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本章学习目标 ： 了解单片机测控系统中接口元件的作用 了解 D/A 转换器与 80C51 的连接方法，能读懂教材中的控制实例。

第 7 章 80C51 的测控技术. 本章学习目标 ： 了解单片机测控系统中接口元件的作用 了解 D/A 转换器与 80C51 的连接方法，能读懂教材中的控制实例。 掌握 A/D 转换器与 80C51 的连接方法，能编写与教材同等难度的应用程序。 了解直流电机控制芯片 TA7257P 的应用 理解步进电机的工作原理、励磁方式，能用其实现简单控制. 模拟信号：如被控对象的温度、压力等. {. 为什么要研究单片机测控系统？. 单片机的输入信号. 开关信号 : 如指拨开关和按键开关. {. 模拟设备 : 电动调节阀、模拟记录仪. 单片机的驱动控制设备.

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本章学习目标 ： 了解单片机测控系统中接口元件的作用 了解 D/A 转换器与 80C51 的连接方法，能读懂教材中的控制实例。

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  1. 第7章 80C51 的测控技术 • 本章学习目标： • 了解单片机测控系统中接口元件的作用 • 了解D/A转换器与80C51的连接方法，能读懂教材中的控制实例。 • 掌握A/D转换器与80C51的连接方法，能编写与教材同等难度的应用程序。 • 了解直流电机控制芯片TA7257P的应用 • 理解步进电机的工作原理、励磁方式，能用其实现简单控制

  2. 模拟信号：如被控对象的温度、压力等 { 为什么要研究单片机测控系统？ • 单片机的输入信号 开关信号: 如指拨开关和按键开关 { 模拟设备:电动调节阀、模拟记录仪 • 单片机的驱动控制设备 数字设备: 数字显示仪表、继电器触点 单片机用于智能仪表和测控系统时，要与各种各样的外界信号打交道： 由于单片机的输入和输出信号只能是数字量，因此在由单片机构成的测控系统中经常要用到模/数转换和数/模转换接口。单片机和被控对象间的接口示意图如图7-1所示。

  3. 图7-1 单片机和被控对象间的接口示意图

  4. 7.1 数/模转换接口 数/模转换接口的任务：将数字信号转换成与其量值成正比的电流信号或电压信号（即模拟信号）。 数/模转换接口的作用：相当于一个实现二进制数到十进制数转换，并将转换结果以电流或电压形式输出的物理器件。 数/模转换接口常接在单片机的输出端与执行设备（如电磁阀）之间。常用的数/模转换接口芯片有DAC0832（TTL 8位）、AD7524（CMOS 8位）和DAC1208（12位）等。 下面以DAC0832为例说明数/模转换接口的使用。

  5. 7.1.1 DAC0832的结构1. DAC0832的内部结构 DAC0832是美国国家半导体公司生产的8位电流输出型D/A转换器，是DAC0830系列产品中的一种。它的主要技术指标是：分辨率为8位，转换速度约1μs，单一电源(+5～+15V)供电，参考电压为+10～-10V等。 DAC0832的内部结构如图7-2所示，它含有： • 1个8位数据输入寄存器：8位输入数据暂存 • 1个8位DAC寄存器：与8位数据输入寄存器构成两级缓冲，使芯片功能更灵活。 • 1个8位D/A转换器：实现D/A转换。

  6. 图7- 2 DAC0832的内部结构

  7. 2．DAC0832的引脚功能 DAC0832的引脚如图7-3所示，下面对各引脚功能作简要说明：

  8. 7.1.2 DAC0832与80C51的接口与编程 1．DAC0832与80C51的接口 DAC0832内部具有两级8位寄存器，通过与80C51的适当连接可以构成直通、单缓冲、双缓冲三种工作方式。下面以单缓冲方式为例说明其接口形式。电路如图。

  9. 在单缓冲方式下，80C51的P2.7与DAC0832的和数据传送控制信号线相连，这样，当地址线P2.7选通DAC0832后，只要输出信号，DAC0832就能进一步完成数字量的输入锁存和D/A转换输出功能。在上图中，由于地址线P2.7=0时选通DAC0832，所以DAC0832的接口地址为7FFFH。在单缓冲方式下，80C51的P2.7与DAC0832的和数据传送控制信号线相连，这样，当地址线P2.7选通DAC0832后，只要输出信号，DAC0832就能进一步完成数字量的输入锁存和D/A转换输出功能。在上图中，由于地址线P2.7=0时选通DAC0832，所以DAC0832的接口地址为7FFFH。 注意：DAC0832的转换输出量为电流，而在实际应用中，作为输出控制的信号大多为模拟电压，如直流电机、线性电磁阀等，因此还需要将电流信号转换为电压信号。图中采用LM747作反向电压输出。

  10. 2．DAC0832的编程 DAC0832的编程比较容易，只要向80C51提供芯片地址，并进行一次简单的数据读写操作即可。 例1 电路如图7- 4，试编程实现一次DAC0832的数据转换，设拟转换数据为#DATA。 参考程序如下： MOV DPTR，#7FFFH ；指向DAC0832的单元地址 MOV A，#DATA ；转换数据“DATA”装入A MOVX @DPTR, A ；转换数据送往DAC0832，并使 ； =0，完成一次转换 =0，完成一次转换

  11. 7.1.3 课题与实训15 DAC0832构成波形发生器 一. 实训目的 1．学习8位D/A转换器DAC0832的使用方法 2．掌握8位D/A转换器DAC0832与单片机的接口技术及编程方法 二. 课题要求 用一片DAC0832和必要的外围器件与80C51接口，设计一个简易波形发生器，要求能输出三种波形：方波、锯齿波、梯形波。请编写相应程序。

  12. 三． 背景知识 1．DAC0832的输出电压 DAC0832有两种输出形式：单极性输出和双极性输出。在图7-4中，DAC0832采用单极性输出形式。其输出电压为： 在该实训中，DAC0832以双极性形式输出，电路如图7-5。此时输出电压为： 式中B为输入数字量，其范围为0～255，VREF为参考电压。

  13. 2．波形产生原理 • 方波 • 单片机连续255次输出数字量0，然后再连续255次输出数字量255。如此重复，0832即可输出连续方波。 • 锯齿波 • 单片机从输出数字量0开始，逐次加1直到255；然后再从0开始，如此重复，0832即可输出锯齿波。 • 梯形波 • 单片机从输出数字量0开始，逐次加1直到255，并保持255次，然后从输出255逐次减1直至为0。如此重复，0832即可输出连续梯形波。

  14. 四．硬件原理 图7-5 由DAC0832构成的简易波形发生器

  15. 五．软件设计 1．输出连续方波： 参考程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H MAIN： MOV DPTR，#7FFFH ;指向0832 LOOP：MOV A，#0 MOV R7，#255 ；循环次数初始化 MOVX @DPTR，A ;向DAC送方波最小值0 DJNZ R7，$ ;循环255次，形成方波 ；的低电平

  16. MOV A，#255 ;将方波最大值255送到A MOV R7，#255 ；重置循环次数 MOVX @DPTR，A ;向DAC送255，D/A输出为高 DJNZ R7，$ ;循环255次，形成方波的高电平 AJMP LOOP ;重复上述过程，形成连续方波 END

  17. 2．输出连续锯齿波： 参考程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H MAIN： MOV DPTR，#7FFFH ;指向0832 LOOP： MOV A，#0 LOOP 1：MOVX @DPTR，A;向DAC送锯齿波最小值0 INC A ;加1 CJNE A，#255，LOOP 1;循环256次，形成 ；锯齿波的上升沿 END

  18. 3．输出连续梯形波 参考程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H MAIN： MOV DPTR，#7FFFH ;指向0832 LOOP：MOV A，#0 LOOP 1：MOVX @DPTR，A ; 向DAC送梯形波最小值0 INC A CJNE A，#255，LOOP 1 ;循环255次，形成 ；梯形波的上升沿 MOV A，#255 ;将梯形波的高度数值255 ；送A，此255表示梯形波的高

  19. MOV R2，#255 ；255为形成梯形波上底需 ；要循环的次数 LOOP 2：MOVX @DPTR，A;向DAC送255，D/A输出为高 DJNZ R2，LOOP 2 ;循环255次，形成梯形 ；波的上底 LOOP 3：MOVX @DPTR，A ; DAC输出 DEC A CJNE A，#0，LOOP 3 ;循环256次，形成 ；梯形波的下降沿 LJMP LOOP;重复上述过程，形成多个梯形波 END

  20. 六．总结与提高 在上述三组程序设计中，通过DAC0832输出端输出的波形均为直线型的波形，没有考虑波形频率。如果改变程序可以使DAC0832输出满足频率要求的各种曲线。 仍采用该实训电路，请编程输出图7-6所示的1ms阶梯波。 图7-6 1ms阶梯波形图

  21. 7.2 模/数转换接口 模/数转换接口的任务：将模拟信号转换成数字信号，它常与单片机的输入端相连。 常用的模/数转换接口芯片有ADC0809（8位）、ADC0804（8位）和AD574（12位）等。 7.2.1 ADC0809的结构 1．ADC0809的内部结构 ADC0809的内部结构如图7-7所示。

  22. 图7- 7 ADC0809的内部结构

  23. ADC0809包含： • 8路模拟量选择开关：根据地址锁存与译码装置提供的地址从8个输入的0～5V的模拟量中选择一个输出。 • 8位A/D转换器：能对选择出来的模拟量进行A/D转换 • 3位地址码的锁存与译码装置：对输入的3位地址码进行锁存和译码，并将地址选择结果送给8路模拟量选择开关。 • 三态输出的锁存缓冲器：TTL结构，负责输出转换的最终结果。此结果可直接连到单片机的数据总线上。

  24. 图7-8 ADC0809的引脚 该信号可以作为CPU查询A/D转换是否完成的信号，也可以作为向CPU发出中断申请的信号。 • 2．ADC0809的引脚功能 • IN0～IN7：8个模拟量的输入端。 • D0～D7：8位数字量输出端。 • START：启动A/D转换，加正脉冲后A/D转换开始。 • EOC：转换结束信号，转换开始时EOC信号变低；转换结束时EOC信号返回高电平。 此信号有效时，CPU可以从ADC0809中读取数据，同时也可以作为ADC0809的片选信号。 • OE：输出允许信号，输入高电平有效。OE端的电平由低变高时转换结果被送到数据线上。

  25. 图7-8 ADC0809的引脚 在ALE=1时，锁存ADDA～ADDC，选中模拟量输入。 • CLK：实时时钟，频率范围10～1280KHz，典型值为640KHz。 • ALE：通道地址锁存允许信号，输入高电平有效。 • ADDA～ADDC：通道地址选择输入，其排列顺序从低到高依次为ADDA、ADDB、ADDC。 • VREF＋、VREF－：正负参考电压。一般情况下，VREF＋接+5V，VREF－接地。 • VCC、GND：工作电源和地 该地址与8个模拟量输入通道的对应关系见表7- 2。 转换关系见表7- 1

  26. 表7-1 ADC0809的输入输出关系 注：此表在VREF＋=+5V，VREF－=0情况下

  27. 7．2．2 ADC0809与80C51的接口 • ADC0809与80C51的接口要满足ADC0809转换时序的要求，电路如图7-9所示。 图7-9 ADC0809与80C51的接口

  28. （1）地址线与数据线的连接 ADC0809的内部输出电路有三态缓冲器，所以其8位输出数据线可以直接和80C51的P0口相连。它的通道地址选择信号ADDA～ADDC均经过74LS373锁存，与80C51的P0口中的任意三根I/O口线相连接（图中与P0.0、P0.1、P0.2相连）。 （2）时钟信号的连接 ADC0809必须外接时钟。此电路中借用80C51的ALE输出。 （3）控制信号的连接 由于ADC0809的ALE和START均为正脉冲，而且基本同步，所以可由80C51的P2.0和 或非而成。同理，OE信号也可以由80C51的P2.0和 或非而成。EOC信号经非门与80C51的 相接，可申请中断。 若80C51晶振频率太高，则需对ALE输出脉冲进行分频。如晶振采用12MHz时，ALE频率为2MHz，经4分频后为500KHz，才能与 ADC0809的CLK时钟端相连。

  29. 7.2.3 ADC0809的应用指导 • 1．ADC0809转换结束的判断方法 • 软件延时法   •    指用软件延时等待一次A/D转换结束。延时时间取决于通过计算和调试而获得的ADC完成一次转换所需要的时间。 • 中断法   • 利用EOC作为向80C51申请中断的信号。在主程序中启动A/D转换，再继续执行主程序。在中断服务程序中读取转换结果。 • 查询法 • 将EOC接至80C51的某端口I/O口线。启动A/D转换后，利用查询该I/O口线引脚电平是否为0的方法读取转换结果。

  30. 2．ADC0809的编程方法 ⑴初始化 用来设置ADC0809的IN0～IN7通道地址；设置存放转换结果的首单元地址和通道数。 ⑵启动ADC0809 先送通道号地址到ADDA～ADDC，由ALE锁存通道号地址；再让START有效启动A/D转换，即执行一条“MOVX @DPTR,A”指令产生信号，使ALE、START有效，锁存通道号并启动A/D转换。 ⑶判断A/D转换是否结束 ⑷读转换结果 A/D转换完成后，EOC端会发出一个正脉冲，接着执行“MOVX A，@DPTR” 指令产生 信号，使OE端有效，打开锁存器三态门，8位数据就读入到单片机中。

  31. 7.2.4 ADC0809的应用实例 根据图7-9的电路，采用软件延时方法，将8路模拟信号轮流采集一次，并依次将转换后的结果存放到80C51内部从30H开始的单元中。从上图所示的电路可知，IN0～IN7的通道地址为FEF8H～FEFFH。 参考程序如下： MOV R1，#30H ；设置存放转换结果首单元指针 MOV DPTR，#0FEF8H ；指向通道0 MOV R7，#08H ；设置通道数 LOOP：MOVX @DPTR, A ；启动A/D转换 MOV R5,#10 ；软件延时，等待A/D转换结束 DELAY： NOP

  32. NOP NOP DJNZ R5，DELAY MOVX A，@DPTR ；读取转换结果 MOV  @R1，A ；存放转换结果 INC  DPTR ；指向下一个通道 INC R1 ；修改存储单元指针 DJNZ R7，LOOP ；8个通道未采集完，继续 RET

  33. ☆7.2.5串行A/D转换芯片TLC1549 • 单片机测控系统需要进行A/D转换时，有两种选择： • 选用自身具有A/D转换功能的单片机，如PIC单片机。 • 扩展A/D转换芯片。 • 除ADC0809等常用的并行A/D转换芯片外，还有串行A/D转换芯片，如TLC1549。图7-10 TLC1549的引脚功能 • TLC1549是美国TI公司生产的10位模数转换器。它采用CMOS工艺，具有内在的采样和保持，采用差分基准电压高阻输入、抗干扰，可按比例量程校准转换范围，总不可调整误差达到（±）1LSB Max(4.8mv) 等特点，而且芯片体积小巧。

  34. 1．引脚功能 • ：片选，低电平有效。 • ANALOG IN：模拟信号输入端，要求驱动电流必须大于10mA。 • I/O CLOCK：I/O时钟，下跳沿输出数据，最大频率可达2.1MHz。 • DATA OUT ：转换后的数字信号输出， =1时，呈现高阻； =0时，在时钟作用下将数据由高到低依次输出。 • REF+：参考电源高端，通常接+VCC。 • REF—：参考电源低端，通常接GND。 • VCC：正电源（4.5V≤ VCC≤5.5V） 7-10 TLC1549的引脚功能

  35. 2．工作方式 TLC1549有6种工作方式，见表7-3。其中方式1和方式3属于同一种类型；方式2和方式4属于同一种类型。如果不考虑I/O CLOCK周期的大小，方式3与方式5相同，方式4与方式6相同。 表7-3 TLC1549的6种工作方式 一般情况下，I/O CLOCK的时钟频率大于280KHz时，芯片工作于快速方式； 一般情况下，I/O CLOCK的时钟频率小于280KHz时，芯片工作于慢速方式。

  36. 方式1为经典工作方式。其工作原理为： • 在芯片选择 无效情况下，I/O CLOCK被禁止且DATA OUT处于高阻状态。 • 当串行接口把 拉至有效时，转换时序开始允许I/O CLOCK工作并使DATA OUT脱离高阻状态： • 由80C51单片机产生10个时钟序列提供给TLC1549的I/O CLOCK引脚；在 的下降沿时刻，前次转换的MSB出现在DATA OUT引脚，单片机从DATA OUT接收前次转换结果。如果连续进行A/D转换，TLC1549能在前次转换结果输出的过程中，同时完成本次转换的采样。

  37. 2．TLC1549与80C51的接口 TLC1549采用串行输出的方式，体积小巧，方便灵活，与单片机的接口也简单，电路如图7-12所示。 图7- 12 TLC1549与80C51的接口示意图

  38. 3．软件设计 入口参数：使用累加器A，进位标志CY及工作寄存器R7； 出口参数：20H单元存放转换结果的低8位，21H单元存放转换结果的高2位。 ADCCON： MOV 20H，#00H MOV 21H，#00H ；结果单元清零 MOV R7，#0AH ；A/D转换位数标志 CLR P1.4 ；选通TLC1549 LOOP1： MOV C，P1.0 ；读转换结果送至CY MOV A，20H ；转换结果移至结果单元 RLC A

  39. MOV 20H，A MOV A，21H RLC A MOV 21H,A SETB P1.2 ；形成移位脉冲 CLR P1.2 DJNZ R7，LOOP1 ；转换结束否？ SETB P1.4 ；TLC1549复位并进行一 ；次转换 RET ；上述程序执行时间约120μｓ

  40. 7.2.6 课题与实训16 简易数字电压表 一. 实训目的 1．了解A/D转换器ADC0809的基本性能 2．掌握ADC0809与单片机的接口方法及编程方法 3．通过实训了解单片机的数据采集过程 二. 课题要求 用一片ADC0809和必要的外围器件与AT89C51接口，设计一个简易数字电压表，要求能对IN0输入的模拟电压进行识别，将其转换成相应的二进制数以发光二极管的形式显示；用万用表测量IN0输入的模拟电压值，并与转换结果相对比，计算测量误差。请编写相应程序。

  41. 三． 背景知识 • 1．A/D转换的种类 • 计数型：速度慢、价格低 • 逐次逼近型：分辨率、速度、价格适中 • 双积分型：分辨率高、抗干扰性强、价格低、速度较慢 • 高速A/D转换器 • 2．ADC0809的性能特点 • 是逐次逼近型8通道8位A/D转换CMOS器件。转换电压为正负5V，转换时间100微秒，功耗15mW，具有锁存的三态输出，与TTL电平兼容，便于与微机接口。 • 3．ADC0809与单片机的联系方式 • 可采用延时等待、软件查询和硬件中断方式。

  42. 四．硬件原理 电路如图7-13，该连接方式下，IN0 的通道地址是0FEF8H。 图7-13 简易数字电压表硬件电路

  43. 五．软件设计 利用中断方式，参考程序如下： ORG 0000H LJMP START ORG 0013H LJMP INT_1 ORG 0100H START: MOV R7,#00H ;读数标志初始化 MOV DPTR,# 0FEF8H；P2.0=0，指向IN0 SETB IT1；低电平触发 SETB EA SETB EX1 ;INT1 允许 A_D: MOV R0,#00H ;通道数

  44. MOV A,R0 MOVX @DPTR,A ;启动 A/D CJNE R7,#00H,$ ;等待 A/D 转换结束 MOV A,B MOV P1,A ;数据输出 MOV R7,#0FFH ;清读数标志 SJMP A_D INT_1: MOVX A,@DPTR ;读 A/D 数据 MOV B,A MOV R7,#00H ;置读数标志 RETI END

  45. 六．总结与提高 在上述程序设计中，我们采用中断的方式，只对IN0的模拟电压值进行测量显示，实际上，我们可以同时对8路模拟电压值进行测量。仍采用该实训电路，请编程实现该功能，将IN0～IN7的数字电压值存放在内RAM30H开始的8个单元。

  46. 7.3电动机控制 • ☆7.3.1 直流电动机控制芯片——TA7257P • 1．TA7257P的功能特性： • TA7257P为全桥式结构的直流电动机旋转控制器，具有正转、反转、停止及刹车功能。 • 操作电压范围6V～18V。 • 输出平均电流可达1.5A，峰值电流可达4.5A。 • 内部设计有电流过载保护装置和过热保护电路。 • 工作电路电压引脚与电动机电源电压引脚相对独立，故可用于伺服控制。 • TA7257P适合工业上的应用，如磁带盘、影片盘等机械运转装置的控制。

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