650单片机原理及应用 课程讲义第五章:单片机的接口技术wcytjx@126..ppt
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1、单片机原理及应用 课程讲义第五章:单片机的接口技术,本章内容,5.1 接口技术中的一般方法5.2 D/A转换电路接口技术5.3 A/D转换电路接口技术5.4 键盘接口技术5.5 显示器接口技术5.6 8279可编程的键盘/显示接口技术,5.1 接口技术中的一般方法,接口指令接口信号与时序输入/输出的数据交换方式地址的译码,接口指令,MCS-51的接口指令:同单片机与外部数据RAM单元之间的数据传送指令。即:MOVX A,Ri MOVX Ri,A MOVX A,DPTR MOVX DPTR,A,接口信号与时序,输入/输出的数据交换方式,有四种方式:无条件方式:立即作数据交换方式。即外围电路随时有
2、准备好的数据且随时能接收送来的数据。延时等待方式:先由单片机发启动信号,延时后在作I/O数据交换。查询方式:由软件查询外围电路是否准备好,直到准备好时再作I/O数据传送。中断方式:利用中断来作I/O数据传送。,地址的译码,线选法译码法(详见4.1节),5.2 D/A转换电路接口技术,5.2.1 D/A转换原理5.2.2 MCS-51和D/A的接口,概述,单片机和被控实体间的接口示意图,D/A转换器,图5.2.1 最简单D/A转换器框图,关系式:Vout=BVR式中,VR为常量,由参考电压VREF决定;B为 数字量,常为一个二进制数。数字量B的位数通常为8位和12位等,由D/A转换器芯片型号决定
3、。,5.2.1 D/A转换原理1、权电阻网络D/A转换法,思想:用一个二进制数的每一位产生一个与 二进制数的权成正比的电压,然后将这些电压加起来,就可得到对应的模拟量电压信号。某位对应:V0=-VR(RF/2nR)例如4位输出电压:V0=-VRRF(d3/R+d2/2R+d1/4R+d0/8R),图5.2.2 权电阻网络D/A转换器,反相求和电路,-+,2、倒T型电阻网络D/A转换法,把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟量,并通过运算放大器求和相加(如图5.2.2所示)。根据基尔霍夫定律,如下关系成立:I3=23 VREF/16RI2=22 VREF/16RI1=21 VREF/16RI
4、0=20 VREF/16R,图5.2.2 倒T型电阻网络型D/A转换器的电路图和等效电路图,即有:I=VREF/R,I0=VREF/16R,I1=VREF/8R,I2=VREF/4R,I3=VREF/2R且有:Iout1+Iout2=I,特点:,较权电阻网络D/A转换法有如下特点:电阻离散性小:只需两种电阻易于在集成电路中实现应用最多,3D/A转换器的性能指标,l分辨率(Resolution):分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量,取决于输入数字量的二进制位数。l转换精度(Conversion Accuracy):指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。l偏移量误差(Of
5、fset Error):偏移量误差是指输入数字量为零时,输出模拟量对零的偏移值。l线性度(Linearity):线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。,5.2.2 MCS-51和D/A的接口1DAC0832,lDAC0832内部结构DAC0832内部由三部分电路组成(如图5.2.3所示)。“8位输入寄存器”、“8位DAC寄存器”、“8位D/A转换电路”由8位T型电阻网络和电子开关组成,l引脚功能DAC0832共有20条引脚,双列直插式封装。引脚连接和命名如图5.2.4所示。(1)数字量输入线DI7DI0(8条);(2)控制线(5条);(3)输出线(3条);(4)电源线(
6、4条)。,1,20,DAC0832,10,11,CS,WR1,AGND,D3,D2,D1,D0,VREF,DGND,RFB,Vcc,ILE,WR2,XFER,D4,D5,D6,D7,IOUT2,IOUT1,2,3,4,5,6,7,8,9,12,13,14,15,16,17,18,19,图5.2.3 DAC0832原理框图,单缓冲方式的接口(1),一个处于直通方式,另一个处于受控的锁存方式,+5V,DAC0832,Vcc,ILE,Vref,Rfb,Iout1,Iout2,AGND,DGND,A,Vout,DI 7-0,CS,XFER,WR1,WR2,74LS373,8031,P0,WR,ALE,
7、G,单缓冲方式的接口(2),两个输入寄存器同时受控的方式,A7A0,A0,单缓冲方式的应用 产生锯齿波,假定采用接口(2)方式,输入寄存器和DAC寄存器的地址为00FEH,产生锯齿波。,源程序清单如下:ORG 2000HSTART:MOV DPTR,#00FEH;选中DAC0832 MOV A,#00H;转换初值 WW:MOVX DPTR,A;WR1、WR2有效,启动D/A转换 INC A NOP;延时,可改变频率 NOPAJMP WW,1/28,2/28,3/28,254/28,255/28,0,产生的锯齿波的过程,D/A转换产生的锯齿波,用同样的方法也可以产生三角波、矩形波、梯形波。,若将
8、A的初值改为FFINC改为DEC?,ORG 2000HSTART:MOV DPTR,#00FEH;指向输入寄存器地址 MOV A,#0FFH;转换初值 WW:MOVX DPTR,A;启动D/A转换 DEC A NOP;延时 NOPAJMP WW,两个锁存器都接成受控锁存方式。,双缓冲方式的接口和应用,双缓冲方式的接口和应用,对一个数字量的转换,需两步完成,程序如下:MOV DPTR,#00FEHMOVX DPTR,AMOV DPTR,#00FBHMOVX DPTR,A,1#输入寄存器地址:00FEH2#输入寄存器地址:00FDH1#2#DAC寄存器地址:00FBH,单极性与双极性输出,l DA
9、C用作单极性电压输出 如前所示,使用反相比例放大器实现电流到电压的转换,输出模拟极性与参考电压极性相反。(参见P106 表5.4)l DAC用作双极性电压输出(见下页表、图所示),双极性DAC的接法,Vout2=(数字码-128)/128*VREF,双极性DAC的接法,表:双极性输出电压与输入数字量的关系,5.3 A/D转换电路的接口技术,5.3.1 概述5.3.2 双积分型A/D 转换器工作原理5.3.3 逐次逼近型A/D转换器接口5.3.4 ADC0809与单片机的接口5.3.4 AD574与单片机的接口,5.3.1 概述单片机测控系统前向通道配置,A/D转换器概述 A/D转换器用以实现模
10、拟量向数字量的转换。按转换原理可分为 4 种:计数式、双积分式、逐次逼近式以及并行式A/D转换器。逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快,精度较高的转换器,其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。常用的这种芯片有:逐次逼近式A/D:ADC0809、ADC574A、ADC1210等 双积分式A/D:MC14433(3位半)、ICL7135(4位半)等,5.3.2 双积分型A/D 转换器工作原理,1双积分型A/D转换器工作原理原理:采用间接A/D转换技术。先将模拟电压转换成积分时间(先定时积分、再定值积分)然后用数字脉冲计时方法转换成计数脉冲数最后将此代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成二进制或BCD码
11、输出。特点:双积分型A/D转换器转换时间较长,一般要大于4050ms,但精度高,抗干扰性能好。双积分:一次A/D转换需二次积分。图5.3.2给出了双积分转换器的电路图和原理图。,图5.3.2双积分ADC电路图与原理图,5.3.3 逐次逼近型A/D转换器接口,逐次逼近型ADC基本原理,图5.3.7 逐次逼近ADC原理电路框图,对N位寄存器逐位置1,比较后决定是否将该位清零,5.3.4 ADC0809与单片机的接口一、结构:ADC0809是一种常用的8位逐次逼近式A/D。其引脚图如下,其内部结构 图等见下页。,1,14,15,28,ADC0809,IN3,IN4,IN5,IN6,IN7,IN2,I
12、N1,IN0,ADDA,ADDB,ADDC,ALE,START,EOC,OE,CLK,Vcc,VREF(+),GND,VREF(-),2-1(MSB),2-2,2-3,2-4,2-8(LSB),2-5,2-7,2-6,.,IN0,IN7,ADDA,ADDB,ADDC,ALE,START,CLK,EOC,D0(2-8),D7(2-1),OE,VREF(+),VREF(-),8路模拟开关,地址锁存与译码,三态输出锁存器,8位A/D转换器,3,8,二、ADC0809与8031接口,8031,P0.0,P0.7,ALE,RD,WR,P2.7,INT1,D0,D7,+,+,ADDA,ADDB,ADDC,
13、START,ALE,OE,EOC,IN7,IN0,CLK,ADC0809,D0,D1,D2,转换程序示例:主程序:MAIN:MOV R0,#A0H;数据暂存区首址MOV A,#00H;8路计数初值SETB IT1;边沿触发方式SETB EA;开中断SETB EX1MOV DPTR,#7FF8H;指向0809首地址MOVX DPTR,A;选择模拟通道,启动A/DHERE:SJMP HERE;等待中断中断服务程序MOVX A,DPTR;读数MOVXR0,A;存数DONE:MOV DPTR,#7FF8H;指向0809首地址MOV A,#00HMOVX DPTR,A;选择模拟通道,启动A/DRETI,
14、与P112区别,三、八路巡回检测系统 例:某粮库或某冷冻厂需对8点(8个冷冻室或8个粮仓)进行温度巡回检测。要求设计一个单片机巡回检测系统,使其能对各冷冻室或各粮仓的温度巡回检测并加以处理。温度传感器可选用热电阻、热敏电阻、PN结或集成温度传感器AD590和SLIM等芯片。将转换后的数据依次存放在片外数据存储器A0HA7H单元。,其主程序和中断服务程序如下:MAIN:MOV R0,#A0H;数据暂存区首址MOV R2,#00H;8路计数初值SETB IT1;边沿触发方式SETB EA;开中断SETB EX1MOV DPTR,#7FF8H;指向0809首地址MOV A,R2MOVX DPTR,A
15、;选择模拟通道,启动A/DHERE:SJMP HERE;等待中断中断服务程序MOVX A,DPTR;读数MOVXR0,A;存数INC R2;更新通道INC R0;更新暂存单元CJNE R2,#08,DONEMOV R0,#A0HMOV R2,00HDONE:MOV DPTR,#7FF8H;指向0809首地址MOV A,R2MOVX DPTR,A;选择模拟通道,启动A/DRETI,5.3.5 AD574A与单片机的接口,图5.3.11 AD574A与8031接口电路图,AD574A与单片机的接口电路,表:AD574A逻辑控制真值表,(a)启动与转换(b)转换结果输出 图5.3.12 AD574A
16、控制时序图,例:启动A/D 转换与读出转换结果程序,电路:见图5.3.11。程序:MOV R0,#1FHMOVX R0,A;启动转换MOV R7,#10HDJNZ R7,$;延时等待转换结束MOV R1,#7FHMOVX A,R1;读低4位MOV R2,AMOV R1,#3FHMOVX A,R1;读高8位MOV R3,ASJMP$,图:AD574的单极性转换,BIP OFF,5.3.6 MC14433芯片与单片机的接口 MC14433是3位半的双积分A/D转换器,具有抗干扰性好、转换精度高、自动校0、自动极性输出、自动量程控制输出、动态字位扫描BCD码输出等优点。其主要特性参数如下:转换精度:
17、1/1999的分辨率 电压量程:分1.999V和199.9mV两档 转换速度:310次/S 输入阻抗:大于100Mohm 基准电压:取2V或200mV(分别对应量程为1.999V或199.9mV)输出形式:多路调制的BCD码,逻辑框图,VAG:模拟地VR:基准电压输入VX:一路被测电压输入R1、R1/C1、C1:外接元件C01、C02:补偿电容DU:转换结果输入锁存器打入信号EOC:转换结束标志输出OR:过量程标志输出|Vx|Vr,1,24,MC14433,12,13,VAG,VR,VX,R1,R1/C1,C1,C01,C02,DU,CLKI,CLKO,VEE,VSS,EOC,OR,DS4,D
18、S3,DS2,DS1,Q0,Q1,Q2,Q3,VDD,引脚图及说明,DS1DS4:多路选通脉冲输出 Q0Q3:BCD码输出 其中,Q0为最低位Q3为最高位。在DS2DS4选通期间,输出3个完整的BCD码,但在DS1选通期间,Q0Q3输出除了表示千位的0或1外,还表示了转换值的正负极性和欠量程还是过量程。,DS1 Q3 Q2 Q1 Q0 输出结果状态 1 1 0 千位数为0 1 0 0 千位数为1 1 1 0 输出结果为正 1 0 0 输出结果为负 1 0 1 输入信号过量程 1 1 1 输入信号欠量程 表:DS1选通时Q0Q3表示的输出结果,.,千位,百位,十位,个位,DS1,DS2,DS3,
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