有片選信號(hào)輸入引腳，因此，需要通過(guò)產(chǎn)生ADC0809的ALE、START信號(hào)和OE信號(hào)來(lái)控制ADC0809工作，前者控制ADC0809鎖存用于選擇模擬量輸入通道的3位地址并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；后者控制ADC0809將轉(zhuǎn)換結(jié)果送給單片機(jī)。62◆單片機(jī)與ADC0809的接口電路圖10-11單片機(jī)與ADC0809的接口電路632．應(yīng)用程序程序要求為：對(duì)圖10-11中的8路模擬量輸入信號(hào)IN0～I(xiàn)N7輪流采集一遍，并將采集到的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果（數(shù)字量）存入單片機(jī)內(nèi)部RAM以50H為起始地址的數(shù)據(jù)區(qū)中。64（1）采用查詢(xún)方式編程

ORG 0100H CLR EA ;關(guān)閉總中斷

LCALL ADC1 ……ADC1：MOV R0,#50H ;指向數(shù)據(jù)區(qū)起始地址

MOV DPTR,#7FF8H ;指向IN0通道,預(yù)置P2.7為0

MOV R2,#08H ;模擬量輸入通道數(shù)送R2LOOP：MOVX @DPTR,A ;送出選擇IN0的地址并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

JBP3.3,$ ;查詢(xún)A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束,若未結(jié)束則等待

MOVX A,@DPTR ;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束,則讀數(shù)字量至A MOV @R0,A ;存儲(chǔ)數(shù)字量至數(shù)據(jù)區(qū)

INC DPTR ;指向下一個(gè)輸入通道

INC R0 ;指向數(shù)據(jù)區(qū)下一單元

DJNZ R2,LOOP ;8個(gè)通道采集完否？若未完,則轉(zhuǎn)LOOP RET ;采集完畢,返回

END65（2）采用中斷方式編程

;主程序

ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0013H ;中斷服務(wù)程序入口

AJMP ADC2 ;轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序

ORG 0200HMAIN： MOV R0,#50H ;指向數(shù)據(jù)區(qū)起始地址

MOV R2,#08H ;模擬量輸入通道數(shù)送R2 SETB IT1 ;置為邊沿觸發(fā)方式

SETB EA ;開(kāi)放中斷

SETB EX1 ;允許中斷

MOV DPTR,#7FF8H ;指向IN0通道,預(yù)置P2.7為0

MOVX @DPTR,A ;送出選擇IN0的地址并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

SJMP $ ;等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束并發(fā)生中斷66（2）采用中斷方式編程

;中斷服務(wù)程序

ORG 0300HADC2：MOVX A,@DPTR ;讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果（數(shù)字量）至A MOV @R0,A ;存儲(chǔ)數(shù)字量至數(shù)據(jù)區(qū)

INC R0 ;指向數(shù)據(jù)區(qū)下一單元

INC DPTR ;指向下一個(gè)輸入通道

MOVX @DPTR,A ;送出選擇下一通道的地址并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

DJNZ R2,LOOP ;8個(gè)通道采集完否？若未完,則轉(zhuǎn)LOOP CLR EX1 ;采集完畢,則關(guān)中斷LOOP：RETI ;中斷返回

END

67【項(xiàng)目應(yīng)用】要實(shí)現(xiàn)以上設(shè)想，可按如下步驟進(jìn)行。要求在應(yīng)用項(xiàng)目加進(jìn)一個(gè)溫度傳感器，使應(yīng)用項(xiàng)目除了能按要求自動(dòng)打鈴、播放廣播外，還具有能探測(cè)氣溫的功能。在LED數(shù)碼管上既能顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，又能顯示實(shí)時(shí)氣溫，若對(duì)整個(gè)裝置加以適當(dāng)?shù)耐獗硌b飾，便可掛于廳堂，同時(shí)起到告示牌的作用。68（1）選擇一個(gè)溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣溫的實(shí)時(shí)探測(cè)，例如，可選用AD590溫度傳感器。AD590產(chǎn)生的電流與溫度成正比，它的工作電壓為4V～30V，檢測(cè)溫度范圍為?55℃～+150℃，具有非常好的線性輸出特性，溫度每增加1℃，其輸出電流增加1A。通過(guò)信號(hào)放大電路可將AD590的輸出進(jìn)行放大并處理成符合ADC輸入要求的信號(hào)?！卷?xiàng)目應(yīng)用】69【項(xiàng)目應(yīng)用】（2）使用前面介紹的ADC器件對(duì)溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，獲得實(shí)時(shí)氣溫的數(shù)字量。ADC所需的控制信號(hào)可按前面介紹的方法構(gòu)造，模擬量輸入只用一路即可。（3）將應(yīng)用項(xiàng)目中的LED顯示電路中的字位口由8155的A口改為C口，將A口設(shè)置為輸入口，并與ADC數(shù)字量輸出線連接，用于將ADC中的實(shí)時(shí)氣溫?cái)?shù)字量通過(guò)數(shù)據(jù)總線送入單片機(jī)，并存到單片機(jī)內(nèi)部RAM的氣溫?cái)?shù)據(jù)區(qū)。70【項(xiàng)目應(yīng)用】（4）編寫(xiě)一個(gè)氣溫采集、顯示子程序，用于采集AD590的輸入模擬量、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、讀入氣溫?cái)?shù)字量并送至LED顯示。（5）對(duì)原來(lái)的應(yīng)用項(xiàng)目源程序進(jìn)行適當(dāng)改寫(xiě)，插入氣溫采集、顯示子程序，并在適當(dāng)?shù)奈恢门c時(shí)間顯示子程序輪流調(diào)用，輪換時(shí)加以適當(dāng)延時(shí)即可。

具體的電路和程序省略，感興趣的讀者可按以上思路自行設(shè)計(jì)。7110.3單片機(jī)與繼電器的接口10.3.1繼電器10.3.2單片機(jī)與繼電器的接口7210.3.1繼電器單片機(jī)控制系統(tǒng)總是要輸出一些控制信號(hào)對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行各種控制。當(dāng)這些被驅(qū)動(dòng)的設(shè)備屬于高電壓、大電流設(shè)備時(shí)，直接用單片機(jī)的I/O口來(lái)驅(qū)動(dòng)是不行的，常用的方法是利用繼電器將單片機(jī)輸出的低壓直流控制轉(zhuǎn)換為高壓直流或交流的控制，以達(dá)到用較小的電流去控制較大電流的目的。下面以電磁繼電器為例加以介紹。731．電磁繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁繼電器是一種利用電磁力來(lái)切換觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)型電子器件，其典型結(jié)構(gòu)如圖10-12所示。符號(hào)如圖10-13所示

圖10-12電磁繼電器的結(jié)構(gòu)圖10-13電磁繼電器的符號(hào)741．電磁繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁繼電器由一個(gè)帶鐵芯的線圈J、銜鐵、簧片、彈簧及若干合金觸點(diǎn)構(gòu)成，在線圈未通電時(shí)，觸點(diǎn)1-2閉合，為常閉觸點(diǎn)；1-3觸點(diǎn)斷開(kāi)，為常開(kāi)觸點(diǎn)。線圈通電后，線圈中流過(guò)電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與常開(kāi)觸點(diǎn)吸合，使1-2斷開(kāi)，1-3接通。當(dāng)線圈斷電后，電磁力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧力的作用下返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。752．電磁繼電器的主要參數(shù)線圈直流電阻：繼電器線圈的直流電阻值。額定工作電壓：繼電器正常工作時(shí)，線圈兩端所加的額定電壓。對(duì)于使用直流的電磁繼電器，常用的直流額定電壓有5V、6V、12V、24V、48V等。觸點(diǎn)吸合電壓：使繼電器觸點(diǎn)吸合，線圈應(yīng)加的最低電壓，通常為額定電壓的70%～80%。觸點(diǎn)釋放電壓：使吸合的觸點(diǎn)釋放，線圈所加的最低電壓。通常比吸合電壓低。觸點(diǎn)負(fù)荷：繼電器觸點(diǎn)允許通過(guò)的電流和所加的電壓。即觸點(diǎn)能夠承受的負(fù)載大小。其他參數(shù)：額定工作電流、觸點(diǎn)吸合電流、觸點(diǎn)釋放電流、線圈消耗功率等。7610.3.2單片機(jī)與繼電器的接口圖10-14單片機(jī)與小型繼電器的接口電路77單片機(jī)與小型繼電器的接口電路工作原理:當(dāng)單片機(jī)的I/O引腳輸出低電平時(shí)，74LS06輸出高電平，驅(qū)動(dòng)管T1導(dǎo)通，繼電器吸動(dòng)，引起繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，將負(fù)載接入高電壓、大電流回路之中。反之，當(dāng)單片機(jī)的I/O引腳輸出高電平時(shí)，74LS06輸出低電平，驅(qū)動(dòng)管T1截止，繼電器不吸合，將負(fù)載斷開(kāi)。74LS06為帶OC門(mén)的高壓輸出為六反相驅(qū)動(dòng)器，用以增加單片機(jī)I/O引腳的驅(qū)動(dòng)能力，D1為隔離二極管，T1為繼電器J1的驅(qū)動(dòng)管，D2為保護(hù)二極管，用于防止繼電器斷開(kāi)瞬間引起高壓擊穿驅(qū)動(dòng)管。

7810.4單片機(jī)與光電耦合器件的接口10.4.1光電耦合器10.4.2單片機(jī)與光電耦合器的接口7910.4.1光電耦合器光電耦合器件是將發(fā)光器件（發(fā)光二極管）與受光器件（如光敏三極管）封裝在一起，構(gòu)成電—光—電轉(zhuǎn)換的器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10-15所示。圖10-15光電耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)801．光電耦合器的主要特點(diǎn)（1）輸入回路與輸出回路之間的絕緣電阻很大（1010Ω以上），并能承受2

000V以上高壓，因而輸入與輸出回路之間在電氣上完全隔離。由于輸入、輸出自成系統(tǒng)，無(wú)須接地，能有效地避免輸出回路對(duì)輸入回路可能產(chǎn)生的反饋干擾。（2）由于光電耦合器中的發(fā)光二極管以電流方式驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)電阻很小，輸入回路中的干擾，如電源電壓波動(dòng)、溫度變化引起的熱噪聲等對(duì)輸出回路影響不大。（3）光電耦合器作為開(kāi)關(guān)使用時(shí)，具有使用壽命長(zhǎng)、可靠性高和反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)關(guān)時(shí)間一般為微秒級(jí)，最快可達(dá)納秒級(jí)。812．光電耦合器的主要參數(shù)（1）導(dǎo)通電流和截止電流：一般為10mA。（2）輸出端工作電流：是指光耦合器導(dǎo)通時(shí)，流過(guò)輸出端受光器件的額定電流。（3）電流傳輸比：為輸出回路的集電極電流與輸入回路發(fā)光二極管的工作電流的比值。該值越大，表示光電耦合器的輸出電流越大。（4）輸出端暗電流：是指光電耦合器處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)輸出端流過(guò)的電流。此值越小越好，以防止輸出端的誤觸發(fā)。（5）輸入、輸出壓降：分別指輸入端的發(fā)光二極管和輸出端受光器件的導(dǎo)通壓降。（6）隔離電壓：表示光電耦合器輸入與輸出回路之間對(duì)電壓的隔離能力。8210.4.2單片機(jī)與光電耦合器的接口1．單片機(jī)與三極管輸出的光電耦合器的接口2．單片機(jī)與雙向光敏晶閘管輸出