单片机原理及应用_第七章_单片机的典型外围接口技术1

1、 A/D转换器是将模拟量转换成数字量的器件.模拟量可是电压、电流等电信号，也可是声、光、压力和温度等随时间连续变化的非电物理量。 非电物理量可通过合适的传感器等转换成电信号，模拟量只有转换成数字量才能被计算机采集、分析和计算处理。 电压频率式：精度高 价格低，但转换速度不高 积分式：抗干扰能力好，转换速度低 逐次逼近式：转换速度较快 并行转换： 串行转换： 选择分辨率（38位/912位/13位以上） 确定精度（误差范围） A/D转换时间和路数 输入/输出特性和范围 电源种类和功耗 工作环境 接口是否方便 ADC0809是逐次比较式的8路8位A/D转换器，转换速度为100US，电源电压+5V E

2、OC:开始转换时为低电平,当转换结束时为高电平. 查询方式:查询EOC引脚 中断方式:EOC经反相器接8051的外部中断引脚 ALE=START= OE= 端口地址确定应使P2.7=A15=0,A0、A1、A2给出被选择的模拟通道地址 选通模拟量输入通道 发出启动信号 用查询或中断方法等待转换结束(延时) 读取转换结果 MAIN:MOV R1,#data MOV DPTR,#7FF8H;P2.7=0,且指向通道O MOV R7,#08H;置通道数 LOOP:MOVXDPTR,A;启动A/D转换 MOV R6,#OAH; DLAY：NOP NOP NOP DJNZ R6,DLAY MOVX A,

3、DPTR;读取转换结果 MOVR1，A INC DPTR；指向下一个通道 INC R1;修改数据区指针 DJNZ R7,LOOP;8个通道全采样完了吗? SETB IT1 SETB EX1 SETB EA MOV DPTR,#7FF8H MOV A，#0 MOVX DPTR，A EINT1: MOV DPTR,#7FF8H MOVX A,DPTR MOV 30H,A MOV A,#00 MOVX DPTR,A RETI 算术平均 滑动平均值法(循环队列) 去极值法 低通滤波 通道的选择是由地址线A0、A1、A2来完成A/D转换实验1、采用定时中断方式，每500ms采样一次，采样通道02、A/D

4、采样采用外部中断方式，后边沿触发3、程序流程：初始化 开定时器 定时时间到？ 启动A/D转化 A/D转换结束？ 读A/D转换结果 转换结果送发光二极管显示4、实验要求：提前编写程序，并调试正确5、带上第一次实验程序，准备接受检查6、第3次实验为8255键盘显示实验 伪指令ADPORT EQU 8100H;ADC0809通道0地址DISPORT EQU 8300H;显示端口地址Flag1 BIT 00H ;定时时间到标志Flag2 BIT 01H ;AD转换结束标志 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INTAD ORG 000BH AJMP T0INT 程序初

5、始化 ORG 0030HMAIN：MOV SP，#70H MOV TMOD，#XXH MOV TH0，# XXH MOV TL0，#XXH MOV R7,#0AH;用于计数定时中断次数 CLR FLAG1 CLR FLAG2 SETB IT0; 后边沿触发外部中断 SETB ET0;T0中断允许 SETB EX0;外部中断0中断允许 SETB EA SETB TR0;开启定时器0 主程序LOOP1：JBC FLAG1,SAMPLE;等待定时时间到， AJMP LOOP1SAMPLE: MOV DPTR,#ADPORT MOVX DPTR,A;启动A/D转换LOOP2: JBC FLAG2,RD

6、ATA;等待A/D转换结束 AJMP LOOP2RDATA: MOVX A,DPTR;读A/D转换结果 MOV DPTR,#DISPORT MOVX DPTR,A;输出数据到发光管 AJMP LOOP1 ; 程序循环 定时中断与外部中断程序T0INT: MOV TH0,#XXH MOV TL0,#XXH DEC R7 CJNE R7,#00H,RTN MOV R7,#0AH SETB FLAG1RTN: RETIINTAD: SETB FLAG2 RETI AD574A是一个完整的逐位比较式12位模/数转换器，具有可与8位、12位或16位微处理器直接接口的三态输出缓冲器。其引脚分配和内部结构框

7、图示于下图。DB11-DB0（引脚16-27）： 12位数据输出线。DB11为最高位，DB0-为最低位，它们可以由控制逻辑决定是输出数据还是对外高阻抗。12/8（数据模式选择）： 输入，当此引脚为高电平时，12位数据输出；当此引脚为低电平时，与引脚A0配合，把12位数据分两次输出。注意：此引脚不与TTL兼容，若要求此引脚为高电平，则应接1（VL），若要求此引脚为低电平，则应接引脚15（DG）A0（字节地址/短周期）： 此引脚有两个功能。一个功能是决定转换结果是12位还是8位数据，与其它控制输入脚配合，若A0=0，结果为12位；若A0=1（高电平）结果是8位。另一个功能是决定输出数据是高8位还是

8、低4位，与其它控制输入脚配合，若A0=0，输出高8位；若A0=1，输出低4位。CS（芯片选择）： 当CS=0时，本芯片被选中，否则本芯片不进行任何操作。R/C（读/转换选择）： 当R/C=1时，允许读取结果，当R/C=0时，允许A/D转换。CE（芯片启动）： 当CE=1时，允许转换或读取A/D转换结果，到底是转换还是读取结果与R/C有关。STS（状态信号）： STS=1表示正在进行A/D转换，STS=0表示转换已经完成。 REFOUT：+10V基准电压输出 REFIN（基准电压输入）：只有由此引脚把从“REFOUT”脚输出的基准电压引入到AD574内部的12DAC，才能进行正常的A/D转换。

9、BIPOFF（双极性补偿）：此引脚适当连接，可实现单极性或双极性输入。 10VIN（10V量程模拟信号输入端）：对单极性信号为10V 量程的模拟信号输入端；对双极性信号为5V模拟信号输入脚。 20VIN （10V量程模拟信号输入端）：对单极性信号为20V 量程的模拟信号输入端；对双极性信号为10V模拟信号输入脚。 DG（数字地）：各数字电路（译码器、门电路、触发器等）及“+5V”电源的地。 AG（模拟地）：各模拟器件（放大器、比较器、多路开关、采样保持器等）及“+15V”和“-15V”的地。 VLOG：逻辑电路供电输入端，+5V。 VCC：正供电引脚，VCC=12V-+15V。 VEE：负供电

10、引脚，VEE=-12V- -15V。 AD574A是一片模拟电路，一片数字电路组成的混合式集成芯片。其主要特点为： 不需要外围缓冲电路可直接与最通用的8位或16位微处理器接口。 短的转换时间，在独立工作方式下，可在25us时间内完成一次转换，并将数据锁存在输出锁存器中。 可提供四种不同的输入范围： 单极性输入010v或020v； 双极性输入 -5 +5v 或 -10 +10v。 自带参考电压。该电源除供本身使用外，还可以为外部负载提供1mA的电流输出。AD574A有两组控制引脚：一般控制引脚（CE、CS和R/C）和内部寄存器控制引脚（12/8和A0）。一般控制引脚（CE、CS和R/C）主要控制

11、启动转换和允许的。 当CE=1、CS=0、R/C=0时，启动转换； 当CE=1、CS=0、R/C=1时，读允许。内部寄存器控制引脚（12/8和A0）主要控制数据输出形式和转换时间的长短的。 若12/8=1，当一般控制引脚发出读数据命令时，12根输出数据线上的数据均有效。 若12/8=0，对于一个8位接口，则根据A0的状态来确定到底是高8位有效还是低4位有效。这时，数据线低4位（1619脚）要硬连接到高4位（2427脚）上。 在这种情况下，若A0=0，读出高8位数据；若A0=1，高8位数据线禁止，读出低4位数据。 A0的另一功能是控制转换周期的长短。在转换周期开始前，若A0处于低电平，完成完整的

12、12位转换需要25us；若A0处于高电平，仅完成8位转换需时约16us。CECSR/C12/8A0功能0XXXX不起作用X1XXX不起作用100X0启动12位转换100X1启动8位转换101接VLX12位数据并行输出101接DG 0高8位数据输出101接DG 1低4位数据尾接4位0输出 若将AD574A作为一个存储器来对待，为了与8位总线接口，需占据两个存储器地址（用A0来选择）。 当A0为低时，执行的写操作是启动一次完整的12位转换周期；而当A0为高时，执行的写操作是启动一次8位的短转换周期，这样的读数精度低而速度较快。 在转换完成之后，可读取两个字节的数据：当A0为低时，读取的12位中的高

13、8位；当A0为高时，读取的是12位中的低4位。为此，一般将A0接在地址线的A0上。 STS为状态线，当转换开始时，它变高；在转换过程中，一直维持为高；转换周期结束时，它将变为低。 AD574通过外部的适当连线，可以实现单极性输入，也可以实现双极性输入。 输入信号均以模拟地AGND为基准。模拟输入信号的一端必须与AG相连，并且接点应尽量靠近AGND引脚，接线应短。 片内10V基准电压输出引脚REFOUT通过电位器R2与片内DAC的基准电压输入引脚REFIN相连，以供给DAC基准电流。电位器R2用于微调基准电流，从而微调增益。基准电压输出端REFOUT也是以AGND为基准。通常数字地DGND与AG

14、ND连在一起。所有电位器均应采用低温度系数（10-4/C）电位器 采用中断采集方式： ORG 0003H ORG 1000H LJMP INTR1 INTR1：ORG 0300H MOV A， DPTRMOV R0，#20H MOV R0, AMOV DPTR，#0H INC R0SETB EX0 INC DPTRSETB EA MOVX A, DPTRMOVX DPTR ，A MOV R0, A RETI 通过SPI总线或三总线的接口 具有SPI总线的A/D转换器MAX187 引脚分配如图所示： 其各引脚的功能如下： VDD：电源电压+5V。 AIN：模拟输入，输入范围为0VVref。 SH

15、DN：有三级输入。 1）若SHDN拉到低电平，表示芯片处于低功耗状态，此时的电源电流为10uA； 2）若SHDN拉到高电平，允许使用内部的参考电源； 3）若SHDN处于悬浮状态，则禁止内部参考电源，允许使用外部的参考电源。 Vref：参考电压端。当允许内部参考源时，输出4.096V的电压，退藕电容为4.7uF；当禁止内部参考源时，可输入2.5VVDD范围的精密电压，退藕电容除了4.7uF，还需增加0.1uF的退藕电容。 GND：模拟地及数字地。 DOUT：串行数据输出。在SCLK的下降沿，数据改变状 态。 SCLK：串行时钟输入，时钟输入速率为5MHz。 CS：片选端，输入，低电平有效。在 C

16、S 的下降沿，初始化转换。当为高时，DOUT 线为高阻态。MAX187 使用采样/保持器（T/H）和逐位逼近寄存器（SAR）电路将一个模拟输入信号转换成一个12位的数字输出。 采样/保持器（T/H）无须外部的保持电容。MAX187的输入信号在 0VVref 范围内，转换时间包括T/H的采样时间在内为10us。串行接口只需三根数字线：SCLK、CS和DOUT，与微处理器的接口十分简单。 工作方式：正常方式和暂停方式。 1）将SHDN拉成低电平，器件处于暂停状态，电源电流减低至10uA； 2）当SHDN拉成高电平或不接，器件将进入正常工作方式。CS的下降沿将初始化转换。转换结果是在DOUT端以单极

17、性串行格式输出。转换结束（EOC）为高电平，跟着是串行数据流（MSB在先）。 参考电压选择：MAX187运行于下述两种状态之一：内部参考或外部参考。 1）强迫SHDN为高时，选择内部参考运行； 2）SHDN悬浮时，选择外部参考运行。参考源零刻度满刻度内部参考0V4.096V外部参考0VVref MAX187与80C51的接口非常简单，只需三根数字线：CS,SCLK和DOUT，接口电路如图所示。 80C51的P1.5、P1.6和P1.7分别与MAX187的CS,SCLK和DOUT相连接。 在串行接口有效时，设置 CPU 的串行接口为主方式，因而 CPU 发出串行时钟，并选择时钟频率为2.5MHz

18、。用P1.5将芯片的片选拉成低电平CS，并保持SCLK为低电平。 等待最大转换时间，检测DOUT的上升沿，确定转换是否结束。然后输出SCLK，SCLK有效至少13个时钟周期。 时钟的第一个下降沿，DOUT端将出现转换结果的最高位（MSB）。 DOUT端在SCLK的下降沿出现下降沿出现数据，在SCLK的上升沿稳定，80C51可以读入数据。 在时钟的第13个下降沿时或之后，将CS拉成高电平。如果此后CS仍为低电平，在输出LSB位之后将输出0。 随着CS=1，等待特定的时间tcs之后，若使CS拉成低电平，将进行新的一次转换。如果转换结束之前，将拉成高电平来中止转换，则需至少等待一个采样时间taqcq

19、，才能启动一次新的转换。 CS BIT P1.5 SCLK BIT P1.6 DOUT BIT P1.7 SETB CS CLR SCLK SETB DOUT STAD:CLR CS JNB DOUT,$ SETB SCLK NOP CLR SCLK MOVA.#00H CLR C MOV R7,#04HLOOP1:SETBSCLK NOP CLRSCLK MOVC,DOUTRLCADJNZR7,LOOPMOVB,A MOVR7,#08HCLRALOOP2:SETBSCLK NOP CLRSCLK NOP MOVC,DOUTRLCADJNZR7,LOOP2SETBCS MAX127是一个具有I

20、2C总线的8通道12位模/数转换器，本身可以构成一个完整的数据采集系统，其引脚分配与内部结构框图如下图； MAX127的各引脚的功能如下： VDD：电源电压，+5V。 DGND：数字地。 AGND：模拟地。 SCL：串行时钟输入。 A2、A1、A0：地址选择输入。 SDA：串行数据输入输出线，开漏极。在SCL上升沿数据输入；外部需要上拉电阻。 SHDN：低功耗输入端。当SHDN为低时，芯片处于全低功耗（FULLPD）状态；当SHDN为高时，芯片处于正常工作状态。 CH7CH0：模拟输入通道 REFADJ：参考电压输出端，外部调整引脚。用0.01uF电容旁路到AGND。当在REF端加上外部参考电

21、压时，该引脚接VDD。 REF：参考电压缓冲器输出或参考电压输入。在内部参考电压方式，参考电压缓冲器提供4.096V的正常输出，在REFADJ端进行外部调整；在外部参考电压方式，将REFADJ上拉到VDD，禁止内部参考电压，在REF端加上外部参考电压。 开始条件和停止条件：开始条件（s）在SCL为高时，SDA上有一个从高到低的变化；停止条件（P）在SCL为高时，SDA上有一个从低到高的变化。 从地址：MAX127的从地址有7位，前4位是工厂设定的，总是0101；期间地址的3位有地址输入引脚A2、A1和A0的逻辑状态决定。因此，在同一总线上最多只能接8个MAX127。 引脚A2、A1和A0可以连

22、接到VDD或DGND，或者它用TTL或CMOS电平驱动。8位地址字节的最后一位为R/W位。R/W=0，设置写条件，主器件向MAX127写入；R/W=1，设置读条件，主器件从MAX127读入。其中各位的意义：7（MSB） START： 在写位即R/W的应答之后，接收逻辑“1” 时被认为是控制字节的开始 。 6、5、4 SEL2、SEL1、SEL0： 这三位选择打开的输入通道。3 RNG ： 选择满刻度输入时电压量程。 2 BIP ： 选择转换是单极性还是双极性的。1、0（LSB） PD1、PD0 ：这两位选择低功耗方式。MAX127控制字节中PD1、PD0的意义： PD1 PD0 方式 0 正常

23、方式 1 0 待机（STBYPD） 1 1 全低功耗方（FULLPD） 控制字节如所示，其格式为：BIT7 MSB BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0（LSB）START SEL2 SEL1 SEL0 RNG BIP PD1 PD0 MAX127控制字中SEL2、SEL1、SEL0的意义 SEL2 SEL1 SEL0 通道 0 0 0 CH0 0 0 1 CH1 0 1 0 CH2 0 1 1 CH3 1 0 0 CH4 1 1 1 CH7输入量程/V RNG BIP 负满刻度/V 零刻度/V 满刻度/V 05 0 0 0 Vref1.2207 010 1 0

24、 0 Vref2.4414 5 0 1 -Vref1.2207 0 Vref1.2207 10 1 1 -Vref2.4414 0 Vref2.4414 MAX127 完整的传输时序图见书 219页 写周期： 如图7-45（a）所示，由主器件发出开始条件、7位从地址及写位（即R/W=0），开始一个转换周期。如果MAX127接收到这8位，并且地址相符，则发出一个应答（A），将SDA拉为低电平一个时钟周期。然后，主器件写出控制字节到从器件。在这个字节数据之后，从期间又发出另一个应答（A），将SDA拉低一个时钟周期。主器件在写周期的最后发出停止条件。 读周期： 如图7-45（b）所示，由主器件发出开

25、始条件、7位从地址及读位（即R/W=1），如果MAX127接到了这8位，并且 地址相符，则发出一个应答位（A），将SDA拉为低电平一个时钟周期，接着是串行数据的第一个字节（D11D4，MSB在先）；在从器件发出第一个字节之后释放总线，主器件发出应答（A=0）。从器件接受到该应答后，发出第二个字节（D3D0及四个0）。接着主器件发出一个反应答（/A），表示最后的数据字节已经接收到。最后主器件发出停止条件，作为读周期。 程序 ORG 0200H SETB P1.7AIN：MOVR0，#21H SETB P1.4 SETBP3.0 CLR P1.7 CLRP3.1 SETB P1.7 CLRP1.6

26、 MOV P1, #0A0H MOVP1，#00H AIN0: SETB P1.3 CLRP1.7 CLR P1.7 SETBP1.7 SETB P1.7 SETBP1.4 JNB P3.0, CLR3 CLRP1.7 LOOP1: SETB P1.2 SETBP1.7 CLR P1.7 CLRP1.4 SETB P1.7 SETBP1.5 JNB P3.0,CLR2 CLRP1.7LOOP2: SETB P1.1 AIN1:JNB P1.4, AN2 CLR P1.7 CLR P1.4 SETB P1.7 AJMP AN0 JNB P3.0,CLR1 AIN2:MOV A, 23HLOOP3

27、: SETB P1.0 SWAP A CLR P1.7 ORL A, 24H SETB P1.7 MOV 23H, A JNB CLR0 SETB P1.6 INC R0 RET MOV A, #0FH CLR3: CLR P1.3 ANL A, P1 AJMP LOOP1 MOV R0, A CLR2: CLR P1.2 JNB P1.5 AJMP LOOP2 CLR P1.5 CLR1: CLR P1.1 SETB P1.5 AJMP LOOP3 AJMP AN0CLR0: CLRP1.0 AJMPLOOP4 用D/A转换器把微型机输出的数字量转换成电压或电流，可输出各种波形的信号。 选择

28、分辨率（38位/912位/13位以上） 确定精度（误差范围） D/A转换时间和路数 输入/输出特性和范围 电源种类和功耗 工作环境 接口是否方便 分辨率8位 电流输出,稳定时间1US 双缓冲、单缓冲、直接数字输入 单电源供电 直通方式：各控制端口一直有效 单缓冲方式：输入锁存器和8位DAC寄存器锁存信号同时有效；或者一个寄存器控制端一直有效。 双缓冲方式：输入锁存器和8位DAC寄存器锁存信号分开控制 双缓冲方式适用于几个模拟量同时输出的系统 MOV DPTR,#0DFFFH ;1 MOV A,#X ;2 MOVX DPTR,A ;3 MOV DPTR,#0BFFFH ;4 MOV A,#Y ;

29、5 MOVX DPTR,A ;6 MOV DPTR,#7FFFH ;7 MOVX DPTR,A ;8 系统只有一路模拟量输出或几路模拟量不许同步的输出场合,可采用单缓冲方式 MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#00H LOOP:MOVX DPTR,A INC A AJMP LOOP（1）利用80C51本身的SPI接口 1 串行输入数/模转换器AD7543 AD7543是一个为配合串行接口而设计的精密12位CMOS乘法式数/模转换器，其结构框图如图所示其中逻辑部分包含一个12位串入并出的位移寄存器和12位的DAC寄存器。在AD7543的串行输入端SRI输入的串行数据，可有选通脉冲输入端

30、STB（从STB1STB4）的上升沿或下降沿打入。一旦输入寄存器满，就可以加载输入端（LD1，LD2）的控制下打入DAC寄存器。在CLR端施加低电平脉冲，可以使DAC寄存器复位为0。 引脚功能为： STB1STB4： 移位寄存器的选通信号。 LD1，LD2： DAC寄存器加载信号。 SRI： 移位寄存器的串行输入端。 CLR： DAC寄存器得清除输入端，低电平 有效。用于异步复位DAC寄存器为0。 Iou1,Iou2: DAC寄存器的电流输入端。Iou1连接到放大器的虚地；Iou2连接到模拟地AGND。 Vref:参考电源 Rbf：DAC转换器反馈电阻。 DGND：数字地 AGND：模拟地 V

31、dd:+5v电源输入 2 AD7543与80C51的接口AD7543与80C51的接口电路如图所示。80c51的串行口与ad7543直接相连。80c51的串行口工作于方式0，即移位寄存器方式，TXD端输入移位脉冲，其负跳变将RXD段发出的数据移入AD7543的12位移位寄存器。利用地址译码器信号产生LD2，将移位寄存器的数据发送到DAC寄存器，以使DAC转换器输入。AD7543的12位数据由低至高一位一位的输入，而80C51串行口的方式0输出则是由低位到高位串行输出的。因此，由串行口输出的数据必须进行倒序处理。AD7543的口地址为ADRDA；数据缓冲器的地址单元为DBUFH（高4位），DBU

32、FL（低8位）。OUTDA ：MOV SCON，#0 ；设串行口方式为0 MOV A ， DBUFH ；高4位1数据送A ACALL ASMB ；调倒序子程序 MOV SBUF， A ；输出高4位 MOV A ，DBUFL ；低8位地址送A ACALL ASMB ；调倒序子程序 MOV SBUF， A ；输出低8位 MOV DPTR ,#ADRDA ；将移位寄存器的数据送入 MOV DPTR , A ; DAC寄存器 RET；ASMB： MOV R6，#0 ；清R6 MOV R7，308H ；计数器 CLR C ；清CYALO ： RLC A ；A带进位左移一位 XCH A ， R6 ；A与R

33、6内容互换 RRC A ；R6内容带CY右移一位 XCH A ， R6 ；R6内容与A互换 DJNZ R7 ，ALO ；当R7 部位0时 循环 XCH A ， R6 ；装配好的数据存A RET （1） 带俩线串行接口的8位数/模转换器MAX518MAX518是一个带俩线串行接口的8位数/模转换器，引脚配置及结构见图 Vout1，Vout0 :数模转换器的电压输出。AD1,AD0 : 地址输入端，用于设置器件的从地址。 SDA : 串行数据输入 SCL: 串行时钟输入 Vdd:电源，max 518 用于做参考电压。 GND : 地 Max 518的从地址：AD1 AD0 R/W其中，地址AD1

34、AD0相当于地址输入端状态。在系统中，MAX518 有四个可能的从地址，因而最多能接四片。 读写位 R/W =0,系统中的主器件通过I2C总线来对MAX 518进行写操作。指令字节 R2 R1 R0 RST PD X X A0其中：R2 R1 R0 :保留位，设置为。 RST : 复位位，设置为，将使所有寄存器复位为。 PD : 电源控制位，设置为，器件处于uA低功耗方式设置为，器件处于正常工作状态。 A0 : 地址位MAX 518与80c51的接口电路见图，一般的80C51没有I2C总线，因而只能模拟I2C总线时，一般需要两根I/O口线，在图中，P1.6用作SCL线，P1.7用作SDA线.这里所使用到的一些通用子程序包括：发送开始条件(START)，发送停止条件(STOP)，检查应答位(CHACK)，单字节数据发送(WRBYT)。设定单片机所使用的晶体振荡