第7章過程輸出通道與接口過程輸出通道的傳遞的特點(diǎn)及相應(yīng)要解決的問題主要有以下幾點(diǎn)：1.數(shù)字量的輸入，模擬量的輸出。2.小信號的輸入，大功率的輸出。3．過程輸出通道與接口靠近強(qiáng)電環(huán)境的大功率外部設(shè)備，干擾嚴(yán)重，須采用隔離等措施抑制干擾。4．微機(jī)處理速度快，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作緩慢，要決速度匹配問題。7.1輸出通道的結(jié)構(gòu)及常用電路同輸入通道一樣，輸入通道也分為數(shù)字輸出通道DO(DigitalOutput)和模擬輸出通道AO(AnalogOutput)兩種。

7.1.1數(shù)字量的輸出通道DO1.數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu)數(shù)字量輸出通道主要由輸出鎖存器、數(shù)字光電隔離器電路、輸出地址譯碼電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路等組成，如圖7.1.1所示。圖7.1.1數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)如圖7.1.2所示，也可用I/O接口8155芯片或8255芯片等實(shí)現(xiàn)輸出圖7.1.2輸出鎖存器273與地址譯碼器138接線電路2．可編程并行I/O接口81551）8155芯片的編程結(jié)構(gòu)8155片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖7．1．3所示。圖7．1．38155內(nèi)編程結(jié)構(gòu)

在圖7．1．3中，8155片內(nèi)功能可分為4部分：（1）A口和B口為一般的8位并行I/O口，可設(shè)定為8位并行輸入或輸出。C口只有6位，它有兩個(gè)作用。一是設(shè)定為普通并行I/O口；另一種是設(shè)定為控制狀態(tài)口使用，PC2~PC0作為A口的控制信號，PC5~PC3作為B口的控制信號使用。（2）片內(nèi)256個(gè)字節(jié)RAM，CPU對其操作、使用相當(dāng)于8031外擴(kuò)的256個(gè)單元的RAM，地址為00H~FFH。（3）片內(nèi)14位計(jì)數(shù)器可對引腳TIMEIN輸入脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)由某一初值減為終值時(shí)，在TIMEOUT端輸出事先規(guī)定的方波或脈沖。初值在0002H~3FFFH之間?？勺鳛橥獠渴录?jì)數(shù)器、定時(shí)器作分頻器使用。（4）片內(nèi)有一個(gè)工作方式寄存器，用來設(shè)定A、B和C口的工作方式等。另一個(gè)是狀態(tài)寄存器，用來鎖存A、B和C口和定時(shí)當(dāng)前的狀態(tài)，供CPU查詢用。應(yīng)注意：兩個(gè)寄存器共用一個(gè)地址。CPU用指令寫入的是工作方式字，而讀出的是狀態(tài)字。另外，8155內(nèi)部有一個(gè)10位鎖存器，用來鎖存地址及控制信號。因此，從8031P0口送至8155的地址就不用再加地址鎖存器了。

2）8155的引腳功能及地址編碼。8155是40條引腳的芯片。下面分別介紹。（1）8155和CPU連接的引腳AD7~AD0——地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用線。單片機(jī)和8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)信息都通過這8位總線傳送的。A2~A0決定8155內(nèi)I/O口等6個(gè)地址選擇。IO/M——8155片內(nèi)I/O和RAM選擇線。當(dāng)IO/M=0時(shí)，AD7~AD0線上為8155內(nèi)RAM地址，CPU對其RAM進(jìn)行讀、寫操作；當(dāng)IO/M=1時(shí)，AD7~AD0線上為8155I/O口地址。CE——片選端，低電平有效。ALE——鎖存有效輸入信號線。用來鎖存AD7~AD0低8位地址及IO/M、CE狀態(tài)。RESET——復(fù)位線，高電平有效。復(fù)位后，8155設(shè)定為輸入方式。RD、WR——讀、寫輸入線。8155的RAM和I/O口地址為16位，高8位由P2口控制CE和IO/M，低8位由P0口連接AD7~AD0確定。若用P2.7連接CE，P2.0連接IO/M，未用的P2.6~P2.1取全0，則8031單片機(jī)對8155的地址編碼如表7．1．1所示。表7．1．18155I/O口地趾編碼P27．．．P20P07．．．P03P02P01P00I/O地趾選擇I/O口0．．．10．．．00000100H控制寄存器0．．．10．．．00010101HA口0．．．10．．．00100102HB口0．．．10．．．00110103HC口0．．．10．．．01000104H定時(shí)器低8位0．．．10．．．01010105H定時(shí)器高8位（2）8155與外部設(shè)備連接的引腳PA7~PA0——A口I/O線，可設(shè)定為輸入或輸出。PB7~PB0——B口I/O線，可設(shè)定為輸入或輸出。PC5~PC0——C口6位通用I/O線?；蜃鳛锳口和B口的控制信號線使用，其中：高3位PC5~PC3為B口服務(wù)，低3位為A口服務(wù)。3）8155工作方式（1）作為256個(gè)字節(jié)外部RAM這種工作狀態(tài)要求IO/M=0，這時(shí)8155只能作為單片機(jī)外部RAM使用，地址為0000H~00FFH，CPU用MOVX指令對其進(jìn)行讀/寫操作。（2）8155擴(kuò)展為I/O口使用這種工作方式要求IO/M=1，再由工作方式控制字來選擇8155I/O口的基本輸入、輸出工作方式。4）8155的命令/狀態(tài)控制字若對8155片內(nèi)I/O口或定時(shí)器進(jìn)行操作，必須向工作方式控制寄存器寫入一個(gè)初始化命令字。8155的工作方式控制字格式如圖7．1．4所示。在圖7．1．4中：D3~D0規(guī)定A、B、C口的工作方式。當(dāng)C口作為控制口時(shí)D4、D5設(shè)定A口和B口的中斷允許或禁止。最高兩位D7D6控制定時(shí)器操作方式的解釋如下：D7D6=00——無操作；此命令不影響原先的計(jì)數(shù)方式。只有當(dāng)用戶僅要改變A、B、C口的工作方式而不需要改變定時(shí)器原先規(guī)定的操作方式時(shí)使用此命令。D7D6=01——停止計(jì)數(shù)：若計(jì)數(shù)器尚未起動(dòng)，則不操作，維持原狀態(tài)。若計(jì)數(shù)器正在運(yùn)行計(jì)數(shù)時(shí)，此命令輸入后，計(jì)數(shù)器立即停止計(jì)數(shù)工作。D7D6=10——計(jì)滿后停止：若計(jì)數(shù)器正在計(jì)數(shù)，當(dāng)由計(jì)數(shù)初值減至終值時(shí)停止計(jì)數(shù)。若此命令輸入時(shí)計(jì)數(shù)器未起動(dòng)，則計(jì)數(shù)器無操作。D7D6=11——開始計(jì)數(shù)：若計(jì)數(shù)器原先沒有工作，則在CPU裝入計(jì)數(shù)初值和此命令后立即起動(dòng)工作。若計(jì)數(shù)器正在運(yùn)行計(jì)數(shù)，則在CPU輸入新的計(jì)數(shù)初值和此命令后，計(jì)數(shù)器仍按原方式規(guī)定工作，直到計(jì)數(shù)器減至終值后，才按新的方式規(guī)定和計(jì)數(shù)初值工作。圖中ALT1（A、B口基本I/O，C口輸入）、ALT2（A、B口基本I/O，C口輸出）方式使用較多，另兩種方式可查有關(guān)資料。

圖7．1．48155工作方式控制字格式例如：若用戶要求8155的A口為基本輸入口，B口為基本輸出口、C口為輸入口，并立即停止計(jì)數(shù)器工作。由圖7．1．4可知，8155工作在ALT1，方式字的各控制位：0100001042H停止禁止中斷ALT1B口輸出A口輸入工作方式控制字為42H，控制口地址為0100H，則CPU寫入8155片內(nèi)的初始化程序?yàn)椋篗OVDPTR，#0100H；控制寄存器地址MOVA，#42H；方式控制字8155工作在ALT1MOVX@DPTR，A；控制字寫入8155中CPU執(zhí)行上述程序后，使8155的IO/M=1，CE=0，地址線低8位A7~A0=00H，而后數(shù)據(jù)線D7~D0=42H。5）8155與8031的硬件接口及初始化編程由于8155內(nèi)部有地址鎖存器，由ALE信號鎖存。因此8155的AD7~AD0與8031的P0.7~P0.0直接相連，其余各輸入、輸出控制、都和8031的同名端相連即可。而IO/M和CE端可用P2的兩位控制。根據(jù)表7．1．1地址編碼，可得8155和8031單片機(jī)硬件接口電路如圖7．1．5所示用戶對8155的A、B、C口先用方式控制字確定這三個(gè)口的工作方式，若規(guī)定工作在基本的I/O狀態(tài)，然后用MOVX指令對這三個(gè)口進(jìn)行輸入或輸出操作圖7．1．58155與8031硬件接口例如：設(shè)定8155工作在基本I/O口ALT1方式，A口輸入，B口輸出，C口輸入。要求將A口輸入的數(shù)據(jù)送進(jìn)8155片內(nèi)的RAM的0000H單元中，將00FFH單元數(shù)據(jù)從B口輸出。試設(shè)定工作方式控制字及編寫程序。解：根據(jù)要求，由圖7．1．3得控制字為00000010B=02H。完成要求功能的程序?yàn)椋篗OVDPTR，#0100H；8155控制口地址為0100HMOVA，#02H；8155設(shè)定為ALT1工作控制遼MOVX@DPTR，A；向8155輸出控制字MOVDPTR，#0101H；設(shè)定8155A口地址為0101HMOVXA，@DPTR；讀8155A口數(shù)據(jù)MOVDPTR，#0000H；8155片內(nèi)RAM首地址MOVX@DPTR，A；將A口數(shù)據(jù)送入8155內(nèi)RAM單元MOVDPTR，#00FFH；8155內(nèi)RAM地址00FFHMOVXA，@DPTR；讀出8155內(nèi)RAM的00FFH單元數(shù)據(jù)MOVDPTR，#0102H；設(shè)定8155B口地址為0102HMOVX@DPTR，A；將8155內(nèi)RAM數(shù)據(jù)從B口輸出例：使8155作為I/O口和定時(shí)器使用。為基本I/O口ALT2方式。A、B、C口均設(shè)定為輸出方式；定時(shí)器作為連續(xù)方波發(fā)生器使用，對輸入TIN端的脈沖進(jìn)行10分頻，即在TOUT端輸出連續(xù)方波。試編制初始化程序。解：實(shí)現(xiàn)上述要求的硬件電路見圖7．1．5。（1）工作方式控制字為：11000111B=C7H。（2）計(jì)數(shù)初值為10。選M1M0=01，則計(jì)數(shù)初值為000AH，終值是0。低8位是0AH，高8位是40H。實(shí)現(xiàn)上述要求功能的8155初始化程序段如下：MOVDPTR，#0104H；指向8155定時(shí)器低8位地址MOVA，#0AH；計(jì)數(shù)初值分頻為10MOVX@DPTR，#A；裝入計(jì)數(shù)初值低8位INCDPTR；指向定時(shí)器高8位地址MOVA，#04H；設(shè)定TOUT輸出連續(xù)方波M1M0=01MOVX@DPTR，A；送入8155定時(shí)器高8位MOVDPTR，#0100H；指向8155控制寄存器地址MOVA，#0C7H；設(shè)定8155工作在ALT2，起動(dòng)定時(shí)器MOVX@DPTR，A；控制字裝入8155內(nèi)，起動(dòng)定時(shí)器CPU執(zhí)行上述程序后，將在圖7．1．5中8155的TOUT端輸出高、低電平各為5個(gè)輸入脈沖的寬度的連續(xù)方波。在單片機(jī)擴(kuò)展8155的應(yīng)用系統(tǒng)中，8155的I/O口可以外接打印機(jī)、BCD碼撥盤開關(guān)、LED顯示器及A/D、K/A轉(zhuǎn)換器以及作為控制的輸入、輸出口，同時(shí)還為單片機(jī)外擴(kuò)256個(gè)字節(jié)的RAM和一個(gè)14位定時(shí)器。所以8155是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的接口芯片之一

3.數(shù)字光電隔離電路1）光電耦合器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)圖7．1．6

a)為普通光電耦合器，它以發(fā)光二極管為輸入端，光敏三極管為輸出端。若要獲較大驅(qū)動(dòng)能力，可采用達(dá)林頓管輸出或晶閘管輸出的光電耦合器件，如圖7．1．6b、c)所示。圖7．1．6常用的光電耦合器

2）光電耦合器輸入控制和輸出形式如圖7．1．7所示。輸出也分為集電極輸出和發(fā)射極輸出等形式

圖7．1．7光電耦合器輸入控制和輸出形式

4.輸出驅(qū)動(dòng)電路

1）功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路采用功率晶體管輸出繼電器的電路如圖7．1．8所示，因負(fù)載呈感性，所以輸出須接反電勢保護(hù)用二極管D，J為繼電器線圖。

2）達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路圖7．1．9給出了MC1416內(nèi)部電路原理圖和使用方法。圖7．1．9MC1416驅(qū)動(dòng)7個(gè)繼電器

I/O接口：接受來自CPU的數(shù)據(jù)、地址及控制信號，并向CPU送應(yīng)答信號。具體器件如前面講過的8155。

D/A轉(zhuǎn)換器：其作用是數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，下一節(jié)中將專門講述具體內(nèi)容。隔離級：將計(jì)算機(jī)與被控對象隔離開來，以防止來自現(xiàn)場的干擾。圖7．１．１０中所示為模擬側(cè)隔離，另外可將隔離級到D/A轉(zhuǎn)換器之前，構(gòu)成數(shù)字側(cè)隔離。輸出級：由運(yùn)算放大器，V/I轉(zhuǎn)換器等組成，以提供不同形式的輸出信號。執(zhí)行器：其作用是接受微機(jī)通過AO發(fā)來的控制信號，并轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使生產(chǎn)過程按照預(yù)先規(guī)定的要求正常進(jìn)行圖7．1．10模擬量輸入AO的一般結(jié)構(gòu)2）多通道共享D/A轉(zhuǎn)換形式這種形式由于D/A轉(zhuǎn)換器是共用的，所以每一個(gè)模擬量輸出通道都需要一個(gè)采樣保持器S/H,如圖7．1．11所示。圖7．1．11多通道共享D/A轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

2.模擬光電隔離器圖7．1．12是電路圖，并示出了具體參數(shù)，輸入輸出不共地，各用了一套15V電源。此電路圖主要由四部分組成:

（１）以運(yùn)算放大器K1為核心的輸入級，由于采用了同向輸入方式，因此既有輸入阻抗高及相當(dāng)于電壓串聯(lián)負(fù)反饋的特性。（２）輸入輸出隔離級:由二極管－極管光電隔離耦合器（D1、T1）實(shí)現(xiàn)，起到抑制輸入級干擾的作用。（３）以運(yùn)算放大器K2為核心的輸出級，它是一個(gè)反向器（放大倍數(shù)=-1）。（４）以T3為核心的恒流源及光電管D2、T2，起到穩(wěn)定工作點(diǎn)、抑制干擾及補(bǔ)償溫漂的作用。圖３．１．１２所示各點(diǎn)的電壓值，是當(dāng)輸入電壓Vin=0V時(shí)所對應(yīng)的值。圖３．１．１２模擬光電隔離極性轉(zhuǎn)換電路

3．V/I電壓電流轉(zhuǎn)換器1）采用F3080組成的V/I變換電路

F3080是電流輸出型運(yùn)放，其輸入特性與通常運(yùn)放是相同的，而輸出是電流的形式。圖7．1．1３用F3080組成的基本V/I變換電路。圖中IＲ為5腳注入電流，可在0.1－500uA范圍內(nèi)自由設(shè)置，可以是直流或交流控制信號。采用直流控制就成為可控制式V/I轉(zhuǎn)換器。W用作失流補(bǔ)償，使Vin=0V時(shí)輸出Io=0。

圖7．1．1３基本V/I變換2）運(yùn)放V/I變換電路采用通用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)V/I的方法很多，考慮實(shí)際電流信號多采用統(tǒng)一標(biāo)值（0－10mA或4－20mA），故這里只介紹兩個(gè)實(shí)用電路。

(1)0－10V/0－10mA轉(zhuǎn)換電路圖7．1．1４是實(shí)現(xiàn)這種V/I轉(zhuǎn)換的電路，他由運(yùn)放A和晶體管T1、T2組成。

圖7．1．1４輸出0~10mA的V/I轉(zhuǎn)換電路

輸入電壓Vin經(jīng)R1進(jìn)入運(yùn)算放大器A，經(jīng)A放大后進(jìn)入T1、T2。由于T2射極接有反饋電阻Rf，得到反饋電壓Vf加至輸入端，形成運(yùn)放A的差動(dòng)輸入信號。由于具有較強(qiáng)的電流反饋，所以有較好的橫流性能。輸入電壓Vin和輸出電流Io之間關(guān)系如下：若R3、R4>>Rf、RL，可以認(rèn)為Io全部流經(jīng)Rf。由此可得

V-=V·R4/(R1+R4)+Io·RL·R1/(R1+R4)

(7．1．1)

V+=Io(Rf+RL)·R2/(R2+R3) (7．1．2)

對于運(yùn)放，有V-≈V+，則Vin·R4/(R1+R4)+Io·RL·R1/(R1+R4)=Io(Rf+RL)·R2/(R2+R3)若取R1=R2,R3=R4,則由上式整理可得

Io=Vin·R3/(R1·Rf)(7．1．3)可以看出，輸出電流Io和輸入電壓Vin呈線性對應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系。R3/(R1·Rf)為一常數(shù)，與其它參數(shù)無關(guān)。若取Vin=0～10V，R1=R2=100KΩ,R3=R4=20KΩ,Rf=200Ω，則輸出電流Io=0～10mA。(2)1～5V/4～20mA變換電路圖7．1．1５輸出4～20mA的V/I變換電路

圖7．1．1５為實(shí)現(xiàn)此V/I變換的電路。由圖可見，兩個(gè)運(yùn)放A1、A2均接成射極輸出形式。在穩(wěn)定工作時(shí)

Vin=V1所以I1=V1/R1=Vin/R1(7．1．4)又因?yàn)镮1≈I2所以Vin/R1=(Vs-V2)/R2既V2=Vs-Vin·R2/R1(7．1．5)在穩(wěn)定狀態(tài)下，V2=V3，If≈Io，故Io≈If=(Vs-V3)/Rf=(Vs-V2)/Rf(7．1．6)

將式(3.1.5)代入式(3.1.6)得Io=(Vs-Vs+Vin·R2/R1)/Rf=Vin·R2/(R1·Rf)(7.1.7)

其中R1、R2、Rf均為精密電阻，所以輸出電流Io線性比例于輸入電壓Vin，且與負(fù)載無關(guān)，接近于恒流。若R1=5kΩ,R2=2KΩ,R3=100Ω,當(dāng)Vin=1～5V時(shí)，輸出電流Io=4～20mA3）集成V/I轉(zhuǎn)換器

ZF2B20/21電壓/電流轉(zhuǎn)換器的外引腳圖如圖7.1.1６所示。它的輸入電壓范圍為0～10V，輸出電流為4-20mA，采用單正電源供電，電源電壓范圍為10-32V，其特點(diǎn)是低漂移，在工作溫度為-25℃～+85℃范圍內(nèi)，最大漂移為0.005%/℃。其輸入電阻為10KΩ，非線性小于0.025%，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于25ms。利用2B20/21實(shí)現(xiàn)V/I轉(zhuǎn)換只需外接很少的調(diào)節(jié)元件即可，如圖7．1．1７外接初始校準(zhǔn)電位器即可實(shí)現(xiàn)0-10V/4-20mA的轉(zhuǎn)換。圖7．1．1６圖7．1．1７

7．2D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口電路7．2．18位轉(zhuǎn)換器DAC0832與MCS-51單片機(jī)接口電路D/A轉(zhuǎn)換器的功能是將一組輸入的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為在時(shí)間上是連續(xù)的模擬量輸出，輸出模擬量形式有電流型和電壓型兩種。對于電流型輸出D/A轉(zhuǎn)換器可外接運(yùn)算放大器，將輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓并提高帶負(fù)載能力。1．DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器性能、結(jié)構(gòu)DAC0832芯片是一種具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)鎖存器的8位DAC，能直接與MCS-51單片機(jī)接口。主要性能如下：（1）分辨率8位；單一電源供電（+5V~+15V）；（2）具有單緩沖、雙緩沖和直通輸入三種工作方式；（3）邏輯輸入電平與TTL電平兼容。DAC0832片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖7．2．1所示。

圖7．2．1D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（1）8位輸入寄存器由8個(gè)D鎖存器組成，作為輸入數(shù)據(jù)的緩沖器，它的8位輸入線可直接與P0口相連。由LE1來控制其輸入及鎖存。當(dāng)LE1=1時(shí)，鎖存器的輸出Qi隨輸入DIi變化；當(dāng)LE1=0時(shí)，輸入數(shù)據(jù)被鎖存。由三根引腳對LE1進(jìn)行控制：當(dāng)ILE=1、CS=WR=0時(shí)LE1=1，輸出隨輸入變化。當(dāng)WR1=1時(shí)，LE1=0，輸入數(shù)據(jù)被鎖存。數(shù)據(jù)能否進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，還有賴于LE2是否滿足開通條件。（2）8位DAC寄存器

`

它也是由8個(gè)D鎖存器組成。它的控制端為LE2。當(dāng)LE2=1時(shí)，輸出數(shù)據(jù)跟隨輸入；在LE2=0時(shí)，將第一級輸出的數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器中。LE2的狀態(tài)由兩根引腳對其進(jìn)行控制。

`

當(dāng)WR2和XFER均為0時(shí)，LE2=1。

（3）8位D/A轉(zhuǎn)換器它是采用T型網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器，輸出是與數(shù)字量成比例的電流，Rfb是連接外部運(yùn)算放大器的反饋電阻端，連接運(yùn)算放大器的輸出端，將IOUT1和IOUT2輸出電流變?yōu)殡妷骸?．DAC0832芯片引腳控制功能DAC0832共20條引腳雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)，功能如下：CS——片選端，低電平有效；ILE——數(shù)據(jù)允許鎖存信號，高電平有效；

`WR1——寫信號1端，低電平有效。當(dāng)XFER和WR2同時(shí)有效，才能使數(shù)據(jù)通過第二級鎖存器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。DI7~DI0——8位數(shù)據(jù)輸入線。可連接數(shù)據(jù)總線P0口；IOUT1——模擬電流輸出端1。當(dāng)DAC寄存器全為1時(shí)輸出電流最大；全為0時(shí)輸出電流為0。IOUT2——模擬電流輸出端2。IOUT2為一常數(shù)與IOUT1之差，即IOUT1+IOUT2=常數(shù)。連接運(yùn)算放大器輸入端。Rfb——反饋電阻連接端。用于連接運(yùn)算放大器的輸出（反饋電阻固化在片內(nèi)）。3．DAC0832的三種工作方式用戶可以有三種工作方式可供選擇。（1）直通方式這時(shí)兩級8位數(shù)據(jù)鎖存器都處于輸出跟隨輸入的情況、條件是

LE1和LE2同時(shí)為1，為此要求；ILE=1，而CS、WR1、WR2和XFER均為0。由DI7~DI0輸入的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。

（2）用于單緩沖器寄存器工作方式兩個(gè)鎖存器之一始終處于直通狀態(tài)，另一個(gè)鎖存器處于受CPU控制狀態(tài)。條件是LE2=1（直通）CPU控制LE1=CS?WR?ILE。這時(shí)DAC0832相當(dāng)8031的一個(gè)外部RAM單元，CPU用一條MOVX指令就可以完成D/A轉(zhuǎn)換。

（3）用于雙緩沖寄存器的工作方式這種方式是兩個(gè)鎖存器都處于受控方式，CPU通過5條引腳分別控制LE1和LE2。關(guān)系為

`

LE1=ILE?CS?WR1；LE2=WR2?XFERCPU要輸出轉(zhuǎn)換8位數(shù)據(jù)必須通過兩步操作才能完成。多用于2路D/A轉(zhuǎn)換接口場合，每一路模擬輸出都且一片DAC0832，并要求同步進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸出。4．DAC0832和8031的接口方法由于DAC0832內(nèi)部帶有數(shù)據(jù)鎖存器，可直接與P0口連接。（1）DAC0832工作在單緩沖方式硬件接口若系統(tǒng)中只需要一路D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，采用單緩沖。硬件使LE2=1，則將WR2和XFER接地，將ILE接+5V。這時(shí)：

`LE1=CS?WR1，用單片機(jī)WR控制WR1、P2.7連接CS。CPU用輸出指令MOVX@DPTR，A可進(jìn)行單緩沖D/A轉(zhuǎn)換。接口如圖7．2．2所示。

圖7．2．2DAC0832單緩沖器接口方式根據(jù)圖連線，執(zhí)行3條指令可完成D/A轉(zhuǎn)換。MOVDPTR，#7FFFH；指向0832地址，使P2.7=CS=0MOVA，#data；待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量裝入A中MOVX@DPTR，A

`；啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換，WR=WR1=0，數(shù)字量從P0口送至DI7~DI0（2）DAC0832雙緩沖同步方式硬件接口

要求兩路同步D/A轉(zhuǎn)換輸出時(shí)，應(yīng)采用雙緩沖同步方式連接。數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出分兩步完成。兩片DAC0832共同占用8031外部RAM的3個(gè)地址：兩個(gè)0832輸入寄存器各占去一個(gè)RAM地址，CPU分時(shí)操作，先后用兩條輸出指令將待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量分別寫入并鎖存到各自的輸入寄存器中；而兩個(gè)DAC寄存器則占用同一個(gè)RAM單元地址，以便使CPU用一條輸出指令同時(shí)打開兩個(gè)0832的DAC寄存器（使兩個(gè)LE2同時(shí)為1），實(shí)現(xiàn)同步完成兩路D/A轉(zhuǎn)換輸出。實(shí)現(xiàn)上述功能接口電路如圖7．2．3所示。圖7．2．3DAC0832雙緩沖器接口方式

在圖中：1#DAC0832輸入寄存器地址為DFFFH（P2.5=0）；2#DAC0832輸入寄存器地址為BFFFH（P2.6=0）；1#、2#DAC0832第二級寄存器的共同地址為7FFFH，使P2.7連接XFER為0有效。

`單片機(jī)WR端連接兩片0832的所有WR1、WR2端，在CPU執(zhí)行寫指令時(shí)，8031自動(dòng)生成WR=0有效信號。CPU執(zhí)行下面8位指令能完成兩路D/A轉(zhuǎn)換同步輸出。MOVDPTR，#0DFFFH；指向1#DAC0832地址MOVA，#data1；1#0832待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)MOVX@DPTR，A；將數(shù)據(jù)送入1#輸入鎖存器中MOVDPTR，#0BFFFH；指向2#DAC0832地址MOVA，#data2；2#0832待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)MOVX@DPTR，A；將數(shù)據(jù)寫入2#0832輸入鎖存器MOVDPTR，#7FFFH；1#、2#0832共同選通地址MOVX@DPTR，A；1#、2#同時(shí)打開DAC寄存器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，分兩路同時(shí)輸出7．2．212位轉(zhuǎn)換器DAC1208與MCS-51單片機(jī)接口電路8位D/A轉(zhuǎn)換器分辨率低，在要求控制精度較高的系統(tǒng)中，需要12位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換器。1．DAC1208D/A轉(zhuǎn)換器性能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)DAC1208與DAC0832結(jié)構(gòu)相似，因此其D/A轉(zhuǎn)換的控制方法也相似，可直接與8位或16位單片機(jī)接口。主要性能如下；（1）分辨率為12位（數(shù)據(jù)分兩次輸入）；（2）片內(nèi)有兩級緩沖鎖存器，可工作在單緩沖或雙緩沖方式。DAC1208D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如圖7．2．4所示。

圖7．2．4D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208內(nèi)部框圖由圖可見：12位輸入寄存器分成一個(gè)8位和一個(gè)4位并聯(lián)，為的是和8位CPU數(shù)據(jù)總線相連接。但在CPU送數(shù)據(jù)時(shí)要分兩次輸出，先送高8位、再送低4位，然后12位數(shù)一次輸出進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。兩級緩沖鎖存控制由4根輸入控制線完成。第一級兩個(gè)輸入寄存器由CS和WR1來控制。但是為了區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)是進(jìn)入8位還是4位輸入寄存器，增加了一條高/低字節(jié)控制線：BYTE1/BYTE2。當(dāng)BYTE1/BYTE2=1時(shí)，選中8位輸入寄存器（也選中低4位寄存器）；為0時(shí)只選中低4位寄存器。因此用戶寫入時(shí)一定要先送高8位，后送低4位。第2級12位DAC寄存器由XFER和WR2共同控制。實(shí)現(xiàn)雙緩沖功能。

2．引腳功能DAC1208共24條引腳。大部分與DAC0832功能相同現(xiàn)將不同的部分說明如下：DI11~DI0——12位數(shù)字輸入線。其中DI11~DI4與P0口相連接；DI3~DI0與P0口高4位P0.7~P0.4相連接。BYTE1/BYTE2——字節(jié)輸入順序控制信號。當(dāng)該信號線為1時(shí)，同時(shí)開啟8位和4位兩個(gè)鎖存器，CPU將數(shù)據(jù)同時(shí)送入兩個(gè)鎖存器中；當(dāng)該信號為0時(shí)，則僅開啟低4位輸入鎖存器，CPU只能送入低4位數(shù)據(jù)。

3．DAC1208與8031單片機(jī)的接口方法DAC1208采用雙緩沖方式工作。12位數(shù)據(jù)分兩次輸入，需要2個(gè)數(shù)據(jù)輸入鎖存器地址。控制第二級DAC12位寄存器需要1個(gè)地址；共3個(gè)地址。WR1和WR2同時(shí)連接8031的WR，P0.0控制BYTE1/BYTE2，P0.1控制XFER，而P0.2控制CS端，完成雙緩潰工作方式控制。硬件連線如圖7．2．5所示。

圖7．2．5DAC1208與8031單片機(jī)硬件接口

由圖可見：8位輸入鎖存器地址為：011B=03H；4位輸入鎖存器地址為：010B=02H；12位DAC寄存器地址為：100B=04H。注意；這里采用向左對齊的數(shù)據(jù)格式，即12位數(shù)據(jù)的高8位作為字節(jié)1，低4位作為字節(jié)2，如圖7．2．6所示。CPU用指令向低4位輸入鎖存器寫入數(shù)據(jù)時(shí)，要按圖所示的格式。

圖7．2．6向左對齊數(shù)據(jù)方式4．DAC1208的D/A轉(zhuǎn)換程序設(shè)12位待轉(zhuǎn)換的數(shù)字時(shí)存放在8031片內(nèi)RAM的30H、31H兩個(gè)單元中，現(xiàn)按圖中的連接，送到DAC1208去進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。程序分三步完成：（1）取出高8位數(shù)據(jù)寫入1208的8位輸入鎖存器；（2）取出低4位數(shù)據(jù)寫入4位輸入鎖存器中；（3）12位數(shù)據(jù)同時(shí)送入12位DAC寄存器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，并輸出相應(yīng)的模擬電壓Uo。DAC1208D/A轉(zhuǎn)換程序如下：MOVR0，#03H；送8位輸入鎖存器地址MOVA，30H；取出待（D/A）轉(zhuǎn)換的高8位數(shù)據(jù)MOVX@R0，A；送入高8位輸入鎖存器中MOVR0，#02H；4位輸入鎖存器地址MOVA，31H；取出待轉(zhuǎn)換的低4位數(shù)據(jù)SWAPA；低4位數(shù)據(jù)與高4位交換（向左對齊）MOVX@R0，A；寫入DAC1208低4位輸入鎖存器中MOVR0，#04H；指向12位DAC寄存器地址MOVX@R0，A；鎖存并完成12位D/A轉(zhuǎn)換（A內(nèi)容任意）

7.2.3F/V壓頻轉(zhuǎn)換器

1.F/V變換基本原理

F/V變換器是將頻率變化的信號線性的變換成電壓變化的信號的器件，簡稱FVC。圖３．２．７是FVC的基本組成形式.FVC的基本工作過程是：輸入頻率信號fin通過比較器變成快速上升/下降的窄脈沖，去觸發(fā)MMV而隨即產(chǎn)生的定寬度(定時(shí)Tw）、定幅度(Vm)的輸出脈沖序列。將此脈沖列經(jīng)LPF平滑取平均值，就可得到正比于fin的輸出電壓Vo。

2.常用F/V轉(zhuǎn)換器

LMＸ31是一種壓頻互變的器件，前面應(yīng)討論了它的結(jié)構(gòu)，故這里僅介紹實(shí)現(xiàn)FVC轉(zhuǎn)換的電路，如圖３．２．７所示。

圖7．２．７LMＸ31用作F/V轉(zhuǎn)換的外部接線圖根據(jù)電和平衡的原理知

(Io-Vo/RL）*Tw=Vo/RL(1/fIN-Tw)

式中Io=1.9/Rs,Tw=1.1RtCt。整理得由輸入頻率信號轉(zhuǎn)換而來的電壓輸入為

Vo=2．09fIN*Rt*Ct*RL/Rs圖３．2．８為精密的轉(zhuǎn)換電路，其輸出利用運(yùn)算放大器Ａ提供緩沖輸出并實(shí)現(xiàn)雙極點(diǎn)濾波器的作用。采用此電路可提高F/V轉(zhuǎn)換精度和響應(yīng)速度，對于高于1KHz的頻率，波紋峰值小于5mＶ。但輸入頻率低于200Hz時(shí)，其輸出波動(dòng)要比圖３．３．８大，為此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮。圖7．2．８精密Ｆ／Ｖ轉(zhuǎn)換電路

3.3常用執(zhí)行器執(zhí)行器是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中重要的組成部分,它的作用是把微機(jī)發(fā)出的控制信號轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作,使生產(chǎn)過程按規(guī)定的要求進(jìn)行。也就是說,它是實(shí)現(xiàn)微機(jī)對被控對象實(shí)施控制的執(zhí)行者,前面各環(huán)節(jié)的作用最終要由它來體現(xiàn)。若選擇和運(yùn)用不當(dāng),往往給生產(chǎn)帶來許多困難,甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。為此，必須足夠的重視執(zhí)行器的使用。7．3．1繼電器1．繼電器的工作原理繼電器是用來控制外界大電流或高電壓的器件,圖7.3.1為其工作原理圖。當(dāng)控制電流流進(jìn)線圈L時(shí)就產(chǎn)生一磁場,這個(gè)磁場力可帶動(dòng)觸點(diǎn)K動(dòng)作，使其閉合或斷開。這樣通過觸點(diǎn)K即可控制外界的交流或直流大電流或高電壓。圖7.3.1繼電器的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)器的選擇要根據(jù)所用繼電器線圈的吸合電流而定，且要求驅(qū)動(dòng)器的最大負(fù)載電流一定要大于繼電器的吸合電流。圖7．3．2為兩種繼電器觸點(diǎn)輸出的驅(qū)動(dòng)電路。7．3．2晶閘管

１．晶閘管結(jié)構(gòu)及原理晶閘管又稱可控硅（SCR），是一個(gè)三端器件。分為陽極A、陰極C、控制極（門極）G。圖7．3．3為單向晶閘管的結(jié)構(gòu)符號。圖7．３．3單向晶閘管SCR符號

圖7．３．４雙向晶閘管SCR符號

2.單片機(jī)驅(qū)動(dòng)晶閘管接口圖7.3.5為單向SCR的控制電路。由于SCR通常用來控制交流高電壓開關(guān)負(fù)載，故圖中采用了光電隔離措施。

圖7．3．6雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)電路

7．3．3．固態(tài)繼電器（SSR）固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)通斷功率型電子開關(guān)。當(dāng)施加觸發(fā)信號后其主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)，無信號時(shí)呈阻斷狀態(tài)。

1．固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理通常是四端組件，兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端，圖7．3．7為其結(jié)構(gòu)框圖。圖7．3．7固態(tài)繼電器的原理框圖

2．固態(tài)繼電器的分類根據(jù)負(fù)載端所加電壓的不同，SSR可分為直流型和交流型兩種。

7．3．8（a）、(b)、(c)分別為直流、交流型SSR輸入輸出的關(guān)系波形。圖7．3．8SSR輸入輸出的關(guān)系波形3．SSR輸入端的驅(qū)動(dòng)及使用注意事項(xiàng)

SSR輸入5～10mA電流時(shí)SSR通，而小于1mA時(shí)SSR斷；輸入端工作電壓通態(tài)一般不低于3V，斷態(tài)一般小于1V。圖7.3.9為幾種基本的SSR輸入端驅(qū)動(dòng)方式。圖7．3．9幾種基本的SSR輸入端驅(qū)動(dòng)方式使用SSR注意事項(xiàng)：對于直流型SSR，當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)（如直流電磁閥或電磁鐵），應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)一只二極管。二極管電流應(yīng)等于工作電流，電壓應(yīng)大于工作電壓的4倍。且SSR應(yīng)盡量靠近負(fù)載。大功率的SSR應(yīng)加瞬間過電壓保護(hù)。，由于電源上電時(shí)RC回路的充放電會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，大功率的SSR無RC吸收保護(hù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)。為此，可采用壓敏電阻保護(hù)。過電流保護(hù)。由于負(fù)載斷路、浪涌電流等易造成SSR器件損壞，因此，一般