任务一光强检测系统

1、接口开发实践课程概述： 本课程教学的总目标是使学生在了解和掌握单片机接口技术原理和使用的基础上，培养学生具有较完备的单片机接口知识、较强的接口知识拓展能力以及较好的接口技术分析和实践能力。 本学习课程根据电子技术应用产品工作过程设计内本学习课程根据电子技术应用产品工作过程设计内容：主要包括容：主要包括5 5个典型学习情境项目：个典型学习情境项目：1 1、光强检测系统光强检测系统并行接口芯片并行接口芯片AD0804AD0804与串行接口芯片与串行接口芯片TLC1543TLC1543的使用的使用2 2、温度检测系统、温度检测系统DS18B20 DS18B20 3 3、串行数据传输接口串行数据传输接

2、口RS-232RS-232的应用的应用4 4、万年历制作万年历制作时钟日历芯片时钟日历芯片DS1302 DS1302 5 5、基于、基于I2CI2C总线的总线的ICIC卡读卡器模块卡读卡器模块项目概述：项目概述： 在日常生活中，经常要对光强进行检测与在日常生活中，经常要对光强进行检测与控制，广泛应用于照相机日光控制，光电自动控制、控制，广泛应用于照相机日光控制，光电自动控制、电子光控玩具、光控灯及其各种光电控制测量场合。电子光控玩具、光控灯及其各种光电控制测量场合。 项目效果演示调节滑动条手动改变光强度，改变的值通过数码管显示调节滑动条手动改变光强度，改变的值通过数码管显示 设计智能电子产品设

3、计中设计智能电子产品设计中设计方案设计方案一般归结一般归结为以下几个为以下几个模块：主控模块、待测模块、显示模块、键盘输入模块、控制模块：主控模块、待测模块、显示模块、键盘输入模块、控制模块模块 本项目中涉及到三个模块本项目中涉及到三个模块1 1、待测模块：光强度传感器、待测模块：光强度传感器 并行并行ADAD芯芯片片AD0804AD0804使用使用 串行串行ADAD芯芯片片TLC1543TLC1543使用使用2 2、主控模块：、主控模块：5151单片机单片机3 3、显示模块：数码管和液晶屏、显示模块：数码管和液晶屏新新知知识识旧旧知知识识1 1、待测模块、待测模块 本项目中待测模块是对数据的

4、采集，数据采集是信息本项目中待测模块是对数据的采集，数据采集是信息采集和信息转换的重要部件，测量和控制系统的首要环采集和信息转换的重要部件，测量和控制系统的首要环节，是单片机控制系统的重要分支。数据采集的最前端节，是单片机控制系统的重要分支。数据采集的最前端是传感器，用于获取被测信号，完成信号的检测和转换，是传感器，用于获取被测信号，完成信号的检测和转换，传感器是一种检测装置，能将检测到的信息（力、热、传感器是一种检测装置，能将检测到的信息（力、热、声、光、气体、湿度、温度等）按一定规律变换成为电声、光、气体、湿度、温度等）按一定规律变换成为电信号或其他形式的信息输出，便于处理、显示和控制。信

5、号或其他形式的信息输出，便于处理、显示和控制。知识点：知识点：1 1、传感器技术、传感器技术2 2、A/DA/D技术技术3 3、串行并行数据传送、串行并行数据传送 传感器传感器： 本系统光强度传感器采用的是光敏电阻检测本系统光强度传感器采用的是光敏电阻检测其光强度，光敏电阻是利用半导体的光电效应制成一其光强度，光敏电阻是利用半导体的光电效应制成一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。 光敏电阻在无光照时，其电阻的阻值一般很大，光敏电阻在无光照时，其电阻的阻值一般很大，可达可达110M110M欧姆，而在强光时，其阻值变得很小。本欧姆，而在强光时，其阻值变得很

6、小。本项目中我们检测光敏电阻两端的电压值从而获得光的项目中我们检测光敏电阻两端的电压值从而获得光的强度。强度。A/DA/D技术：技术：在单片机应用系统中，外部设备不一定都是在单片机应用系统中，外部设备不一定都是数字式的，也经常需要与模拟式的设备连接、例如，当数字式的，也经常需要与模拟式的设备连接、例如，当用单片机来控制温度、压力、光强等连续变化的模拟量，用单片机来控制温度、压力、光强等连续变化的模拟量，在单片机与这类外部环境通信时，就需要有一种转化器在单片机与这类外部环境通信时，就需要有一种转化器来把模拟信号转换为数字信号，以便能过输入单片机进来把模拟信号转换为数字信号，以便能过输入单片机进行

7、处理。这种变化器就称为模数（行处理。这种变化器就称为模数（A/DA/D）。）。 本项目中我们分别用本项目中我们分别用u并行的并行的ADAD芯片芯片AD0804AD0804u串行的串行的ADAD芯片芯片TLC1543 TLC1543 两种芯片实现，通过该项目的学习了解并行数据传两种芯片实现，通过该项目的学习了解并行数据传输和串行数据传输的不同。输和串行数据传输的不同。串行并行数据传输：串行并行数据传输： 通信的基本方式分为并行通信和串行通信两种。并行通信是通信的基本方式分为并行通信和串行通信两种。并行通信是将构成将构成1 1组数据的各位同时进行传送，串行通信是数据一位接一位组数据的各位同时进行传

8、送，串行通信是数据一位接一位的顺序传送。的顺序传送。 并行通信的特点是传播速度快，但当距离较远，串行通信并行通信的特点是传播速度快，但当距离较远，串行通信特点是线路简单，只要一对一传输线就可以实现通信（如电话特点是线路简单，只要一对一传输线就可以实现通信（如电话线），特别适用于远距离通信，缺点是传输速度低，假设并行传线），特别适用于远距离通信，缺点是传输速度低，假设并行传送送N N位数据需时间位数据需时间T T，那么串行传送的时间至少为，那么串行传送的时间至少为NTNT。 串并行数据传送动画演示 并行传输并行传输 1010110010101100高位串行传输串行传输低位低位高位10101100

9、00000100110011000110100110100011010110101101010111010110101011011. 并行A/D芯片AD0804芯片使用方法：芯片使用方法：1).1).通过上网下载相关的芯片数据手册通过上网下载相关的芯片数据手册2).2).关注手册上芯片的引脚说明关注手册上芯片的引脚说明3).3).关注手册上芯片的连接图关注手册上芯片的连接图4).4).关注手册上芯片工作的时序图，一定要读懂时序图关注手册上芯片工作的时序图，一定要读懂时序图5).5).通过时序图写芯片的驱动程序，从而让芯片工作起通过时序图写芯片的驱动程序，从而让芯片工作起来来ADC0804ADC

10、0804转换芯片转换芯片 ADC0804 ADC0804是用是用CMOSCMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8 8位，转换时间位，转换时间100s100s，输入电压范围为，输入电压范围为05V05V。该芯片内有输出数据锁存器，。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPUCPU数据总线上，无须附数据总线上，无须附加逻辑接口电路。加逻辑接口电路。ADC0804ADC0804芯片外引脚图如下所示。引脚名称及意义如下：芯片外引脚图如下所示。引脚名称及意义如下：A

11、GND：模拟信号地。DGND：数字信号地。CLKIN：外电路提供时钟脉冲输入端CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与CLKIN：端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，可启动工作。WR：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，当CS、WR同时为低电平时，启动转换。RD：读信号输入，低电平有效，当CS、RD同时为低电平时，可读取转换输出数据。INTR：转换结束输出信号，低电平有效。输出低电平表示本次转换已完成。该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。 ADC0804与与CPLD&FPGA、8

12、051单片机等典型连接图单片机等典型连接图ADC0804ADC0804时序时序：当当CSCS与与WRWR同为低电平时，同为低电平时，A/DA/D转换被启动转换被启动而在而在WRWR上升沿后上升沿后100s100s模数完成转换，模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时转换结果存入数据锁存器，同时INTRINTR自动变为低电平，表示本次转换已结自动变为低电平，表示本次转换已结束。如束。如CSCS、RDRD同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在而在RDRD高电平到来后三态门处于高阻状态。时序图如图高电平到来后三态门处于高阻状态。

13、时序图如图下下所示。所示。 驱动程序：驱动程序： void start_ad(void)void start_ad(void) cs=0; / cs=0; /允许进行允许进行A/DA/D转换转换 wr=0;wr=0; _nop_();_nop_(); wr=1; /wr=1; /WRWR由低变高时由低变高时,AD,AD开始转换开始转换 while(intr); while(intr); /查询转换结束产生查询转换结束产生 INTR INTR 信号信号( (低电平有效低电平有效) ) cs=1; /cs=1; /停止停止ADAD转换转换 图图8- 17 AD08048- 17 AD0804写入时

14、序写入时序图图8- 18 AD08048- 18 AD0804读取读取数据数据时序时序驱动程序：驱动程序：read_ad()read_ad() uint ad_data uint ad_data； P0=0 xff P0=0 xff； cs=0; / cs=0; /允许读允许读 rd=0; rd=0; /读取转换数据结果数据读取转换数据结果数据结果结果 _nop_(); _nop_(); ad_data=P0; ad_data=P0; /把数据存到把数据存到ad_dataad_data中中rd=1;rd=1;cs=1; /cs=1; /停止停止A/DA/D读读取取 return(ad_data

15、);return(ad_data); 项目要求：电路如下图所示，单片机采用项目要求：电路如下图所示，单片机采用AT89C51AT89C51，利用芯片，利用芯片AD0804AD0804，编写程序实现并行模数转换，通过改变滑动变阻器的，编写程序实现并行模数转换，通过改变滑动变阻器的阻值，对应数码管上显示电压值。阻值，对应数码管上显示电压值。知识拓展知识拓展：如上图项目单片机采用如上图项目单片机采用AT89C51AT89C51，编写程序，编写程序，实现并行模数转换，通过改变滑动变阻器的阻实现并行模数转换，通过改变滑动变阻器的阻值，在液晶屏上显示电压值。值，在液晶屏上显示电压值。思考思考简述简述ADA

16、D转换的基本原理，分析并行、串行转换的基本原理，分析并行、串行ADAD转换的不同转换的不同点有哪些？点有哪些？2. 2. SPI总线多通道串行输出总线多通道串行输出A/D芯片芯片TLC1543TLC1543TLC1543是由是由TITI公司开发的开公司开发的开关电容式关电容式ADAD转换器，该芯片转换器，该芯片具有如下的一些特点：具有如下的一些特点：1010位位精度、精度、1111通道、三种内建的通道、三种内建的自测模式、提供自测模式、提供EOCEOC（转换（转换完成）信号等。该芯片与单完成）信号等。该芯片与单片机的接口采用串行片机的接口采用串行SPISPI总总线接口方式，引线很少，与线接口方

17、式，引线很少，与单片机连接简单。单片机连接简单。TLC1543TLC1543的引脚如图所示。的引脚如图所示。 AIN0AIN10AIN0AIN10（引脚（引脚1919，引脚，引脚1111、引脚、引脚1212）：输入，模拟量输）：输入，模拟量输入通道；入通道； VccVcc和和GND GND （引脚（引脚2020和引脚和引脚10): 10): 分别是电源引脚和地）；分别是电源引脚和地）； REF+REF+和和REF-REF-（引脚（引脚1414和引脚和引脚13): 13): 分别是参考电源的正负引脚，分别是参考电源的正负引脚，使用时一般将使用时一般将REF-REF-接到系统的地，达到一点接地的要

18、求，以减接到系统的地，达到一点接地的要求，以减少干扰；少干扰； CSCS（引脚（引脚1515）：为片选端，如不需选片，可直接接地；）：为片选端，如不需选片，可直接接地； I/O ClockI/O Clock（引脚（引脚1818）：是芯片的时钟端；）：是芯片的时钟端； DINDIN（引脚（引脚1717）：输入，串行数据输入端；）：输入，串行数据输入端； DOUTDOUT（引脚（引脚1616）：输出，串行数据输出端，输出的数据有长度）：输出，串行数据输出端，输出的数据有长度为为1010位；位； EOCEOC（引脚（引脚1919）：用于指示一次）：用于指示一次ADAD转换已完成，转换已完成，CPUC

19、PU可以读取数可以读取数据，该引脚是低电平有效，根据需要，该引脚可接入据，该引脚是低电平有效，根据需要，该引脚可接入CPUCPU的中的中断引脚，一旦数据转换完成，向断引脚，一旦数据转换完成，向CPUCPU提出中断请求；此外，也提出中断请求；此外，也可将该引脚接入一个普通的可将该引脚接入一个普通的I/OI/O引脚，引脚，CPUCPU通过查询该引脚的状通过查询该引脚的状态来了解当前的状态，甚至该引脚也可以不接，在态来了解当前的状态，甚至该引脚也可以不接，在CPUCPU向向TLC154TLC154发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即可。发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即可。SPI总

20、线协议 SPISPI（Serial peripheral interfaceSerial peripheral interface）总线技术是）总线技术是MotorolaMotorola公司推出的一种同步串行接口，是一种符公司推出的一种同步串行接口，是一种符合工业标准、全双工、三线或四线通信方式的总线合工业标准、全双工、三线或四线通信方式的总线系统系统 SPISPI总线大量用在与总线大量用在与EEPROMEEPROM、ADCADC、RAMRAM和显示驱动器之和显示驱动器之类的慢速外设器件通信。它只需四条线就可以完成类的慢速外设器件通信。它只需四条线就可以完成MCUMCU与各种外围器件的通讯与各

21、种外围器件的通讯 SPI时序SPI SPI 接口由接口由SDISDI（串行数据输入），（串行数据输入），SDOSDO（串行数据输出），（串行数据输出），SCKSCK（串行移位时钟）和（串行移位时钟）和CSCS（从使能信号）四种信号构成（从使能信号）四种信号构成 通讯时，数据由通讯时，数据由SDO SDO 输出，输出，SDI SDI 输入，数据在时钟的上升或输入，数据在时钟的上升或下降沿由下降沿由SDO SDO 输出，在紧接着的下降或上升沿由输出，在紧接着的下降或上升沿由SDI SDI 读入，读入，这样经过这样经过8 8（1616） 次时钟的改变，完成次时钟的改变，完成8 8（16 16 ）位数

22、据的）位数据的传输。传输。 SPISPI总线信号线基本连接关系：总线信号线基本连接关系：TLC1543 与MCS-51单片机的接口 CSIO CLKDINDOUTP1.3P1.0P1.1P1.2MCS-51TLC1543TLC1543TLC1543工作时序工作时序CS端低电平有效，在I/O CLOCK的前4个脉冲上升沿，以MSB前导方式从DIN口输入4位数据流到地址寄存器。这4位为模拟通道地址，控制14通道模拟多路器从11个模拟输入和3个内部自测电压中（其选择格式见下表），选通一路送到采样保持电路，该电路从第4个I/O CLOCK的下降沿开始对所选模拟输入进行采样，采样一直持续6个I/O CLOCK周期，保持到第10个I/O CLOCK的下降沿。TLCTLC驱动程序：驱动程序： uint TLC_1543_addr(uchar addr) uint date_out=0; uchar k,i,j; clock=0; cs=0; for (i=0;i4;i+) /读取四位地址 adin=(bit)(addr&0 x08); clock=1; clock=0; addr=1; for (j=0;j6;j+) /填充6 个CLOCK clo