機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制

1、機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第1頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四8A/D與D/A 接口機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第2頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四8.1數(shù)模轉(zhuǎn)換D/A接口 1.DAC工作原理D/A轉(zhuǎn)換器DAC（Digital to Analog Converter）輸入信號(hào)是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出的是模擬量：電壓或電流。輸出量與輸入量成正比。 機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第3頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四 數(shù)模轉(zhuǎn)化（D/A）電路形式常采用T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，這種結(jié)構(gòu)的四位二進(jìn)制數(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖所示：圖：T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第4頁，共37頁，

2、2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四由上式和圖得運(yùn)算放大器的輸出電壓為：可以總結(jié)為“按權(quán)展開，然后相加” 輸出電壓和二進(jìn)制位數(shù)呈線性關(guān)系。調(diào)整運(yùn)算放大器的反饋電阻Rf和參考電壓VRef就得到和n位二進(jìn)制數(shù)成比例的輸出電壓范圍。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第5頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四有關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)性能指標(biāo)1) 分辯率 分辨率是D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量變化敏感程度的描述，與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)。如果數(shù)字量的位數(shù)為n，則D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為2-n 。2) 建立時(shí)間建立時(shí)間是描述D/A轉(zhuǎn)換速度快慢的一個(gè)參數(shù)，指從輸入數(shù)字量變化到輸出達(dá)到終值時(shí)所需的時(shí)間。通常以建立時(shí)間來

3、表示轉(zhuǎn)換速度.轉(zhuǎn)換器的輸出形式為電流時(shí)，建立時(shí)間較短；輸出形式為電壓時(shí)，由于建立時(shí)間還要加上運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間，因此建立時(shí)間要長一點(diǎn)。但總的來說，D/A轉(zhuǎn)換速度遠(yuǎn)高于A/D轉(zhuǎn)換速度，快速的D/A轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間可達(dá)1 s。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第6頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四3) 接口形式 D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口方便與否，主要決定于轉(zhuǎn)換器本身是否帶數(shù)據(jù)鎖存器。有兩類D/A轉(zhuǎn)換器，一類是不帶鎖存器的，另一類是帶鎖存器的。對(duì)于不帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，為了保存來自單片機(jī)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，接口時(shí)要另加鎖存器，因此這類轉(zhuǎn)換器不能直接接在數(shù)據(jù)總線上，必須通過并行接口和系統(tǒng)連接；而帶鎖

4、存器的D/A轉(zhuǎn)換器，可以把它看作是一個(gè)輸出口，因此可直接接在數(shù)據(jù)總線上，而不需另加鎖存器。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第7頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四2.典型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制DAC0832是一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器。單電源供電，從+5 V+15 V均可正常工作?；鶞?zhǔn)電壓的范圍為10 V；電流建立時(shí)間為1 s；CMOS工藝，低功耗20 mW。 DAC0832轉(zhuǎn)換器芯片為20引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列如圖所示。第8頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 由三個(gè)與門電路組成寄存器輸出控制邏輯電路，該邏輯電路的功能是

5、進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存控制，當(dāng)=0時(shí)，輸入數(shù)據(jù)被鎖存；當(dāng)=1時(shí)，鎖存器的輸出跟隨輸入的數(shù)據(jù)。 該轉(zhuǎn)換器由輸入寄存器和DAC寄存器構(gòu)成兩級(jí)數(shù)據(jù)輸入鎖存。使用時(shí)，數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級(jí)鎖存（雙鎖存）形式，或單級(jí)鎖存（一級(jí)鎖存，一級(jí)直通）形式，或直接輸入（兩級(jí)直通）形式。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第9頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四引腳信號(hào)分為：（1）DI0DI7 為數(shù)字量輸入信號(hào)（2）Iout1、Iout2為模擬量輸出信號(hào)（3）CS為片選信號(hào)（4）WR1、WR2為寫入信號(hào)（5）ILE為數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)（6）XFER為數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)（7）Rfb為反饋信號(hào)輸入線（8）VCC 為電源電壓線（9）VR

6、FE 為基準(zhǔn)電壓輸入線（10）AGND 為模擬地。（11）DGND為數(shù)字地。 機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制當(dāng)ILE=1和 WR1 =0時(shí)，為輸入寄存器直通方式；當(dāng)ILE=1和WR1 =1時(shí)，為輸入寄存器鎖存方式。當(dāng) WR2=0和XFER=0時(shí)，為DAC寄存器直通方式；當(dāng)WR2=1和XFER=0時(shí)，為DAC寄存器鎖存方式。第10頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四3.DAC0832應(yīng)用1）直通方式 機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制輸入寄存器和DAC寄存器都在直接選通的情況，在直通方式下，兩個(gè)寄存器共用一個(gè)地址，同時(shí)選通輸出。第11頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四 MOV A,#D

7、ATA MOV DPTR，#0EFFH MOVX DPRT,A 機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制 所謂單緩沖方式就是使DAC 0832的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖有幾路模擬量但并不要求同步輸出時(shí)，就可采用單緩沖方式。2）單緩沖方式第12頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四例9-4在圖9-37中，該編程輸出如圖9-38 所示的階梯波。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第13頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四解程序如下： MAIN：MOV A,#00H ；初值為0MOV DPTR，#0EFFH MOV R0，#

8、0AH ；10個(gè)臺(tái)階 NEXT： MOVX DPTR，A CALL DELAY；1ms延時(shí) ADD A,#10 ；臺(tái)階增長10 DJNZ R0,NEXT ；下一個(gè)臺(tái)階 SJMP MAIN ；從頭開始DELAY： ；1ms延時(shí)程序（略） 機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第14頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四3）雙緩沖工作方式 機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制所謂雙緩沖方式，就是把DAC0832的兩個(gè)鎖存器都接成受控鎖存方式。為了實(shí)現(xiàn)寄存器的可控，應(yīng)當(dāng)給寄存器分配一個(gè)地址，以便能按地址進(jìn)行操作。第15頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四雙緩沖方式應(yīng)用舉例 雙緩沖方式用于多路D/A轉(zhuǎn)換系

9、統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)同步輸出的目的。 例9-5例如使用單片機(jī)控制X-Y繪圖儀。X-Y繪圖儀由X、Y兩個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中一個(gè)電機(jī)控制繪圖筆沿X方向運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)電機(jī)控制繪圖筆沿Y方向運(yùn)動(dòng)，從而繪出圖形。因此，對(duì)X-Y繪圖儀的控制有兩點(diǎn)基本要求：一是需要兩路D/A轉(zhuǎn)換器分別給X通道和Y通道提供模擬信號(hào)，二是兩路模擬量要同步輸出。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第16頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第17頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四 設(shè)X坐標(biāo)存放在以20H為首的20H個(gè)內(nèi)存單元中，對(duì)應(yīng)的Y坐標(biāo)存放在40H為首的20H內(nèi)存單元中。 解兩片DA

10、C的輸入寄存器地址分別取7FFFH、0DFFFH,兩個(gè)DAC寄存器的共同地址是0BFFFH。程序如下：START： MOV R0,#20HMOV R1,#40HMOV R7,#20HNEXT： MOV A,R0；取X數(shù)值MOV DPTR,#7FFFH機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第18頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四MOVX DPTR,A ；輸入X值給第一片 DAC的輸入寄存器MOV A,R1 ；取Y值MOV DPTR,#0BFFFHMOVX DPTR,A ；輸入Y值給第二片DAC的輸入寄存器MOV DPTR,#0DFFFHMOVX DPTR,A ；同時(shí)啟動(dòng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換INC R0IN

11、C R1DJNZ R7,NEXTSJMP START機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第19頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四8.2模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D接口機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)模擬量數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，按轉(zhuǎn)換原理可分為4種，即：計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度較慢，因此，這種轉(zhuǎn)換器主要用于速度要求不高的場(chǎng)合。另一種常用的A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式的，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種速度較快，精度較

12、高的轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間大約在幾s到幾百s之間第20頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四通常使用的逐次逼近式典型A/D轉(zhuǎn)換器芯片有： (1)ADC0801ADC0805型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器（美國國家半導(dǎo)體公司產(chǎn)品）。 (2)ADC0808 / 0809型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器。 (3) ADC0816 / 0817。這類產(chǎn)品除輸入通道數(shù)增加至16個(gè)以外，其它性能與ADC0808 /0809型基本相同。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第21頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換原理：這種轉(zhuǎn)化器是以DA轉(zhuǎn)化器為基礎(chǔ)，加上比較器、逐次逼近寄存器、置數(shù)選擇

13、邏輯電路以及時(shí)鐘電路組成。 轉(zhuǎn)換原理，首先置數(shù)選擇邏輯電路給逐次逼近寄存器最高位置1，然后由比較器給出結(jié)果逐次逼近修改，最后逐次逼近寄存器的內(nèi)容就是轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量輸出。比較器逐次逼近寄存器置數(shù)選擇邏輯電路D/A轉(zhuǎn)換器模擬量輸入啟動(dòng)控制信號(hào)時(shí)鐘Vref 逐次逼近型結(jié)構(gòu)框圖數(shù)字量輸出機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第22頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四 ADC0809是典型 的8位8通道逐次 逼近式A/D轉(zhuǎn)換 器，CMOS工藝。 1.典型A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第23頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四1ADC 0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)及引腳 機(jī)械系統(tǒng)

14、微機(jī)控制第24頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四 1）輸入 輸入為8個(gè)可選通的模擬量IN0IN7。至于ADC轉(zhuǎn)換器接收用哪一路輸入由地址A、B、C控制8路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)。 2）模/數(shù)轉(zhuǎn)換 8位A/D轉(zhuǎn)換器可將輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為8位數(shù)字信號(hào)。模/數(shù)轉(zhuǎn)換開啟時(shí)刻有SRART端控制。 3）輸出 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字量鎖存在三態(tài)輸出鎖存器中，當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)同時(shí)發(fā)出EOC信號(hào)。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第25頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四3、8路模擬開關(guān)的三位地址選通編碼表ADDA，B，C8路模擬開關(guān)的三位地址選通輸入端，以選擇對(duì)應(yīng)的輸入通道。 地 址 碼對(duì)應(yīng)的輸

15、入通道CBA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第26頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四（1）IN0IN7為8路模擬量輸入引腳。（2）D0D7為數(shù)據(jù)輸出線（3）A、B、C為通路選擇輸入線。（4）ALE為地址鎖存信號(hào)（5）START為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。（6）OE為輸出允許信號(hào)（7）EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)（8）CLK為時(shí)鐘信號(hào)（9）VCC為+5V主電源（10）GNDO 接地端（11）VRFE（+）+VRFE（-）為參考電壓輸入線 機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第27頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四

16、2編程舉例A/D轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計(jì)主要分為下面幾步：1) 選通模擬量輸入通道；2) 發(fā)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)；3) 用查詢、中斷或軟件延時(shí)等方式等待轉(zhuǎn)換結(jié)束；4) 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；5) 將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入RAM，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或執(zhí)行其他程序。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第28頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四ADC0808/0809與8031單片機(jī)的硬件接口有三種方式，查詢方式、中斷方式和等待延時(shí)方式。究竟采用何種方式，應(yīng)視具體情況，按總體要求而選擇。1延時(shí)方式機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第29頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四在軟件編寫時(shí)，應(yīng)令p27=A15=0；A0、A1、A2給出被選擇的

17、模擬通道的地址；執(zhí)行一條輸出指令，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；執(zhí)行一條輸入指令，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。通道地址：7FF8H7FFFH下面的程序是采用延時(shí)的方法，分別對(duì)8路模擬信號(hào)輪流采樣一次，并依次把結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的采樣轉(zhuǎn)換程序。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第30頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四 START： MOV R1， 50H ；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOV DPTR， 7FF8H ；P27=0且指向通道0 MOV R7， 08H ；置通道數(shù) NEXT： MOVX DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 MOV R6， 0AH ；軟件延時(shí) DLAY： NOP NOP NOP DJNZ R6， DL

18、AY MOVX A， DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R1， A ；存儲(chǔ)數(shù)據(jù) INC DPTR ；指向下一個(gè)通道 INC R1 ；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DJNZ R7, NEXT ；8個(gè)通道全采樣完了嗎？ 。 機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第31頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四2）查詢方式 A/D轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此，可以用查詢方式，軟件測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確知轉(zhuǎn)換是否完成，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第32頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四 查詢方式編程舉例 下面是采用查詢方式分別對(duì)8路模擬信號(hào)輪流采樣一次，

19、并依次把采樣結(jié)果轉(zhuǎn)儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的采樣轉(zhuǎn)換程序。MAIN： MOV R1，#data ；置數(shù)據(jù)區(qū)首址 MOV DPTR，#7FF8H ；P2.70，且指向通道0 MOV R7，08H ；置通道數(shù)LOOP： MOVX DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 MOV R2，20H ；延時(shí)查詢DELY： DJNZ R2，DELY ；（延時(shí)60s）結(jié)束？DELY1：JB P2.6，DELY1 ；判P2.61？ MOVX A，DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R1，A ；轉(zhuǎn)儲(chǔ) INC DPTR ；指向下一個(gè)通道 INC R1 ；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DJNZ R7，LOOP ；8個(gè)通道采樣未完則循環(huán)機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第33頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四3）中斷方式 機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制第34頁，共37頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)12分，星期四將ADC0808/0809作為一個(gè)外部擴(kuò)展的并行I/O口，直接由單片機(jī)的P2.7和脈沖進(jìn)行啟動(dòng)。通道地