【哈爾濱工業大學】《單片機原理》(建議收藏) P33 - 33. 11.4-AT89S51單片機與DA、AD轉換器的接口(4)

我們上一次課介紹了單片機和AD轉航器0809 0809它的接口設計 它是八位的 那麼現在有一個問題 如果八位的分辨率不夠 我們就應當擴展十位十二位 十四位十六位 我們這一節呢 介紹51單片機和十二位AD轉航器 AD1674的接口設計 這個也是一個非常有用的 實際的設計方案 將來大家在設計一個AD轉航器 爲核心的一個數據採集系統 那麼大家呢 應當掌握這個AD的使用 這個AD轉航器呢 型號是1674 它是分辨率十二位的 AD公司生產的芯片 那麼單片機 51單片機本身是八位的 和十位十二位 十四位十六位的接口 道理上講都是一樣 都是一樣 AD1674呢 它是逐次比較的 這個大家要清楚 這個瞭解非常非常重要 逐次比較的AD轉航器 轉換時間 注意 十微秒 那麼分辨率十二位 單通道最大采集數率100K 因爲十微秒的話呢 一秒最大的採集數率呢 就可以達到100K 那麼下面大家看一下它的引腳 這是它的引腳 這個引腳冷靜看呢 有點亂 我們可能不太熟悉 一會兒呢 我們這些引腳呢 一個一個介紹給大家 那麼 這個片內呢 已經集成了 高精度的基準電壓源 還有時鐘電路 大家要注意 這兩個集成在芯片以後呢 你可以不用再做 基準電壓源的外接電路 你也不用再外接時鐘振航器 那麼不需要任何外加電路 就可以完成AD轉換 那麼AD1674 這個是一個比較經典的芯片 它的前身是什麼呢 AD574 完了AD574A 後來就發展到AD674A 它實際上是AD574和AD674A的 更新換代產品 它內部結構都一樣 那麼它可以直接替換 過去我們傳統的AD574和AD674 那麼 AD1674和這兩種芯片的 差別在哪呢 就是轉換時間呢 由25微秒提高到10微秒 那麼 與前面那兩種型號相比呢 AD1674它內部結構非常非常緊湊 集成度更高 尤其是高低溫 它的穩定性更好 那麼 1674呢 片內已經帶有采樣保持器了 這個 在集成電路不是十分發達的時候 這採樣保持器都必須自己外接 現在都已經集成在內了 1674一共有六個控制引腳 大家先稍微熟悉一下 以後我們在後面介紹接口電路設計的時候呢 我們再逐漸熟悉這六個控制引腳 1674和51單片機這個接口 它倆呢 就這個接口設計 它是最常見的一種 大於八位的AD轉換器 與八位單片機的接口設計 所以大家呢 把1674掌握好呢 就可以處理各種各樣的 高於八位的AD轉換器與單片機的接口 首先片選端 那如果這個引腳爲低的話 加到這個引腳上 電平爲低 它就是芯片被選中了 要留其次 CE呢 是片啓動信號 那麼大家注意一個問題啊 如果這個引腳高電平的話 你是啓動AD轉換呢 還是已經AD轉換完 去讀取轉換結果呢 這個還跟這個腳有關啊 這個控制引腳呢 就read和convert 這個C呢 是convert 引腳爲高是讀 引腳爲低的話呢 是convert是轉換啊 這個大家要記住 12和8非 就高電平接1的時候呢 AD轉換器 這個AD轉換器有12條數據線 定型輸出轉換結果 如果這個引腳爲低的話呢 它和A0引腳 後面我們還有個A0引腳 可以把轉換結果呢 兩次讀出來 一次是高碼位 還一次呢 低四位 再加四個零 好 這裏要注意的時候 大家設計這個電路的時候啊 這一端就12和8非端呢 就是12端和8端 它和TTL電平不兼容 那怎麼辦呢 要麼你就接政府 要麼就接D 好 那麼大家注意這個引腳啊 當爲低的時候 它轉換結果是兩次送出來 因爲一次是高碼位 還一次呢 低四位 再加四個零 A0呢 是自己選擇控制 大家注意AD轉換器呢 你啓動它以後 是先是轉換 然後呢 轉換完了結果要讀出 你要在轉換期間 如果A0等於零 這時候AD1674呢 進行全12位轉換 如果A0等於1的時候 僅僅是八位轉換 所以這個AD轉換器有什麼特點 12位和8位是可以選的 另外在讀結果的 這一段時間呢 如果這個引腳等於零 大家注意 A0等於零的時候 在十二和八角等於零的時候 A0等於零 高碼位數據有效 就轉換完的結果呢 是高碼位數據有效 然後A0等於1的時候呢 是低碼位數據有效 所以呢大家注意 A0和十二八非 這個兩個引腳呢 來控制讀出的轉換結果 分幾次讀 好 那麼大家注意啊 當讀這12位AD轉換結果的時候 什麼樣的格式呢 大家看啊 結果的高碼位 結果的低次位 再加四個零 這四個零是沒有用的啊 但是這個地方有四個零 這樣他和結果的低次位 一起湊成了八位啊 好 這五個控制信號 剛纔介紹的 他們不同組合呢 有不同功能 後面有個表 11-4 這個表非常重要 所以大家將來可能 有可能設計的時候呢 要用到單片機擴展 12位的AD轉換器 這還是逐次比較的 逐次比較 還有一個引腳 大家注意 叫輸出狀態引腳 如果你開始AD轉換的話呢 這個狀態引腳等於1 那麼在轉換過程當中呢 一直爲高電平 如果轉換完成以後 這個引腳就爲零 大家注意 我單片機怎麼知道 AD轉換器1674轉換完了呢 就靠這個引腳 如果這個引腳爲高電平的話 說明他在轉換 如果轉換完了 他由高變低 大家注意 你要檢測這個引腳 查詢的話 如果爲零 我就可以讀他結果 另外呢 當轉換完畢 他產生一個 由高爲低的負跳影 你就可以像單片機 發出一箇中斷請求信號 在中斷請求得到允許的話 單片機進入中斷 然後在中斷服務程序裏呢 讀取這個AD轉換結果 好 大家注意看這個表啊 我們將設計的話呢 這個表是非常非常重要 這個表 這五個控制信號是AD1674呢 非常重要的五個控制信號 大家注意看啊 首先你要想要AD1674工作 CE端大家看啊 這叫什麼端呢 CHIP ENABLE 就是芯片允許端 必須爲高電平 然後還得選中這個芯片 片選端爲低電平 零零零零零 這時候大家一定要注意 RAID CONVERTER這端 就是讀或者是控制轉換端 如果爲零的話 A0也爲零 它啓動的是12位轉 12位轉換 就是說一個模擬量 加到AD轉換器輸入端 得到12位數字量 如果這個引腳爲低電平 然後呢 A0端爲1 我們剛纔已經介紹了 是進行的8位轉換 所以這AD轉換器 好在好什麼地方 和單片機接口的時候 有時候你的轉換分辨率 要求不那麼高的話 你可以選用8位AD轉換就夠 但是如果要求分辨率高的話呢 你應當要12位的分辨率啊 好 這個引腳 大家注意 如果爲高的話 大家注意 這就允許12位定型輸出 就是你要讀它轉換結果的話呢 這倆引腳必須這個狀態 如果這個引腳爲高電平 這128V這引腳接D的話 那麼就是轉換結果分兩次讀 一個是高8位輸出 還有一個呢 是低4位 加剛纔那四個尾鈴輸出 兩個字減 但是有效位數呢 是12位啊 這個表對我們設計單片級與AD1674的接口呢 非常非常重要啊 好 其他引腳呢 主要是你像REF ROP 這個是10V基準電壓輸出 這個呢 是基準電壓輸入 有關基準電壓的問題 大家一定要清楚 這個我們在前面的電路里面都講過啊 轉換器的基準電壓也叫參考電壓 也是非常重要的啊 它需要穩定啊 而且要精確啊 好 這幾個引腳大家看一下啊 10VIN 這個是10V 0到10V 或-5V到正5V模擬信號輸入端 我們大家現在正在學那傳感器 大家注意很多傳感器輸出呢 可以輸出0到5V的 有些傳感器輸出電壓不是0到5V 不在這個AD轉換器電壓範圍內 那怎麼辦呢 我們還有一門測控電路課 想辦法把AD轉換器 就是傳感器輸出的信號 經過這個測控電路放大到0到5V 好 這個引腳呢 是10V輸入端 它可以雙極性的-5V到正5V模擬信號 加這模擬信號輸入 也可以呢 0到10V 好 這個是20V輸入端 它可以0到20V輸入 或者是-10V到正10V 這個是數字D 這個是模擬D 這個是電源 正電源端 這個負電源 好 那麼AD1674這個芯片 是一個最經典的 逐次比較型的12位AD轉換 是在實際設計過程當中 單片機經常使用的AD轉換器 使用AD轉換器 那麼剛纔已經說了 它有五個控制信號 這五個控制信號呢 前面表11-4 都已經列出來了 它們的不同組合是什麼樣呢 大家來看一看 好 剛纔的表裏面最重要的是 還有 這兩個條件同時滿足 這時候AD1674呢 才能處於工作狀態 它工作狀態 大家要注意啊 如果這個引腳等於0 它是啓動AD轉換 如果這個引腳等於1 它是讀出轉換結果 那麼讀出轉換結果呢 剛纔大家已經知道了 有8位讀出 有12位讀出 12位讀出實際上是兩次的8位讀出 好 下面看一下我們大家 如果設計一個51單片機 和AD1674的接口 有時候你需要單極性輸入 有時候你需要雙極性輸入 這個電路怎麼來設計啊 怎麼來設計 下面大家看單極性電路 左邊這個是單極性轉換電路 那麼大家要注意 這是模擬的數字D 把它就地連在一起 這兩個引腳 10V輸入和20V輸入 單極性的 那就輸入的是0到10V 或者是0到20V 然後呢 外邊接一些輔助的偏壓調節電路 好 這些都是電源端了 雙極性轉換電路 大家注意 這個腳是負10V到正10V 那麼還有呢 10V腳是負5V到正5V 所以大家將來一定要注意啊 我們現在學完傳感器 後邊跟的就是AD 那麼傳感器輸出的電壓 你是單極性的 還是雙極性的 你的電壓範圍是多少 一定要和這個地方 把它都聯繫起來 要聯繫起來 如果輸出的電壓範圍不對的話呢 我們不是我們AD轉換器 轉換的範圍 你要經過測控電路 把它轉換成AD轉換器 能夠接收的輸入電壓範圍 所以這個是雙極性轉換電路 這個是單極性轉換電路 究竟你用雙極性 還是單極性 與你那個傳感器有關 是吧 與你實際的現場情況有關 好 那麼 轉換完的數字量 大家注意 這個是輸入電壓 被轉換的模擬電壓 這個是什麼呢 這個是滿量乘電壓 那麼輸入的數字量 大家注意 就轉換完 給AD輸入的數字量 應當和 就是給AD給單片機的數字量 應當等於4096乘上輸入電壓 除以滿量乘電壓 所以呢 這個公式表達了什麼意思呢 你AD轉換器輸出的結果 與輸入電壓的關係 大家注意 輸入模擬量 這個電壓 它是一個變量 然後這個是滿量乘 滿量乘輸出 比如說10伏的20伏的 好 那麼 它有兩個輸入音角 一個是10伏音角 一個20伏音角 如果單極性 就0到10伏 0到20伏輸入 如果雙極性的話 這10伏音角 就是-5伏到正5伏 20伏音角 就是-10伏到正10伏 好 雙極性輸出電壓 它這個數字量 和你輸入的數字量之間的關係 這是滿量乘電壓 這是轉換完畢的數字量 它們的關係 好 下面我們就研究一下 51單片機和AD1674的接口 這是一個非常實用的方案 那麼大家注意 由於這個1674裏面 有高進度的基準源和時鐘電路 這些電路都不用你再考慮了 是吧 那麼大家想一想 我們前面學的0809 你還得需要加一個外部時鐘 基準電壓源 你也要考慮 做一個外電路 外電路 那麼下面這個例子 我們是採用雙極性的輸入接法 可以對-10伏到正10伏的模擬信號進行轉換 然後轉換結果的12位裏面的高把位 從DB11到DB4 大家注意 這個是AD1674的數字量輸出的高把位 還有D4位 D4位轉換完的結果 從AD1674的DB3到DB0輸出 所以當你A0的時候 你讀的是它輸出的這把位 單憑你要對它轉換完的結果進行讀取 如果是A0等於1的時候 讀的是這4位 另外它是左對齊的格式 大家一會看一看 好 下面我們就看這個接口電路 把這個接口電路 大家要看明白 這是3G38D儲存器 這些是參考電壓輸入端 這是偏置電壓調節端 這兩個引腳 大家注意 是10伏輸入和20伏輸入 一定要注意 這個已經給它接成雙極性電 就是雙極性輸入 雙極性 然後大家注意 這是模擬D 最重要的是什麼呢 大家注意看這12位數字量 這個就是數字量的輸出線 這12位實際上就是AD轉換器 對模擬的輸入電壓進行轉換 得到的12位數字量 大家注意 由於51單片機 它的P0口是8位的 你先看 DB11 DB4 這8位高8位 先接到P0口對應的8位 然後大家一定要注意 那D4位怎麼接的 D4位是DB3到DB0 連到P0口的P1 0.7到P0.4 這高4位 一定要把這個AD轉換器的輸出數據線 把它這個接線接法看明白 這是魚飛門 它是讀或寫的 讀寫的魚 完了再飛一下 加到這個芯片的chip enable端 這個呢 大家注意 利用P1.0這個引腳 檢測AD轉換器的這個狀態端 什麼意思呢 如果它正在進行轉換 這個引腳是高電平 如果轉換完畢以後 這個引腳爲低電平 那麼單片機呢 可以用P1.0這個IO引腳呢 檢測這個引腳的狀態 如果爲0 說明它已經轉換完畢 應當把12位的數字量輸出呢 分兩次讀到單片機的P0口 對吧 然後大家再注意看 RAID和WR就讀寫 這兩端在工作的時候呢 大家一定要注意 它倆是肯定有一個爲低 但不進行片外RAM讀寫的話呢 大家注意它倆肯定都高電平 它倆肯定高電平以後 加到這CE端呢 它低電平 就沒有啓動這個 就chip enable 就不行了 不允許了 好 所以大家注意哪幾個關鍵點呢 一個是數據輸出 一個是轉換結束這個信號 單片機用P1.0來檢測 還有一個呢 控制這個芯片 控制它幹嘛呢 兩個動作 一個是轉換開始 一個是讀轉換完的12位結果 12位結果呢 就從AD轉上去 這12位的數字量輸出呢 讀到單片機P0口 得分兩次讀啊 分兩次讀 好 下面我們把這個圖熟悉以後 我們就開始看程序 大家要把程序和這裏面的控制信號對應起來啊 好 第一個 某F8H呢 送到R0裏面 然後大家注意 爲什麼要這麼送呢 某A裏的內容送到F8的端口地址 大家注意 A裏這時候這個內容無關緊要 往端口地址一寫 這是某AX指令 那麼這個這時候對應哪個指令有效呢 哪個控制信號有效 WR非 注意WR非有效 然後大家要注意 F8是端口地址 爲什麼是F8 其實只用到了三位 大家看一眼啊 用到了這三位 看啊 F8E 那個低四位是1000 高四位1111 五個1 30 那30呢 正好加到這三個音角 幹嘛呢 就開始啓動AD 而且呢 要符合剛纔講到那個表的那個控制條件 然後大家注意看啊 什麼時候啓動它了呢 大家注意看 E執行某AX指令 WR是不是有效 WR有效 它爲低 那這個音角是什麼 輸出就高電平 加到它 那麼這個就允許這AD轉換器呢 就開始動 就是進行工作了 開始轉換了 所以大家注意 怎麼啓動的AD轉換器開始轉換呢 是這兩條指令 先把F8送到R0裏面 大家注意這是間接訊指 然後呢 A往F8這個端口地址寫一次 然後就啓動AD轉換 啓動AD轉換 然後大家注意 SideB P1.0 把P1.0呢 指爲輸入 這個P1.0幹嘛呢 是用來檢測 大家看啊 P1.0是用來檢測狀態信號的 就是你轉沒轉換結束 再往下看 然後這個地方驗試一下 下一條指令 判P1.0是否V1 如果V1的話 大家注意它就跳到loop V1什麼意思啊 AD轉換器還在轉換 模擬量沒轉換完 沒轉換完 所以它判P1.0V1 如果它還是V1的話 它就這麼跳循環 如果V0說明什麼 轉換完畢 你要讀轉換結果 然後呢 大家注意 ANC20 把這R0這個地址 增一 增一的話 實際上大家注意 R0裏面裝的什麼 F8 增一以後變成什麼 F9 F9實際上就等於把這位置 原來這一位 大家注意看 最開始送的是什麼0 0的話是什麼 convert 就是C 有效 C什麼convert 轉換的意思 它是在轉換 然後你現在我收到了它V1 怎麼辦 開始讀 讀的話 你必須把這個引腳指成什麼 read狀態 read 把它讀進來 把狀態 把結果讀進來 好了 這個F9 大家注意 這個地方增一 大家明白以後 實際上把最低那位置 然後 這時候讀 高把位轉換結果 一共12位 對吧 分兩次讀 第一次讀 高把位轉換結果 X R0裏面裝的F9 把它讀到A累加器裏面 大家注意 這一條指定一執行的話 哪個控制信號有效 read信號有效 read爲低 那麼這一點就爲高 選中這芯片 把這個高把位地址和P0口 高把位數據 一共12位 高把位讀到P0口裏 讀到這裏讀進來 好 下面再往下看 然後呢 把讀進來的高把位呢 存到R2裏面 暫存一下 存起來 然後把指針徵1 再徵1 徵兩次 徵兩次是什麼意思呢 徵兩次 大家想一想 實際上就是 讓他倆都爲1徵兩次 對吧 A0爲1 I爲1 對吧 那這個原來還是0 還是0 爲低點點 他倆爲1的話 大家想想 這時候就相當於 控制單片機 就是單片機控制 就讀裏面的低四位 但是低四位呢 讀一次讀八位 那裏面還有四個零 所以大家注意看這個地方 這個地方啊 徵1徵1 就讓Rc等於1 這是讀的意思 A0等於1 什麼意思啊 前面講過 讀低四位的結果 還有四個爲零 把它讀到單片機 通過P0口讀到單片機裏面 大家注意 低四位怎麼讀呢 是這 這四位讀進去 讀到單片機 通過單片機P0口的高四位 進去 讀進去了 然後大家注意 再把這個低四位轉換結果 存到R3裏面 到這兒 我們就完成了 怎麼啓動AD 這個51單片機 怎麼啓動1674轉換 怎麼知道它轉換完畢 然後怎麼讀取轉換完的12位數據 所以大家注意 這裏面有五個控制信號 大家一定要結合那個表 11-4 把那五個控制信號的作用弄明白 好 這樣的話呢 12位AD轉換結果呢 就已經都進到單片機的R2 R3裏面 這個軟件 大家一定要注意 當這些指令執行的時候 對應的這個端口 對應的端口 還有它的控制線的狀態 大家一定要注意 是哪些線的狀態變化了 尤其執行MOV X指令 一寫一讀 它有效 那麼總是它唯一 只要讀和寫有效 這個芯片總是被允許的 另外大家再注意看 這三個引腳呢 實際上就接到單片機的D3位地址總線上 所以那個端口地址初始值爲F8 那個8是1000 後邊跟砂零 那砂零正是 大家注意啊 正是加到這三個引腳 然後以後又增一 完了再增二 實際上就讓這幾個引腳發生變化 那麼這個AD1674這個芯片呢 是在設計當中經常用到的 十六位AD轉換器 十二位AD轉換器 是最經典的一個逐次比較型的 分辨率爲十二位 轉換時間爲十微秒的 這個速度還算比較快 但是它是微秒量級 轉換一次 微秒量級 所以這個方案呢 是大家以後經常遇到的一個方案 大家一定要明確 單片機接一個AD轉換器 如果再接LED數碼管 那麼你一個電壓量加到這個輸入端 這實際上就是一個數字電壓表 就是一個數字電壓表 如果前面是一個傳感器 比如說溫度壓力流量傳感器 它的輸出呢 有可能是模擬電壓 也要加到輸入端 單片機對它傳感器的輸出進行轉換 也就可以變成一個溫度計 或者是流量計 或者是壓力錶 當然得接上數碼管 就可以把這些值顯示出來 所以單片機擴AD是非常有用的 還要大家注意一個問題 什麼呢 就是一個AD轉換器 它的分辨率常用微數來表現 那麼大家一定要注意 微數越多分辨率越高 就是分得越精細 當你輸入模擬量變化很小 就能引起數字量某一位最低那位變化 AD轉換器有一個固有的量化誤差 這個大家知道吧 知道 那麼對於十位AD轉換器 大家想想 固有的量化誤差帶來的量化誤差多大呢 2的14方分之一 十位的 這個等於多少 1024分千分之一 那麼我們大家如果設計一個電壓表 人家要求你AD 從AD這塊算前向通道 說這部分電路的總的誤差要小於千分之一 要小於千分之一 這個時候你要用八位的AD 大家想想 八位的AD 它的分辨率是多少 2的八 就是量化誤差 2的八四方分之一 等於256分之一 大約等於千分之四 那麼這個AD轉換器的位數選的低了 那這本身固有的量化誤差就千分之四 那你這個設計要求就達不到 所以大家一定要注意 選AD的時候呢 有兩個非常重要的指標 就我們前面彷彿講的 一個分辨率 一個是轉換時間 好 那你要採用這個AD1674 你進行12位AD轉換的時候 它本身固有的量化誤差是多少呢 2的十二四方分之一 等於4096分之一 大約這個是萬分之2.5 所以呢 大家注意 當我們設計一個對模擬量進行測量的系統的時候 一個單片機加一個AD 那麼關鍵是AD的位數選擇 你一定要根據它的測量要求 來確定AD的位數 那麼AD本身固有的量化誤差 大家一定要注意 對於12位的AD 本身就有一個萬分之五的量化誤差 所以你要求太高的話 你AD分辨率必須能夠符合這個進出指標要求 這個是需要大家注意的 所以我們大家以後在設計AD轉換這個電路的時候 AD位數的選擇 或者叫分辨率的選擇 是非常非常重要的 這是12位AD 順便說一下 AD公司它做的集成電路芯片 它是品種比較全 基礎水平也比較高 所以是世界著名的幾大芯片公司之一 那麼我們這裏拿出最經典的是1674 大家還注意 AD轉換器在接口電路設計的時候 也要注意什麼呢 就是一些抗干擾電路 降低噪聲電路 抗干擾 這些設計都要考慮 你比如說 它的電源電壓要有較好的穩定性和較小的噪聲 另外在設計印刷電路板的時候 要注意電源具有佈線和D線的佈局 大家注意在第13章裏面 專門有個可靠性與抗干擾設計 那裏面有很多有關這方面的 你比如說D線怎麼設計 電源綠波怎麼加 我們那個教材裏都有 這部分是給大家自學的 將來你要進行設計的時候 這部分一定要事先看一看 大家想一想 一個單面機接一個AD 實際上是進行什麼 電壓測量 如果你這部分搞不好 你的測量的經路和穩定度非常差 所以大家要注意在設計的時候 要考慮電源具有 怎麼樣進行電源具有 我們第13章裏面 抗干擾設計裏面已經告訴了 怎麼佈線 也講了 怎麼進行D線的走線 D線應當怎麼來布 畫印刷電路板的時候 這些呢 大家都需要在設計的時候 要考慮的問題 13章給的資料呢 大家一定要參考一下 還有一個問題 大家注意 就說我12位調不夠 這個怎麼辦 12位調不夠呢 還有更高分辨率的AD轉接 這部分內容 大家一定要注意 還有什麼呢 14位的AD轉接 AD公司的7685 或者16位的AD轉接 7656 那麼7656是六通道逐次遞進行 每通道可以達到什麼呢 250K這個採樣率 這什麼意思 per second 就是每秒 這個是採 S是採樣 250K 大家想這一次轉換時間 多長時間 4微秒吧 對吧 4微秒 所以它可以對模擬輸入電壓 負時幅到正時幅 這個範圍 雙極性的 也可以對0-2V進行AD轉換 那同學就會提一個問題 我前面測溫測壓力測溼度 等等那些傳感器 這些傳感器輸出的電壓 不是0-10V 或者不是0-20V 怎麼辦 你要用相應的放大器 但是這部分放大電路 實際上 同學們在模擬電子線路 或者我們後面還有一個測控電路設計 在那裏面介紹 你要把傳感器輸出的電壓 你要放大到 讓AD轉換器能夠轉換的 那個電壓範圍 這又是一個設計任務 好 下面介紹另一個AD轉換器 這個也是在基電一體化裏面 用的非常多的一個AD轉換器方案 AD轉換器 雙極分型的AD轉換器 MC1433和51單片機的接口設計 雙極分 大家知道前面你們都學過 雙極分AD轉換器 它轉換的速度要慢一些 它需要兩次積分 但是它一個最大的優點是什麼呢 對週期變化的干擾信號積分爲零 它的抗干擾性非常好 尤其是對於公屏干擾 就是50赫茲的交流電干擾 它做的就非常有效 那麼大家一定要注意 它的精度還可以做得很高 但是唯一缺點是什麼呢 它速度沒有逐次比較型的快 沒有逐次比較型的快 那麼大家注意 在一些公屏干擾比較嚴重的場合 這時候你用逐次比較式的就有問題 那麼採用雙極分的 是非常非常合適的 雙極分的 好 大家知道雙極分的特點以後 我們將來在進行工業宣傳 單片機控制AD轉換 那麼這時候大家一定要注意 採用雙極分的是比較理想的 那麼雙極分爲什麼抗干擾性很好 是你們前面的電子線路里面學過的 這裏我就不多說了 那麼雙極分AD轉換器的 集成型電路芯片特別多 最常見的 就我們下面要介紹了 三位半的AD轉換器MC1433 和四位半的AD轉換器ICL7135 四位半和三位半都什麼意思 大家一定要注意 三位半 它轉換完的實際就BCD碼 000到1999 這是三位 這是半位 有的同學說這哪夠半位 半位應當是1到0到4或1到5 這才叫半位 就這麼規定的 最高位變化只是0和1 它就是半位 四位半的大家一定要注意 000到多少呢 到1999 多少個數 兩萬個數 三位半 我們上一次課計算過 它相當於二進制位數是多少呢 大約是2到11次方 這個是相當於多少 2到14次方 所以這個分辨率更高 相當的高 那麼我們剛纔大家注意 就說量化誤差多大 這麼大 這是四位半的 三位半的 我們剛纔講的AD1674 這麼大 所以大家注意 剛纔已經說了 設計的時候 分辨率是設計首先要考慮的因素 其次還有什麼 轉換速度 還有什麼 抗干擾性 雙積分的三位半四位半 這個用的特別多 尤其是一些工業現場 比如說機船控制 還有工業現場的一些測量設備 單片機加一個AD轉換器 不就是一個電壓測量裝置 好 那麼下面我說一下 MC1493 AD轉換器 它被轉換電壓量成11999 實驗是三位半 0到1999 2000個數 或者是0不到1.999伏 這個是十進制數 轉換完的這三位半 B系的D碼 三位半 它都是B系的D碼 分四次分時輸出 分時輸出 那麼大家注意 分四次輸出 每次輸出都是四位 那好辦了 個位 十位 百位 千位 尤其這個百位 十位 四位二進制的BCD碼就可以了 二進制代表的BCD碼 但最高位怎麼辦呢 最高位用 雖然輸出四位 但其中有一位代表 這個千位是0還是1 那麼其他那些位呢 就比較特殊了 要注意 它還代表了 你被測的一個電壓 被轉換的一個電壓 也就是被測電壓 是正極性還是負極 是否過良辰了 什麼叫過良辰呢 你被轉換這個電壓 超出基準電壓 過良辰了 好 下面我們看一下各個引腳 這個呢 就是MC1433引腳 大家注意 國內上海無線電元件五廠生產的芯片 叫5G14433 和這芯片是一樣 5G MC呢 這是摩托羅拉公司的芯片 這個大家注意 有時候在國內可以用5G1433來替換 下面大家再往下看 引腳都有哪些 VDD 主工作電源 VE 這個是模擬電壓 模擬部分電路的負電源端 大家注意 這AD轉上去是一個 前面是模擬電路 後邊數字量輸出 是一個魔術電路的混合體 這個是模擬地 這是數字地 這個是基準電壓輸入端 另外大家注意 由於是雙積分 它必須有積分電容電阻 必須外接 那麼這個引腳 接一個電阻 就是積分輸入端 當你被轉換電壓 是0到2V的時候 這時候這個電阻是470歐 當轉換電壓是200毫V的時候 採用27K 這一端實際上是 積分電容的一端 外邊接的積分電容 然後大家再看這一端 這一端就是 積分電容電阻的公共端 這兩端是 外接時鐘振盪器的調節電阻 調節電阻實際上就是 你外接一個時鐘的話 你這個電路要接相應的電阻電容 好 大家注意看這個引腳非常特殊 是EOC端 我們前面學0809 已經接觸過這個引腳端 什麼意思呢 轉換結束端 它轉換結束的時候 輸出一個正脈衝 DU端大家注意 是啓動轉換端 在實際電路連接裏面 如果把DU端和EOC端連在一起 實際上當每次轉換結束的同時 不發出EOC信號嗎 EOC信號又連到這個引腳上 那就相當於什麼呢 每次AD轉換結束 自動啓動新的轉換 就是連續轉換 這個大家要注意 好 還有這個引腳 這個引腳呢 當你被測電壓大於 它的絕對值大於參考電壓的時候 過量程 你比如說我這個測的電壓範圍 兩毫伏或者是兩伏 你結果 你被測電壓超出這個量程 這個引腳就爲低了 另外大家注意 下面這四個端非常重要 一會我們講接口電路的時候 就涉及到這四個端 DS4到DS1 它分別是什麼旋通信號 分別是各時百千位輸出的旋通脈衝 也就是說這四個引腳 某一時刻只有一個脈衝輸出 這個對應的脈衝 這四個引腳對應各時百千位 哪個引腳脈衝有效輸出了 就對應的 這時候有四根BCD碼輸出線 就AD轉換器 那麼是個位的BCD碼 還是十位的BCD碼 還是百位的BCD碼 還是千位的那個半位的 當然千位的信息裏還包含 極性爲正還是爲負 過量程還是欠量程 過量程還是欠量 那麼大家注意 下面這個圖是非常非常重要的 這個是什麼信號呢 EOC 就轉換結束 你加上模擬量 你給DU端加啓動信號 就開始AD轉換 當轉換結束的時候 EOC引腳 這裏面輸出一個 EOC引腳出了一個正脈衝 正脈衝 然後大家一定要注意 DSE端是什麼呢 千位端 就那半位端 那就半位的那個選通信號 半位的選通信號 在選通信號有效期間 你去讀什麼呢 那四位BCD碼 一會兒我要講 那個引腳輸出的BCD碼 再往下看 DS2端 這個是百位的 這個是十位的 這個是個位的 大家想想 我單片機要讀 MC1433的AD轉換機的輸出 要分四次 千位 百位 十位 個位 怎麼知道這時候 那四根BCD碼輸出線上 是相應的輸出代碼呢 是千位百位 十位個位代碼呢 就看這四個選通信號 誰有效 大家注意 DS1對應的千位 DS2對應的百位 DS3對應的什麼 十位 DS4對應的個位 當他這個選通信號爲高電平的時候 你就讀取分四次 讀取他們的轉換結果的BCD碼 這個大家要清楚 那現在就有一個問題 你怎麼知道 這些選通信號有效呢 你可以用什麼呢 把這四個選通信號接到單片機P口 某一個IO端口 然後檢測這些位 如果爲高就對應的某一位的BCD碼是有效 所以你要接到單片機的定型口 就是某一個IO口上 這個信號是固定的 它設計的時候 它就持續是固定的 那麼這些就是選通信號 選通信號 那麼轉換完的結果 剛纔那選通信號有效 那結果從哪輸出呢 從這個M11433 這四個引腳往外送 這裏大家注意Q3爲最高位 Q0呢 爲最低位 那麼大家注意 剛纔的DS2 DS3 DS4 這個是百位 十位 這個選通信號有效期間呢 它這四個引腳分時輸出的都是完整的BCD碼 完整的BCD碼 那麼大家注意 最高位千位 大家知道最高位千位是半位 所以在它選通信號有效期間 除了反應 除了給出千位的結果是0還是1以外 還包含了你要轉換的這個電壓的極性 是正極性還是負極性 還包括什麼呢 限量程和過量程 那麼具體的含義 大家看一下這個表 大家一定要把這個表理解透了 大家看啊 大家看當Q0爲0的時候 Q3 Z1表示千位的數字爲0 0的話表示千位數爲1 大家注意啊 Q0和Q3的結合 這個你必須清楚 要不一會讀程序 你根本讀不懂那個程序 再看那個 Q2這兩位 它是表示你這個轉換結果 轉換電壓的極性是正還是負 如果爲1的話 結果是正的 如果爲0的話呢 是負極性的 另外大家還注意 Q3和Q0 它倆在不同的組合 如果Q0不是爲0的話 你看原來是0 它表示Q3 這時候表示的是千位數 是0還是1 如果Q0爲1的時候 那麼Q3如果爲0 表示輸入信號過兩層 什麼叫過兩層呢 就是輸入電壓大於參考電壓 沒法測量了 什麼叫千兩層呢 被測的信號太小 那麼過兩層千兩層 你們現在正在學電子測量原理吧 那什麼叫千兩層啊 有的同學對這個問題 已經給出了千兩層 在電子測量原理裏面 它的定義 所以當千兩層的時候 是這兩位結合 但是注意Q0這兩位 它是11 都是1 這時候這兩位反映的是 千兩層還是過兩層 所以大家注意 如果一個單片機 控制一個雙積分的數字電壓表 那麼可以得到這個被測電壓的 正極性負極性 還可以得到是否過兩層 千兩層 這個非常瞭解 好 那麼大家一定要注意 這四位Q3Q2Q 它們的不同組合 這四位不同組合 那麼就在這個表裏面反映出來 這個表大家必須得知道 否則一會兒我講程序的時候 你就搞不明白 這些位都什麼含義 你就沒法判斷出 它是過兩層還是千兩層 還是什麼極性 正極性負極性等等 所以這個表 對於我們使用單片機 擴展5G 就是MC1433 或者叫5G1433 是非常有用的 這就是一個非常好的數字電壓表 非常好的數字電壓表 單片機加AD 再加顯示器 好 我們一會兒就要給 休息一會兒以後 就給大家介紹這些接口 另外要結合剛纔那個表 要把這個程序給大家介紹 大家一定要把這個程序讀懂 好 我們休息五分鐘