MCS51单片机的输入输出通道接口

直接采用数字传感器是计算机专业学生的最佳选择！
传感器的发展方向：
传感器已经成为现代信息技术系统三大支柱之一，在工 业、农业、航空航天、军事国防等领域得到了日益广泛的应 用。其发展方向主要有以下几个方面： （1）利用新的物理现象、化学反应、生物效应设计传感器。 （2）引入数据融合技术。 （3）使用新型材料，向微功耗、集成化及无源化发展。 （4）采用新的加工技术。 （5）向微型化发展。 （6）向高可靠性、宽温度范围发展等。 ( 7）器件自身是数字化的，不需要再经过数/模、模/数变换。
5.2.1 D/A转换器的性能指标
（1）分辨率：指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，即相 邻两个二进制码对应的输出电压之差称为D/A转换器的分辨率。 可用最低位（LSB）表示。如，n位D/A转换器的分辨率为 1/2n。
（2）精度：精度是指D/A转换器的实际输出与理论值之间的误 差，它是以满量程VFS的百分数或最低有效位（LSB）的分 数形式表示。
NOP
MOV A,R1
;从R1中取出低8位到A寄存器
MOV R3,#08H ;循环初值 8次
AA: RLC , A ;最低位送入C寄存器
MOV P1.1,C ;位数据送上DIN
NOP
SETB P1.2 NOP NOP CLR P1.2 DJNZ R3,AA NOV R3,#08H MOV A,R2 BB: RLC A MOV P1.1,C NOP NOP SETB P1.2 NOP NOP CLR P1.2 DJNZ R3,BB SETB P1.3 CLR P1.2 是 CLR P1.1
（5）偏移量误差：偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模
拟量对零的偏移值。
5.2.2 D/A转换器的分类
按输出形式分类：电压输出型和电流输出型。 按是否含有锁存器分类：内部无锁存器和内部有锁存器。 按能否作乘法运算分类：乘算型和非乘算型。 按输入数字量方式分类：并行总线D/A转换器和串行总线D/A 转换器。 按转换时间分类：
方案设计； （3）一般是模拟、数字等混杂电路； （4）常需要放大电路； （5）抗干扰设计非常重要。 输入通道的结构类型：
输入通道结构形式取决于被测对象的环境、输出信号的 类型、数量、大小等。其结构如下页图所示。
2．输出通道 特点:
（1）小信号输出，大功率控制； （2）输出伺服驱动控制信号； （3）电磁和机械干扰较为严重。 通道结构：
（3）隔离放大技术
在某些要求输入和输出电路彼此隔离的情况下，必须使 用隔离放大器。常用隔离放大器有变压器耦合隔离放大器和 光耦合隔离放大器两种。
5.2 D/A转换器及接口技术
D/A转换器（Digit to Analog Converter）：将数字量转换 成模拟量的器件称为D/A转换器，通常用DAC表示。 D/A转换接口器设计中主要考虑的问题：D/A转换芯片的选择、 数字量的码输入、精度、输出模拟量的类型与范围、转换时 间、与CPU的接口方式等。
（1）开关量输入
被控对象的一些开关状态可以经开关量输入通道输入到 单片机系统，这些开关信号根据实际情况需要经过电平匹配、 电气隔离或互感器后才能够通过单片机接口，接入到单片机 系统。
（2）小信号放大技术
输入通道中，对小信号需要经过测量放大器、可编程增 益放大器及带有放大器的小信号双线发送器等电路进行放大 调节。
AJMP START
END
5.1.2 单片机应用系统的输入/输出通道
过程I/O通道：单片机系统和被控对象之间信息的交互通道（输 入通道、输出通道）称为过程I/O通道，过程I/O通道的一般结构 如下图所示。
1．输入通道
特点： （1）要靠近拾取对象采集信息； （2）传感器、变送器的性能和工作环境因素严重影响通道的
ORG 0000H
START:MOV P0,#0FFH ;开机初始化
MOV P1,#0FFH
MOV P2,#0FFH
MOV P3,#0FFH
JB P3.7,$ ;等待遥控信号出现
MOV P1,#0F0H
MOV p2,#0F0H
MOV P0,#0F0H
JNB P3.7,$ ;如果是低电平就原地等待，高电平就退出
SETB P1.3
;P1.3是CS片选信号,先置高,使之无效
NOP
NOP
CLR P1.1
;P1.1是DIN信号,串行数据输入端,先置低
CLR P1.2
;P1.2是SCLK信号,串行时钟输入端,先置低(初始化结束)
CLR P1.3
;P1.3变低,片选有效,选中芯片Fra bibliotekNOP
;适当的延时可以使芯片工作更为可靠!
成可供测量的信号。
传感器的分类：
（1）按传感器的用途可以将传感器分为：压敏和力敏传感器、位置传 感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、加速度传 感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏 传感器、真空度传感器和生物传感器等。 （2）按传感器输出信号标准可将传感器分为： 模拟传感器、数字传感 器、开关传感器等。
5.3.2 A/D转换器的分类
5.3.3 A/D转换器的接口
串行A/D转换器MAX187/189
特点：引脚数少（常见的8引脚或更少），集成度高（基本上 无需外接其他器件），价格低，易于数字隔离，易于芯片升级， 廉价，速度略微降低。 （1）MAX187/189芯片引脚及功能
MAX187/189是MAXIM公司生产的具有SPI（Serial Peripheral Interface）总线接口的12位逐次逼近式（SAR）A/D 转换芯片。特点如下：
（2）转换速率与转换时间：转换速率是指A/D转换器每秒钟转 换的次数。转换时间是指完成一次A/D转换所需的时间（包括 稳定时间）。转换时间是转换速率的倒数。
（3）量化误差：有限分辨率A/D的阶梯状转移特性曲线与理想 无限分辨率A/D的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差称为 量化误差。通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示 为1LSB，1/2LSB。
第5章 MCS-51单片机的输入/输出通道 接口
主要内容： 输入/输出通道的组成与配置，A/D、D/A转换器及其
接口技术。通过本章的学习，使读者了解输入/输出通道设 计的基本原理和方法，掌握常用A/D、D/A芯片及其与 MCS-51单片机的接贵口阳电论路坛与w程ww序.g设yw计o。o.c重om点和难点在于 不同方式的A/D、D/A芯片与MCS-51的接口及其程序设计。
5.1 输入/输出通道概述
输入通道（前向通道）：被测对象与单片机联系的信号通道。包括
传感器或敏感元件、通道结构、信号调节、A/D转换、电源的配置、抗 干扰等。
输出通道（后向通道）：单片机与被控对象联系的信号通道。包括
功率驱动、干扰的抑制、D/A转换等。
5.1.1 传感器
传感器：传感器是测量系统中的一种前端部件，它将各种输入变量转换
CS ：片选信号
DOUT :串行数据输出端，用于级联
AGND：模拟地
REFIN：基准电压输入
OUT：DAC模拟电压输出端 Vdd: 电源输入（4.5～5.5V）
表2-5 工作寄存器组选择控制表
2．编程时序图
[例题] 利用上图所示电路，使用TLC5615编程转换放在R1、R2中的数据。 (此处讲 述看时序图的方法，同学们注意了）
适合自己的经济的测温系统。
DS18B20外形和封装如图： 18B20演示 程序设计由A0315班余锡钱同学完成。
2、红外线传感器
家中许多的电器产品都有遥控的功能，例如电视机、录像机、 VCD、空调等家电产品，它们都是以红外遥控的方式进行遥控。
（一）、 红外遥控系统
通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专 用集成电路芯片来进行控制操作，如图1所示。发射部分包括键 盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换 放大器、解调、解码电路。
（4）线性度：实际A/D转换器的转移函数与理想直线的最大偏 差。不包括量化误差、偏移误差（输入信号为零时，输出信号 不为零的值）和满刻度误差（满度输出时，对应的输入信号与 理想输入信号值之差）三种误差。
（5）量程：量程是指A/D能够转换的电压范围，如0～5V，10～+10V等。
（6）其他指标：内部/外部电压基准、失调（零点）温度系数、 增益温度系数，以及电源电压变化抑制比等性能指标。
在输出通道中，单片机完成控制处理后的输出，总是以数 字信号或模拟信号的形式，通过I/O口或者数据总线传送给被控 对象。输出通道的结构如下页图所示。
3．信号处理电路
输入通道中，信号处理的任务是可由硬件实现能够完成小 信号放大，信号变换，滤波、零点校正、线性化处理、温度补 偿、误差修正和量程切换等任务。可由硬件实现，有些也可由 软件实现。
例如：我们用电视机的遥控器作为单片机的键盘使用，通过红外线遥 控装置来代替在单片机实验板上的键盘（复位键除外），这样设计 的键盘又多又好。
万能红外线接收模块
; [例题]红外遥控实验程序如下:
;;yaokong.asm 遥控器测试程序
; 按任意键试验板数码管指示灯闪烁。任意遥控器均可！
;
万能红外接收头0038 1-GND 2-VCC 3-(P3.7)
（3）线性误差：D/A的实际转换特性（各数字输入值所对应的 各模拟输出值之间的连线）与理想的转换特性（始、终点连 线）之间是有偏差的，这个偏差就是D/A的线性误差。即两 个相邻的数字码所对应的模拟输出值（之差）与一个LSB所 对应的模拟值之差。常以LSB的分数形式表示。
（4）转换时间TS（建立时间）：从D/A转换器输入的数字量发 生变化开始，到其输出模拟量达到相应的稳定值所需要的时 间称为转换时间。
•常用传感器的简介：
1、温度传感器DS18B20特性介绍 DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器。 ·是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，仅需要一个 端 口引脚就可以与单片机进行通信。无须别的外围器件。 ·多个18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能。 ·测量温度范围为-55～+125℃，在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。 ·可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5伏。 ·可以程序设定9～12位的分辨率，精度为±0.5℃。 ·用户设定的报警温度存储在E2PROM中，掉电后依然保存。 ·负电压特性，电源极性接反时，温度计不会烧毁，但不能正常工作。 DS18B20的性能是新一代产品中最好的，性能价格比也非常出色， 继“一线总线”的早期产品后，DS18B20开辟了温度传感器技术的 新概念，18B20使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建