第6章 过程输入通道与接口.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单片机原理与应用,天津工程师范学院自动化工程系,卢胜利 主讲,第,6,章 过程输入通道与接口,过程通道是在微机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括,:,数字量输入通道，,模拟量输入通道，,数字量输出通道，,模拟量输出通道。,6.1,输入通道的结构与信号变换,表,6.1.1,输入信息分类与通道对照表,信息种类,信息来源,通道类型,数字量,开关量输入,阀门的开关，接点的通、断，电平的高、低等,数字量输入通道,数据数码,各类数字传感器、控制器等,脉冲量输入,长度、转速、流量测定转换等,中断输入,操作人员请求、过程报警等,模拟量,电流信号,压力、温度、液位、速度、重量、位移等,模拟量输入通道,电压信号,6.1.1,数字量输入通道,DI,1.,输入信号调理电路,图,6.1.1,输入信号调理电路,2.,防抖动输入电路,图,6.1.2,所示为一双稳态消抖器,图,6.1.2,双稳态消抖器,3.,防干扰输入隔离电路,图,6.1.3,防干扰输入隔离电路,a),光耦式输入电路,常见隔离技术有以下两种。,一种是光电隔离技术，其原理是输入，输出之间来用光耦合，如图,6.1.3,中,a),所示。另一种是变压器耦合输入，见图,6.1.3,中,b),所示,。,b),变压器耦合输入电路,6.1.2,模拟量输入通道,AI,1.AI,通道的一般结构,图,6.1.4,并行转换结构,图,6.1.5,所示为多路模拟输入通道的一般结构。由图可见，多路,AI,由信号处理、多路开关、放大器、采样保持器和模数转换器组成。,图,6.1.5 AI,通道的一般结构,2.AI,通道中的信号变换,模拟信号到数字信号的转换包括,信号采样和量化,两个过程。,1,）信号的采样,(,采样周期,T/,采样时间,),信号的采样过程如图,6.1.6,所示,图,6.1.6,信号的采样过程,2,）量化,采样信号在时间轴上是离散的，但在函数轴上仍然是连续的，因为连续信号,Y,（,t,）幅值上的变化，也反映在采样信号,Y*,（,t,）上。,q=(,Y,max,Y,min,)/2,n,-1,（,6.1.1,）,量化过程实际上是一个,用,q,去度量采样值幅值高低的小数归整过程，,存在,1/2q,的量化误差。例如，,q=20mv,，量化误差为,10mv,，,1.0090.99,范围内的采样值，其量化结果是相同的。,3.AI,的常用器件及电路,1,）多路开关,图,6.1.7 CD4051,的结构原理,表,6.1.2 CD4051,通道选送表,INH,C B A,所选通道,0,0 0 0,VI0,0,0 0 1,VI1,0,0 1 0,VI2,0,0 1 1,VI3,0,1 0 0,VI4,0,1 0 1,VI5,0,1 1 0,VI6,0,1 1 1,VI7,1,X X X,VI0,VI7,均未选中,VIi,（,i=0,，,1.,7,）被选中时，,V0,与,VIi,接通。,2,）采样保持器（,S/H,）,图,6.1.8 a,）所示为典型的采样保持器的基本电路。图,6.1.8 b,所示为其各工作状态的波形。,在选择采样保持器时，要注意以下几个主要参数：,1,）孔径时间,2,）捕捉时间,3,）保持时间,4,）输出电压变化率,dv0/dt,3),电流,/,电压,(I/V),变换,现场变送器输出的信号为,010mA,或,420mA,的统一信号，需经,I/V,变换成为电压信号，以下是两种变换电路。,（,1,）无源,I/V,变换,无源,I/V,变换主要是利用无源器件电阻来实现,并加滤波和输出限幅等保护措施,如图,6.1.10,所示。,图,6.1.10,无源,I/V,变换电路,图,6.1.11,有源,I/V,变换电路,（,2,）有源,I/V,变换,该同相放大电路的放大倍数为,A=1+R4/R3,（,6.1.2),若取,R3=100K,，,R4=150K(A=2.5),，,R1=200,，可将,010mA,电流输入信号变换为,05V,电压信号。,若取,R3=100K,，,R4=25K(A=1.25),，,R1=200,，则将,420mA,电流输入信号变换为,15V,电压信号。,6.2,输入通道,AI,中常用放大器,6.2.1,测量放大器,图,6.2.1,测量放大器基本电路,测量放大器又称,仪表放大器,，一般采用多运放平衡输入电路，图,6.2.1,最最基本的电路,根据叠加原理可以分析得到,V,01,=(1+R,1,/R,G,)V,i-,R,1,/R,G,V,i,（,6.2.1,）,V,02,=(1+R,1,/R,G,)V,i,+R,1,/R,G,V,i,(6.2.2),测量放大器输出电压,V,0,=V,01,+V,02,=,（,1+2R,1,/R,G,),(V,i,+,V,i,-,）,(6.2.3),其增益为,G=1+2R,1,/,R,G,（,6.2.4,）,由于对两个输入信号的差动作用，漂移减少，且具有,高输入阻抗、低失调电压、低输入阻抗和高共模抑制比以及线性度较好的高增益。,测量放大器的一般结构如图,6.2.2,所示，两个差动输入端,V,i+,、,V,i-,与信号源相连，对通过信号源引入的共模干扰有较高抑制能力。,外接电阻,R,G,用来调节增益，,有些放大器还有对放大倍数进行微调的电阻,R,S,。,目前许多集成测量放大器芯片可供用户使用。如,AD521,、,AD522,、,INA101,、,WS112,等。这里仅以,INA101M,为例作以介绍。,图,6.2.2,测量放大器一般结构,由于采用单芯片结构，而且组成的关键部件均采用激光微调技术，使其具有较高性能和较低的成本。其主要特性指标为：漂移电压,0.25V/C,，偏移电压,25V,线性度,0.002%,共摸抑制比,106dB(60Hz),输入阻抗,1010,电源,20V,输入电压范围,20V,。,图,6.2.3a),为,INA101M,的一种简单接法。其增益用外接电阻,R,G,调节，,G=1+40K/R,G,。,R,G,的基准值和电阻的温度系数直接影响增益精度和漂移，因此，,R,G,应选用精密电阻。图,6.2.3b),可用来取代,a,）图中电位器,Rw1,用于调节偏移电压，其优点是可以使漂移不随调节而变化。,偏移电压调整步骤如下：,1,）调节,V,1,=V,2,=0V(,保证输入端优良好的接地）；,2,）用,R,G,将增益调至所需要值（注意：偏移量随增益变化而变化）；,3,）调节,R,w1,直到输出为,0V1mV,或所需要的值。,如果要消除输出偏移或要求确定与输入相同的偏移，可采用图,6.2.3 c),电路。调节,R,w2,图,6.2.3 INA101M,基本接线,6.2.2,可编程放大器,图,6.2.1,中，,改变,R,G,可以改变放大器的增益。,图,6.2.4,是根据这一原理构成的可编程增益放大器。,用,R,G1,R,G8,取代原先的,R,G,选择其中一个电阻由多路开关,CD4051,来确定，,CD4051,状态可由计算机通过程序来控制。,常用芯片有,AD612/614,、,PGA200/201,、,PGA100,等。,AD612/614,为典型的三运放结构，片内有精确的电阻网络使其增益可控。图,6.2.5,为其结构原理图。,图,6.2.4,分立式,可编程增益放大器,图,6.2.5 AD612/614,可编程增益放大器,6.2.3,隔离放大器,（,1,）消除由于信号源接地网络的干扰所引起的测量误差。,（,2,）测量处于高共模电压下的低电平信号,（,3,）避免构成地回路及不需要对偏置电流提供返回通路问题。,（,4,）保护应用系统电路不致因输入端或输出端大的共模电压造成损坏。,图,6.2.6,变压器耦合隔离放大器结构示意图,光耦合隔离放大器具有隔离效果好，频带宽等优点。目前常用的型号有,ISO100,，图,6,2,7,为它的简化电路图和引脚图。由图可见，利用一个发光二极管,LED,和两个光敏二极管耦合，使输入与输出隔离。将发光二极管,LED,的光反向送回输入端（负反馈）、正向送至输出端，从而提高了放大器的精度、线性度和温度稳定性。其输入为电流信号，若进行电压输入，则利用一外接电阻即可实现，此时,I,in,=,V,in,/R,in,.,图中,A1,起着单位增益放大器的作用，,A2,作为电流电压转换器，即在系统稳定时，,I,D1,=I,D2,=-,I,in,输出,V,out,=-I,D2,R,F,=,I,in,R,F,.,只要改变外接电阻,RF,的值，就能改变增益。,ISO100,中有两个精密电流源，用其完成双极性操作。单极性时，不需要精密电流源，电流源可供外部使用。,图,6,2,7 ISO100,简化电路和引脚图,6,3 A/D,转换器与单片机接口电路,6,3,1 8,位转换器,ADC0809,与,MCS-51,单片机接口电路,ADC0809,是采用逐次逼近法原理的,A/D,转换器。,1,主要性能,（,1,）分辨率为,8,位二进制数；,（,2,）模入电压范围,05V,，对应,A/D,转换值为,00HFFH,；,（,3,）每路,A/D,转换完成时间为,100us,；,（,4,）允许输入,8,路模拟电压，通过具有锁存功能的,8,路模拟开关，可以分时进行,8,路,A/D,转换；,（,5,）工作频率为,500kHz,。输出与,TTL,电平兼容。,2,ADC0809,芯片组成原理,ADC0809,芯片的组成框图如图,6,3,1,所示,图,6,3,1 A/D,转换器,ADC0809,原理框图,3,ADC0809,引脚功能,ADC0809,采用,28,只引脚的封装，双列直插式。,IN0IN78,路,0+5V,模拟电压输入端。,DB7DB08,位数字输出线。输出,8,位,A/D,转换值。,START,起动,A/D,转换输入端。若单片机在此引脚加一个正脉冲时，脉冲的上升沿将内部寄存器清,0,；其下降沿起动,A/D,进行一次新的转换。,EOCA/D,转换结束输出信号，高电平有效。在起动,A/D,转换,START,有效开始,EOC=0,，表示,A/D,转换正在进行中；当转换一结束，,EOC=1,。因此,EOC,可作为,A/D,转换状态输出信号，供,CPU,查询或用来向,CPU,申请中断。,OE,允许数字量输出信号，高电平有效。当,OE=1,时，打开三态门，将,A/D,转换后的,8,位数字量放在数据总线,DB7DB0,上，供,CPU,用指令取走。,CLOCK,输入时钟脉冲端。频率为,500kHz,。,ADDA,、,ADDB,、,ADDC,模入通道,IN0IN7,的地址选择线。可控制,8,路转换开关进行,8,取,1,切换。,ALE,地址锁存允许输入信号。锁存,ADDC,、,ADDB,、,ADDA,。,4,ADC0809,与,8031,的硬件接口,ADC0809,与单片机的接口有两种方式：一种是将,0809,通过并行,I/O,口如,8155,与单片机连接；另一种是将,0809,直接与,8031,连接，这时,8031,应分配给,ADC0809,一个外部,RAM,单元地址。由于,ADC0809,没有片选,CS,端，因此用,START,和,OE,端代替,CS,。,ADC0809,和单片机接口应解决以下问题,（,1,）,8,个模入通道,IN0IN7,地址的确定,由于,ADC0809,自带地址锁存器，可直接将,ADDC,、,ADDB,、,ADDA,和,P0.2,、,P0.1,和,P0.0,连接。,（,2,）工作方式的选择,A/D,转换结束后，,CPU,可以用查询方式或中断方式读走,A/D,转换值。若采用查询方式，可将,EOC,连接,P1.0,，,CPU,用,JNB P1.0,，,HERE,指令查,询。,若采用中断方式，将,EOC,经,一个,非门连接,IN,T0,，,A/D,转换结束后,EOC=1,，,INT0,=0,，,CPU,在,INT0,中断服务程序中将,A/D,转换值读走。,（,3,）,ADC0809,控制信号的产生,ADC0809,所需控制信号的产生如图,6,3,2,所示。,图,6,3,2 ADC0809,所需控制信号的产生,在图,6,3,2,中，用单片机,P2.7,和,WR,共同控制,0809,的,ALE,和起动,A/D,转换,START,端。,当,P2.7=0,、,WR=0,时，,ALE=START=1,有效。,ALE,先锁存通道地址，然后,START,起动,A/D,转换。上述有效信号的产生由,CPU,执行指令完成：,MOVX DPTR,，,A,；,A,中内容任意,DPTR,的高位,DPH,使,P2.7=0,，,DPL,选通地址，写操作使,WR=0,，满足要求。,当,A/D,转换结束，,EOC=1,，通知,CPU,，而,CPU,使,OE=1,才能完成读,A/D,转换值操作。,由指令：,MOVX A,，,DPTR,；完成产生,RD=0,，,P2.7=0,，使,OE=1,有效信号，将,A/D,转换值读入,A,中。,满足上述要求的,ADC0809,与,8031,硬件接口见图,6,3,3,。,按图连线选通,IN0IN7,地址为,0000H0007H,。未使用的位,P2.6P2.0,、,P0.7P0.3,均设为,0,。,ALE4,分频为,2,个,D,触发器实现。,图,6,3,3 ADC0809,与,8031,单片机硬件接口,5,ADC0809,芯片,A/D,转换程序,由图,6,3,3,连线和确定的地址，可编制,A/D,转换程序。采用用中断方式进行,A/D,转换。,用查询方式浪费,CPU,时间，,采用,中断方式可提高,CPU,效率。在主程序中对,INT0,进行初始,化，,并启动,A/D,转换。当,A/D,转换结束,E,OC=,1,经,INT0=0,向,CPU,发出中断申请，,CPU,在,INT0,中断程序中读,A/D,转换值，并启动下一次,A/D,转换，直到,8,路采集都完成。,初始化程序如下：,ORG 0000H,LJMP STAD8,ORG 0003H,LJMP INADR,ORG 0100H,;,中断矢量,；转,实际中断程序入口地址,STAD8,：,MOV R0,，,#30H,MOV DPTR,，,#0000H,；,片内,RAM,区首地址,；选,IN0,通道地址，,P2.7=0,MOV R7,，,#08H,；转换,8,路,A/D(,P0.7=1,P0.2P0.1P0.0=000,),SETB EX0,；允许,中断,SETB EA,；开放,CPU,总中断,MOVX DPTR,，,A,；启动,IN0A/D,转换，,P2.7=0,，,WR=0,L1,：,LJMP L1,；等待,A/D,转换结束中断,以下为 中断服务程序：,ORG 0200H,INADR,：,MOVX A,，,DPTR,；输入,A/D,转换值,MOV R0,，,A,；存入片内,RAM,区,INC R0,；修改,RAM,区地址,INC DPTR,；指下一个,A/D,通道,MOVX DPTR,，,A,；启动,A/D,转换,DJNZ R7,，,LOOP,；,8,路未采集完，返回,CLR EX0,；采集完，关,中断,LOOP,：,RETI,；中断返回,6,3,2 12,位,A/D,转换器与单片机的接口应用,A/D574A,型,12,位逐次比较式,A/D,转换器,是,28,引脚芯片，可直接与,8,位或,16,位单片机连接。,1,主要性能,（,1,）分辨率为,12,位。,12,位数字量可一次或二次读出。,（,2,）一次,A/D,转换时间为,25s,。,（,3,）输入模拟电压为,2,路。单极性输入为,0+10V,或,0+20V,；双极性电压输入为,5V,或,10V,。,（,4,）片内带有三态输出数据锁存缓冲器。输出电路与,TTL,电平兼容。,AD574A,引脚功能,（,1,）输入控制信号,CS,片选端，低电平有效。,CE,片使能端，高电平有效。,CPU,必须使,CS,和,CE,同时有效时，,AD574A,才能工作。否则处于禁止状态。,R/C,读出和转换控制。当,R/C=0,时，起动,A/D,转换；当,R/C=1,时，读出,A/D,转换值。,Ao,决定,A/D,转换位数。当,Ao,=0,时，按,12,位进行,A/D,转换；当,Ao,=1,时，按,8,位进行,A/D,转换。,12/8,输出,A/D,转换值控制端。当,12/8=1,时，对应,12,位,A/D,转换值并行输出；,12/8=0,，对应,8,位字节输出。,CS,、,CE,、,R/C,、,Ao,和,12/8,，用来对,AD574,进行控制,A/D,转换起动、输出和选择。,（,2,）输出控制信号,STSA/D,转换结束输出端。起动,A/D,转换后,STS=1,，表示转换正在进行中；,A/D,转换结束，,STS=0,，可用来向,CPU,申请中断或供,CPU,查询用。,3,AD574A,的中断方式,AD574A,有两种工作方式可供用户选择。均通过外部三根引脚的不同连线实现。,（,1,）单极性输入,AD574A,单极性输入模拟电压范围在,0+10V,或,0+20V,，由两端输入。电路接法如图,6,3,4,所示。,图,6,3,4 AD574,单极性输入电路,图,6,3,5 AD574,双极性输入电路,在图中，双极性偏差输入端,BIPOFF,通过,100,电阻接地，又是通过,100K,电阻接,W1,，可由,W1,控制,BIPOFF,的电平。其它信号端按其引脚功能的要求连接。,（,2,）双极性输入,AD574A,双极性输入的模拟电压范围是,5V,或,10V,。电路接法如图,6.3.5,所示。,在图中，它与单极性的区别在于输入端,BIPOFF,的连接。在双极性输入方式中，该端通过,100,电位器,W1,与,REFOUT,端连接,+10V,。其它与单极性信号方式相同。,4,AD574A,与单片机的硬件接口,图,6,3,6,是,AD574A,与,8031,的硬件接口。单极性输入。,图,6,3,6 AD574A,与,8031,单片机接口,由图,6,3,6,可见：,A/D,转换输出高,8,位,DB11DB4,和低,4,位,DB3DB0,口。,CPU,分两次读出，因此,12/8,引脚接地。片选端,CS,连接,P0.7,；读出和起动,A/D,转换控制,R/C,连接,P0.0,；,决定,A/D,转换拉数线,A0,连接,P0.1,。因此，当,CS=P0.7=0,、,A0=P0.1=0,时，满足按,12,位,A/D,转换的启动条件。由,P0,口输出低,8,位地址,00H,满足，由,CPU,写指令,MOVX R0,，,A,生成，读,A/D,转换值高,8,位地址由,R/C=1,，,Ao,=0,确定为,02H,，低,8,位地址为,03H,。由,CPU,读指令,MOVX A,，,R0,生成。,CE,连接,RD,和,WR,输入的有效与非门输出，无论,CPU,对,AD574A,进行读,/,写操作，,CE,均为高电平有效。,A/D,转换结束端,STS,连接,P1.0,用作查询或作为向,CPU,申请中断的线端。,5,AD574A,的,A/D,转换程序,按图,6,3,6,连线，采用查询方式。,R2,存,A/D,转换值高,8,位，,R3,存,A/D,转换值低,4,位，可编出,A/D,转换程序如下：,ORG START,START,：,MOV R0,，,#00H,；选择,AD574A,地址,MOVX R0,，,A,；启动,A/D,转换器（,A,中内容任意）,LOOP,：,JB P1.0,，,LOOP,；查询,STS,，,A/D,转换是否结束,MOV R0,，,#01H,；,STS=1,，送读,A/D,转换值地址,MOVX A,，,R0,；读,A/D,值高,8,位,MOV R2,，,A,；,MOV R0,，,#03H,；指向低,4,位,A/D,值地址,MOVX A,，,R0,；读,A/D,值低,4,位,MOV R3,，,A,；送,R3,LL,：,AJMP LL,；结束,这部分内容虽然是对,12,位,A/D,转换器的，但对于,10,位、,14,位和,16,位,A/D,转换器与,8,位单片机的接口应用，方法类似，掌握一次启动,A/D,转换，分两次输出,A/D,转换值。,6,3,3 8031,和,5G14433A/D,转换器接口,5G14433,是国产,双积分式,A/D,转换器,，输出为三位半,BCD,码，分辨率,相当于,11,位二进制数,。抗工频干扰能力强，但转换速度不高。与国外产品,MC14433,完全相同，可以互换。,1,主要特性,5G14433,片内能够自身提供时钟发生器，一次,A/D,转换时间在,100ms250ms,之间可调节。,输入电压量程可调整为,2,种：,199.9mV,和,1.999V,，由基准电压决定。,A/D,转换值以,BCD,码形式分,4,次输出,。最高位千位输出内容特殊。,2,引脚功能,5G14433,为,24,引脚芯片。如图,6,3,7,所示。,图,6,3,7 5G14433,结构框图和引脚图,VR,外接基准电压输入端。接,+200mV,或,+2V,。,VX,模拟电压输入端。在,0199,9mV,或,01,999V,。,R1,、,R1/C1,、,C1,外接积分阻容元件端。,当输入电压量程为,2V,时，,c1=0,。,1f,、,R,=470k,；,输入电压量程为,200mV,时，,c1=0,1f,、,R1=270k,。,EOCA/D,转换结束输出端，高电平有效。可用来作为向,CPU,申请中断的信号。,DU,更新转换结果输出控制端。当,DU,与,EOC,连接在一起时，每次,A/D,转换结果的输出都被更新。,OR,过量程输出端。当,|,Vx,|,VR,时，,OR=0,，否则为高电平。用,OR,输出报警和量程切换。,DS1DS4,多路选通脉冲输出端。高电平有效。其中：,DS1,代表千位；,DS4,代表个位。当,DS1DS4,之一为高电平时，对应的数位选通，该位数据在,Q0Q3,端输出。,Q0Q3BCD,码数据输出线。,Q0,为最低位，,Q3,为最高位。当,DS2,、,DS3,、,DS4,顺序选通（高电平有效）期间。,Q0Q3,线输出三位完整的,BCD,码。但在,DS1,选通期间，输出端,Q0Q3,除了表示千位的,0,或,1,外，还表示转换值的正、负极性（,Q2=1,为正），和欠量程还是过量程（,Q0=1,）等标志位。含义为,（,1,）,Q3,表示,BCD“,千位”的数值：,Q3=0,则“千位”,=1,；,Q3=1,，则“千位”,=0,。,（,2,）,Q2,表示转换值的极性。,Q2=1,为正极性，,Vx,0,；,Q2=0,为负极性，,Vx,1,999V,）；在,Q0=1,、,Q3=,时表示欠量程。,在,DS1=1,时，,Q1,的输出没有意义。,3,5G14433,和,8031,的硬件接口,硬件连线必须充分理解,5G14433,的使用特性和管脚用法。在具体连接中应注意两点：,(1)DS4,都不是总线式的，不能直接与,8031,的数据总线,P0,口连接。可连接,P1,口或扩展一个,8155,，,8255A,并行接口。,（,2,）,5G14433,可以不必控制它的,A/D,转换开始，而将,EOC,和,DU,两引脚相连，以选择连续,A/D,转换方式。每次转换完毕都送至内部输出锁存寄存器中。由于,EOC,是,A/D,转换结束输出标志信号，因此,CPU,可定时查询,EO,C,引,脚，或采用中断方式，将,EO,C,经,非门连接,8031,的,IN,T0,，,当,A/D,转换结束，,EOC=1,向,INT0,申请中断，,CPU,在,INT0,的中断程序中分别取走千位（还有标志位）、百位、十位和个位的,BCD,码。具体的硬件连接方案如图,6.3.8,所示。,图,6,3,8 5G14433,与,8031,单片机接口,4,5G14433,的,A/D,转换程序,按图,6,3,8,连接，,5G14433,上电后即对外部输入模拟电压,VX,进行,A/D,转换，转换完毕后都有,BCD,码及相应的选通信号出现在,Q0Q3,和,DS1DS4,线上，,CPU,读入,P1,口内容可进行分类处理。,软件查询时,，应按,DS1 DS2 DS3 DS4,顺序,。,主程序初始化是开放,CPU,及,INT0,中断。,每次,A,/D,转,换结束后，,EOC,输出一个正脉冲，向,CPU,的,INT0,申请中断，,CPU,响应中断后，执行中断服务程序，读取,A/D,转换结果。经装配后送入,8031,片内,RAM,的,2EH,、,2FH,单元中，数据存放的格式如图,6.3.9,所示。,图,6,3,9 BCD,数据存放格式,根据上述分析，,A/D,转换中断程序框图见图,6,3,10,。,与,INT0,有关的初始化主程序,SETB,IT0,；,INT0,选择,边沿触发中断,SETB,EX0,；允许,INT0,中断开,放,SETB,EA,；允许总中断开放,INT0,根据图,6,3,10,，处理,5G14433A/D,转换结果中断服务程序如下：,ORG 0003H,；,INT,0,中,断矢量,LJMP PINT0,；转,INT0,中断实际入口地址,PINT0,：,PUSH A,；保护现场,PUSH PSW,；,SETB 03H,；设置中断标志置,1LOOP,：,MOV A,，,P1,；读,A/D,转换值及状态,JNBACC.4,OOP,；,DS1=/1,，未选通，查询等待,JB ACC.0,，,PERR,；查是否过、欠量程，,Q0=1,转,PERRJB ACC.2,，,PL1,；,Q2=1,为正数转,PL1SETB 77H,；,Q2=0,为负，将千位数置,1,（,77H,为千位地址）,LJMP PL2,PL1,：,CLR 77H,；,Q2=1,为正数，符号位置,0,PL2,：,JB ACC.3,，,PL3,；若,Q3=1,，千位数为,0,，转,PL3,SETB 74H,；,Q3=0,，千位数置,1,（,74H,为千位地址）,LJMP PL4,；转百位处理,PL3,：,CLR 74H,；千位数置,0,PL4,：,MOV A,，,P1,；输入,DS2,及百位,BCD,码,JNB ACC.5,，,PL4,；,DS2=0,未选通，查询等待,MOV R0,，,#2EH,；,2EH,为百位,BCD,码,RAM,地址,XCHD A,，,R0,；百位与千位,BCD,码拼装在,2EH,中,PL5,：,MOV A,，,P1,；输入,DS3,及十位,BCD,码,JNB ACC.6,，,PL5,；,DS3=0,未选通，查询等待,SWAP A,；,A,中高、低,4,位交换,INC R0,；指向,2FH,单元地址,MOV R0,，,A,；十位,BCD,码送入,2FH,单元高,4,位,PL6,：,MOV A,，,P1,；输入,DS4,及个位,BCD,码,JNB ACC.7,，,PL6,；,DS4=0,未选通，查询等待,XCHD A,，,R0,；,DS4=1,，个位,BCD,码送入,2FH,低,4,位,LJMP ENDD,PERR,：,SETB 10H,；置过、欠量程标志位（,10H,）,=1,ENDD,：,PUSH PSW,；恢复现场,PUSH A,RETI,；中断返回,在上述程序中，要注意两个问题：,（,1,）若在,DS1=1,的条件下，,Q0=1,，说明过（欠）量程，,程序将过、欠量程,软件标志置,1,，该软件标志（,10H,）,=1,供主程序处理查询用,，同时,OR,引脚输出一个低电平信号，由用户报警使用。,（,2,）由于,EOC,和,DU,相连接，使,A/D,转换处于连续自动状态，当,EOC,接到 时，会发出多次中断申请，对此，专,门设,置一个软件中断标志位,03H,，当,CPU,进入,INT0,中断程序后将其置,1,，在,CPU,返回主程序后先判断这个标志位，若（,03H,）,=1,，说明中断已经发生，用软件关,INT0,中断，以进行下一步程序处理，当一个新的采样过程开始时，先清中断标志（,03H,）,=0,，再开,INT0,中断，准备接收,5G14433,新的中断申请。,6.3.4 V/F,压频转换器,V/F,转换器是把电压信号转换成频率信号的器件。,它具有应用电路简单、较好的精度、较好的线性度且频率变化动态范围宽、抗干扰能力强、价格较低等诸多优点，因而在输入通道中广泛采用。,在一些高精度、数据远距离传输而速度要求不高的场合取代,A/D,转换器，,从而获得较好的性能价格比。,(1).V/F,转换原理,实现,V/F,转换的方法很多，这里仅介绍常见的电荷平衡,V/F,转换法。其电路原理框图如图,6,3,11,所示。,图中,A1,是积分输入放大器，,A2,为零电压比较器，,恒流源,IR,和模拟开关,S,提供,A1,的反充电回路，,模拟开关,S,由单稳态定时触发器控制。其工作原理为：,工作前，模拟开关,S,处于断态。当工作开始时，由于电容的特性决定虽然输入端有正电压加入，但瞬间电容,C,相当于短路，即,A1,的输出为负的,V00,，则零电压比较器,A2,输出正跳变，触发单稳态定时触发器，使其产生时间为,T1,的定时脉冲，令开关,S,闭合。同时使晶体管,T,截止，,Vf0,端输出定时高电平。,在,S,导通其间，恒流源,IR,被接入积分器的反相输入端。由于电路是按,IR,Vimax,/RL,设计的，故此时电容,C,被反相充电，充电电流为,IRVi/RL,，则积分器,A1,输出电压,V0,（偏负）从,0,伏起线性上升。电压比较器输出立刻变低，完成对单稳态定时触发器作用的一个正脉冲。,当定时,T1,时间结束，开关,S,被打开，反向充电停止。同时使晶体管,T,导通，,Vf0,端输出低电平。,开关,S,被打开后，由于正的输入电压,Vi,作用，电容,C,开始正向充电，其充电电流为,Vi/RL,，则积分器,A1,输出电压,V0,开始线性下降。当,V00,（偏负）时，电压比较器,A2,输出再次跳变，又使单稳态定时器产生,T1,时间的定时而控制开关,S,再次闭和，,A1,再次反向充电，同时,Vf0,端又输出定时高电平。如此反复下去，会在积分器,A1,输出端和,Vf0,端产生如图,6,3,12,所示波形，其波形的周期为,T,。,图,6,3,11,电荷平衡式,V/F,转换电路原理框图,根据,反向充电电荷量和正向充电电荷量相等,的电荷平衡原理，可得,（,I,R,V,i,/R,L,）,T,1,=V,i,/R,L,（,TT,1,）,（,6,3,1,）,整理得,T=,（,I,R,R,L,T,1,）,/V,i,（,6,3,2,）,则,Vf0,端,输出电压频率,为,f,0,=1/T=V,i,/,（,I,R,R,L,T,1,）,（,6,3,3,）,这个,f0,就是由,Vi,转换而来的输出频率，二者成线性比例关系。由上式可见，要精确地实现,V/F,变换，要求,IR,、,RL,和,T1,应准确、稳定。应注意的是，电容,C,虽与上式无关，但若有漏电流，将成为输入电流,Vi/RL,的一部分，这样必然影响转换的精度，为此应选择漏电流小的电容，如塑料薄膜电容等。,图,6,3,12,电荷平衡式,V/F,波形图,2.,常用,V/F,转换器件及实用电路,V/F,转换器件的种类很多，这里仅介绍,LMX31,系列,V/F,转换器件，其中包括,LM131,、,LM231,、,LM331,。此类芯片是压频互换的通用型芯片，都可由外接线不同来实现,V/F,和,F/V,这两种相反的转换。它使用温度补偿基准电路，保证温度范围内和电源电压低到,4,。,0V,时都有较高的转换精度；单电源或双电源供电，低功耗，在单电源为,+5V,时功耗为,15mW,；输出采用大电流吸收晶体管，可驱动,3,个,TTL,负载，与所有逻辑电平兼容，输出频率范围内,1HZ,到本世纪末,100HZ,；定时电路具有低的偏置电流。图,6,3,13,为,LM331,与,8031,连接电路。,图,6,3,13 LM331,与,8031,连接电路,下面是与图,6,3,13,对应的应用例子，是,利用定埘器,T0,的,100ms,中断程序,读入外部计数器,T1,压频转换脉冲个数。,若单片机系统时钟是,6MHz,，则程序如下：,初始化程序：,MOV TMOD,，,#51H,；,T1,为方式,1,计数，,T0,为方式,1,定时,MOV TH0,，,#3CH,；,T0,定时,100ms,时间初值,MOV TL0,，,#0B0H,MOV TH1,，,#00H,MOV TL1,，,#00H,；,T1,清零,SETB TR1,SETB TR0,SETB ET1,SETB ET0,SETB EA,HERE,：,AJMP HERE,；,就地循环,，,等待中断,中断服务程序,：,MOV TH0,，,#3CH,；,T0,定时,100ms,时间初值,MOV TL0,，,#0B0H,CLR TR1,；,禁止,T1,计数,MOV B,，,TH1,；,高位进入,B,寄存器,MOV A,，,TL1,；,低位进入,A,寄存器,MOV TH1,，,#00H,MOV TL1,，,#00H,；,T1,清零,SETB TR1,；允许,T1,计数,RETI,本程序将计数结果,高位放入,B,，低位放入,A,，以便后面程序进一步处理。,基准电路产生,1.90V,直流电压，,2,脚被箝位在,1.90V,上。当,2,脚接电阻,RS,后，形成基准电流,IR=1,。,9/RS,（,IR=50500A,）。,RS,的作用在于决定,V/F,变换的比例系数，也就是决定恒流,IR,大小。,单稳态定时器产生,T1,时间为,T1=1,。,1RtCt,，带入式（,6,3,3,）中,当,RS=36K,，,RL=360 K,，,Rt,=10 K,，,Ct=470PF,时，输入电压,010V,所对应的输出频率为,0100KHZ,。图中,R1,使,7,脚偏流抵消,6,脚偏流的影响，,R1,和,C1,组成低通滤波电路；因单电源供电在小电压输入时比较器,A1,的失调会引起较大误差，故在,6,端加入调零电路来补偿；,RS,中增加一个可调电阻，其作用是调整,LM331,的增益偏差和由,RL,、,Rt,及,Ct,引起的偏差，以校正输出频率；在输出端,3,脚上接电阻的原因在于该输出端是集电极开路输出。与,MCS51,单片机连接的简便方法是将频率输出端接至计数器的输入端，通过输入频率，测知电压值。,此外，考滤到干扰等环境因素的影响，,LM331,输出常采取光电隔离的方法（如图,6,3,14,所示）或传输线采用双绞线、光导纤维等措施。,为了提高精度和稳定性，阻容元件要用低温度系数的器件，最好是金属膜电阻和聚苯乙烯或聚丙烯电容器。,图,6,3,14 LM331,输出的光电隔离电路,