第4章 模拟量与控制信号输出系统

读扳键开关状态程序段： CLR P1.0 ；准备选通和读入S1-S8状态信息 MOVX A,@R0 ；自P0口读入S1-S8状态信息 RRC A ；把P0.0移入高位 JNC KS1 ；P0.0为低电平，转KS1 LJMP KF1 ；P0.0为高电平，转KF1执行相应程序 KS1: RRC A ；P0.1为低电平，转KS2 JNC KS2 ；P0.1为高电平，转KF2执行相应程序 LJMP KF2 ┇
所以，对273来说,1(CLR)脚必须接高电平，ALE信号经过 反相后接11脚(因为单片机的ALE信号是以下降沿方式出 现)；对373来说，1脚接低电平，保证使能，11脚直接接 单片机的ALE信号。
开关量信号输入通道结构
缓 冲 电 路 单 片 机 开关量输入通道通常由单片机 （接受和处理开关信号）、信号 输入调理电气接口（信号滤波电 平转换、隔离保护等）、信号输 入缓冲器（缓冲和选通外部输入 控制 电路 信号）、输入／输出地址译码器 （将外部开关信号转换为0，1信 号）和读／写控制电路（外部输 入信号的读写控制）组成。
273与373的引脚排列是相同的,唯一的差别是两者1、11 脚的功能不同。
74LS273 1脚是低电平时,输出脚全部输出0， 即全部复位 ；当1脚为高电平时，11脚是锁存 控制端，并且是上升沿触发锁存。
74LS373 当1脚是低电平时，只要11脚上出现 一个下降沿，输出立即呈现输入脚的状态 ; 当1脚是高电平时， 输出全部呈现高阻状态 (或者叫浮空状态)。
输 入 接 口 电 路
开关量信号输入通道结构
开关量输入接口
扳键开关与单片机的接口电路
扳键开关将高电平或低电平经单片机的I／O引脚输入 缓冲器74LS244，74LS244的数据输入端与单片机89C51的 P0口相连接，用于8位数据的传送89C51的P1.7和/RD作为 74LS244的选通信号 。
DI0~DI7: 数据输入线，其中DI0为最低有效位LSB ，DI7为 最 高有效位MSB。
CS：片选信号，输入线，低电平有效。 WR1：写信号1，输入线，低电平有效。 ILE：输入允许锁存信号，输入线，高电平有效 当三信号同时有效时，8位输入寄存器端为高电平"1"，此时 寄存器的输出端Q跟随输入端D的电平变化；反之，当ILE端 为低电平 "0" 时，原 D 端输入数据被锁存于 Q 端，在此期间 D 端电平的变化不影响Q端。
(一)TTL高电平3.6~5V，低电平0V~2.4V CMOS电平Vcc可达到12V CMOS电路输出高电平约为0.9Vcc，而输出低电平约为0.1Vcc。 CMOS电路不使用的输入端不能悬空，会造成逻辑混乱。 TTL电路不使用的输入端悬空为高电平。另外，CMOS集成电 路电源电压可以在较大范围内变化，因而对电源的要求不像 TTL集成电路那样严格。
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3．常见电子开关都有哪些？ 常见电子开关有：扳键开关、BCD码拔盘开关、磁 性开关、光敏器件开关（光电开关、光纤开关等）、 温度超限开关。 4.电子开关的缺点是什么？如何解决该缺点？ 经常会产生瞬时高压、过电流或接触抖动等现象。 因此为使信号安全可靠，在输入到单片机之前必须接 入信号输人电气接口电路，对外部的输入信号进行滤 波、电平转换和隔离保护等。
在外设接口电路中，经常需要对传输过程中的信 息进行放大、隔离以及锁存，能实现上述功能的接口 芯片最简单的就是缓冲器、数据收发器和锁存器。 74系列器件是一种中小规模TTL集成电路芯片， 这是一种低成本、工业和民用产品。 （1）74 X X X——标准TTL； （2）74LX X X——低功耗TTL； （3）74SX X X——肖特基型TTL； （4）74LSX X X——低功耗肖特基型TTL； （5）74ALSX X X——高性能型TTL； （6）74FX X X——高速型TTL。
当外界的开关量信号的电平幅度与单片机I／ O端口的信号电平不相符时（由于这些电平信号功 率有限，加上外界还存在各种干扰和影响），应在 电平转换后(采用各种缓冲、放大、隔离和驱动电 路等措施），再输入到单片机的I／O端口上。
开关量信号和单片机的电气接口有TTL电平、CMOS 电平、非标准电平、开关或继电器的触点等，请说明 TTL电平和CMOS电平的特征？
(二) 因为TTL电路电源电压是5V，CMOS电路电源电压一般是 12V。5V的电平不能触发CMOS电路，12V的电平会损坏TTL电 路，因此不能互相兼容匹配。 (三)TTL电平标准 输出 L： <0.8V ； H：>2.4V。 输入 L： <1.2V ； H：>2.0V TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入， 低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。 CMOS电平： 输出 L： <0.1*Vcc ； H：>0.9*Vcc。 输入 L： <0.3*Vcc ； H：>0.7*Vcc.
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BCD码拨盘开关
BCD码拔盘开关与单片机的接口电路 在仪器应用中，经常需要输 入少量的控制参数和数据， 有时可采用BCD码拨盘开作 为输入设备。BCD码拨盘开 关0~9十个位置，设置时可以 通过拨动表面的齿轮圆盘调 到所需位置，每个位置对应 一个数字指示。 74LS245地址为：7FFFH、0000H、….
BCD码拔盘开关与单片机的接口电路 常见的拨盘开关是BCD拨盘开关，拨动正面的拨盘，可置 一十进制数（在正面显示该数）并转换成BCD码（呈现在背面8、 4、2、1引脚上）而输入计算机。在BCD码拨盘开关中，引脚A 一般接高电平，8、4、2、1四个引脚原来为低电平，当置某个 十进制数时，拨盘的转动将使引脚8、4、2、1某些引脚为高电 平，其余仍为低电平。从而转换成与该十进制数相当的BCD码。 4 8A 1 2
第4章 模拟量与控制信号输出系统
1.模拟量输出与接口 2. 集成DAC及其应用
3.开关信号的输入/输出
4.1 概 述
• 模拟量输出通道的任务:把智能仪器处理后的数字 量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相 应的执行器，从而达到控制的目的; • 模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成:一 般是由接口电路、数/模转换器(简称D/A或DAC) 和电压/电流变换器等; 模拟量输出通道基本构成--多D/A结构（图4-1） 和共享D/A结构（图中4-2）
当WR2和XFER同时有效时，8位DAC寄存器LE端为高电平 “1”，此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就是输入寄存 器Q端的电平变化；反之，当LE端为低电平“0”时，第一级8位 输入寄存器Q端的状态则锁存到第二级8位DAC寄存器中，以便 第三级8位DAC转换器进行D/A转换。
IOUT1：DAC电流输出端1，一般作为运放差动输入信号之一。 IOUT2：DAC电流输出端2, 一般作为运放另一个差动输入信号。 Rfb： 固化在芯片内的反馈电阻连接端，用于连接运放输出端。 VREF：基准电压源端，输入线，10VDC~ 10VDC。 VCC：工作电压源端，输入线，5VDC~ 15VDC。
磁性开关与单片机的接口电路 磁性开关一般由霍尔元件型、干 簧管型等，常用于监测门窗是否 打开及各种脉冲式水表气表。此 时，需在普通转盘计数的仪表中 加装霍尔元件和磁铁，即可构成 基于磁电转换技术的传感器。
问：有74LS244和74LS245芯片各一块，现要用于一单 片机的地址总线驱动和数据驱动，如何分配？ 单向驱动器 74LS244用于 地址总线驱动 双向驱动器 74LS245用于 数据总线驱动
74LS06：六高压输出反相缓冲器/驱动器。
问题：74、54系列IC区别，LS和HC系列区别？
74LS273：带公共时钟复位八路触发器 74LS373：是三态同相八路锁存器
PC 总 CPU 线
接 口 电 路
D/A
多 路 开 关
采样保持器
V/I
通道1
采样保持器
V/I
通道 n
共享D/A结构
特点: 1、多路输出通道共用一个D/A转换器. 2、每一路通道都配有一个采样保持放大器. 3、 D/A转换器只起数字到模拟信号的转换作用. 4、采样保持器实现模拟信号保持功能. 5、节省D/A转换器，但电路复杂，精度差，可靠性 低、占用主机时间 .
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4.3.2 8位DAC0832芯片
1. DAC0832性能
一个8位D/A转换器 电流输出方式 稳定时间为1μs 采用20脚双立直插式封装 同系列芯片还有 DAC0830、DAC0831
2.DAC0832工作原理
8位输入寄存器用于存放CPU送来的数字量，使输入数字 量得到缓冲和锁存；8位DAC寄存器用于存放待转换的数 字量；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由 与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选 通或锁存状态。
D/A转换器性能指标是衡量芯片质量的重要参 数，也是选用D/A芯片型号的依据。主要性能指标 有： （1）分辨率 （2）转换精度 （3）偏移量误差 （4）稳定时间
（1）分辨率 分辨率:是指 D/A 转换器能分辨的最小输出模拟增 量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应输出 模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位数， 数字量位数越多，分辨率也就越高 。其分辨率与二 进制位数n呈下列关系： 分辨率 = 满刻度值/（2n-1）=VREF / 2n
74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。 74LS244没有锁存的功能。
L 表示低电平 H 表示高电平 X 表示不定状态 Z 表示高阻态
由于总线上需要驱动的负载多，CPU是大 规模集成电路，不具备功率驱动能力，总 线驱动器的作用就是提供功率驱动。
74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的 设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输 数据。
D/A口地址：2FFFH
一路D/A输出连线图（单路模拟量输出）
2.串口方式DA MAX515
• MAX515是一个5V低功耗，电压输出型的10位串 行DA转换器。
CS跳变时SCLK应保持在低 电平，当CS为低电平时，由 SCLK的上升沿将DIN的串行 数据移入16位的移位寄存器。
移入次序为：4个哑位，之后 10个数据位（MSB在先）， 最后是作为结尾的两位“0”。 4个哑位通常可以不要。
当CS上跳时，移位寄存器中 的10个数据位传送给DAC寄 存器并更新DAC的输出。当 CS保持为高电平时，移位寄 存器的数据不受DIN及SCLK 状态的影响。
设要输出的10位数据存放在R1和R2，R1存放高8 位，R2的D7和D6存放低2位。
开关信号的输入/输出
1．开关和开关量信号的区别？ 开关是一种有二个可选择的、有固定位置的装 置，主要用于向单片机输入电平信号。开关量信号就 是通过拨动开关的位置，使单片机得到的一个固定不 变的电平信号。 2．开关量信号的特点是什么？ 只有开和关、通和断、高电平和低电平两种状态 的信号叫开关量信号，通常用二进制数0和1来表示。
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PC CPU 总 线
接 口 电 路
D/A
V/I
通道 1
D/A 多D/A结构
V/I
通道
n
特点：1、一路输出通道使用一个D/A转换器
2、 D/A转换器芯片内部一般都带有数据锁存器 3、 D/A转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用 4、 结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立 5、 缺点是所需D/A转换器芯片较多
（4）稳定时间 稳定时间:是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指 从输入数字量变化到输出模拟量达到终值误差 1/2LSB时所需的时间。显然，稳定时间越大，转换 速度越低。对于输出是电流的D/A转换器来说，稳 定时间是很快的，约几微秒，而输出是电压的D/A 转换器，其稳定时间主要取决于运算放大器的响应 时间。
（2）转换精度 转换精度:是指转换后所得的实际值和理论值的接近 程度。它和分辨率是两个不同的概念。例如，满量 程 时 的 理 论 输 出 值 为 10V ， 实 际 输 出 值 是 在 9.99V~10.01V 之间，其转换精度为±10mV 。对于 分辨率很高的D/A转换器并不一定具有很高精度。
（3）偏移量误差 偏移量误差: 是指输入数字量时，输出模拟量对于 零的偏移值。此误差可通过D/A转换器的外接VREF 和电位器加以调整。