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单片机应用技术 教学课件 ppt 作者 徐江海 第8章 单片机常用测控电路

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    • 1、第8章 单片机常用测控电路,本章主要内容,一、 开关量输入/输出驱动接口电路,在单片机的测控系统中,常常用到开关量的输入输出。所谓开关量,是指系统中某个测控对象相反的两种状态,输入单片机时对应输入0和1,单片机输出控制时分别输出0和1来对应。,下面介绍几种常用的开关量的输入输出 驱动接口电路。,1、 光电隔离输入/输出接口电路,在工业控制领域的现场应用中,对于单片机而言,往往有一些远距离开关量信号的输入和输出,如果直接接入单片机的I/O口,会有以下一些问题: 1) 信号不匹配,输入的信号可能是交流信号、高压 信号、按键接点等信号; 2) 比较长的连接线路容易引进干扰、雷击、感应电 等; 3) 单片机的I/O口驱动能力有限,或者驱动的是交流强电回路。,对于这些问题的解决,最直接有效的办法就是 利用光电耦合器进行隔离。,光电耦合器件是个什么样的器件呢?,图8-1 三极管型光电耦合器原理图,光电耦合器件就是把发光器件(如发光二极 管)和光敏器件(如光敏三极管)组装在一起,通过光实现耦合,构成电光和光电的转换的器件。图8-1所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。,在工业控制现场环境较恶劣时,会

      2、存在较大的噪声干扰,若这些干扰随输入信号一起进入单片机系统,会使控制准确性降低,产生误动作。因而,可在单片机的输入和输出端,用光耦作接口,对信号及噪声进行隔离。典型的利用光电耦合实现信号隔离的电路如图8-2所示。,图8-2 光电耦合电路原理图,在利用光电耦合器实现隔离时应注意:,(1)在光电耦合器的输入部分和输出部分必须分别采用独立的电源,若两端共用一个电源,则光电耦合器的隔离作用将失去意义。,(2)当用光电耦合器来隔离输入输出通道时,必须对所有的信号(包括数字量信号、控制量信号、状态信号)全部隔离,使得被隔离的两边没有任何电气上的联系,否则这种隔离是没有意义的。,2、继电器驱动接口电路,继电器是个什么样的东西?,继电器是一种当输入量(电、磁、声、光、热、时间)达到一定值时,输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。,继电器的种类很多,有电磁继电器、固态继电器 、时间继电器、温度继电器、风速继电器、加速度继电器、其它类型的继电器(如光继电器、声继电器、热继电器)等,图8-5 常用继电器驱动接口电路3,3、可控硅驱动接口电路,可控硅又称晶闸管,它是由四层半导体材料组成的,有三个PN结,对外有

      3、三个电极图8-6(a):第一层P型半导体引出的电极叫阳极A,第三层P型半导体引出的电极叫控制极G,第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。电路符号如图8-6(b)。,图8-6 可控硅符号及内部原理结构,图8-7 双向可控硅隔离驱动,8.2 A/D转换接口电路,8.2.1 A/D转换的基本概念,在单片机的应用系统中,总是要对许多连续变化的模拟量(如温度、压力等)进行测量,而这些模拟量对于单片机来说是无法直接进行测量的,单片机能够直接接受和处理的是数字信号,因此,必须将这些模拟量数字化才能为单片机所处理。我们把将模拟量转换成数字量的过程称为/转换。,本教材中主要介绍典型的并行A/D转换芯片ADC0809和串行A/D转换芯片TLC1549及其与单片机的接口技术。,A/D转换器的主要性能指标:,(1)分辨率 A/D转换器的分辨率是指A/D转换器转换输出的数字量最低位变化一个字所对应的被转换模拟电压的变化量。通常会用A/D转换器的位数来表示分辨率。,(2)转换时间 转换时间指的是A/D转换器完成一次A/D转换所需要的时间。,A/D转换器的种类:,根据内部转换原理的不同,主要可分为比较型和积分型两种。

      4、,(1)比较型 比较型A/D转换属于直接的A/D转换,经过几次的逐次比较逼近就可以直接得到A/D转换的结果,转换的速度快,精度较高,是目前使用最为广泛的一种A/D转换。,(2)积分型 积分型的A/D转换是一种间接的A/D转换,经过两次积分的过程得到A/D转换的结果,这种A/D转换的时间长,但精度高,抗干扰能力强,适用于速度要求不高且有较多干扰但精度要求较高的场合。,8.2.2 并行A/D(ADC0809)及其接口电路,DAC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D转换器,是目前国内应用最广泛的8位通用并行A/D芯片。如图为该芯片内部原理结构框图。,ADC0809主要性能指标 :,1)分辨率为8位。 2)单电源+5V供电,参考电压由外部提供,典型值为+5V。 3)具有锁存控制的8路模拟选通开关。 4)具有可锁存三态输出,输出电平与TTL电平兼容。 5)功耗为15mW。 6)转换时间取决于芯片的时钟,是芯片时钟周期的64倍。时钟的频率范围为101280KHz。,ADC0809引脚图、时序图,图8-9 ADC0809引脚图、时序图,引脚功能说明如下:,1)IN0 IN7:8路模拟信号输入

      5、端。 2)A、B、C:三位地址输入端。路模拟信号的选择由A、B、C决定。A为低位,C为高位,与单片机的I/O口相连,单片机通过I/O口输出000 111来选择IN0 IN7中某一路通道的模拟信号进行转换。 3)CLK:时钟输入端。这是A/D转换器的工作基准,时钟频率高,转换的速度就快。时钟频率范围10K 1280KHz,通常由89S51的ALE端直接或者经分频后提供。 4)D0 D7:A/D转换后的8位数字量的输出端。 5)OE:A/D转换结果输出允许控制端。高电平有效,高电平时允许将A/D转换的结果经由D0 D7端输出。通常由单片机的某一I/O直接控制。 6)ALE:地址锁存允许控制端。当ADC0809的ALE得到有效控制信号时,将当前转换的通道地址锁存。,7)START:A/D转换启动信号。当START端输入一个正脉冲时,立即启动进行A/D转换。 8)EOC:A/D转换结束信号输出端。当启动A/D转换后,EOC输出低电平;转换结束后,EOC输出高电平,表示可以读取A/D转换的结果。通常对该信号采用查询的方式,一旦是高电平则读取A/D 转换的结果:也可以将该信号取反后与单片机的外中断

      6、相连,转换结束可引发单片机中断,在中断服务程序中读取A/D转换的结果。 9)UREF (+)、UREF (-):正负参考电压输入端。通常是5V,即UREF (+) 接电源 (+5V), UREF (-) 接地(GND),这时能够转换的是05V的模拟电压。 10)Vcc:芯片电源正端(5V)。GND:电源负端,接地。,图8-10为ADC0809与89S51的实用连接电路。,根据图8-9中的时序图,ADC0809转换过程分为以下几步:,(1)通道选择。用单片机I/O口输出通道信息控制A、B、C。只有一路模拟信号需要转换时,可以将通道地址A、B、C接固定的电平(高电平或低电平),选择某一固定通道,如图8-10选择0通道。 (2)锁存通道地址(ALE)和启动A/D转换开始(START)。可以按照时序图的顺序,先控制地址所存,后启动。也可以用一个信号同时控制,后一种用的较多。 (3)检测A/D转换是否结束。A/D转换开始后约10s,EOC信号变低,直到转换结束再变高。可以通过检测EOC判断A/D转换是否结束,也可以利用EOC信号的变化触发中断。 (4)读A/D转换结果。检测到转换结束标志,使OE

      7、有效,将数据读入单片机内部。,ADC0809应用示例程序,例8-1将图4-14共阳型数码管动态扫描电路和图8-10结合起来,设计一路A/D测量和显示电路。如图8-11所示。,接口定义及显示函数如下:,#include“reg51.H” sbit ALE_ST=P10; /P1.0锁存和启动控制 sbit EOC=P11; /P1.1 A/D转换结束检测 sbit OE=P12; /P1.2 A/D转换输出允许控制 /显示子函数相关程序见例5-6,本例略去 void dis() /显示子函数 ,A/D转换的函数如下:,void ad0809() unsigned data1; ALE_ST=1; / ALE_ST=0; /输出地址锁存与启动信号 _nop_( );_nop_( );_nop_( );_nop_( );_nop_( ); /延时10s EOC=1; /置为输入状态 while(EOC=0); /等待转换结束 OE=1; /数据信号允许,准备读 P0=0xff; / P0口置为输入口 data1=P0; /读A/D转换结果 OE=0; /关闭A/D输出 ucled3= dat

      8、a1/100; /取出百位数 ucled2= (data1%100)/10;/取出十位数 ucled1= data1%10; /取出个位数 ,主函数如下:,void main() ALE_ST=0; /锁存和启动初始状态 OE=0; /输出控制初始状态 while(1) dis(); /调显示子函数 adc0809(); /调A/D转换子函数 ,例8-2 将图8-11的EOC输出通过图8-12所示的三极管反向器送给单片机的中断引脚,作为中断触发信号,用定时器定时每0.1S控制一次A/D转换,用中断的方法检测A/D转换结果。,程序如下:,#include sbit ALE_ST=P10; /P1.0锁存和启动控制 sbit EOC=P11; /P1.1 A/D转换结束检测 sbit OE=P12; /P1.2 A/D转换输出允许控制 /显示子函数相关程序见例5-6,本例略去 void dis() /显示子函数 void main() / 定时器0、外部中断0、A/D转换初始化; TMOD=0X01; TH0=0X3C; TLO=0XB0; /定时器0初值; TR0=1; ET0=1; I

      9、T0=1; /下降沿触发; EX0=1; EA=1; /开中断; ALE_ST=0; /锁存和启动初始状态 OE=0; /输出控制初始状态 while(1) dis(); /调显示程序 ,void T0_inter() interrupt 1 /定时器0中断服务程序; TH0=0X3C; TLO=0XB0; /定时器重装; ALE_ST=1; ALE_ST=0; /启动并锁存地址; void INT0_inter() interrupt 0 /外部中断0服务程序,A/D结束时产生下降沿 OE=1; /数据信号允许,准备读 P0=0xff; / P0口置为输入口 data1=P0; /读A/D转换结果 OE=0; /关闭A/D输出 ucled3= data1/100; /取出百位数 ucled2= (data1%100)/10;/取出十位数 ucled1= data1%10; /取出个位数 ,传统的ADC0809与单片机的接口电路如图8-13所示。,8.2.3 串行A/D(TLC1549)及其接口电路,TLC1549是一个十位的串行A/D转换芯片。其内部原理框图如图8-14所示。引脚图如图8-15所示。,图8-14 TLC1549内部原理框图,图8-15 TLC1549引脚图,引脚功能说明:,1)ANALOG IN:模拟信号输入端。 2)DATA:转换结果串行输出端。 3)CS:片选端。 4)I/O CLOCK:芯片工作驱动脉冲输入端。 5)REF+、REF-:正负电压基准输入端。通常与芯片电源并接,REF+接+5V,REF-接GND。 6)VCC、GND

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