1、第2章 输入输出接口技术1 1第2章 输入输出接口技术2.1多路开关及采样/保持器2.2开关量输入输出接口2.3模拟量输入通道接口技术2.4模拟量输出通道接口技术2.5电动机控制接口技术第2章 输入输出接口技术2 2 2.1多路开关及采样/保持器1.多路开关不少微控制器具有A/D转换通道，但通道数有限，当采集的模拟量较多时需扩展大量的A/D转换器，致使成本增加。当模拟量的变化不是很快时，可以采用多路开关来实现用较少的通道采集较多模拟量的功能。第2章 输入输出接口技术3 3图2-1CD4051原理电路图 第2章 输入输出接口技术4 4在图2-1中，逻辑转换单元完成TTL到CMOS的电平转换。由此
2、，这种多路开关输入电平范围大，数字控制信号逻辑“1”的电平可选为315 V，模拟量可达15 V。CD4051可以用做二进制3-8译码器，对选择输入端C、B、A的状态进行译码，以控制开关电路T，使某一路开关接通，从而连接输入和输出通道。CD4051的真值表见表2-1。第2章 输入输出接口技术5 5第2章 输入输出接口技术6 62.采样/保持器采样保持器的主要作用是：(1)保持采样信号不变，以便完成A/D转换；(2)同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；(3)减少D/A转换器的输出毛刺，从而消除输出电压的峰值及缩短稳定输出值的建立时间；(4)把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输
3、出的稳定性。第2章 输入输出接口技术7 72.2开关量输入输出接口计算机用于生产过程的自动控制，需处理一类最基本的输入输出信号，即开关量(数字量)信号，这些信号包括开关的闭合与断开、指示灯的亮与灭、继电器或接触器的吸合与释放、电机的启动与停止、阀门的打开与关闭等，这些信号的共同特征是信号只有两个状态：“导通”和“截止”。第2章 输入输出接口技术8 81.开关量输入接口设片选地址为PORT，可用如下指令来完成取数操作：第2章 输入输出接口技术9 92.开关量输出接口当执行OUT指令周期时，产生IOW信号，使IOWCS0，设片选端口地址为PORT，可利用以下指令完成数据的输出控制：第2章 输入输出
4、接口技术10 102.3模拟量输入通道接口技术2.3.1A/D转换原理A/D转换的常用方法有：计数器式A/D转换、逐次逼近型A/D转换、双积分式A/D转换和V/F变换型A/D转换。在这些转换方式中，计数器式A/D转换线路比较简单，但转换速度较慢，所以现在很少应用。这里介绍逐次逼近型A/D转换原理，如图2-2所示。第2章 输入输出接口技术11 11图2-2逐次逼近型A/D转换原理 第2章 输入输出接口技术12 122.3.28位A/D转换器1.电路组成及转换原理ADC08080809都是带有8位A/D转换器、8路多路开关、与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件。8位A/D转换器采用逐次逼近法。
5、在A/D转换器内部含有一个高阻抗斩波稳定比较器、一个带有模拟开关树组的256电阻分压器，以及一个逐次逼近寄存器。8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个单边的模拟信号。其原理框图如图2-3所示。第2章 输入输出接口技术13 13图2-3ADC0808/0809原理框图 第2章 输入输出接口技术14 142 ADC0808/0809的引脚功能 ADC0808/0809的引脚图如图2-4所示。第2章 输入输出接口技术15 15图2-4ADC0808/0809引脚图 第2章 输入输出接口技术16 163 时序ADC0808/0809的启动脉冲START和地址锁存允许脉冲A
6、LE的上升沿将地址送上地址总线，模拟量经C、B、A选择开关所指定的通道送至A/D转换器，在START信号下降沿的作用下，逐次逼近过程开始；在时钟的控制下，一位一位地逼近。转换结束后，信号EOC呈低电平状态。由于逐次逼近需要一定的过程，在此期间，模拟输入值应维持不变，比较器需一次次进行比较，直到转换结束。此时，若计算机发出一个允许命令(OE呈高电平)，则可读出数据。第2章 输入输出接口技术17 174 ADC0808/0809的技术指标(1)单一电源，+5 V供电，模拟输入范围为05 V。(2)分辨率为8位。(3)最大不可调误差：ADC08081/2LSB；ADC08091LSB。(4)功耗为1
7、5 mW。第2章 输入输出接口技术18 18(5)转换速度取决于芯片的时钟频率，时钟频率范围为101280 kHz。当CLOCK等于500 kHz时，转换速度为128 s。(6)可锁存三态输出，输出与TTL兼容。(7)无需进行零位及满量程调整。(8)温度范围为-40+85。第2章 输入输出接口技术19 192.3.38位A/D转换器接口技术1.模拟量输入信号的连接2.数字量输出引脚的连接3.A/D转换器的启动方式4.转换结束信号的处理方法5.参考电平的连接6.时钟的连接7.接地问题第2章 输入输出接口技术20202.3.48位AD转换器的程序设计例2.1如图2-5所示，试用中断方式编写程序，对
8、IN5通道上的数据进行采集，并将转换结果送入内部RAM20H单元。第2章 输入输出接口技术21 21图2-5ADC0809与8031的接线图 第2章 输入输出接口技术2222第2章 输入输出接口技术2323 2.4模拟量输出通道接口技术2.4.1D/A转换器原理D/A转换器由参考电源(标准电源)、数字开关控制、模拟转换、数字接口及放大器组成，其原理图如图2-6所示。第2章 输入输出接口技术2424图2-6D/A转换器原理图 第2章 输入输出接口技术2525R2R T形解码网络的原理电路图如图2-7所示。在图2-7中，整个电路由若干个相同的支路组成，每个支路包括两个电阻和一个开关。开关Si是按二
9、进制位进行控制的。当Di=1时，开关置向左方，使加权电阻与电流输出端Iout1接通；Di=0时，开关动作，将加权电阻与电流输出端Iout2连通。由于Iout2接地，Ioutl为虚地，所以第2章 输入输出接口技术2626图2-7R2R T形解码网络的原理图 第2章 输入输出接口技术2727流过每个权电阻Ri的电流依次为第2章 输入输出接口技术2828由于Iout1端输出的总电流是置“1”各位加权电流的总和，Iout2端输出的总电流是置“0”各位加权电流的总和，所以，当D/A转换器输入为全“1”时，Iout1和Iout2分别为第2章 输入输出接口技术2929当运算放大器的反馈电阻Rf等于反向端输入
10、电阻R时，其输出模拟电压为对于任意二进制码，其输出模拟电压为当ai1或ai=0时，由上式便可得到相应的模拟量输出。第2章 输入输出接口技术30302.4.28位D/A转换器及其接口技术1.DAC0832的结构及原理DAC0832 D/A转换器的内部具有两级输入数据缓冲器和一个R2R T形电阻网络，其原理框图如图2-8所示。第2章 输入输出接口技术31 31图2-8DAC0832原理框图 第2章 输入输出接口技术32322.DAC0832的引脚功能DAC0832芯片的引脚排列如图2-9所示。第2章 输入输出接口技术3333图2-9DAC0832引脚排列 第2章 输入输出接口技术34343.D/A
11、转换器的输出方式(1)单极性电压输出。(2)双极性电压输出。第2章 输入输出接口技术3535图2-10DAC0832单极性电压输出电路图 第2章 输入输出接口技术3636图2-11DAC0832双极性电压输出电路 第2章 输入输出接口技术3737由图2-11可求出D/A转换器的总输出电压:代入R1(2R)、R2(R)、R3(2R)的值可得(3)标准电流输出。第2章 输入输出接口技术38384.8位D/A转换器与单片机的接口及程序设计(1)数字量输入端的连接。(2)外部控制信号的连接。(3)D/A转换器与单片机的接口及程序设计应用举例。直通方式。单缓冲方式。第2章 输入输出接口技术3939图2-
12、12DAC0832单缓冲方式接线 第2章 输入输出接口技术4040例2.2DAC0832用作波形发生器。试根据图2-12接线，分别写出产生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图2-13所示。第2章 输入输出接口技术41 41图2-13例2.2所产生的波形 第2章 输入输出接口技术4242解针对图2-12，DAC0832采用的是单缓冲单极性的接线方式，它的选通地址为7FFFH。锯齿波程序：第2章 输入输出接口技术4343三角波程序：第2章 输入输出接口技术4444方波程序：第2章 输入输出接口技术4545 双缓冲方式。所谓双缓冲方式，就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲
13、方式DAC0832的连接如图2-14所示。第2章 输入输出接口技术4646图2-14带数据锁存器的D/A转换器与单片机的连接 第2章 输入输出接口技术4747例2.3DAC0832用作波形发生器。试根据图2-14接线，分别写出产生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图2-15所示。第2章 输入输出接口技术4848图2-15例2.3所产生的波形 第2章 输入输出接口技术4949解由图2-14可以看出，DAC0832采用的是双缓冲双极性的接线方式，输入寄存器的地址为FEH，DAC寄存器的地址为FFH。锯齿波程序：第2章 输入输出接口技术5050三角波程序：第2章 输入输出接口技术51 51方波
14、程序：第2章 输入输出接口技术52522.5电动机控制接口技术1.电机控制接口直流电机与微型机接口可采用以下几种方法：光电隔离器+大功率场效应管；固态继电器；专用接口芯片；专用接口板。第2章 输入输出接口技术5353图2-16采用固态继电器的直流电机控制电路原理图 第2章 输入输出接口技术54542.交流电机控制接口技术1)交流电机接口方法图2-17所示为OPTO公司生产的MODEL S51203/240D3交流电机控制用固态继电器。第2章 输入输出接口技术5555图2-17交流电机用固态继电器 第2章 输入输出接口技术56562)交流电流专用控制接口板美国Pro-Log公司研制的7504是一
15、种可用于STD总线工业控制机中的交流电机控制接口板。7504有8路三端双向晶闸管开关，每路允许40280 V交流电压和2 A电流。该板采用光电隔离技术，每路一个光电隔离器，把TTL电平与交流信号隔开，从而大大地提高了系统的抗干扰能力，并保护计算机，使之免于损坏。第2章 输入输出接口技术57573.步进电机控制接口技术由于步进电机的驱动电流比较大，所以单片机与步进电机的连接都需要专门的接口电路及驱动电路。接口电路可以是单片机内部的I/O接口，也可以是可编程接口芯片，如8255、8155等。驱动器可用大功率复合管，也可以用专门的驱动器。有时为了抗干扰，或避免一旦驱动电路发生故障造成功率放大器中的高电平信号进入单片机而烧毁器件，在驱动器与单片机之间可以加一级光电隔离器，其原理接口电路图如图2-18和图2-19所示。第2章 输入输出接口技术5858图2-18步进电机与单片机接口电路(一)第2章 输入输出接口技术5959图2-19步进电机与单片机接口电路(二)
