单片机原理与接口技术第十章 IO过程通道
单片机原理第10章 I／O过程通道
量化误差是指将模拟量转换成数字量(量化) 过程中引起的误差，理论上为“单位数字量” 的一半，即：1／2(lsb)。
转换时间是指从启动转换开始，到完成一次 转换所需的时间；转换速度是转换时间的倒 数。
量程是指能够转换的电压范围 如0～5V，-10～+10V等。
开关量输出往往直接驱动现场的电器或作用 于大功率电器的控制回路，需要有一定的功 率驱动能力。光电耦合器件在受光侧由于光 敏三极管的驱动能力为mA级，一般不足以驱 动执行机构，所以经常需要使用驱动电路。 常见的功率驱动有下面四种方式：集成电路、 可控硅、晶体管和继电器。
集成电路的驱动能力一般不是很强，往往在 几十至几百毫安，在一些驱动电流要求不大 的应用场合，由于集成电路具有占用空间小， 易于焊接，使用方便等优点，常用来驱动如 LED显示等小功率的电器。常见的驱动集成电 路有74系列、75系列、ULN200系列或28系列 等。此外还有许多专用的驱动集成电路。
这类继电器通常有5个引脚，其中2个引脚接线圈(当 线圈通电时，继电器吸合，常开触点闭合，常闭触 点断开)，1个引脚为触点的中心点，1个引脚为常开 触点，1个引脚为常闭触点。
直流继电器接口原理如图10-5所示。继电器由三极 管9013驱动。
由于继电器一般都需要采用隔离、驱动，而 且属于机械触点接触型电器，可靠性和寿命 均不是很好。固态继电器SSR是一种无触点电 子开关器件，而且内含光电隔离和驱动，具 有工作可靠，驱动功率大，无触点，无噪声， 抗干扰，寿命长等特点，被广泛应用于机电 控制，尤其是防爆等应用场合。
前向通道后向通道
单片机原理及接口技术
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7. 前向和后向通道接口技术
7.3.3 ADC芯片与CPU接口
1、数据输出线的连接 ADC芯片相当于给CPU提供数据的输入设备。为了防止总线冲突，其数据输出端通 过三态门接数据总线。ADC内部带有三态门，与CPU数据总线可直接相连。ADC内部不 带三态门，与CPU数据总线通过三态锁存器相连。当 ADC位数大于CPU数据总线宽度时， 也应考虑外接锁存器和控制逻辑，分两次或多次读取数据。也有串行连接ADC。 2、A/D转换的启动信号 当一个ADC在开始转换时，必须加一个启动信号。一般分脉冲启动信号和电平控制 信号，用软件或硬件产生。脉冲信号启动转换的ADC，只要在启动引脚加一个脉冲即可。 电平信号启动转换是在启动引脚上加一个所要求的电平。 3、转换结束信号的处理方式 当A/D转换结束，ADC输出一个转换结束信号，通知CPU，A/D转换已经结束，可以 读取结果。CPU可以利用该信号作为中断请求信号接到CPU的中断请求线上，在中断服 务程序中读取数据；或把结束信号作为状态进行查询，一旦查到转换结束，便读取数据； 还可以不使用转换结束信号，定时读取数据。 4、时钟的提供 整个A/D转换过程都是在时钟作用下完成的。 5、参考电压的接法 当模拟信号为单极性时，VREF（-）接地，VREF（+）接正极电源。当模拟信号为 双极性时，VREF（+）和VREF（-）分别接参考电源的正、负极性端。
微机原理与接口技术清华大学出版社北京交通大学出版社制作
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机器语言 汇编语言 高级语言
应用软件（如软件包、数据库等）
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第1章
微型计算机基础知识
1.3 计算机中的数据表示
1.3.1 常用计数制及其转换 1．数的表示 十进制数采用0~9共10个数字符号及其进位来表示数的
大小。0~9这些数字符号称为“数码”；全部数码的个数称 为“基数”，用“逢基数进位” 进行计数称为进位计数制。 进位以后的数字按其所在位置的前后，将代表不同的数值， 表示各位有不同的“位权”，位权与基数的关系是：位权 的值等于基数的若干次幂。
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第1章
微型计算机基础知识
2. 定点数和浮点数表示 （1）定点数：对于整数来说，将小数点约定在最低位的 右边称为定点整数；对于纯小数来说，将小数点约定在符 号位之后称为定点小数。 （2）浮点数：小数点的位置是不固定的。 通常，一个二进制数Ｎ可以表示为：N＝±2±P×S 式中S称为N的尾数，即全部的有效数字，2前面的±号是 尾数的符号；P称为N的阶码，指明小数点的实际位置，2 的右上方的±号是阶码的符号。
1.2.2 微型计算机系统组成及其功能 完整的微型计算机系统组成框架如图1-2所示。 硬件系统是由电子部件和机电装置所组成的计算机实
体；软件是为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一 功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。
单片机原理与接口技术
单片机原理与接口技术
一、什么是单片机？
单片机（Microcontroller）是一种嵌入式微处理器，具有处理器、
存储器、输入输出接口和时钟周期等功能，能够独立控制和处理系统的芯片。可以说，单片机是电路的最小单元，它能够完成任意复杂的指令，如
加减法、计时、计算等功能，是电子系统中不可或缺的核心元件。
二、单片机原理
单片机的原理关键在于指令译码器，它是把指令逐个读出，然后通过
中央处理单元（CPU）将指令转化成相应的操作，例如加减计算、读写存
储器、输入输出接口等，从而实现电路的功能。
三、单片机接口技术
单片机接口技术是指把外部信号与微处理器系统的接口连接起来，实
现外部设备与微处理器系统的通信。主要有：
（1）I2C接口：是一种基于两根总线的接口，能够在同一总线上同
时供应多节点器件，可以发送8位的数据。
（2）串行接口：是把数据按位（逐位）发送出去的接口，按位发送，可以极大程度上减少线路连接的数量。它可以支持双向和多向通信，通常
用于远距离传输数据。
10单片机与AD DA的接口电路
10.2 MCS-51与ADC的接口
3、 A/D转换器的选择
（1）A/D转换器位数的确定 A/D转换器的位数至少要比系统总精度要求的最低分辨率高1位， 8位以下：低分辨率，9~12位：中分辨率，13位以上：高分辨率。 （2）A/D转换器转换速率的确定 从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的时间，这 就是A/D转换器的转换时间。低速：从几ms到几十ms ，中速： 从几s~ 100s左右，高速：仅20~100ns。 （3）是否加采样保持器 直流和变化非常缓慢的信号可不用采样保持器。其他情况都要加采 样保持器。 （4）工作电压和基准电压 选择使用单一+5V工作电压的芯片，与单片机系统共用一个电源就 比较方便。
MOVX @R0，A ；/WR和译码器FEH输出端有效
单片机原理
10.1 MCS-51与DAC的接口
例 DAC0832用作波形发生器。分别写出产生锯齿波、三角波 和矩形波的程序。 (1) 锯齿波的产生 ORG 2000H START:MOV R0，#0FEH ；DAC地址FEH→ R0 MOV A，#00H ；数字量→A LOOP: MOVX @R0，A ；数字量→D/A转换器 INC A ；数字量逐次加1 SJMP LOOP 输入数字量从0开始，逐次加1，为FFH时，加1则清0，模拟输 出又为0，然后又循环，输出锯齿波，如下图。 每一上升斜 边分256个小台阶，每个小台阶暂留时间为执行后三条指令 所需要的时间。
高职《单片机原理及应用技术》练习题
《单片机原理及应用技术》思考题
1 单片机概述
1-1.单片机与PC机有何区别?它的特点是什么?
1-2.MCS-51系列单片机与A T89系列单片机有什么相同和差异?
1-3.单片机的主要技术指标有哪些?这些指标的作用如何?
1-4.对于一个具体的单片机应用系统，选择单片机的原则是什么?
1-5.举一个单片机的应用例子，并画出原理框图，说明工作过程。
1-6.单片机I/0端口数目的多少反映了什么。
2 单片机结构和原理
2-1 8051单片机内部包含那些主要逻辑功能部件？
2-2 8051的EA端有何用途？
2-3 8051单片机存储器的组织结构是怎样的？
2-4 8051如何确定和改变当前工作寄存器组？
2-5 8051单片机有哪几个特殊功能寄存器？可位寻址的SFR有几个？
2-6 （SP）=30H 指什么？
2-7 ALE信号有何功用？一般情况下它与机器周期的关系如何？在什么条件下ALE信号可用作外部设备的定时信号。
2-8 有那几种方法能使单片机复位？复位后各寄存器的状态如何？复位对内部RAM有何影响？
2-9 程序状态寄存器PSW的作用是什么？常用标志有哪些位？作用是什么？
2-10 位地址7CH与字节地址7CH如何区别？位地址7CH具体在片内RAM中什么位置？
3 指令系统
3-1 MCS-51指令系统主要有哪几种寻址方式？试举例说明。
3-2 设A=0FH，R0=30H，内部RAM的（30H）=0AH、（31H）=0BH、（32H）=0CH，请指出在执行下列程序段后上述各单元内容的变化。
MOV A，@R0
MOV @R0，32H
(完整版)单片机试卷及答案
期终考试
《单片机原理及接口技术》（A ）
适用班级：
一、单项选择题：（共15题,每题2分,共30分）
（1）AT89C51单片机哪些不是主要功能部件组成( ) A. CPU B. RAM C. ROM D.LED 显示 （2）MCS-51系列单片机的CPU 主要是由（ ）组成的。 A ．运算器、控制器 B.加法器、寄存器 C ．运算器、加法器 D.运算器、译码器 （3）单片机中的程序计数器PC 用来（ ）。
A.存放指令
B.存放正在执行的指令地址
C.存放下一条指令地址
D.存放上一条指令地址 （4）单片机AT89C51的EA 引脚（ ）。 A.必须接地 B.必须接+5V 电源
C.可悬空
D.以上三种情况视需要而定 （5）AT89C51单片机5个中断源的优先权从高到低的是（ ）
A. INT0、T0、INT1、T1、串行口
B. T0、T1、INT0、INT1、串行口
C.串行口、T0、INT1、T1、INT0
D. INT0、INT1、T0、T1、串行口 （6）定时器工作在工作方式2,要定时200 us,要装入的初始值为( )
A .56H B.9CH C.3CB0H D.0FFH
(7) ADC0809的模拟通道选择地址线ADDC 、ADDB 、ADDA 的状态为011，则选择模拟
的通道为（ ）
A.IN6
B.IN5
C.IN4
D.IN3 (8)8255A 的A 组控制电路是用来控制（ ）
A.A 口及C 口的低4位
B.A 口及B 口的低4位
C.A 口及B 口的高4位
D.A 口及C 口的高4位
(9)外部扩展存储器时，分时复用做数据总线和低8位地址线的是（ ）。 A. P0口 B. P1口 C. P2口 D.P3口 (10)PSW 中的RS1和RS0两位用来（ ）。 A.选择工作寄存器组 B.指示复位 C.选择定时器 D.选择工作方式 (11)单片机上电复位后，PC 的内容为（ ）。
单片机原理与c51编程课件10第十章 模拟通道技术
注：保持电容一般外接，其取值与采样频率和精度有关。 减小CH可提高采样频率，但会降低精度。
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一、数据采集系统的组成
常用采样/保持器：随着大规模集成电路的发展，已生产 出各种各样的采样/保持器。如用于一般目的有AD582、 AD583 、 LF198/398 等 ； 用 于 高 速 的 有 THS-0025 、 THS-0060、THC-0030、THC-1500等；用于高分辨率 的有SHA1144、ADC1130等。
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二、模数转换
（2） 满刻度误差（full scale error） 满刻度误差也称增益误差，即输出全1时输入电压与理想输入
量之差。 （3） 转换速率（conversion rate）
转换速度是指完成一次A/D转换所需时间的倒数，A/D转换器 型号不同，转换速度差别很大。 （4）转换精度（conversion accuracy）
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二、模数转换
void adc-conversion interrupt 0 using 1 //转换结束执行 外部中断0
{ value=XBYTE[0x7FF8]; XBYTE[0x7FF8]=0;
}
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三、数/模转换
1、数模转换原理及性能指标 （ 1）转换原理 D/A转换器的原理很简单，可以总结为“按权展开，然后相加” 几个字。 D/A转换器内部必须有一个解码网络，以实现按权值分别进行 D/A转换。 解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络
单片机原理及其接口技术
EPROM保密编程
MCS-51三种周期
时序
时序示例
读外部ROM指令时序
读外部RAM指令时序
第3章
MCS-51单片机指令系统
寻址方式。 指令系统。
基本概念
指令。指使计算机完成某种操作的命令。 指令系统。指令的集合称为指令系统。 计算机的机器指令包括操作码和操作数两部分。 操作码。表示计算机执行什么样的操作。 操作数。表示计算机参加运算操作要处理的数据信息。
逻辑乘指令
逻辑乘指令示例
逻辑加指令
逻辑加指令示例
逻辑异或指令
逻辑异或指令示例
累加器清零和取反指令
移位及半字交换指令
移位指令例1
移位指令例2
控制转移及位操作指令
控制转移指令（17条）
无条件转移指令（4条） 条件转移指令（8条） 子程序调用与返回指令（4条） 空操作指令（1条）
校验码编码
奇偶校验码。
奇校验 偶校验
海明码。
单片机的基本结构
中央处理器
中央处理器，是单片机的核心，集成了
运算器。 控制器。 专用寄存器组。
存储器
用于存放程序及数据的部件。 单片机中使用半导体存储器。 存储器单元使用存储器地址标识。 CPU需要读写存储器单元的内容时，需要首先提供存储器的 地址。
昆明学院《单片机原理及接口技术》课程设计报告——多通道秒表定时器
《单片机原理与接口技术》
课程设计报告
姓名杨承明
学号 201104170125 院系自动控制与机械工程学院
班级 2011级
指导教师冯维杰
2013 年 7 月
目录
一、课程设计目的和要求
1、设计的目的 (3)
2、课程设计要求 (3)
二、设计的步骤和思路 (3)
1、总体要求 (3)
2、设计的步骤 (4)
3、设计的思路 (4)
三、硬件的设计 (5)
1、信号输入电路 (5)
2、数码管的驱动模块的电路 (5)
3、LED灯的驱动模块电路 (5)
四、软件设计 (6)
1、单片机选择 (6)
2、系统软件设计分析 (6)
3、主要功能实现的程序 (7)
（1）通道号的设置 (9)
（2）定时值的设置 (9)
五、调试说明 (11)
六、报告总结 (12)
七、参考文献 (12)
八、附录 (12)
一、课程设计目的和要求
1、设计的目的
单片机课程作为独立的教学环节，是自动化及相关专业集中实践性环节系列之一，是学习完〈〈单片机原理及应用〉〉课程后，并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合联系。
单片机课程设计过程中，我们通过查阅资料，接口设计、程序设计、安装调试等环节，完成一个基于MCS-51系列单片机，涉及多种资源应用，并具有综合应用功能的小应用课程设计，不但使我们能熟练掌握课堂上所学知识，而且还能够对电子电路、电子元件等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、调试、相关仪器设备和相关软件的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，加深单片机内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存储器、I/O接口、串行口等。使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，强化单片机应用电路的设计与分析能力。提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风，培育学生综合应用知识理解问题的能力。
微机原理与接口技术课后习题有答案
第一章
解：
五代,详细见书
解：
微型计算机：以大规模、超大规模集成电路为主要部件,以集成了计算机主要部件——控制器和运算器的微处理器为核心,所构造出的计算机系统 ;
PC机：PCPersonal Computer机就是面向个人单独使用的一类微机 ;
单片机：用于控制的微处理器芯片,内部除CPU外还集成了计算机的其他一些主要部件,如：ROM、RAM、定时器、并行接口、串行接口,有的芯片还集成了A/D、D/A转换电路等;
数字信号处理器DSP：主要面向大流量数字信号的实时处理,在宿主系统中充当数据处理中心,在网络通信、多媒体应用等领域正得到越来越多的应用
解：
微机主要有存储器、I/O设备和I/O接口、CPU、系统总线、操作系统和应用软件组成,各部分功能如下：
CPU：统一协调和控制系统中的各个部件
系统总线：传送信息
存储器：存放程序和数据
I/O设备：实现微机的输入输出功能
I/O接口：I/O设备与CPU的桥梁
操作系统：管理系统所有的软硬件资源
解：
系统总线：传递信息的一组公用导线,CPU通过它们与存储器和I/O设备进行信息交换 ;
好处：组态灵活、扩展方便
三组信号线：数据总线、地址总线和控制总线 ;
其使用特点是：在某一时刻,只能由一个总线主控设备来控制系统总线,只能有一个发送者向总线发送信号；但可以有多个设备从总线上同时获得信号;
解：
1用于数值计算、数据处理及信息管理方向;采用通用微机,要求有较快的工作速度、较高的运算精度、较大的内存容量和较完备的输入输出设备,为用户提供方便友好的操作界面和简便快捷的维护、扩充手段;
单片机原理与接口技术第8章输入通道和输出通道
6） ：数据传送控制信号（输入），低电平有效。 和 两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数 据锁存方式；当 =0和 =0时，为DAC寄存器直通方 式；当 =1和 =0时，为DAC寄存器锁存方式。
5）START：A-D 转换信号输入端。有效信号为一正脉冲。在 脉冲上升沿，A-D 转换器内部寄存器均被清零，在其下降沿开 始A-D 转ຫໍສະໝຸດ Baidu。
6）EOC：A-D 转换结束信号。在START信号上升沿之后0～ （2μs+8个时钟周期）时间内，EOC变为低电平。这一点在启 动A-D 转换后查询EOC信号时须加注意。当A-D 转换结束后， EOC立即输出一正阶跃信号，可用来作为A-D 转换结束的查询 信号或中断请求信号。
4)对于被测现场环境较差的情况，为防止干扰信 号进入单片机控制系统，需要在输入通道中加入 抗干扰措施。
输出通道是单片机用以连接各种被控装置 的信号通道。单片机完成对输入通道所输 入的数据处理后，总是以数字信号送往输 出通道的。
输出通道的特点如下：
1)小信号输入，大功率控制。在目前的集成 电路制造工艺下，单片机还不能输出直接控 制装置所要求的功率信号，因此在输出后必 须进行功率放大。
输入通道是设置在单片机和被测对象之间 的信息传送和转换的连接通道，单片机对 被测对象状态的拾取，一般离不开传感器 或敏感元件。这是因为被测信号的状态参 数通常是一种非电量的物理量(如温度、压 力、载荷、位移等)，而单片机只能识别处 理电信号的数字量，因此利用传感器将非 电量的物理量转换成电信号才能实现测量 和控制的任务。
单片机io通信
单片机io通信
摘要：
1.单片机IO 通信简介
2.单片机IO 通信的工作原理
3.单片机IO 通信的分类
4.单片机IO 通信的应用领域
5.单片机IO 通信的发展趋势和前景
正文：
单片机IO 通信是指单片机与其他设备或系统之间通过输入输出端口进行数据交换的过程。在现代电子技术中，单片机被广泛应用于各种电子设备和系统中，IO 通信技术也随之得到了快速发展。本文将对单片机IO 通信的相关知识进行简要介绍。
1.单片机IO 通信简介
单片机IO 通信是一种基本的技术手段，通过硬件接口实现数据交换。单片机IO 通信涉及到三个基本要素：单片机、外部设备或系统、以及两者之间的数据传输通道。根据不同的传输方式，单片机IO 通信可以分为串行通信和并行通信两种。
2.单片机IO 通信的工作原理
单片机IO 通信的工作原理主要分为以下几个步骤：
(1) 初始化：在通信开始之前，单片机需要对IO 端口进行初始化，设置其工作模式和通信参数。
(2) 数据发送：单片机将需要发送的数据通过IO 端口发送给外部设备或系统。
(3) 数据接收：外部设备或系统将接收到的数据通过IO 端口传递给单片机。
(4) 数据处理：单片机对收到的数据进行处理，如解析、存储、执行等操作。
(5) 通信结束：单片机和外部设备或系统之间完成数据交换后，关闭通信通道，结束通信。
3.单片机IO 通信的分类
单片机IO 通信根据传输方式的不同，可以分为串行通信和并行通信。其中，串行通信是指数据一位一位地顺序传输，每位数据之间有固定的时钟周期间隔；并行通信则是指数据多位同时传输，数据宽度与通信总线宽度相同。串行通信和并行通信各有优缺点，具体选择应根据实际应用需求进行权衡。
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3、模拟量输入通道的功能模块（单元 电路）介绍
（1）（模拟电压信号的）放大与隔离电路
信号隔离与放大 很多传感器（如温度、压力传感器）输出的都是很微弱的电压信号（mV级甚至uV级）， 因此，要把这些信号信号送入到A/D转换器进行模数转换、必须将这些弱信号加以适当 的放大。这个过程需要放大电路完成。 信号的放大通常是弱信号测量的一个难点，放大电路的设计至关重要。
测量放大器输出本电压章主要内容：
01 %，固定单位增益，电源电压范围为±4.
其主要特性指标为：数漂移字电量压≤0输. 入通道（信号调理、开关量去抖、输入隔离） 模拟量输入通道（☆），包括： 图中A1起着单位增益放大器的作用，A2作为电流电压转换器，即在系统稳定时，ID1=ID2=-Iin,输出Vout=-ID2•RF=Iin•RF.
操作人员请求、过程报警等
1（）2）调节输V入1信=V号2去=0抖V 电(保路证（输信解入决端号机优械检良触好测点的的接与抖地动放）问；大题）电路、信号隔离电路、 单a）极消性除时由，于不信需号要源精接密地电网流信络源的，号干电扰变流所源换引可起供电的外测路部量使（误用差。I。/V）、硬件滤波电路（补充）、 采样保持电路、模数转换电路、 图中A1起着单位增益放大器的作用，A2作为电流电压转换器，即在系统稳定时，ID1=ID2=-Iin,输出Vout=-ID2•RF=Iin•RF.
单片机原理及接口技术讲解
单片机原理及接口技术讲解
单片机（Microcontroller）是一种集成电路芯片，内含有中央处理
器（CPU）、存储器、输入输出端口、定时器计数器、串行通信接口等核
心模块，可用于控制、计算、存储和通信等多种功能。
单片机的工作原理是通过处理器执行存储在存储器中的指令来实现各
种功能。它的内部包含一个由晶体管、逻辑门等构成的微处理器，负责执
行计算和控制指令。单片机的芯片上还集成了存储器，用于存储程序指令
和数据。输入输出端口可以与外部设备进行数据交互，定时器计数器可以
实现精确的定时和计数功能。通过串行通信接口，单片机可以与其他设备
进行数据传输和通信。
单片机的接口技术是指单片机与外部设备进行数据传输和通信的技术。常见的接口技术包括并行接口、串行接口、模拟接口等。
并行接口是通过多个并行数据线同时传输数据的接口技术。常见的并
行接口有通用并行接口（GPIO）、地址总线、数据总线等。通用并行接口（GPIO）是一组可编程的并行输入输出线，可以被程序员控制来进行数据
的输入输出。地址总线用于传输内存或外设的地址信息，数据总线用于传
输数据信息。
串行接口是通过单个数据线按照一定的时间顺序传输数据的接口技术。常见的串行接口有串行通信接口（UART）、串行外设接口（SPI）、I²C
接口等。串行通信接口（UART）是一种通用的串行数据通信接口，用于将
数据转换为串行格式进行传输。串行外设接口（SPI）是一种高速串行接口，用于在单片机与其他外设之间进行数据传输和通信。I²C接口是一种
双线制的串行接口，用于在多个设备之间进行数据传输和通信。
计算机控制技术习题广州工业大学
1.1 什么是计算机控制系统？它由哪几个部分组成？
1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？
1.3 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？
1.4 工业控制机的哪几个部分组成？各部分的主要作用是什么？工业控制机的特点有哪些？
1.5 什么是总线、内部总线和外部总线？
1.6 PC总线和STD 总线各引线的排列和含义是怎样的？
1.7 RS-232C 和 IEEE-488 总线各引线的排列和含义是怎样的？
2.1 什么是接口、接口技术和过程通道？
2.2 采用74LS244和74LS273及PC总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量(开关量)输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字输入和数字输出程序。
2.3 采用8位 A/D 转换器 ADC0809 通过 8255A 及PC总线工业控制机接口，实现8路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。
2.4 用12位 A/D 转换器 AD574 通过 8255A 及PC总线工业控制机接口，实现模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出A/D转换程序。
2.5 请分别画出一路有源I/V变换电路和一路无源I/V变换电路图,并分别说明各元器件的作用？
2.6 什么是采样过程、量化、孔径时间？
2.7 采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟器输入通道中都需要采样保持器？为什么？
2.8 一个8位 A/D 转换器，孔径时间为100μs, 如果要求转换误差在A/D 转换器的转换精度 (0.4 %) 内，求允许转换的正选波模拟信号的最大频率是多少？
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10.1.1 开关量输入
图10-2 含状态指示的开关量输入电路
10.1.1 开关量输入
2. 利用扩展的I／O接口电路
当单片机的端口线全部被占用，只好另外扩展 I ／O 接口电路了。
如第八章所述，扩展I／O接口方法有下列几种。 （1） 利用74系列门电路
（2） 利用可编程并行I／O芯片
（3） 利用串行口
10.1.2 开关量输出
2.开关量输出的电气隔离
由于现场电器通断时会产生强烈的干扰，所以从端口线输出的开
关量都需要电气隔离，此外数字量0、1 的TTL 电平不足以驱动电器， 隔离后还要经驱动才能控制电器。开关量输出的基本结构如图10-3所
示。图中，输出线是来自单片机的输出信号，低电平有效。
10.1.2 开关量输出
有一些未用的口线时，这些未用的口线可以用于开关量I／O，以便充 分利用资源。
10.1.1 开关量输入
（3）利用串行口
第七章中利用串行口扩展并行口的方法也可以用来输入 /输出开关
量。具体扩展方法见第七章相关内容。
10.1.2 开关量输出
在单片机应用系统中，现场电器的通／断是通过开关量
输出通道进行控制的。如电机的启／停、继电器的通断、
图10-3 开关量输出的基本结构
10.1.2 开关量输出
3.开关量输出的驱动
开关量输出往往直接驱动现场的电器或作用于大功率电器的控制
回路，需要有一定的功率驱动能力。光电耦合器件在受光侧由于光敏 三极管的驱动能力为mA级，一般不足以驱动执行机构，所以经常需要
使用驱动电路。
常见的功率驱动有下面四种方式：集成电路、可控硅、晶体管和 继电器。
10.1.1 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，如电器的启动和停止、电磁铁的吸合和断开、光路的通和断等。 但是，控制现场这些开关状态一般都不能直接接入单片机。原因 有两点：一方面，现场开关量一般不是 TTL 电平，需要将不同的电平 转化成单片机所需的 TTL 电平，该过程称为电平匹配；另一方面，即 使现场开关量符合 TTL 电平需要，由于来自现场的干扰严重，一般也 需要将单片机与外界进行电气隔离，避免对单片机产生干扰。经过电 平匹配和电气隔离后的开关信号才能够通过单片机接口，接入到单片 机系统。
10.1.2 开关量输出
（1）常用的驱动集成电路
集成电路的驱动能力一般不是很强，往往在几十至几百毫安，在
一些驱动电流要求不大的应用场合，由于集成电路具有占用空间小， 易于焊接，使用方便等优点，常用来驱动如LED 显示等小功率的电器
。常见的驱动集成电路有74系列、75系列、ULN200系列或28系列等。
10.1.1 开关量输入
（1）利用74系列门电路
当开关量输入点数不多时，使用 74 系列门电路扩展并行输入口是
常见的方法，该方法设计简单，性价比高。应注意的是选用有缓冲功 能的门电路，门的数量由输入点的个数而定。采用74LS244(八总线缓
冲器) 的应用场合较多。在地址线够用时，扩展芯片的片选( 或选通)
第10章
I/0过程通道
• 10.1 • 10.2 • 10.3 • 10.4 • 10.5
开关量输入和输出通道 并行接口的模拟量输入通道 串行接口的模拟量输入通道 并行接口的模拟量输出通道 串行接口的模拟量输出通道
第10章
• •
概述
通过单片机系统的实时数据采集、实时决策和实时控制，使被控
对象完成预定的任务，实现设计确定的功能。 单 片 机 系 统 和 被 控 对 象 之 间 信 息 的 交 互 有 输 入 (Input) 和 输 出
(Output)两种类型，前者在单片机系统数据采集时，将被控对象的信 息经输入通道送入单片机系统；后者在单片机系统控制输出时，将单 片机系统决策的控制信息经输出通道作用于被控对象。
•
上述两类信息交互的通道称为过程I／O通道。
第10章
•
概述
两种不同的形式的信息
交互的信息有两种不同的形式，一种是随时间变化的连续物理量
，如电流、电压等，称为模拟量；另一种是有开、关两种状态的数字 量，称为数字量或开关量。
•
在本章中主要涉及开关量输入和输出以及模拟量输入和输出四个
方面的问题。
第10章
概述
图10-1 过程I／O通道的一般结构
10.1 开关量输入和输出
一个单片机应用系统，一般都有二个大的组成部分：一部分是人 与Hale Waihona Puke Baidu片机交互的部分，另一部分是单片机与被控制对象之间的交互部 分。 人与单片机之间的接口，在第九章已经介绍过了，这一章开始研 究单片机与控制对象之间的接口，也称为过程I／O通道。如图10-1所 示，过程I／O通道可以分为开关量通道和模拟量通道。
10.1.1 开关量输入
开关量接口
单片机接口可以是单片机端口线。如果单片机的端口线不足，开
关量输入信号就只能经系统扩展中所扩展的输入缓冲芯片，通过数据 总线进入单片机。
10.1.1 开关量输入
1. 直接利用MCS-51端口线
要将一个现场开关状态输入到单片机，经常使用的方法如图 10-2
所示。图中的S1是现场开关，U1是光耦，其输出信号可以去单片机（ MPU）。当单片机系统有可用的端口线时，可以如图10-2所示连接。
电磁阀的吸合释放，甚至步进电机的步进脉冲等，这些都 是以开关量的形式表现出来的，都可以用数字1或0表示。 开关量输出通道一般是一条端口线控制一路电器。
10.1.2 开关量输出
1.开关量输出常见的受控对象
开关量输出常见的受控对象有电磁阀、继电器、各种电机等，只
有对这些受控对象有深入的了解，才能更好的使用它们，发挥它们的 最大效能。这些知识不属于本书的范围，需要时请参考其它资料。
采用线选法；地址线不够用时，采用地址译码法。
10.1.1 开关量输入
（2）利用可编程并行I／O芯片
采用可编程并行 I ／ O 芯片的方法不常用，仅为了几个开关量输入
，代价太高。可编程器件的优点在于其端口可编程设定为输入或输出 。如果将某端口固定作为输入或输出，势必大材小用，降低性能价格
比。有一种情况是例外的，某些场合必须用到可编程并行I／O芯片且
此外还有许多专用的驱动集成电路。
10.1.2 开关量输出
（2）可控硅
可控硅(SCR)又称晶闸管，具有体积小，效率高，寿命长，驱动能