单片机原理及应用 第5章 MCS-51单片机输入输出通道接口课件.ppt

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1、第5章MCS-51单片机输入/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。5.3A/D转换器及接口技术A/D转换器（AnalogToDigitConverter）：将模拟量转换为与之成比例的数字量的器件称为A/D转换器，常用ADC表示。5.3.1A/D转换器的性能指标（1）分辨率：分辨率是指输出数字

2、量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。A/D转换器的分辨率定义为满刻度电压与2n之比值，其中n为ADC的位数。（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。（5）量程：量程是指A/D

3、能够转换的电压范围，如0～5V，-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。5.3.2A/D转换器的分类5.3.3A/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。原理：采用对分搜索逐位比较的方法逐步逼近，利用数字量试探地进行D/A转换、再比较判断，从而实现A/D转换。将D/A转换器的输出从二进制数据的最高位起，依次逐位置1，与待转换的模拟量比较,若前者小于后者，该位置1并保留下来，若前者大于后者，该位清0;然后

4、再照此比较下一位,……直至比完最低位。最后得到的结果，即A/D转换的值。特点：转换速度较快（比较次数等于A/D的位数），通常在几S至几百S数量级；被转换的模拟量若频率很高（变化较快）则要加采样保持电路；被转换的模拟量若幅度过小（信号微弱）则需要加信号处理电路。（1）ADC0809的特点ADC0809是NS（NationalSemiconductor，美国国家半导体）公司生产的逐次逼近型A/D转换器。其特点如下：①分辨率为8位，误差1LSB；②CMOS低功耗器件；③转换时间为100µs（当外部时钟输入频率fc=640kHz）；④很容易与微处理

5、器连接；⑤单一电源+5V，采用单一电源+5V供电时量程为0～5V；⑥无需零位或满量程调整，使用5V或采用经调整模拟间距的电压基准工作；⑦带有锁存控制逻辑的8通道多路输入转换开关；⑧DIP28封装；⑨带锁存器的三态数据输出。⑩转换结果读取方式有延时读数、查询EOC=1、EOC申请中断。（2）ADC0809引脚功能IN0—IN7：8通道模拟量输入端2-8—2-1：8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10kHz～120

6、0kHz，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IN7～IN0。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ADC0809典型应用如下图所示。由于ADC0809输出含三态锁存，所以其数据输出可以直接连接MCS-51的数据总线P0口。可通过外部中断或查询方式读取A/D转换结果。5.1.1传感器传感器的分类：（1）按传感器的用途可以将传感器分为：压敏和力

7、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。包括功率驱动、干扰的抑制、D/A转换等。5.1.1传感器传感器的分类：（1）按传感器的

8、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