单片机课件第单片机课件第5 5章章第第5 5章章 MCS-51 MCS-51单片机的输入单片机的输入/ /输出通道输出通道接口接口 主要内容：输入/输出通道的组成与配置，A/D、D/A转换器及其接口技术。通过本章的学习，使读者了解输入/输出通道设计的基本原理和方法，掌握常用A/D、D/A芯片及其与MCS-51单片机的接口电路与程序设计。重点和难点在于不同方式的A/D、D/A芯片与MCS-51的接口及其程序设计。3 3信号处理电路信号处理电路 输入通道中，信号处理的任务是可由硬件实现能够完成小信号放大，信号变换，滤波、零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等任务。可由硬件实现，有些也可由软件实现。（1 1）开关量输入）开关量输入 被被控控对对象象的的一一些些开开关关状状态态可可以以经经开开关关量量输输入入通通道道输输入入到到单单片片机机系系统统，这这些些开开关关信信号号根根据据实实际际情情况况需需要要经经过过电电平平匹匹配配、电电气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。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）小信号放大技术 输输入入通通道道中中，对对小小信信号号需需要要经经过过测测量量放放大大器器、可可编编程程增增益益放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。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）隔离放大技术 在在某某些些要要求求输输入入和和输输出出电电路路彼彼此此隔隔离离的的情情况况下下，必必须须使使用用隔隔离离放放大大器器。常常用用隔隔离离放放大大器器有有变变压压器器耦耦合合隔隔离离放放大大器器和和光光耦耦合合隔离放大器两种。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）：将将数数字字量量转转换换成成模模拟量的器件称为拟量的器件称为D/A转换器，通常用转换器，通常用DAC表示。表示。 D/A转换接口器设计中主要考虑的问题：D/A转转换换芯芯片片的的选选择择、数数字字量量的的码码输输入入、精精度度、输输出出模模拟拟量量的的类类型型与与范范围围、转转换换时时间间、与与CPU的接口方式等。的接口方式等。5.2.1 D/A转换器的性能指标（1 1）分分辨辨率率：指指D/A转转换换器器能能分分辨辨的的最最小小输输出出模模拟拟增增量量，即即相相邻邻两两个个二二进进制制码码对对应应的的输输出出电电压压之之差差称称为为D/A转转换换器器的的分分辨辨率率。可可用用最低位（最低位（LSB）表示。如，）表示。如，n位位D/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为1/2n。（2 2）精精度度：精精度度是是指指D/A转转换换器器的的实实际际输输出出与与理理论论值值之之间间的的误误差差，它它是是以以满满量量程程VFS的的百百分分数数或或最最低低有有效效位位（LSB）的的分分数数形形式式表表示。示。（3 3）线线性性误误差差：D/A的的实实际际转转换换特特性性（各各数数字字输输入入值值所所对对应应的的各各模模拟拟输输出出值值之之间间的的连连线线）与与理理想想的的转转换换特特性性（始始、终终点点连连线线）之之间间是是有有偏偏差差的的，这这个个偏偏差差就就是是D/A的的线线性性误误差差。即即两两个个相相邻邻的的数数字字码码所所对对应应的的模模拟拟输输出出值值（之之差差）与与一一个个LSB所所对对应应的的模模拟拟值值之之差。常以差。常以LSB的分数形式表示。的分数形式表示。（4 4）转转换换时时间间TSTS（建建立立时时间间）：从从D/A转转换换器器输输入入的的数数字字量量发发生生变变化化开开始始，到到其其输输出出模模拟拟量量达达到到相相应应的的稳稳定定值值所所需需要要的的时时间间称称为为转换时间。转换时间。（5 5）偏偏移移量量误误差差：偏偏移移量量误误差差是是指指输输入入数数字字量量为为零零时时，输输出出模模拟拟量对零的偏移值。量对零的偏移值。 5.2.2 D/A转换器的分类 按输出形式分类：按输出形式分类：电压输出型和电流输出型。 按是否含有锁存器分类：按是否含有锁存器分类：内部无锁存器和内部有锁存器。 按能否作乘法运算分类：按能否作乘法运算分类：乘算型和非乘算型。 按按输输入入数数字字量量方方式式分分类类：并行总线D/A转换器和串行总线D/A转换器。 按转换时间分类：按转换时间分类：超高速D/A（TS100ns）、高速D/A（TS为100ns10s）、中速D/A（TS为10s100s）、低速D/A（TS100s）等。5.2.3 D/A转换器的接口 1DAC0832的特点与引脚的特点与引脚（1）DAC0832的特点 DAC0832是NS公司生产的DAC0830系列（DAC0830/32）产品中的一种，8位CMOS数模转换芯片，其特点如下：8位并行D/A转换；片内二级数据锁存，提供数据输入双缓冲、单缓冲、直通三种工作方式；电流输出型芯片(需外接运放)；DIP20封装，CMOS低功耗器件，单电源（+5V+15V，典型值+5V）供电；具有双缓冲控制输出；参考电压为-10+10V与MCS-51连接方便。 DAC0830系列均为DIP20封装，且管脚完全兼容，DAC0832的引脚如下图所示。引脚功能如下：D0D7：8位数字量输入端：片选端，低有效ILE：数据锁存允许：写控制信号1：写控制信号2：数据传送控制信号Iout1：电流输出端1Iout2：电流输出端2RFB：内置反馈电阻端VREF:参考电压源（-10V+10V）DGND：数字量地AGND：模拟量地Vcc：+5+15V单电源供电端2 2电压输出方法电压输出方法 DAC0832需要电压输出时，可以简单地使用一个运算放大器连接成单极性输出形式。如右图所示。输出电压VOUT=（-VREF） 3 3单缓冲方式接口单缓冲方式接口 单缓冲方式是指DAC0832内部的两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个处于受单片机控制的方式。如下页图所示。ILE接+5V，片选信号及数据传输信号都与地址选择线P2.7相连，地址为7FFFH，两级寄存器的写信号都由CPU的端控制。数字量可以直接从MCS-51的P0口送入DAC0832。当地址选择线选择好DAC0832后，只要输出控制信号，DAC0832就能一次完成数字量的输入锁存和D/A转换输出。执行下列几条指令就可以完成一次执行下列几条指令就可以完成一次D/AD/A转换：转换：MOVDPTR,#7FFFH;地址指向DAC0832MOVA,#DATA;待转换的数字量DATA送累加器AMOVXDPTR,A;数字量送P2.7指向的地址，有效时完成一次D/A输入 例题例题 利用上图所示电路，使用DAC0832作波形发生器产生三角波。解解：在上页图中，放大器LM324的输出端VOUT直接反馈到RFB，所以该电路只能产生单极性的模拟电压。产生三角波的程序如下产生三角波的程序如下： ORG0100HSTART:MOVDPTR,#7FFFH;地址指向DAC0832MOVA,#00H;三角波起始电压为0UP:MOVXDPTR,A;数字量送DAC0832转换INCA;三角波上升边JNZUP;未到最高点0FFH，返回UP继续DOWN:DECA;到三角波最高值，开始下降边MOVXDPTR,A;数字量送DAC0832转换JNZDOWN ;未到最低点0，返回DOWN继续SJMPUP;返回上升边END 数字量从0开始逐次加1，模拟量与之成正比，当（A）=0FFH时，则逐次减1，减至（A）=0后，再从0开始加1，如此循环重复上述过程，输出就是一个三角波。 对对于于多多路路D/A转转换换，若若要要求求同同步步进进行行D/A转转换换输输出出时时，则则必必须采用双缓冲方式。须采用双缓冲方式。例题 假假设设某某一一分分时时控控制制系系统统，由由一一台台单单片片机机控控制制并并行行的的两两台台设设备备，连连接接电电路路如如下下图图所所示示，两两台台设设备备的的模模拟拟控控制制信信号号分分别别由由两两片片DAC0832输输出，要求两片出，要求两片DAC0832同步输出。同步输出。4双缓冲方式 解解：如上页图所示，利用DAC0832双缓冲的原理，对不同端口地址的访问具有不同的操作功能，具体功能如下表所示。实现同步输出的操作步骤为：实现同步输出的操作步骤为：将1#待转换数据由数据总线1#DAC0832的第一级锁存（写7FFFH口）；将0#待转换数据由数据总线0#DAC0832的第一级锁存（写0DFFFH口）；将1#、0#DAC0832的第一级锁存器中的数据各自的第二级锁存，同时开始D/A转换（写0BFFFH），周而复始。程序如下：程序如下： ORG0100HSTART:MOVDPTR,#7FFFH;数据指针指向1#的第一级锁存器MOVA,#DATA1;取第一个待转换数据DATA1MOVXDPTR,A;送入第一级缓冲器MOVDPTR,#0DFFFH;数据指针指向0#的第一级锁存器MOVA,#DATA0;取第二个待转换数据DATA0MOVXDPTR,A;送入第一级缓冲器MOVDPTR,#0BFFFH;数据指针指向两个转换器的第二级缓冲地址MOVXDPTR,A;1#和0#数据同时由第一级向第二级锁存传送，并开始转换RETEND5.3 A/D转换器及接口技术 A/D转换器（AnalogToDigitConverter）：将将模模拟拟量量转转换换为为与与之之成比例的数字量的器件称为成比例的数字量的器件称为A/D转换器，常用转换器，常用ADC表示。表示。5.3.1 A/D转换器的性能指标 （1 1）分分辨辨率率：分分辨辨率率是是指指输输出出数数字字量量变变化化一一个个相相邻邻数数码码所所需需输输入入模模拟拟电电压压的的变变化化量量。A/D转转换换器器的的分分辨辨率率定定义义为为满满刻刻度度电电压压与与2n之比值，其中之比值，其中n为为ADC的位数。的位数。 例如：具具有有12位位分分辨辨率率的的ADC能能分分辨辨出出满满刻刻度度的的（1/2）12或或满满刻刻度度的的0.0245%。一一个个10V满满刻刻度度的的12位位ADC能能够够分分辨辨输输入入电电压压变变化化的的最最小小值值为为2.4mV。而而 位位的的A/D转转换换器器（满满字字为为1999），其分辨率为满刻度的其分辨率为满刻度的1/1999100%=0.05%。 （2）转换速率与转换时间：转换速率是指A/D转换器每秒钟转换的次数。转换时间是指完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间）。转换时间是转换速率的倒数。（3）量化误差：有限分辨率A/D的阶梯状转移特性曲线与理想无限分辨率A/D的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差称为量化误差。通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB，1/2LSB。（4）线性度：实际A/D转换器的转移函数与理想直线的最大偏差。不包括量化误差、偏移误差（输入信号为零时，输出信号不为零的值）和满刻度误差（满度输出时，对应的输入信号与理想输入信号值之差）三种误差。（5）量程：量程是指A/D能够转换的电压范围，如05V，-10+10V等。（6） 其他指标：内部/外部电压基准、失调（零点）温度系数、增益温度系数，以及电源电压变化抑制比等性能指标。5.3.2 A/D转换器的分类 5.3.3 A/D转换器的接口 1逐次逼近式A/D转换器（SAR） 组成：由结果寄存器、比较器和控制逻辑等部件组成。由结果寄存器、比较器和控制逻辑等部件组成。 原理：采采用用对对分分搜搜索索逐逐位位比比较较的的方方法法逐逐步步逼逼近近，利利用用数数字字量量试试探地进行探地进行D/A转换、再比较判断，从而实现转换、再比较判断，从而实现A/D转换。转换。 将将D/A转转换换器器的的输输出出从从二二进进制制数数据据的的最最高高位位起起，依依次次逐逐位位置置1，与与待待转转换换的的模模拟拟量量比比较较,若若前前者者小小于于后后者者，该该位位置置1并并保保留留下下来来，若若前前者者大大于于后后者者，该该位位清清0;然然后后再再照照此此比比较较下下一一位位,直直至比完最低位。最后得到的结果，即至比完最低位。最后得到的结果，即A/D转换的值。转换的值。 特点：转转换换速速度度较较快快（比比较较次次数数等等于于A/D的的位位数数），通通常常在在几几 S至至几几百百 S数数量量级级；被被转转换换的的模模拟拟量量若若频频率率很很高高（变变化化较较快快）则则要要加加采采样样保保持持电电路路；被被转转换换的的模模拟拟量量若若幅幅度度过过小小（信信号号微微弱弱）则需要加信号处理电路。则需要加信号处理电路。（1）ADC0809的特点的特点 ADC0809是是NS（National Semiconductor，美美国国国国家家半半导导体）公司生产的逐次逼近型体）公司生产的逐次逼近型A/D转换器。其特点如下：转换器。其特点如下： 分辨率为分辨率为8位，误差位，误差1LSB ； CMOS低功耗器件；低功耗器件； 转转换换时时间间为为100 s（当当外外部部时时钟钟输输入入频频率率fc = 640 kHz ） ； 很容易与微处理器连接；很容易与微处理器连接； 单一电源单一电源+5V，采用单一电源，采用单一电源+5V供电时量程为供电时量程为05V； 无无需需零零位位或或满满量量程程调调整整，使使用用5V或或采采用用经经调调整整模模拟拟间间距距的的电压基准工作；电压基准工作； 带有锁存控制逻辑的带有锁存控制逻辑的8通道多路输入转换开关；通道多路输入转换开关； DIP28封装；封装； 带锁存器的三态数据输出。带锁存器的三态数据输出。 转转换换结结果果读读取取方方式式有有延延时时读读数数、查查询询EOC=1、EOC申申请请中断。中断。（2）ADC0809引脚功能引脚功能 IN0IN7：8通道模拟量输入端2-82-1：8位数字量输出端C、B、A：接地址锁存器的低三位地址ALE：地址锁存允许控制信号START：清0内寄存器,启动转换OE：允许读A/D结果,高有效CLK：时钟输入端，范围为10kHz1200kHz，典型值640kHzEOC：转换结束时为高Vcc：+5VVref+：参考电压，+5VVref-：0VADC0809有8路模拟量输入IN7IN0。一次只能选通其中的某一路进行转换，选通的通道由ALE上升沿时送入的C，B，A引脚信号决定。C，B，A地址与选通的通道间的关系如下表所示。（3）接口与编程）接口与编程 ADC0809典典型型应应用用如如下下图图所所示示。由由于于ADC0809输输出出含含三三态态锁锁存存，所所以以其其数数据据输输出出可可以以直直接接连连接接MCS-51的的数数据据总总线线P0口口。可可通过外部中断或查询方式读取通过外部中断或查询方式读取A/D转换结果。转换结果。例题 假假设设ADC0809与与MCS-51的的硬硬件件连连接接如如上上页页图图所所示示，要要求求采采用用中中断断方方法法，进进行行8路路A/D转转换换，将将IN0IN7转转换换结结果果分分别别存入片内存入片内RAM的的30H37H地址单元中。地址单元中。解：程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN; 转主程序转主程序 ORG 0003H; 中断服务入口地址中断服务入口地址 LJMP INT0F; 中断服务。中断服务。 ORG 0100HMAIN: MOV R0, #30H; 内部数据指针指向内部数据指针指向30H单元单元 MOV DPTR, #7FF8H; 指向指向P2.7口，且选通口，且选通IN0 （低（低3位地址为位地址为 000） SETB IT0; 设置下降沿触发设置下降沿触发 SETB EX0; 允许中断允许中断 SETB EA; 开总中断允许开总中断允许 MOVX DPTR, A ; 启动启动A/D转换转换 LJMP $; 等待转换结束中断等待转换结束中断中断服务程序如下： INT0F: MOVX A, DPTR; 取取A/D转换结果转换结果 MOV R0, A; 存结果存结果 INC R0; 内部指针下移内部指针下移 INC DPTR; 外部指针下移，指向下一路外部指针下移，指向下一路 CJNE R0，#39H，NEXT; 未转换完未转换完8路，继续转换路，继续转换 CLR EX0; 关中断允许关中断允许 RETI; 中断返回中断返回 NEXT: MOVX DPTR, A; 启动下一路启动下一路A/D转换转换 RETI; 中断返回，继续等待下一次中断返回，继续等待下一次 END2双积分型A/D转换器 特点：转转换换速速度度较较慢慢（因因为为A/D转转换换的的过过程程要要两两次次积积分分）通通常常在在几几十十mS至至几几百百mS数数量量级级；具具有有转转换换精精度度高高、性性价价比比高高、抗抗干扰能力强等优点，在速度要求不很高的实际工程中广泛使用。干扰能力强等优点，在速度要求不很高的实际工程中广泛使用。常用型号： MC14433，ICL7106，ICL7135，AD7555等。等。 （1）MC14433特点特点 位双积分型位双积分型A/D转换器；转换器； 外部基准电压输入：外部基准电压输入：200 mV或或2 V； 自动调零；自动调零； 量量程程有有199.9 mV或或1.999 V两两种种（由由外外部部基基准准电电压压VREF决定）；决定）； 转换速度为转换速度为110次次/秒，速度较慢。秒，速度较慢。 MC14433为为DIP24封封装装，芯芯片片引引脚脚如如下下图图所所示示，引引脚脚的的功功能能及及含含义如下：义如下：VDD：正电源端，典型值：正电源端，典型值+5 V；VEE：模拟负电源端，典型值：模拟负电源端，典型值-5 V；VSS：数字地；：数字地；AGND：模拟地；：模拟地；VX：被测电压输入端；：被测电压输入端；VREF：外接电压基准输入端：外接电压基准输入端 （2 V或或200 mV） ；R1：外接积分电阻输入；：外接积分电阻输入；C1：外接积分电容输入；：外接积分电容输入；R1/C1：外外接接电电阻阻R1和和外外接接电电容容C1的的公公共共端端，电电容容C1常常采采用用聚聚丙丙烯烯电电容容，典典型型值值0.1F，电电阻阻R1有有两两种种选选择择：470k （量量程程为为200 mV时时）或或27 k （量程为（量程为2V时）；时）；（2）MC14433引脚功能C01，C02：外接失调补偿电容端，典型值为0.1F；CLK0，CLK1：时钟振荡器外接电阻RC接入端，外接电阻RC典型值470k，时钟频率随RC电阻阻值的增加而下降；DU：更新转换控制信号输入，高电平有效；EOC：转换结束输出，当DU有效后，EOC变低，16400个时钟脉冲（CLK）周期后产生一个0.5倍时钟周期宽度的正脉冲，表示转换结束。可将EOC与DU相连，即每次A/D转换结束后，均自动启动新的转换； ：过量程状态输出，低电平有效。当|VX|VREF时，有效（输出低电平）；DS1DS4：分别表示千、百、十、个位的选通脉冲输出，格式为18个时钟周期宽度的正脉冲。例如，在DS2有效期间，Q0Q3上输出的BCD码表示转换的百位的数值；Q0Q3：某位BCD码数字量输出。具体是哪位，由选通脉冲DS1DS4指定，其中，Q3为高位，Q0为低位。（3）MC14433选通时序选通时序 如下图所示。EOC输出1/2个CLK周期正脉冲表示转换结束，依次DS1，DS2，DS3，DS4有效。在DS1有效期间从Q3Q0端读出的数据是千位数，在DS2有效期间读出的为百位数，依此类推，周而复始。当DS1有效时，Q3Q0上输出的千位数据选通含义如下页表所示。 （4 4）接口与编程）接口与编程例题 MC14433与与MCS-51的的连连接接如如下下图图所所示示，采采用用中中断断方方式式（下下降降沿沿触触发发），结结果果存存储储格格式式如如下下表表所所示示，欠欠量量程程、过过量量程程和和极极性分别保存在性分别保存在00H02H位地址单元中。位地址单元中。 解：程序如下： UNDER: EQU 00H ; 位地址单元存放欠量程（位地址单元存放欠量程（1真真0假）假） OVER: EQU 01H ; 位地址单元存放过量程（位地址单元存放过量程（1真真0假）假） POLA: EQU 02H ; 位地址单元存放极性（位地址单元存放极性（1负负0正）正） HIGH: EQU 31H ; 高位高位 LOW: EQU 30H ; 低位低位 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0013H; 中断服务入口地址中断服务入口地址 LJMP INT1F MAIN: MOV LOW, #0 MOV HIGH, #0 ; 将存放结果的单元清将存放结果的单元清0 CLR UNDER CLR OVER; 将存放欠量程、超量程的位地址单元内容清将存放欠量程、超量程的位地址单元内容清0 CLR POLA; 假定结果为正假定结果为正 SETB IT1; 置外部中断为下降沿触发置外部中断为下降沿触发 SETB EX1; 开中断允许开中断允许 SETB EA; 开中断总允许开中断总允许 LJMP $ ; 等待中断等待中断 INT1F: MOV A, P1; 进入中断，说明进入中断，说明MC14433转换结束，读转换结束，读P1口口 JNB ACC.4, INT1F ; DS1无效，等待无效，等待 JB ACC.2, NEXT ; Q2=1表示正，已经预处理过，继续表示正，已经预处理过，继续 SETB POLA; 为负，需将为负，需将02H置位置位 NEXT: JB ACC.3, NEXT1 ; 千位为千位为0，已经预处理过，继续，已经预处理过，继续 ORL HIGH, #10H ; 将千位信息保存在高位单元中将千位信息保存在高位单元中 NEXT1: JB ACC.0，ERROR; 转欠、超量程处理，有千位已能区分转欠、超量程处理，有千位已能区分 INI1: MOV A, P1 JNB ACC.5, INI1 ; 等待百位选通信号等待百位选通信号 ANL A, #0FH; 屏蔽高屏蔽高4位位 ORL HIGH, A INI2: MOV A, P1 JNB ACC.6, INI2 ;等待十位选通信号等待十位选通信号 ANL A, #0FH; 屏蔽高屏蔽高4位位 SWAP A; 交换到高交换到高4位位 ORL LOW, A INI3: MOV A, P1 JNB ACC.7, INI1 ; 等待个位选通信号等待个位选通信号 ANL A, #0FH; 屏蔽高屏蔽高4位位 ORL LOW, A RETI ERROR: MOV A, HIGH ; 欠、超量程处理欠、超量程处理 CJNE A, #0, OV ; 有千位表示过量程有千位表示过量程 SETB UNDER; 置欠量程标志置欠量程标志 RETI OV: SETB OVER; 置过量程标志置过量程标志 RETI END3串行A/D转换器 特点：引引脚脚数数少少（常常见见的的8引引脚脚或或更更少少），集集成成度度高高（基基本本上上无无需需外外接接其其他他器器件件），价价格格低低，易易于于数数字字隔隔离离，易易于于芯芯片片升升级级，廉价，速度略微降低。廉价，速度略微降低。 （1 1）MAX187/189MAX187/189芯片引脚及功能芯片引脚及功能 MAX187/189是是 MAXIM公公 司司 生生 产产 的的 具具 有有 SPI（ Serial Peripheral Interface）总总线线接接口口的的12位位逐逐次次逼逼近近式式（SAR）A/D转换芯片。特点如下：转换芯片。特点如下： 12位逐次逼近式（位逐次逼近式（SAR）串行）串行A/D转换芯片；转换芯片； 转换速度为转换速度为75 kHz，转换时间为，转换时间为8.5s； 输入模拟电压：输入模拟电压：05V； 单一单一+5 V供电；供电； DIP8引脚封装，外接元件简单，使用方便。引脚封装，外接元件简单，使用方便。 MAX187与与MAX189的的区区别别在在于于：MAX187具具有有内内部部基基准准，无需外部提供基准电压，无需外部提供基准电压，MAX189则需外接电压基准。则需外接电压基准。 MAX187/189芯片引脚如下图所示。引脚的功能如下：V VDDDD：工作电源：+5V5%；GNDGND：模拟和数字地；V VREFREF：参考电压输入； ：片选输入；AINAIN：模拟电压输入，范围为0VREF或04.096V（MAX187）； （shut shut downdown）：关闭控制信号输入，提供三级关闭方式：待命低功耗状态（电流仅10A），允许使用内部基准；禁止使用内部基准；D DOUTOUT：串行数据输出，在串行脉冲SCLK的下降沿数据变化；SCLK：串行时钟输入，最大允许频率为5MHz。 使用使用MAX187/189进行进行A/D转换时分的步骤：转换时分的步骤： 启动启动A/D转换，等待转换结束转换，等待转换结束 当当 输输入入低低电电平平时时，启启动动A/D转转换换，此此时时DOUT引引脚脚输输出出低低电电平平，充充当当传传递递“转转换换结结束束”信信号号的的作作用用。当当DOUT输输出出变变高高电电平平时时，说明转换结束（在转换期间，说明转换结束（在转换期间，SCLK不允许送入脉冲）。不允许送入脉冲）。 串行读出转换结果串行读出转换结果 从从SCLK引引脚脚输输入入读读出出脉脉冲冲，SCLK每每输输入入一一个个脉脉冲冲，DOUT引引脚脚上上输输出出一一位位数数据据，数数据据输输出出的的顺顺序序为为先先高高位位后后低低位位，在在SCLK信信号号的的下下降降沿沿，数数据据改改变变，在在SCLK的的上上升升沿沿，数数据据稳稳定定。在在SCLK信号为高电平期间从信号为高电平期间从DOUT引脚上读数据。引脚上读数据。 （2）接口与编程）接口与编程 MAX187与与MCS-51的的连连接接电电路路如如下下图图所所示示。其其中中，P1.7为为控控制制片片选选，P1.6为为输输入入串串行行移移位位脉脉冲冲，P1.5为为接接收收串串行行数数据据端端。MAX187外外接接4.7 F退退耦耦电电容容激激活活内内部部电电压压基基准准，接接+5 V允允许许使使用内部基准。用内部基准。 注意：MAX187/189的的片片选选在在转转换换和和读读出出数数据据期期间间必必须须始始终终保保持低电平。持低电平。工作流程：清清P1.7，启启动动MAX187开开始始A/D转转换换；读读P1.5，等等待待转转换换结结束束；当当P1.5变变高高，转转换换结结束束；从从P1.6引引脚脚发发串串行行脉脉冲冲，从从P1.5引脚逐位读取数据。引脚逐位读取数据。 注意：由于MCS-51单单片片机机外外接接晶晶振振最最大大不不超超过过12 MHz，即即便便是是执行一条单周期指令也需执行一条单周期指令也需1 s，所以发送，所以发送SCLK时无需延时。时无需延时。例题如如图图上上页页图图所所示示的的MAX187与与MCS-51连连接接的的电电路路图图，将将MAX187转转换换结结果果存存入入31H、30H单单元元，右右对对齐齐，31H存存高高位位（高（高4位补位补0）。）。解：程序如下： HIGH EQU 31H LOW EQU 30H ORG 1000HSTART: MOV HIGH, #00 MOV LOW, #00; 将转换结果单元清除将转换结果单元清除 CLR P1.6 CLR P1.7; 启动启动A/D转换转换 JNB P1.5, $; 等待转换结束等待转换结束 SETB P1.6; SCLK上升沿上升沿 MOV R7, #12; 置循环初值置循环初值12 LP: CPL P1.6; 发发SCLK脉冲脉冲 JNB P1.6, LP; 等待等待SCLK变高变高 MOV C, P1.5; 将数据取到将数据取到C MOV A, LOW RLC A MOV LOW, A MOV A, HIGH RLC A MOV HIGH, A; 将取到的数据位逐位移入结果保存单元将取到的数据位逐位移入结果保存单元 DJNZ R7, LP SETB P1.7; 结束结束 RET END 功能：主主要要实实现现从从现现场场采采集集数数据据，由由单单片片机机分分析析处处理理或或显显示示打打印印，为现场操作者提供操作指导等功能。为现场操作者提供操作指导等功能。 1数据采集系统的一般结构需要解决的主要问题：模拟量输入通道的设计。模拟量输入通道的设计。模拟量通道结构：（1）每每路路模模拟拟量量均均有有各各自自独独立立的的A/D转转换换器器、采采样样保保持持器器。其其特特点点是是电电路路结结构构简简单单、程程序序设设计计方方便便，A/D转转换换是是并并行行的的，转转换换速度较快，成本昂贵，仅在高速数据采集系统中采用。速度较快，成本昂贵，仅在高速数据采集系统中采用。（2）多多路路模模拟拟量量共共用用一一套套采采样样保保持持器器、A/D转转换换器器。其其特特点点是是经经济实用，在性能指标要求许可的情况下，一般采用该方案。济实用，在性能指标要求许可的情况下，一般采用该方案。5.3.4 数据采集系统 2 2数据采集系统应用举例数据采集系统应用举例 目前多数A/D转换器（高速）都内含采样保持器，所以，此处不考虑采样保持器。多路模拟转换器（也称多路模拟转换开关）采用常用的8路模拟转换开关CD4051。CD4051是由地址译码器和多路双向模拟开关组成的8路模拟转换开关，引脚功能如下：X0X7：输入；X：输出，可以通过外部地址（C，B，A引脚）选择8路输入中的某1路与输出X接通;VDD和VEE：提供工作电源，其幅值不得低于模拟信号；INH：禁止控制输入，输入高电平时，多路开关中各开关均不通，输出呈高阻态。 例题例题 设计使用1片A/D转换芯片巡回采集40路模拟量的数据采集系统。解解：采用5片CD4051，每片接8路模拟量输入，5片构成58=40路模拟采集通道。40路数据采集局部原理如下图所示。 采用1片74LS377扩展8位并行输出口，其中，高3位用于选通每片4051的8路中的1路，低5位用于5片CD4051的片选。向74LS377写入数据1111000011110111，选通1#4051的07路；写入1110100011101111，则选通2#4051的07路等。其规律为数据的低3位从000到111变化；高5位初值为11110，其中的0左移5次，完成对40路模拟量的数据采集。74LS377的数据格式如下表所示。程序如下：程序如下： ORG0100HMOVDPTR,#7FFFH;指向P2.7口MOVA,#11110000B;选通第1片CD4051芯片的X0路MOVR7,#5;计数5次（5片CD4051）LP1:MOVXDPTR,A;选通一路LCALLADCONV;调用A/D子程序LCALLADDSP;调用转换结束后数字处理；MOVR2,A;用R2暂存AANLA,#07H;屏蔽高5位CJNEA,#07H，LP2;判断A是否到7，未到7，选择下一路AJMPLP3;处理下一片LP2:MOVA,R2;取回暂存值INCA;选择下一路AJMPLP1;继续处理本片下一路LP3:MOVA,R2;取回暂存值RLA;高5位0的位置左移ANLA,#0F8H;指向下一片的第0路（低3位清0）DJNER7,LP1RETEND作业与练习：作业与练习：5.2 5.45.11 5.155.18 5.195.20