機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制9

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,王志剛,機(jī)械系機(jī)電教研室,Email：,,12/11/2024 1:25 AM,8,A/D,與,D/A,接口,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,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 C,onverter）,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,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)

2、,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,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(kāi)，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,R,f,和參考電壓,V,Ref,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,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(lái)表示轉(zhuǎn)換速度.,轉(zhuǎn)換器的輸出形式

3、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(zhǎng)一點(diǎn)。但總的來(lái)說(shuō)，,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,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(lèi),D/A,轉(zhuǎn)換器，一類(lèi)是不帶鎖存器的，另一類(lèi)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(lái)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(lèi)轉(zhuǎn)換器不能直接接在數(shù)據(jù)總線上，必須通過(guò)并行接口和系統(tǒng)連接；而帶鎖存器的,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

4、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,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。,DAC0832,內(nèi)部結(jié)構(gòu)：,由三個(gè)與門(mén)電路組成寄存器輸出控制邏輯電路，該邏輯電路的功能是進(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

5、。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,引腳信號(hào)分為：,（1）,DI,0,DI,7,為數(shù)字量輸入信號(hào),（2）,I,out1,、I,out2,為模擬量輸出信號(hào),（3）,CS,為片選信號(hào),（4）,WR,1,、WR,2,為寫(xiě)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）,R,fb,為反饋信號(hào)輸入線,（8）,V,CC,為,電源電壓線,（9）,V,RFE,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

6、,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。,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。,MOV A,#DATA,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

7、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,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,解程序如下：,MAIN,：,MOV A,#00H ；,初值為0,MOV DPTR，#0EFFH,MOV R,0,，#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(zhǎng)10,DJNZ R,0,NEXT ；,下一個(gè)臺(tái)階,SJMP MAIN ；,從頭開(kāi)始,DELAY,：,；1ms,延時(shí)程序（略）,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,3

8、）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。,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

9、輸出。,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,設(shè),X,坐標(biāo)存放在以20,H,為首的20,H,個(gè)內(nèi)存單元中，對(duì)應(yīng)的,Y,坐標(biāo)存放在40,H,為首的20,H,內(nèi)存單元中。,解兩片,DAC,的輸入寄存器地址分別取7,FFFH、0DFFFH,兩個(gè),DAC,寄存器的共同地址是0,BFFFH。,程序如下：,START,：,MOV R,0,#20H,MOV R,1,#40H,MOV R,7,#20H,NEXT,：,MOV A,R,0,；,取,X,數(shù)值,MOV DPTR,#7FFFH,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,MOVX DPTR,A,；,輸入,X,值給第一片,DAC,的輸入寄存器,MOV A,R,1,；,取,Y,值,M

10、OV DPTR,#0BFFFH,MOVX DPTR,A ；,輸入,Y,值給第二片,DAC,的輸入寄存器,MOV DPTR,#0DFFFH,MOVX DPTR,A,；,同時(shí)啟動(dòng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換,INC R,0,INC R,1,DJNZ R,7,NEXT,SJMP,START,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,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)

11、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，精度較高的轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間大約在幾,s,到幾百,s,之間,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(guó)國(guó)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(lèi)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

12、,型基本相同。,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,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,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

13、系統(tǒng)微機(jī)控制,1,ADC 0809,內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)及引腳,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,1）輸入,輸入為8個(gè)可選通的模擬量,IN,0,IN,7,。,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(kāi)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(kāi)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,3、8,路模擬開(kāi)關(guān)的三位地址選通編碼表,ADDA，B，C,8,路模擬開(kāi)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)的輸入通道,

14、C,B,A,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,IN,0,IN,1,IN,2,IN,3,IN,4,IN,5,IN,6,IN,7,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,（1）,IN,0,IN,7,為8路模擬量輸入引腳。,（2）,D,0,D,7,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）,V,CC,為+5,V,主電源,（10）,GNDO,接地端,（11）,V,RFE（+）,+V,RF

15、E（-）,為參考電壓輸入線,機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制,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(xún)、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,ADC0808/0809,與8031單片機(jī)的硬件接口有三種方式，查詢(xún)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,在軟件編寫(xiě)時(shí)，應(yīng)令,p27=A,15,=0；A,0,、A,1,、A,2,給出被選擇的模擬通道的地址；,執(zhí)行一條輸出指令，啟動(dòng)

16、,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：7,FF8H7FFFH,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,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，,DLAY,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,2）查詢(xún)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(xún)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,查詢(xún)方式編程舉例,下面是采用查詢(xún)方式分別