第二章模拟量输入输出通道接口技术

第二章模拟量输入／输出通道接口技术2．1多路开关及采样保持器2．1．1采样定理香浓定理：实现采样信号完全恢复模拟信号的最小频率为:max2ffs实际应用中并非所有信号均为有限带宽,所以经常取4或更高,有时取10。2．1．2多路开关多路开关特点：1、采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排；2、直接与TTL（或CMOS）电平兼容；3、内部带有通道选择译码器，使用方便；4、可采用双极性输入；5、转换速度快；6、寿命长，无机械磨损；7、接通电阻低，断开电阻高；①CD4051②CD4067③8816芯片封装形式CD4051电路MCS-51单片机存储器接口技术在很多应用场合，51系列单片机自身的存储器和I／O资源不能满足要求，这时就要进行系统扩展。目前有多种I/O接口芯片。系统扩展时，就是实现单片机与这些芯片的接口以及编程。1外部总线的扩展51系列单片机受到管脚的限制在进行对外扩展存储器或I／O接口时，需要首先扩展对外总线(局部系统总线)。51系列单片机的引脚ALE是地址锁存信号，在ALE为高电有效，通常在51系列单片机片外扩展一片地址锁存器，用ALE的有效电平边沿作锁存信号，将PO口上的地址信息锁存，直到ALE再次有效。在ALE无效期间PO口传送数据，即作数据总线口。这样就把PO口扩展为地址／数据总线复用口。另外，P2口用于输出地址高8位A15～A8，所以对外16位地址总线ABl5～ABO由P2口和P0口锁存器构成，PO口兼作8位数据总线DB7～DB0。数据总线用于传送指令和数据信息。如图4－1所示。51系列单片机引脚中的输出控制线(RD、WR、PSEN、ALE)以及输入控制信号线(如EA、INT0、INTl、RST、TO、T1)等构成了外部控制总线CB。51系列单片机扩展的外部三总线示意图如图4—1所示。图151单片机的总线结构常用的地址锁存器的芯片有74LS373、74LS573、74LS273等。图4—2的(a)、(b)和(c)给出了74LS373、74LS573和74LS273的引脚，以及它们用作地址锁存器的接法74LS573与74LS373功能完全相同，引脚位置不同74LS573的引脚排列更便于印刷线路板的布线，当三态端OE为有效低电平，使能端G为有效高电平时，输出跟随输入变化，当G端由高变低时，输出端8位信息被锁存，直到G端再次有效。图2常用的地址锁存器2程序存储器的扩展随着技术的不断发展，目前片内存储容量已完全能够满足要求，很少再外扩程序存储器用来存放程序，有些应用中需要大量的常量型数据如汉字库，这时可将其存储在外扩程序存储器中。因此还有必要介绍外扩程序存储器的扩展接口。图4－3是外部程序存储器的读时序，从图4－3中可以看出扩展外部程序存储器时，应注意：1、数据存储器与程序存储器的片外64K扩展地址空间完全重叠(0000H~FFFFH)，它们同时并联挂接在外部系统总线上。至于哪个存储器被选通操作，由控制信号和片选型号确定。外部程序存储器的读信号为PSEN，它由MOVC指令产生。2、扩展的外部程序存储器的地址指针为程序计数器PC和数据指针DPTR。3、扩展的外部程序存储器多使用EPROM型存储器和FLASH型存储器。4、在不扩展的外部程序存储器时可将PSEN作为一根准输出口线应用，同过MOVC指令产生输出,用来控制发光二极管的亮灭。5、可用口线来选择大容量外扩存储器的分段。6、如果不扩展外部数据存储器也可将只读存储器挂在数据存储器的位置，用信号选通，用MOVX指令读数据。7、应用时还需考虑与片内程序存储器地址重叠部分不能用来存数据。图4-3外部程序存储器的读操作时序图4给出了常用的几种EPROM的引脚图。它们与单片机的连接见图5所示，当地址空间大于64K时，可将A16,A17,A18接口线用口线进行存储位的选择。图4常用只读存储器引脚图图5外部程序存储器的扩展3数据存储器的扩展1、数据存储器的扩展(1)、外部数据存储器的寻址范围为64K，并与外部I／O接口统一编址。外部RAM和外部I／O接口的读写控制信号为RD和WR，它们由MOVX指令产生。外部数据存储器的读写时序图如图4－6所示。（2）、外部RAM在64K范围寻址时，地址指针为DPTR；若对外部RAM按页面寻址(256字节为一页)，则用R0或R1作页内地址指针，P2口作页地址指针。（3）、51系列单片机没有外部的I/O空间，可以采用存储器映像的方法来扩展I/O口即将I/O设备映射为存储单元。如用片内程序存储器可以先将高位地址送P2口，然后再用R0或R1间接寻址操作2、外部数据存储器的操作时序如图4-6所示给出了外部数据存储器的读、写操作时序。该时序由两个机器周期组成，第一周期为取指周期，第二周期为读／写周期。图4-7是外部数据存储器的取指和读／写周期时序。当取出MOVX指令时，P2口和P0口扩展的外部总线上分时出现该指令地址PCH、PCL值及其指令码；执行指令时，外部总线分时出现外部RAM地址DPH、DPL及读写的数据。在取指周期(周期1)的S2期间ALE有效，P2口输出PCH，PO口输出PCL，ALE的下降沿将PCL值打人地址锁存器。S3S4期间，按P2口和地址锁存器的地址取出的指令出现在PO口，在PSEN的上升沿前，CPU取入片内指令寄存器IR。在S5期间P2口输出外部RAM地址DPH，PO口输出DPL，执行周期(周期2)的S1以后，读／写信号RD／WR变为有效，其间按照DPTR输出的地址，对外部RAM进行读写操作，S2期间读／写数据出现在数据总线及PO端口，在RD／WR信号的上升沿前，数据被读入单片机或被写入寻址的地址单元。从时序图中可以看到，周期1中ALE两次有效，在周期2中，ALE只有效一次。因此在执行MOVX指令时，ALE信号不是固定频率的信号，不适合作时钟脉冲。图6外部数据存储器的读、写操作时序图7外部数据存贮器的取指和读／写周期时序3、扩展外部数据存储器扩展时，地址总线和数据总线的连接方法同程序存储器的扩展相同。控制信号中主要是读信号和写信号。51系列单片机的信号与外部RAM的输出允许线相连，单片机的信号与外部RAM的写信号WR相连，如图8所示。3、扩展外部数据存储器扩展时，地址总线和数据总线的连接方法同程序存储器的扩展相同。控制信号中主要是读信号和写信号。51系列单片机的信号与外部RAM的输出允许线相连，单片机的信号与外部RAM的写信号WR相连，如图4－8所示。图8外部数据存储器扩展常用的静态RAM芯片有6264(8K)，62256(32K)628128等。下面以62256芯片为例，讨论RAM的扩展方法。图9是常用的RAM的引脚图。62256是8KX8的SRAM芯片。引脚功能为：A0～A15：地址线；：片选线，低电平有效；写允许线，低电平有效；P0.7—P0.0：双向数据线；：读允许线，低电平有效。6264,62256,628128的引脚图如图4－9所示。626462256628128图9RAM的引脚图同时扩展片外程序存储器及数据存储器的电路如图4－10所示图10同时扩展数据和程序存储器。2．2模拟量输出通道接口技术1、DA转换器件的应用场合控制器DA器件被控对象3、DAC0832结构及原理DAC0832数模转换器内部，具有两级数据输入缓冲器和一个R-2RT型电阻网络。主要特性:1.分辨率8位2.电流输出，稳定时间为1μs3.可双缓冲、单缓冲或直接数字输入4.只需在满量程下调整其线性度5.单一电源供电（＋5～＋15V）引脚功能：1.DI0~DI7：8位数字信号输入端，与CPU数据总线相连2.CS：片选端，为低电平时，本芯片被选中工作3.ILE：数据锁存允许控制端，高电平有效。4.WR1：第一级输入寄存器写选通控制，低电平有效。2、DAC0832与MCS-51的接口技术②0832输出锯齿波（单缓冲方式）MOVDPTR,#7FFFHMOVA,#0HLOOP:MOVX@DPTR,AINCAAJMPLOOP①芯片地址确认P2.7…………P2.0P0.7………………P0.0②控制显示器X,Y偏转电路（双缓冲方式）此时：两片数据输入锁存器地址为：0DFFFH和0BFFFH两片DAC寄存器地址为7FFFH执行以下程序会使显示器光点根据参数X,Y移动MOVDPTR,#0DFFFH;参数X写入MOVA,#XMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0BFFFH;参数YMOVA，＃YMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#7FFFH;指向两片0832的RET;寄存器同时接数，同步输出实际应用1、变频器控制第三章人机接口设计3.1输入设备3.1.1拨码盘BCD码盘3.1.2键盘接口设计1、几个问题①按键确认（怎么知道有键按下）②按键与连击处理由设计确定，通常为单键按下有效，多键无效（复合用键除外）重键：（一次按键产生多次击键效果）一般以键释放为标志去执行程序，防止一次击键程序被多次执行。③键盘防抖动技术a、硬件防抖动ⅰ：滤波防抖ⅱ:双稳态防抖电路b、软件防抖方法当第一次检测到有键按下，先用软件延时（10ms~20ms），然后再确认该键电平是否仍然维持在闭合状态，若仍然为闭合，则确认该键被按下。3.1.3矩阵键盘接口技术1、接口电路：①键盘工作原理（以4×4键盘为例）3．2LED显示接口技术常用的显示器件：1、显示和记录仪表2、CRT显示终端3、LED或LCD显示4、触摸屏3．2．1LED显示器原理共阴极共阳极3．2．2LED显示器接口技术第四章常用控制程序设计4．1报警程序设计报警方式：声、光、电、语音传统：光：LED、白炽灯等声：电铃、电笛、蜂鸣器语音：语音芯片现代：还包括：图形、图像，声卡。简单报警程序设计①软件报警②中断报警（硬件直接报警程序）③越限报警程序设计4．2开关量输出接口技术1、光电隔离技术正确的使用方式：不正确的使用方式：2、继电器输出接口技术D保护二极管1、继电器选择时注意下列因素2、继电器的额定工作电压或电流3、接点负荷4、接点数量或种类5、继电器的体积、封装形式、工作环境、接点吸合或释放时间等3、固态继电器（SSR）输出接口技术①直流型SSR②交流型SSR第五章总线接口技术5．1并行接口总线STD总线PC总线板式主板卡式主板工控机主板PCI总线---6轴脉冲型步进电机运动控制卡5．2串行通信及基本概念应用背景：DOS下Windows下总线使用及开放情况。单片机下工厂中的布线，成本1、数据传送方式单工、半双工、全双工2、波特率的概念1波特＝1位／秒即1bps3、差错控制技术①差错控制方法a：自动重发请求b：前向纠错方式能发现错误并纠正错误但设备复杂c：混合纠错a与b的结合②纠错编码a：奇偶校验按1的个数分为奇校验和偶校验b：循环冗余校验利用线性编码理论文本显示器PLC及其外围电路3、工业控制计算机音乐喷泉音乐喷泉1音乐喷泉2