片机原理及其接口技术第5章

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1、第5章MCS-51单片机的输入/输出通道接口主要内容：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。输入通道（前向通道）：被测对象与单片机联系的信号通道。包括传感器或敏感元件、通道结构、信号调节、A/D转换、电源的配置、抗干扰等。输出通道（后向通道）：单片机与被控对象联系的信号通道。包

2、括功率驱动、干扰的抑制、D/A转换等。5.1.1传感器传感器：传感器是测量系统中的一种前端部件，它将各种输入变量转换成可供测量的信号。传感器的分类：（1）按传感器的用途可以将传感器分为：压敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器和生物传感器等。（2）按传感器输出信号标准可将传感器分为：模拟传感器、数字传感器、开关传感器等。5.1输入/输出通道概述传感器的发展方向：传感器已经成为现代信

3、息技术系统三大支柱之一，在工业、农业、航空航天、军事国防等领域得到了日益广泛的应用。其发展方向主要有以下几个方面：（1）利用新的物理现象、化学反应、生物效应设计传感器。（2）引入数据融合技术。（3）使用新型材料，向微功耗、集成化及无源化发展。（4）采用新的加工技术。（5）向微型化发展。（6）向高可靠性、宽温度范围发展等。5.1.2单片机应用系统的输入/输出通道过程I/O通道：单片机系统和被控对象之间信息的交互通道（输入通道、输出通道）称为过程I/O通道，过程I/O通道的一般结构如下图所示。特点：（1）要靠近

4、拾取对象采集信息；（2）传感器、变送器的性能和工作环境因素严重影响通道的方案设计；（3）一般是模拟、数字等混杂电路；（4）常需要放大电路；（5）抗干扰设计非常重要。输入通道的结构类型：输入通道结构形式取决于被测对象的环境、输出信号的类型、数量、大小等。其结构如下页图所示。1．输入通道2．输出通道特点:（1）小信号输出，大功率控制；（2）输出伺服驱动控制信号；（3）电磁和机械干扰较为严重。通道结构：在输出通道中，单片机完成控制处理后的输出，总是以数字信号或模拟信号的形式，通过I/O口或者数据总线传送给被控对象

5、。输出通道的结构如下页图所示。3．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）开关量输入被控对象的一些开关状态可以经开关量输入通道输入到单片机系统，这些开关信号根据实际情况需要经过电平匹配、电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。（2）小信号放大技术输入通道中，对小信号需要经过测量放大器、可编程增益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

6、节。（3）隔离放大技术在某些要求输入和输出电路彼此隔离的情况下，必须使用隔离放大器。常用隔离放大器有变压器耦合隔离放大器和光耦合隔离放大器两种。5.2D/A转换器及接口技术D/A转换器（DigittoAnalogConverter）：将数字量转换成模拟量的器件称为D/A转换器，通常用DAC表示。D/A转换接口器设计中主要考虑的问题：D/A转换芯片的选择、数字量的码输入、精度、输出模拟量的类型与范围、转换时间、与CPU的接口方式等。5.2.1D/A转换器的性能指标（1）分辨率：指D/A转换器能分辨的最小输出模

7、拟增量，即相邻两个二进制码对应的输出电压之差称为D/A转换器的分辨率。可用最低位（LSB）表示。如，n位D/A转换器的分辨率为1/2n。（2）精度：精度是指D/A转换器的实际输出与理论值之间的误差，它是以满量程VFS的百分数或最低有效位（LSB）的分数形式表示。（3）线性误差：D/A的实际转换特性（各数字输入值所对应的各模拟输出值之间的连线）与理想的转换特性（始、终点连线）之间是有偏差的，这个偏差就是D/A的线性误差。即两个相邻的数字码所对应的模拟输出值（之差）与一个LSB所对应的模拟值之差。常以LSB的分

8、数形式表示。（4）转换时间TS（建立时间）：从D/A转换器输入的数字量发生变化开始，到其输出模拟量达到相应的稳定值所需要的时间称为转换时间。（5）偏移量误差：偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。5.2.2D/A转换器的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：内部无锁存器和内部有锁存器。按能否作乘法运算分类：乘算型和非乘算型。按输入数字量方式分类：并行总线D/A转换器和