勘察仪器原理-第三章---第六节ok范例.ppt
勘勘查查仪仪器器原原理理Email：第三章第三章测量系统基本部件测量系统基本部件第六节第六节A/D转换器的应用问题转换器的应用问题 上一节我们学习了上一节我们学习了ADC的工作原理的工作原理,介绍了两种介绍了两种ADC电路电路,这一节学习这一节学习ADC应应用问题用问题,主要有两个内容主要有两个内容:ADC接口问题接口问题ADC选择原则选择原则3.6.1ADC选择原则选择原则一、集成一、集成A/D转换器转换器目前使用的一般都是集成目前使用的一般都是集成A/D转换器，其种类很多，转换器，其种类很多，如如AD571、AD574、AD7135、5G14433，ADC0809、ADS1210/1211等。下面以等。下面以ADC0809、ADS1210/1211为为例例，简单介绍其结构。，简单介绍其结构。ADC0809是是CMOS单片单片8通道通道A/D转换器，采用双转换器，采用双列直插式列直插式28引脚引脚封装。它主要由逐次逼近式封装。它主要由逐次逼近式A/D转换器、转换器、8位模拟开关、三态输出数据锁存器、以及地址锁存与位模拟开关、三态输出数据锁存器、以及地址锁存与译码等组成。译码等组成。ADC0809的主要特征是：的主要特征是：可可直直接接与与微微机机系系统统相相连连，不不需需要要另另加加接接口口逻逻辑辑，也也可可以以单单独独使使用用；具具有有锁锁存存控控制制的的8路路模模拟拟开开关关，可可以以输输入入8个个模模拟拟信信号号；分分辨辨率率为为8位位；输输入入输输出出引引脚脚与与TTL电电路路兼兼容容；转转换换时时间间100S。当当输输入入模模拟拟电电压压范范围围在在05V时，可使用时，可使用+5V电源。电源。EOCOE139GNDVCCUREF(-)UREF(+)CLK1526IN0IN1IN28位位模拟模拟开关开关8位位A/D转换转换电路电路三端三端数据数据锁存锁存器器地址地址锁存锁存与译与译码码IN3IN4IN5IN6IN72728123451714818192021D0D1D2D3D4D5D6D722ALECBA2324251116121067STARTADC0809内部结构内部结构框图及引脚功能图框图及引脚功能图ADC0809引脚图引脚图ADC0809ADC0809的引脚功能的引脚功能:IN0IN7：为为8路路模模拟拟电电压压输输入入端端。它它可可对对8路路模模拟拟信信号号进进行行转转换换。但但某某一一时时刻刻只只能能选选择择一一路路进进行行转转换换。“选择选择”由地址锁存器和译码器控制。由地址锁存器和译码器控制。D0D7：8位数字量输出端。位数字量输出端。A、B、C：模拟输入通道的地址选择线。模拟输入通道的地址选择线。ALE：地址锁存允许信号，高电平有效。地址锁存允许信号，高电平有效。START：为为启启动动转转换换输输入入端端。其其上上升升沿沿使使内内部部寄寄存存器器清清零零。START和和ALE两两端端可可连连在在一一起起，当当通通过程序送入一个正脉冲，便立即开始过程序送入一个正脉冲，便立即开始A/D转换。转换。EOC：转换结束输出端。转换结束输出端。OE：输输出出允允许许端端。当当这这个个引引脚脚输输入入高高电电平平时时，打打开开“三三态态输输出出锁锁存存器器”，将将转转换换结结果果经经D0D7数数据据线送至系统数据线或线送至系统数据线或I/O接口数据线。接口数据线。UREF(+)、UREF(-)：分分别别为为参参考考电电压压的的正正端端和和负负端端。无无特特别别要要求求时时，一一般般UREF(+)可可与与芯芯片片电电源源VCC共共用用一一种种电电源源，即即与与VCC相相连连，而而UREF(-)与与芯片接地端相连。芯片接地端相连。CLK：A/D转转换换时时钟钟脉脉冲冲输输入入端端，时时钟钟脉脉冲冲由由外外部电路提供，典型时钟频率为部电路提供，典型时钟频率为640Hz。VCC、GND：分别为芯片电源和接地端。分别为芯片电源和接地端。高精度高精度-型型ADC-ADS1210/1211：此此ADC是高精度、宽动态的是高精度、宽动态的-ADC。它的输入。它的输入端可以端可以直接与传感器或微小的电压信号相连直接与传感器或微小的电压信号相连。采用低。采用低噪声输入放大器，可以在转换速度为噪声输入放大器，可以在转换速度为10Hz时获得时获得24位的有效分辨率；借助于其内部独特的调制器加速操位的有效分辨率；借助于其内部独特的调制器加速操作模式，在转换速度为作模式，在转换速度为1kHz时仍可达到时仍可达到20位的有效位的有效分辨率。该转换器动态特性的大大提高主要依赖于其分辨率。该转换器动态特性的大大提高主要依赖于其前级的低噪声程控放大器，其前级的低噪声程控放大器，其放大倍数可从放大倍数可从1到到16进进行设定，以行设定，以2倍步长增加。倍步长增加。该该A/D转换器都有一个灵活的同步串行（转换器都有一个灵活的同步串行（同步同步串行通信的特点可以概括为：串行通信的特点可以概括为：以数据块为单位传送以数据块为单位传送信息。信息。在一个数据块（信息帧）内，字符与字符间在一个数据块（信息帧）内，字符与字符间无间隔。无间隔。接收时钟与发送进钟严格同步。接收时钟与发送进钟严格同步。）接口，）接口，它与它与SPI（串行外围设备接口）（串行外围设备接口）兼容并且可以提供双兼容并且可以提供双线控制模式。该线控制模式。该A/D转换器为单一转换器为单一+5V供电，有内供电，有内外参考电压和内部自校准系统。外参考电压和内部自校准系统。ADS1210/1211主要主要用于工业过程控制、仪器仪表、色谱分析、灵巧传感用于工业过程控制、仪器仪表、色谱分析、灵巧传感器、便携式仪表、称重仪器、压力传感器、高分辨率器、便携式仪表、称重仪器、压力传感器、高分辨率测量场合。测量场合。ADS1210是是单通道单通道的的A/D转换器转换器,ADS1211多了一个多了一个通道通道多路开关多路开关。ADS1210的封装形式有的封装形式有18脚双列直插式和脚双列直插式和18线贴片线贴片式。式。ADS1210/1211由由程控增益放大器（程控增益放大器（PGA)、二阶二阶调调制器制器、程控数字滤波器和微处理器组成。程控数字滤波器和微处理器组成。微处理器中有指令寄微处理器中有指令寄存器、命令寄存器、校准寄存器、串行接口、时钟产生电路和存器、命令寄存器、校准寄存器、串行接口、时钟产生电路和2.5V的内部参考电压电路。的内部参考电压电路。ADS1210/1211的的结构如下图所示。结构如下图所示。时钟产生器时钟产生器2.5V参考电压参考电压3.3V偏置电压偏置电压二阶二阶调制器调制器三阶数字三阶数字滤波器滤波器微处理器微处理器调调制制器器控控制制PGAMUXAVINPAVINNADS1211ONLYADS1210/1211串行口串行口为了提高系统的动态特性为了提高系统的动态特性,ADS1210/1211采用了采用了一种独特的电容切换结构来提高输入电容的采样速度一种独特的电容切换结构来提高输入电容的采样速度,从而可以使系统工作在加速模式（从而可以使系统工作在加速模式（TurboMode)下。通下。通常情况下常情况下,在系统时钟为在系统时钟为10MHz时对应的采样速度为时对应的采样速度为19.5kHz,利用它可将调制器的采样速度以利用它可将调制器的采样速度以2、4、8、16倍的速度增加倍的速度增加,将采样速度提高到将采样速度提高到39kHz、78kHz、156kHz或或312kHz。随着采样速度（频率）的增加。随着采样速度（频率）的增加,在在转换速度不变的情况下转换速度不变的情况下,A/D转换器的有效分辨率会相转换器的有效分辨率会相应地增加。采样速度的每一次提升应地增加。采样速度的每一次提升,在转换速度不变的在转换速度不变的情况下都会使系统的动态性能大大提高。情况下都会使系统的动态性能大大提高。ADS1210/1211的程控增益放大器（的程控增益放大器（PGA）的增益设置为的增益设置为1、2、4、8或或16。从本质上讲，它。从本质上讲，它增增加了系统的动态范围加了系统的动态范围，简化了与传感器的接口。程，简化了与传感器的接口。程控增益是通过输入电容改变采样次数来实现的。例控增益是通过输入电容改变采样次数来实现的。例如，采样频率为如，采样频率为19.5kHz时时PGA的增益为的增益为1；采样频；采样频率为率为312kHz时时PGA的增益为的增益为16。由于加速模式和。由于加速模式和PGA的增益都是通过改变采样次数来实现的，所以的增益都是通过改变采样次数来实现的，所以PGA的增益和加速因子（的增益和加速因子（TMR）的乘积应）的乘积应16。ADS1210/1211输出数据的速度可以从几输出数据的速度可以从几Hz到高到高达达15625kHz,速度愈高速度愈高,分辨率愈低分辨率愈低。改变。改变ADS1210/1211的转换速度不会改变输入电容的采样的转换速度不会改变输入电容的采样速度速度,但会影响用于计算每次输出结果的采样数据的但会影响用于计算每次输出结果的采样数据的个数。个数。ADS1210/1211内部还有一个内部还有一个完整的自校正系完整的自校正系统统,用于校正内部偏差、增益误差及一些外部误差。用于校正内部偏差、增益误差及一些外部误差。内部校准操作可在需要时进行内部校准操作可在需要时进行,也可以自动或连续地也可以自动或连续地进行校准进行校准,但必须为但必须为ADS1210/1211提供适当的输入电提供适当的输入电压。与此相对应的校准寄存器既可读又可写压。与此相对应的校准寄存器既可读又可写,这一特这一特性使得用户可以在多种情况下性使得用户可以在多种情况下不同的转换速度、不同的转换速度、不同的不同的TMR以及不同的以及不同的PGA增益之间进行切换而不必增益之间进行切换而不必重新校准。重新校准。ADS1210/1211的各种参数如增益、加速因子、的各种参数如增益、加速因子、模式选择及寄存器数据都是经过一个同步串行接口进模式选择及寄存器数据都是经过一个同步串行接口进行读写的。行读写的。贴片式封装贴片式封装二、二、ADC选择原则选择原则ADC是测试系统的一个非常重要的环节是测试系统的一个非常重要的环节,其芯片种类多其芯片种类多,性能各异性能各异,功能引脚不尽相同功能引脚不尽相同,实实际应用中用户应根据际应用中用户应根据分辨率和转换时间分辨率和转换时间两个重两个重要参数选择适当的芯片要参数选择适当的芯片,尤其是转换时间决定了尤其是转换时间决定了所设计的系统是否能适应实时快速变化的数据所设计的系统是否能适应实时快速变化的数据采集要求采集要求,因此在选择因此在选择ADC芯片时芯片时,一般可从下一般可从下面面6个方面来考虑。个方面来考虑。1、根据模拟通道的总误差，选择、根据模拟通道的总误差，选择ADC精度及分辨率；精度及分辨率；2、根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定、根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定A/D转换速度，保证系统实时性；转换速度，保证系统实时性；3、根据信号特征，选择、根据信号特征，选择ADC的输入信号范围，是单极的输入信号范围，是单极性或双极性，还有信号的驱动能力；性或双极性，还有信号的驱动能力；4、根据环境条件选择、根据环境条件选择ADC参数，如，共模抑制能力、参数，如，共模抑制能力、工作温度、湿度、功耗、可靠性；工作温度、湿度、功耗、可靠性；5、根据计算机接口特征，选择、根据计算机接口特征，选择ADC的输出状态，如的输出状态，如ADC是并行输出或串行输出，用二进制或是并行输出或串行输出，用二进制或BCD编码输编码输出，与微机接口是否易联等；出，与微机接口是否易联等；6、性价比、芯片来源、是否流行等其它因素。、性价比、芯片来源、是否流行等其它因素。3.6.2ADC接口问题接口问题由于现代数据采集系统一般均由计算机控由于现代数据采集系统一般均由计算机控制制,那么计算机与那么计算机与ADC之间的接口设计就成为之间的接口设计就成为数据采集系统设计的一个重要内容。数据采集系统设计的一个重要内容。考虑到逐次逼近式考虑到逐次逼近式ADC具有具有转换速度较快，转换速度较快，精度较高，价格适中的优点精度较高，价格适中的优点，下面将介绍逐次，下面将介绍逐次逼近式逼近式ADC-AD574A及其与及其与CPU的接口。的接口。一、一、ADC与微机接口的主要任务与微机接口的主要任务1、ADC每接收一次微机发出的转换指令每接收一次微机发出的转换指令,就进就进行一次行一次A/D转换；转换；2、当微机发出取数据指令时、当微机发出取数据指令时,转换所得的数据转换所得的数据从从ADC的输出寄存器中取出的输出寄存器中取出,经数据总线存入经数据总线存入微机存储器的指定单元。微机存储器的指定单元。完成这两个任务完成这两个任务,由一定的由一定的接口电路接口电路和和软件软件完成。完成。二、二、ADC接口形式接口形式(方式方式)ADC与计算机的接口方式与使用的与计算机的接口方式与使用的ADC的具体特的具体特性有关，也与所选用的计算机的型号有关。其接口方式性有关，也与所选用的计算机的型号有关。其接口方式一般有以下一般有以下四种四种：1、与、与CPU（CentralProcessUnit）直接联接。（）直接联接。（ADC输出带有数据寄存器和三态门）输出带有数据寄存器和三态门）2、利用三态门或简单接口电路相联。、利用三态门或简单接口电路相联。（ADC输出不带有数据寄存器和三态门）输出不带有数据寄存器和三态门）3、利用、利用I/O接口器件与接口器件与CPU相联。相联。（此法应用较广）（此法应用较广）4、通过、通过DMA（DirectMemoryAccess存储器直接访问存储器直接访问）与）与CPU相联。（其功能是设备绕过处理器，直接由相联。（其功能是设备绕过处理器，直接由内存读取资料）内存读取资料）三、三、ADC接口设计实例接口设计实例 以以AD公司生产的公司生产的12位逐次逼近式位逐次逼近式ADC-AD574A为例介绍为例介绍ADC的接口设计方法。的接口设计方法。AD574A是是AD公司生产的公司生产的12位逐次逼近位逐次逼近A/D转转换芯片。换芯片。AD574系列包括系列包括AD574、AD674和和AD1674等型号的芯片。等型号的芯片。AD574的转换时间为的转换时间为15 35 s。片。片内有数据输出锁存器，并有三态输出的控制逻辑，内有数据输出锁存器，并有三态输出的控制逻辑，其运行方式灵活，其运行方式灵活，可进行可进行12位转换，也可作位转换，也可作8位转位转换；转换结果可直接以换；转换结果可直接以12位输出，也可先输出位输出，也可先输出高高8位，后输出低位，后输出低4位位。可直接与。可直接与8位或位或16位的位的CPU连连接。输入可设置成单极性，也可设置成接。输入可设置成单极性，也可设置成双极性。片内有时钟电路双极性。片内有时钟电路,无需加外部时钟。无需加外部时钟。AD574A适用于对精度和速度要求较高的数据适用于对精度和速度要求较高的数据采集系统和实时控制系统。采集系统和实时控制系统。1、AD574A的结构特点及引脚功能的结构特点及引脚功能 此种此种ADC内部具有三态输出缓冲器内部具有三态输出缓冲器(具有高具有高电平、低电平和高阻抗电平、低电平和高阻抗三种输出状态的门电路。此三种输出状态的门电路。此电路在电路在I/O电路中必不可少电路中必不可少),),且转换速度快且转换速度快,内部内部含有与计算机连接的逻辑控制电路含有与计算机连接的逻辑控制电路,是目前国内应是目前国内应用最多的模数转换芯片之一用最多的模数转换芯片之一,其内部结构图如下其内部结构图如下:AD574A的内部结构：的内部结构：控制逻辑控制逻辑 A段段B段段C段段12位三态输出缓冲器位三态输出缓冲器逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器（SAR）时钟时钟A模拟输出模拟输出参考输入参考输入D/A转换器（转换器（AD656A）模拟公共点模拟公共点10V参考电压参考电压+_输出控制数字芯片数字芯片转换结束启/停复位保持/切断比较器比较器模拟芯片模拟芯片12位位12位位12/8CSA0R/CCED11D020VIN10VINAGNDBIPOFFREFINREFOUTSTSVCCVEEVLDGND性能：性能：分辨率：分辨率：12位位非线性误差：非线性误差：1/2LBS或或1LBS转换速率：转换速率：25s35s模拟电压输入范围：模拟电压输入范围：0+10V和和0+20V，05V和和010V两档四种两档四种电源电压：电源电压：15V，12V，+5V数据输出格式：数据输出格式：12位位/8位位低功耗：低功耗：390mWAD574引脚配置引脚配置AD5741282273264255246238219201019111812171314+5 VA0CEVCCREFOUTAGNDREFINVEEBIP OFFSET10VIN20VINSTSDB11DB10DGND7221615812/CSCR/DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB0DB1引脚功能引脚功能 AD574A的引脚的引脚:AD574A采采用用双双列列直直插插式式28引引脚脚封封装装。上上图图给给出了出了AD574的引脚图，各主要引脚的含义如下：的引脚图，各主要引脚的含义如下：DB11 DB0：输输出出数数据据线线。DB11为为最最高高有有效效位位，DB0为最低有效位。为最低有效位。CS：片选信号，输入低电平有效。：片选信号，输入低电平有效。CE：片片使使能能（启启动动或或读读数数据据）信信号号，输输入入，高高电电平有效。平有效。R/C：数据读出：数据读出/启动启动A/D转换信号引脚，输入。转换信号引脚，输入。当该引脚为高电平时，允许读当该引脚为高电平时，允许读A/D转换器输出的转换转换器输出的转换结果；当该引脚输入低电平时，启动结果；当该引脚输入低电平时，启动A/D转换。转换。A0和和12/8：二二者者配配合合用用于于控控制制转转换换数数据据长长度度是是12位位或或8位位，以以及及数数据据输输出出的的格格式式(是是12位位一一次次输输出出还还是是先先输输出出高高8位位，后后输输出出低低4位位)。A0=0，表表示示启启动动一一次次12位位转转换换；A0=1，表表示示启启动动一一次次8位位转转换换。12/8=1，表表示示12位数据并行输出。位数据并行输出。STS：转转换换状状态态输输出出端端。该该引引脚脚在在转转换换过过程程中中呈呈现现高高电电平平，转转换换一一结结束束立立即即返返回回到到低低电电平平。用用户户可可通通过过查询该引脚的状态了解转换是否结束。查询该引脚的状态了解转换是否结束。10VIN：模拟信号输入端，允许输入的电压范围为模拟信号输入端，允许输入的电压范围为0+10V(单极性输入时单极性输入时)或或-5+5V(双极性输入时双极性输入时)。20VIN：模拟信号输入端，允许输入的电压范围为：模拟信号输入端，允许输入的电压范围为0+20V(单极性输入时单极性输入时)或或10+10V(双极性输入时双极性输入时)。BIPOFF：偏置电压输入，用于调零。：偏置电压输入，用于调零。REFOUT：内部基准电压输出端。：内部基准电压输出端。REFIN：基准电压输入端。该信号与：基准电压输入端。该信号与REFOUT配配合，用于满刻度校准。合，用于满刻度校准。2、AD574A控制信号功能及应用特性控制信号功能及应用特性:CECSR/C12/8A0工作状工作状态态0禁止禁止1禁止禁止1000启启动动12位位转换转换1001启启动动8位位转换转换101112位数据位数据输输出出10100高高8位数据位数据输输出出10101低低4位数据位数据输输出出表表4-7AD574A逻辑控制真值表逻辑控制真值表是无关项是无关项 AD574A的操作的操作AD574A内内部部的的控控制制逻逻辑辑能能根根据据CPU给给出出的的控控制制信信号号而而进进行行转转换换或或读读出出操操作作。只只有有在在CE=1且且CS=0时时才才能能进进行行一一次次有有效效操操作作。当当CE、CS同同时时有有效效，而而R/C为为低低电电平平时时启启动动A/D转转换换，至至于于是是启启动动12位位转转换换还还是是8位位转转换换，则则由由A0来来确确定定，A0=0时时启启动动12位位转转换换，A0=1时时启启动动8位位转转换换；当当CE、CS同同时时有有效效，而而R/C为为高高电电平平时时是是读读出出数数据据，至至于于是是一一次次读读出出12位位还还是是12位位分分两两次次读读出出，则则由由12/8引引脚脚确确定定。若若12/8接接+5V，则则一一次次并并行行输输出出12位位数数据据；若若12/8接接数数字字地地，则则由由A0控控制制是是读读出出高高8位位还还是低是低4位。位。AD574A的工作过程：的工作过程：AD574A的工作过程分为的工作过程分为启动转换启动转换和转换结束后和转换结束后读读出数据出数据两个过程。两个过程。启动转换时，首先使启动转换时，首先使CS、CE信号有效，信号有效，AD574A处于转换工作状态，且处于转换工作状态，且A0为为1或为或为0，根据所需转换的，根据所需转换的位数确定，然后使位数确定，然后使R/C0，启动，启动AD574A开始转换。开始转换。视为选中视为选中AD574A的片选信号，为启动转换的控制信号。的片选信号，为启动转换的控制信号。转换结束，转换结束，STS由高电平变为低电平。可通过查询法，由高电平变为低电平。可通过查询法，读入读入STS线端的状态，判断转换是否结束。线端的状态，判断转换是否结束。输出数据时，首先根据输出数据的方式，即是输出数据时，首先根据输出数据的方式，即是12位位并行输出，还是分两次输出，以确定是接高电平还是接并行输出，还是分两次输出，以确定是接高电平还是接低电平；然后在低电平；然后在CE=1、CS=0、R/C=1的条件下，确定的条件下，确定A0的电平。若为的电平。若为12位并行输出，位并行输出，A0端输入电平信号可端输入电平信号可高可低高可低；若分两次输出；若分两次输出12位数据，位数据，A0=0，输出，输出12位数位数据的高据的高8位，位，A0=1，输出，输出12位数据的低位数据的低4位。由于位。由于AD574A输出端有三态缓冲器，所以输出端有三态缓冲器，所以D0D11数据输出数据输出线可直接接在线可直接接在CPU数据总线上。数据总线上。（a）启动与转换启动与转换（b）读取数据）读取数据AD574A控制时序图控制时序图 单极性与双极性的输入方式单极性与双极性的输入方式:输输入入AD574的的模模拟拟量量可可为为单单极极性性和和双双极极性性，单单极极性性的的输输入入电电压压范范围围为为0 10V或或0 20V；双双极极性性的的输输入入电电压压范范围围为为-5+5V或或-10+10V。这这些些灵灵活活的的工工作作方方式式都都必必须须按按规规定定采采用用与与之之对对应应的的接接线线方方式式才才能能实实现现。单单极极性性和和双双极极性性输输入入时时的的接接线线方方式式见见下下图图(a)和和(b)。模模拟拟量量(单单极极性性或或双双极极性性)由由引引脚脚10VIN(输输入入0 10 V或或-5+5 V)或或20VIN(输输入入0 20 V或或-10+10V)输入。输入。单极性和双极性电路单极性和双极性电路：(a)单极性电路单极性电路(b)双极性电路双极性电路010V020V-5V+5V-10V+10VW1W2W1W23、单片机简介、单片机简介(1)单片机定义单片机定义 :单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有，目前大部分还会具有外外存存。同时集成诸如通讯接口、定时器、实时时钟等外。同时集成诸如通讯接口、定时器、实时时钟等外围设备。现在围设备。现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制（单片机也被称为微控制（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内单片机由芯片内仅有仅有CPU的专用处理器发展而来。的专用处理器发展而来。最早的设计理念是最早的设计理念是通过将大量外围设备和通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。格的控制设备当中。INTEL的的Z80是最早按照这种思是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。的发展便分道扬镳。其中最成功的是其中最成功的是INTEL的的8031，因为简单可靠而，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。目前，高端的直到现在还在广泛使用。目前，高端的32位单片机主位单片机主频已经超过频已经超过300MHz，性能直追，性能直追90年代中期的专用处理年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，作为掌上电美元，作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的的Windows和和Linux操作系统。事实上单片机是世界上操作系统。事实上单片机是世界上数量最多数量最多的计算机。的计算机。(2)单片机的应用领域单片机的应用领域单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：等领域，大致可分如下几个范畴：a、在智能仪器仪表上的应用在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、数字化、智能化、微型化，微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。b、在工业控制中的应用在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。统等。C、在家用电器中的应用在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。秤量设备，五花八门，无所不在。d、在计算机网络和通信领域中的应用在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备现代的单片机普遍具备通信接口通信接口，可以很方便可以很方便地与计算机进行数据通信，地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。话，集群移动通信，无线电对讲机等。e、单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。及病床呼叫系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。(3)单片机学习：单片机学习：目前，很多人对汇编语言并不认可。可以说，掌目前，很多人对汇编语言并不认可。可以说，掌握用握用C语言单片机编程很重要，可以大大提高开发的语言单片机编程很重要，可以大大提高开发的效率。不过初学者可以不了解单片机的汇编语言，但效率。不过初学者可以不了解单片机的汇编语言，但一定要了解单片机具体性能和特点，不然在单片机领一定要了解单片机具体性能和特点，不然在单片机领域是比较致命的。可以肯定地说，域是比较致命的。可以肯定地说，最好的最好的C语言单片语言单片机工程师都是从汇编走出来的编程者。机工程师都是从汇编走出来的编程者。因为单片机的因为单片机的C语言虽然是高级语言，但是它不同于台式机个人电语言虽然是高级语言，但是它不同于台式机个人电脑上的脑上的VC+，因为单片机的硬件资源不是非常强大，因为单片机的硬件资源不是非常强大，不同于我们用不同于我们用VC、VB等高级语言在台式等高级语言在台式PC上写程序，上写程序，毕竟台式电脑的硬件非常强大，所以才可以不考虑毕竟台式电脑的硬件非常强大，所以才可以不考虑硬硬件资源的问题。件资源的问题。4、AD574A与单片机接口与单片机接口（1）AD574A与与8031接口电路图接口电路图 AD574A自带三态缓冲器自带三态缓冲器,为什么此电路还要为什么此电路还要用用74LS373三态门电路三态门电路?因为单片机输入是因为单片机输入是8位位,而而AD574A输出输出12位位,所以就要用所以就要用74LS373来锁存来锁存,先读先读高高8位位数码数码,后读后读低低4位数码。位数码。（2）AD574A与与MCS-51系列单片机接口系列单片机接口 启动启动A/D地址：地址：00H读高读高8位地址：位地址：01H读低读低4位地址：位地址：03H作业作业:1、ADC把模拟量信号转换为数字量信号把模拟量信号转换为数字量信号,传统传统ADC转换步骤是什么转换步骤是什么?转换过程用到转换过程用到什么电路什么电路?2、简述、简述-ADC对量化噪声是如何抑制对量化噪声是如何抑制的。的。3、ADC与计算机的接口方式有哪四种与计算机的接口方式有哪四种?
