单片机基础(第3版)——第10章PPT课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5. 多路转换
许多测控系统都是多路系统，以便进行多路参量采集。在多路系 统中，只要速度允许，就应该采用多通道共用一个A/D转换器 的方案，以简化结构降低成本。需要在模拟输入通道中设置 一个多路开关进行通道切换，以实现各通道逐个、分时地被 轮流接通。
精选PPT课件
8
1转换芯片与80C51接口 1. ADC0809芯片
精选PPT课件
4
1. 传感器
传感器的主要功能是采集信号，也兼有信号转换功能，即把采集到 的非电信号转换为电信号(电压或电流)，以便于后续处理。传感 器的种类繁多，常用的传感器有如下几种：
① 温度传感器： 用于将温度转换为电信号。 ② 光电传感器：利用光电效应将光信号转换为电信号。 ③ 湿度传感器： 常用的湿度传感器有毛发湿度计、干湿球湿度计、
精选PPT课件
5
2. 放大器
传感器得到的电压或电流信号往往幅度较小，难以直接 进行A/D转换，需要使用放大器对模拟信号进行放大 处理。
放大器的种类很多，但在模拟输入通道中使用的是一种 具有高放大倍数并带深度负反馈的直接耦合放大器， 由于它可以对输入信号进行多种数学运算(例如比例、 加、减、积分和微分等)，所以称为运算放大器。运 算放大器具有输入阻抗高，增益大，可靠性高，价格 低和使用方便等特点。现在已有各种专用或通用的运 算放大器可供选择。
金属氧化物湿敏元件等。 ④ 流量传感器： 用于测量液体和气体的流量。常用的流量传感器有
速度式流量计和容积式流量计等。 ⑤ 压力传感器： 用于大气压力(气压)测量和容器壁压力测量等。 ⑥ 机械量传感器： 常用的机械量有拉力、压力、位移、速度、加速
度、扭矩及荷重等。常见的机械量传感器有电阻应变片、力传 感器、荷重传感器、位移传感器和转速传感器等。 ⑦ 成分分析传感器： 用于对混合气体或混合物的成分进行自动分析。 ⑧ pH值传感器： 用于测量水溶液的酸碱度。
ADC0809采用逐次逼近式A/D转换原理，可实现 8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选 通开关，以及相应的通道地址锁存与译码电 路，转换时间为100 μs左右。ADC0809的内 部逻辑结构如下图所示。
精选PPT课件
9
图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用 一个A/D转换芯片进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、 C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择。8位 A/D转换器是逐次逼近式，由控制与时序电路、逐次逼近寄存器、 树状开关以及256R电阻阶梯网络等组成。输出锁存器用于存放 和输出转换得到的数字量。
D7～D0： 数据输出线。
OE： 输出允许信号。用于控制三态输出锁存
器向单片机输出转换得到的数据。OE＝0，
输出数据线呈高电阻；OE＝1，输出转换得到
的数据。
CLK： 外部时钟信号引入端。
EOC： 转换结束信号。EOC＝0，正在进行
转换；EOC＝1，转换结束。VCC： +5 V电源。
10.1.1 单片机测控系统概述
测控包含“测”与“控”两个过程。
所谓“测”就是实时采集被控对象的物理参量，诸如温 度、压力、流量、速度和转速等。这些参量通常都是 模拟量，即连续变化的物理量。
所谓“控”就是把采集的数据经单片机计算、比较等处 理后得出结论，以对被控对象实施校正控制。但经单
片机处理后得到的是数字量结果。
测控系统离不开模拟量与数字量的相互转换，因此，模/ 数(A/D)与数/模(D/A)转换也就成了测控系统的重要内
容。
精选PPT课件
3
10.1.2 模拟输入通道
模拟输入通道的工作从采集信号开始。由于传感器采集 到的模拟信号幅值通常很小，而且连续变化的信号容 易受到干扰，因此，要对传感器采集到的原始信号进 行放大、采样、保持、滤波等处理后，才能送给A/D 转换器。这一系列的处理过程构成了模拟输入通道， 如下图。
单片机基础（第3版）
李广弟等编著 北京航空航天大学出版社 2007年6 月
精选PPT课件
1
第10章 单片机A/D及D/A转换接口
10.1 单片机测控系统与模拟输入通道 10.2 A/D转换器接口 10.3 D/A转换器接口 10.4 A/D与D/A转换器芯片的串行接口
精选PPT课件
2
10.1 单片机测控系统与模拟输入通道
ADC0809内部逻辑结构
精选PPT课件
10
ADC0809各引脚功能如下：
IN7～IN0： 模拟量输入通道。
A、B、C： 地址线，模拟通道的选择信号。A为低位地址，C为 高位地址。能进行8个通道的选择。
ALE： 地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态 送入地址锁存器中。
START： 转换启动信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0； START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间， START应保持低电平。
在模拟输入通道中，采样电路和保持电路是合在一起的，称为采样/保持 电路。如下图所示。
精选PPT课件
7
4. 滤波器
滤波可分为模拟滤波和数字滤波两种。 模拟滤波由电子元器件搭建的滤波电路完成，模拟滤波又可分为
无源和有源两种。无源滤波是使用无源器件(电感、电容和电 阻)构成的滤波电路。有源滤波器则是用放大器和电容、电阻 构成的滤波电路。 数字滤波，就是通过程序对采样信号进行平滑加工，以提高其有 用信号，消除或抑制干扰信号。有多种数字滤波程序，例如， 程序判断滤波程序、中值滤波程序、算术平均滤波程序、加 权平均滤波程序、一阶滞后滤波程序以及复合滤波程序等。 与模拟滤波相比，数字滤波具有众多优点，所以在现代测控系统 中广泛使用数字滤波。数字滤波不但不需要硬件设备，而且 使用也很方便，只需在程序进入数据处理或控制算法前，附 加一段滤波程序即可。
精选PPT课件
6
3. 采样/保持电路
采样是为了跟踪输入信号的变化，其实质是将一个连续变化的模拟信号 转换为时间上离散的采样信号，采样频率要远高于模拟信号中的最 高频率成分(一般为2.5倍)。
保持则是为了把采样信号保持一段时间，因为其后的A/D转换需要有一个 时间过程。在保持期间要维持信号的稳定，尽可能保持信号不变。
许多测控系统都是多路系统，以便进行多路参量采集。在多路系 统中，只要速度允许，就应该采用多通道共用一个A/D转换器 的方案，以简化结构降低成本。需要在模拟输入通道中设置 一个多路开关进行通道切换，以实现各通道逐个、分时地被 轮流接通。
精选PPT课件
8
1转换芯片与80C51接口 1. ADC0809芯片
精选PPT课件
4
1. 传感器
传感器的主要功能是采集信号，也兼有信号转换功能，即把采集到 的非电信号转换为电信号(电压或电流)，以便于后续处理。传感 器的种类繁多，常用的传感器有如下几种：
① 温度传感器： 用于将温度转换为电信号。 ② 光电传感器：利用光电效应将光信号转换为电信号。 ③ 湿度传感器： 常用的湿度传感器有毛发湿度计、干湿球湿度计、
精选PPT课件
5
2. 放大器
传感器得到的电压或电流信号往往幅度较小，难以直接 进行A/D转换，需要使用放大器对模拟信号进行放大 处理。
放大器的种类很多，但在模拟输入通道中使用的是一种 具有高放大倍数并带深度负反馈的直接耦合放大器， 由于它可以对输入信号进行多种数学运算(例如比例、 加、减、积分和微分等)，所以称为运算放大器。运 算放大器具有输入阻抗高，增益大，可靠性高，价格 低和使用方便等特点。现在已有各种专用或通用的运 算放大器可供选择。
金属氧化物湿敏元件等。 ④ 流量传感器： 用于测量液体和气体的流量。常用的流量传感器有
速度式流量计和容积式流量计等。 ⑤ 压力传感器： 用于大气压力(气压)测量和容器壁压力测量等。 ⑥ 机械量传感器： 常用的机械量有拉力、压力、位移、速度、加速
度、扭矩及荷重等。常见的机械量传感器有电阻应变片、力传 感器、荷重传感器、位移传感器和转速传感器等。 ⑦ 成分分析传感器： 用于对混合气体或混合物的成分进行自动分析。 ⑧ pH值传感器： 用于测量水溶液的酸碱度。
ADC0809采用逐次逼近式A/D转换原理，可实现 8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选 通开关，以及相应的通道地址锁存与译码电 路，转换时间为100 μs左右。ADC0809的内 部逻辑结构如下图所示。
精选PPT课件
9
图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用 一个A/D转换芯片进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、 C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择。8位 A/D转换器是逐次逼近式，由控制与时序电路、逐次逼近寄存器、 树状开关以及256R电阻阶梯网络等组成。输出锁存器用于存放 和输出转换得到的数字量。
D7～D0： 数据输出线。
OE： 输出允许信号。用于控制三态输出锁存
器向单片机输出转换得到的数据。OE＝0，
输出数据线呈高电阻；OE＝1，输出转换得到
的数据。
CLK： 外部时钟信号引入端。
EOC： 转换结束信号。EOC＝0，正在进行
转换；EOC＝1，转换结束。VCC： +5 V电源。
10.1.1 单片机测控系统概述
测控包含“测”与“控”两个过程。
所谓“测”就是实时采集被控对象的物理参量，诸如温 度、压力、流量、速度和转速等。这些参量通常都是 模拟量，即连续变化的物理量。
所谓“控”就是把采集的数据经单片机计算、比较等处 理后得出结论，以对被控对象实施校正控制。但经单
片机处理后得到的是数字量结果。
测控系统离不开模拟量与数字量的相互转换，因此，模/ 数(A/D)与数/模(D/A)转换也就成了测控系统的重要内
容。
精选PPT课件
3
10.1.2 模拟输入通道
模拟输入通道的工作从采集信号开始。由于传感器采集 到的模拟信号幅值通常很小，而且连续变化的信号容 易受到干扰，因此，要对传感器采集到的原始信号进 行放大、采样、保持、滤波等处理后，才能送给A/D 转换器。这一系列的处理过程构成了模拟输入通道， 如下图。
单片机基础（第3版）
李广弟等编著 北京航空航天大学出版社 2007年6 月
精选PPT课件
1
第10章 单片机A/D及D/A转换接口
10.1 单片机测控系统与模拟输入通道 10.2 A/D转换器接口 10.3 D/A转换器接口 10.4 A/D与D/A转换器芯片的串行接口
精选PPT课件
2
10.1 单片机测控系统与模拟输入通道
ADC0809内部逻辑结构
精选PPT课件
10
ADC0809各引脚功能如下：
IN7～IN0： 模拟量输入通道。
A、B、C： 地址线，模拟通道的选择信号。A为低位地址，C为 高位地址。能进行8个通道的选择。
ALE： 地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态 送入地址锁存器中。
START： 转换启动信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0； START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间， START应保持低电平。
在模拟输入通道中，采样电路和保持电路是合在一起的，称为采样/保持 电路。如下图所示。
精选PPT课件
7
4. 滤波器
滤波可分为模拟滤波和数字滤波两种。 模拟滤波由电子元器件搭建的滤波电路完成，模拟滤波又可分为
无源和有源两种。无源滤波是使用无源器件(电感、电容和电 阻)构成的滤波电路。有源滤波器则是用放大器和电容、电阻 构成的滤波电路。 数字滤波，就是通过程序对采样信号进行平滑加工，以提高其有 用信号，消除或抑制干扰信号。有多种数字滤波程序，例如， 程序判断滤波程序、中值滤波程序、算术平均滤波程序、加 权平均滤波程序、一阶滞后滤波程序以及复合滤波程序等。 与模拟滤波相比，数字滤波具有众多优点，所以在现代测控系统 中广泛使用数字滤波。数字滤波不但不需要硬件设备，而且 使用也很方便，只需在程序进入数据处理或控制算法前，附 加一段滤波程序即可。
精选PPT课件
6
3. 采样/保持电路
采样是为了跟踪输入信号的变化，其实质是将一个连续变化的模拟信号 转换为时间上离散的采样信号，采样频率要远高于模拟信号中的最 高频率成分(一般为2.5倍)。
保持则是为了把采样信号保持一段时间，因为其后的A/D转换需要有一个 时间过程。在保持期间要维持信号的稳定，尽可能保持信号不变。