模拟量输入通道计

第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展 3.ADC0809工作时序
1/f CLOCK START ALE A,B,C 模拟量 输入 比较器内 部输入 OE EOC 输出 tD
tWS tWE
tEOC tC
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展
12位A／D转换器 AD574A
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展
;-------------------------------------循环至其他通道---------------------DJNZ R3,A2 SJMP A4 A2: MOV A,R3 ADD A,#08H MOV R3,A SJMP A1 ;-------------------------------------处理其他子程序-----------------------A4: RET ;------------------------------------保护现场，存储数据--------------INT0A: PUSH ACC MOV P2,#40H ;转换数据 MOV A,P1 ;数据送到累加器 MOV @R1,A INC R1 POP ACC RETI END
CD4051通道选择表
C B 0 0 A 0 1 X接通 X0 X1
0 INH0 0 … 0 1 0 … 1 ×
1 ×
1 ×
X7 全不通
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展
三、采样保持器
VIN
－
A1
＋
K VC
＋
A2
－
VOUT
采样时，k 闭合， VIN通过A1对CH快 速充电，VOUT跟随 VIN；保持期间，k 断开，由于A2的输 入阻抗很高，理想 情况下VOUT =VC 保持不变，采样保 持器一旦进入保持 期，便应立即启动 A/D转换器，保证 A/D转换期间输入 恒定。
第 3 章 MCS-51 数据采集接口设计 第4 章 单片机系统功能的扩展
2.DS18B20的主要特性
适应宽电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源
方式下可由数据线供电。 独特的单线接口方式，DS18B20与微处理器 连接时仅需要一条口线即可实现双向通讯。 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联，
第 2章 章 过程输入输出接口 第4 MCS-51单片机系统功能的扩展
微机控制技术
沈阳建筑大学 信息与控制工程学院
马斌
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展
第2章 过程输入输出接口
2.2 模拟量输入通道
2.3模拟量输入通道接口设计
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展
3、A/D转换器主要性能指标
1.分辨率：通常用转换器输出数字量的位数
来表示。 2.精度：是指与数字输出量所对应的模拟输 入量的实际值与理论值之间的差值 。 3.转换时间:完成一次A/D转换所需要的时间。
4.温度系数和增益系数：A/D转换器受环境
温度影响的程度。 5.对电源电压变化的抑制比：改变电源电压 使数据发生±1LSB变化范围 。
逻辑控制
CH
图13
2
采样保持器的组成
OFFSET
R1
V1

V2

VIN
IN IN
3 8 7

A1
K

A2
5
VO


A3
R2
6 CH
图14 集成采样保持器LF398的原理图
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四、A/D转换元件的结构和工作原理
1、A/D转换器类型
根据转换的原理可将A/D转换器分成两大类： 一类是直接型A/D转换器，输入的模拟电压被 直接转换成数字代码，不经任何中间变量； 另一类是间接型A/D转换器，首先把输入的模
一、分立式温度采集元件
分立式温度采集元件主要有： 1.热电偶温度传感器 2.热电阻温度传感器 3.半导体热敏温度传感器 它们都是将温度值经过一定的接口电路转换 后输出模拟电压或电流信号，利用 A/D 将其转换 为数字信号，然后由单片机进行后续处理。
第 3 章 MCS-51 数据采集接口设计 第4 章 单片机系统功能的扩展
树状开关
ADDA ADDB ADDC ALE
21 20 19 18 8 15 14 17
DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
25 24 23 22
地址锁存 与译码器
256电阻阶梯
OE
11
VCC
13
GND
12
Vref+
16
Vref-
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第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展 2、逐次逼近式A/D转换器结构原理
UREF D/A
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
UIN （ 模拟输入 ） A B Ui 比较器
数 据 输 出
输出锁存器 控制逻辑 移位寄存器
时钟
START EOC
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展 4、ADC0809介绍
1.内部结构
26 27 28 1 2 3 4 5
START
CLK
6
IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
10 7
EOC
8 路 模 拟 开 关
控制电路 三 态 输 出 锁 存 器
比较器
SFR
第 3 章 MCS-51 数据采集接口设计 第4 章 单片机系统功能的扩展
1.DS18B20引脚定义 数字温度传感器DS18B20有三个引脚如图所示。
1－GND为电源地。 DALLAS 2－DQ为数字信号输入/输出端。 DS18B20 3－VDD为外接供电电源输入端 1 2 3 （在寄生电源接线方式时 接地）。
第 3 章 MCS-51 数据采集接口设计 第4 章 单片机系统功能的扩展
3.3温度数据采集元件设计
3.3.1温度数据采集元件的结构和工作原理
通过温度数据采集元件与单片机 接口进行分类，将温度数据采集元件 分为两类：传统分立式温度采集元件 和智能数字温度采集元件。
第 3 章 MCS-51 数据采集接口设计 第4 章 单片机系统功能的扩展
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展
VDD
二、多路转换器
多路转换器又称 多路开关，多路开关 的作用是用来将各路 被测信号依次地或随 机地切换到公共放大 器或A/D转换上。
VSS
INH A
B C
VEE
电平 转化
译码驱动电路
┅
X
X0 X1
┇
X7
┇
图11 表1
CD4051原理图
二、智能数字温度采集元件
智能数字温度采集元件是将作为温度器件 的感温部分及外围电路集成在同一单片上的集 成化温度传感器。与分立元式温度采集元件相 比，集成温度传感器的最大优点在于小型化， 使用方便和成本低廉。 美国Dallas半导体公司的数字化温度传感 器DS18B20是世界上第一片支持 "一线总线"接 口的温度传感器。全部传感元件及转换电路集 成在形如一只三极管的集成电路内。
10uF VCC P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 EA ALE P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 40 39 38 37 36 35 34 33 32 +5V 31 30 28 27 26 25 24 2 3 +5V 21 20 19 18 8 15 14 17 7 25 24 23 22 9 6 10 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 EOC ADDA ADDB ADDC ALE ENABLE START CLOCK IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 26 27 28 1 2 3 4 5
第2章 过程输入输出接口
在数据采集的过程中，经过各种传感器来获取数据， 传感器将各种温度、湿度、光照、压力和酸碱度等物理 信号或化学信号转换为电信号。 有些采集的信息还需要对电信号进行放大、去噪， 再经A/D转换后变成离散的数字信号送给单片机。 采集来的信号给单片机进行处理分析，数字滤波、 工程量变换等处理，以反映实际测量的数值，这也是单 片机系统检测部分的核心。
S 9 +5V 10K 10K 10K 12 9013 P3.2 RST
+5V Ref(+) Ref(-) 12 16
0.02uF
51单片机
18 19 6M 0.02uF
XTAL2 XTAL1
AD0809 5 6 74LS74
20
GND
D CLK
Q /Q
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展 六、单片机A/D转换软件编程
拟电压转换成某种中间变量，然后再把这个中间
变量转换为数字代码输出。 目前应用较广泛的主要有：逐次逼近式A/D转 换器、双积分式A/D转换器和V/F变换式A/D转换器。
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展 A/D转换器分类图
电荷再分配A/D转换器 逐次逼近式A/D转换器 反馈比较型 直接A/D转换器 跟踪计数式A/D转换器 串联方式A/D转换器 非反馈比较型 A/D转换器 并联方式A/D转换器 串并联方式A/D转换器 单积分型A/D转换器 双积分型A/D转换器 电压-------时间变换器 间接A/D转换器 四重积分型A/D转换器 五重积分型A/D转换器 脉宽调制积分型A/D转换器 电压--------频率变换型A/D转换器(V-F变换器)
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展 2.2 模拟量输入通道 模拟量输入通道: 数据采集系统输入通道中的一种，它 的任务是把传感器转换后的电信号经过适当的调理，然后转 换成数字量输入计算机。 一、 模拟量输入通道的一般结构
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展 2.2 模拟量输入通道 多路模拟量输入通道结构图
实现组网多点测温。
AGND REF OUT VCC CE
R/ C A 0 CS 12 / 8 VLOGIC
20VIN
14
5K
9
8
7
6
5
4
3
2
1
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
10VREF
控制逻辑
STS
DO11 DO10 DO 9 DO 8
DO 7 DO 6 DO 5 DO 4 DO 3 DO 2 DO1 DO 0
2.外部特性（引脚功能） IN0～IN7：8路输入通道的模拟量输入端口。 D0～D7：8位数字量输出端。 A、B、C：用于选通8路模拟输入中的一路。 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START：A/D转换启动信号。 EOC： A／D转换结束信号。 OE：数据输出允许信号，高电平有效。 CLK：时钟脉冲输入端。 REF（+）、REF（—）：参考电压端输入。 Vcc：电源，典型值+5V。 GND：模拟和数字地。
中断处理
中断方式程序流程图
关中断 保持现场
读入数
存储
T0=1? Y 开中断
N
恢复现场
返回
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展
汇编语言编程如下： ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0A ORG 0030H ;----------------------------------中断设置------------------------------SETB IT0 ;允许INT0中断 SETB EA ;中断总允许 SETB EX0 ;外部中断0允许 ;------------------------------各通道循环启动-------------------------MAIN: MOV R2,#08H ;设置循环次数 MOV R3,#80H MOV R4,#80H ;设置延时时间 A1: MOV A,R3 MOV P2,A ;先启动IN0通道 . 。。。。。。。。。。。;延时或其它功能程序执行
DGND
10VIN
13
5K
3K
时钟 三态输
BIP OFF
REF IN
12 10
9.95K
+
COMP
SAR
出锁存 缓冲器
19.95K
VEE
I REF
I DAC
11 + DAC
图16
AD574A的原理框图及引脚
第4 2章 过程输入输出接口 MCS-51单片机系统功能的扩展 五、A/D转换元件的接口电路设计