微机化测控系统第三章

片内带有三态输出缓冲器，可直接与CPU总线接口。
是目前广泛采用的芯片之一，可应用于对精度和采样 速度要求不高的数据采集场合或一般的工业控制领域。
ADC0809的结构框图与引脚
8 路模拟量选通输入部分 8 位A/D转换器 START CLOCK 5 4 IN 6 3 IN 5 2 IN 4 1 IN 3 28 IN 2 27 IN 1 26 IN 0 IN 7 三态数据输出锁存器
D D
VIN VREF( ) VREF( ) VREF( ) VIN VREF( ) VREF( ) VREF( )
28 (28 1)
通常VREF(−)=0 V，所以
当VREF(+)=5 V，VREF(-)=0 V，输入的单极性模拟量从0 V到4.98 V变化时，对应的输出数字量在0到255(00HFFH)之间变化。

外接I/O口
74LS373，8255，8155
3-2
测控接口及程序
3-2-1 A/D与微机接口及程序 任务：处理启动转换、转换结束、控制信号等任务。 主机读取A/D结果的方式：中断、查询、定时。 工作条件：启动信号；转换结束信号；时序匹配
3-2-2 D/A与微机接口及程序 任务：处理数字量输入锁存、D/A转换、控制信号等 任务。
图3-1-4 MCS51系列单片机片内部结构
一、MCS-51单片机结构和引脚
内部组成： ①1个由运算器和控制逻辑组成的CPU; ②1个128字节的RAM; ③21个特殊功能寄存器; ④2个优先级别的5个中断源 ⑤2个16位定时器/计数器; ⑥1个全双工异步串行端口; ⑦4个8位并行I/O端口。 MCS51系列有三种基本产品：
2) 引脚定义
IN0IN7——8路模拟量输入端。输入的地址信息与所选通 的模拟通道之间存在一一对应的关系。如当ADDC、ADDB、 ADDA=000时，IN0选通； ADDC 、 ADDB 和 ADDA—— 地址输入端，以选通 IN7IN0 8 路 中的某一路信号。 ALE——地址锁存允许信号，当地址锁存信号 ALE有效时， 3位地址ADDC、ADDB和ADDA进入地址锁存器 CLOCK——外部时钟输入端。允许范围为101280 kHz。时 钟频率越低，转换速度就越慢。 START——A/D转换启动信号输入端。有效信号为一正脉冲。 在脉冲的上升沿，A/D转换器内部寄存器均被清零，在其下 降沿开始A/D转换。
1、DAC0832的内部结构
DAC0832是一个8位的数/模转换芯片，输出的是 电流信号 内部由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A 转换电路及转换控制电路构成。 D/A转换器为T型转换网络，其内部结构图如图 所示 。
1．DAC0832的内部结构
8位 输入 寄存器
DI7～DI0
8位 DAC 寄存器 LE2
等待延时接口电路解释
ADC0809具有输出三态锁存器，8位数据输出引脚 可直接与数据总线相连。 地址译码引脚A、B、C分别与地址总线的低三位A0、 A1、A2相连，以选通IN0～IN7中的一个通道。 将P2.7作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片 机的写信号/WR和P2.7控制ADC的地址锁存和转换启 动。 由于ALE与START连在一起，因此ADC0809在锁存通 道地址于373中的同时也启动转换。 在读取转换结果时，用单片机的读信号/RD和P2.7 引脚经一级或非门后产生的正脉冲作为OE信号，用 以打开三态输出锁存器。
地址数据总线复用接法之一—等待延时
图3-2-1 ADC0809的等待延时方式接口
P0口地址数据总线复用必备器件- 74LS373
当三态允许控制端/OE 为低电 平时，Q0~Q7 为正常逻辑状态， 可用来驱动负载或总线。 当/OE 为高电平时，Q0~Q7 呈高阻态，即不驱动总线，也 不为总线的负载，但锁存器内 部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端LE 为高电平时， Q 随数据D 而变。 当LE 为低电平时，Q被锁存 在已建立的数据电平
电阻分压器需外接正负基准电源VREF(+)和VREF(-)。CLOCK端外接时 钟信号。 A/D转换器的启动由START信号控制（被动控制）。 转换结束时控制电路将数字量送入三态输出锁存器锁存，并产 生转换结束信号EOC（主动产生）。 三态输出锁存器用来保存A/D转换结果，当输出允许信号OE有效 时，将打开三态门，使转换结果输出。
第三章
内容:

主机及其接口
主机电路、 微机与A/D接口、微机与V/F接口、微机与D/A 接口、 功率接口、 人机接口、 通信接口。
重点：微机与A/D接口、微机与D/A接口、
人机接口、通信接口。 难点：接口电路设计
§3-1
主机电路
主机电路是指CPU及与其连接的存储器和接 口电路。这是微机化测控系统的核心。
1．ADC0809
ADC0809是逐位逼近型8通道、8位A/D转换芯片，CMOS 工艺制造，双列直插式 28 引脚封装。图 8.51 给出 了 ADC0809 芯片的内部结构框图及引脚图 ( 图中给出的数 据为对应的引脚号)。 ADC0809 片内有 8 路模拟开关，可输入 8 个模拟量，单 极性输入，量程为0+5 V。 典型的转换时间为100 s。
3-1-2
基于单片机的主机电路
构成：CPU、RAM/ROM、I/O、定时/计数器 集成在一块芯片上。 特点：可靠性高、易扩展、控制功能强、存 储容量小、体积小、开发周期短、成 本低。
因此，常见的微机化测控系统、特别是小型测控 系统和便携式测控仪器大多采用单片机。
一、MCS-51单片机结构和引脚
1、内部结构
VCC与GND——电源电压输入端及地线。
VREF(+) 与 VREF(-)—— 正 负 基 准 电 压 输 入 端 。 中 心 值 为 (VREF(+)+VREF(−))/2( 应接近于 VCC/2) ，其偏差不应该超过 0.1 V。正负基准电压的典型值分别为 +5 V和0 V。
ADC0809的数字量输出值D(十进制数)与模拟量输入值VIN 之间的关系如下：
地址数据总线复用接法之—中断、查询
采集方式： 2、中断方式 3、查询方式
具体程序见P63
图3-2-2
中断或查询方式接口
3-2-3、D/A与微机接口及程序
D/A芯片分类： 无输入锁存的DAC与微机接口 无输入锁存的DAC与微机接口必须外接锁存 器来保存计算机给D/A的待转换数据。 当DAC的位数与计算机总线位数相同时，只 需要一片锁存器就可以，否则需要两级锁存器。 有输入锁存的DAC与微机接口
RST/VPD：复位输入端。+5 V电源通过RC微分电路接至复位 端，可实现上电自动复电，也可采用按钮开关复位。 /EA:内部和外部程序存储器选择端,当/EA为低电平时，对 ROM的读操作限定在外不曾存储器；当/EA为高电平时对ROM 操作从内部开始并可延伸至外部。 ALE：地址锁存信号输出端。在ALE为高电平时，单片机P0输 出低位地址信号。/PSEN：外部程序存储器读选通信号输出 端（低电平有效）。P0、P1、P2、P3：4个8位I/O端口。
VIN D 256 VREF( )
ADC0809与8031接口
数据地址口线分别与单片机接口，不复用 数据、地址分时复用（P0口），采集方式 等待延时，轮流采样 中断采样 查询采样
数据地址分开控制 不复用
C程序-0809工作子程序

void ad0809() { oe=0;//输出禁止； //以下三条指令为起动AD0809 st=0;//P3_6=1;？ st=1;//P3_6=0; st=0;//P3_6=1; delaynms(1); while(!eoc);//等待转换结束 oe=1;//取出读得的数据 x[number]=P0;//将单片机采得数据送入相关 数组 //delaynms(300); oe=0; }
10
6
7 控制与定时 21 8路 模拟 开关 20 SAR 三态 输出 锁存 缓冲器 树状开关 19 18 8 15 14 17
EOC D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 V C C
25 ADDA 24 ADDB 23 ADDC 22 ALE
地址锁存 与译码 电阻网络
11
测控系统采用的主机主要有PC机和单片机两种。
3-1-1 基于PC机的主机电路 基于PC机的测控系统可分为：内插式、外 接式、组合式三种 一、内插式 将I/O接口制成印刷电路板的插板，直接插 在PC机扩展槽内。比如NI的采集卡
主机电路
特点：结构简单、紧凑、成本低、不用外接电源。 扩展槽较少，灵活性差. 注意总线结构：ISA 、VESA、PCI、AGP, 设计接口 电路。
13 GND
12
16
V R EF(＋)
V R EF(－)
9
OE
ADC0809的内部逻辑
8位A/D转换器是逐次逼近式，由256R电阻分压器、树状模拟开 关 ( 这两部分组成一个 D/A 转换器 ) 、电压比较器、逐次逼近寄存 器SAR、逻辑控制和定时电路组成。
其工作原理是采用对分搜索方法逐次比较，找出最逼近于输入 模拟量的数字量。
2) 引脚定义
EOC——A/D 转换结束信号。在 START 信号上升沿之后不久， EOC变为低电平。当A/D转换结束时，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。 OE——输出允许信号。当OE输入高电平信号时，三态输出锁 存器将A/D转换结果输出到D7D0。 D7D0—— 数字量输出端。 D0 为最低有效位 (LSB) ， D7 为最高 有效位(MSB)。
8031(片内不含ROM或EPROM)、8051(片内含ROM)、
8751(片内含EPROM)。