单片机单片机应用系统接口技术

第七章、单片机应用系统接口技术7.1、显示器及其接口技术1LED数码管显示器1.1LED显示器的工作原理1.2LED显示器的显示方式1.3LED显示器接口电路

3LED--（LightEmittingDiode的英文缩写）,是利用PN结把电能 转换成光能的固体发光器件，根据制造材料的不同可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见光来。伏安特性--类似普通二极管，正向压降约为2伏左右，工作电流一般在10-20mA。结构形式--8段方形LED常用来显示设备的运行状态，可以显示各种数字和字符。图LED显示器1.1LED显示器工作原理4结构形式－共阴极：发光管的阴极并接成公共端COM，加高电平灯亮;

共阳极：发光管的阳极并接成公共端COM，加低电平灯亮.58段LED段选码原理图8段LED段选码原理实现方法－－CPU的数据线与LED各段引脚相连，控制输出的数据，点亮8段LED不同段的组合，显示等十六进制数。61.2、单个LED驱动实例前面介绍了LED数码管的结构及其显示方式。LED数码管主要用于显示数字和一些特定的字符。这里通过一个具体的实例介绍一下，如何使用51系列单片机来进行数字和字母的显示本例主要用来使用共阳极LED数码管显示数字或字符，完整的电路原理图，如图所示。7#include<reg51.h> //头文件#include<intrins.h>voidDelay(); //子函数声明voidLEDShow();voidmain() //主函数{ P1=0x00; //LED全亮

Delay(); //延时

P1=0xFF; //LED全灭

Delay(); //延时

P1=0x00; //LED全亮

Delay(); //延时

P1=0xFF; //LED全灭

Delay(); while(1) //循环{

LEDShow(); //扫描按键，显示数字或字符

}}voidDelay() //延时子函数{inti;

for(i=0;i<1000;i++)//循环

{_nop_();}}voidLEDShow(){ if(P2==0xFE) //S0按下

P1=0xC0;//显示字符“0” elseif(P2==0xFD)//S1按下

P1=0xF9;//显示字符“1” elseif(P2==0xFB)//S2按下

P1=0xA4;//显示字符“2” elseif(P2==0xF7)//S3按下

P1=0xB0;//显示字符“3” elseif(P2==0xEF)//S4按下

P1=0x99;//显示字符“4” elseif(P2==0xDF)//S5按下

P1=0x92;//显示字符“5” elseif(P2==0xBF)//S6按下

P1=0x82;//显示字符“6” elseif(P2==0x7F)//S7按下

P1=0xF8;//显示字符“7” elseif(P2==0xFC)//S2、S1同时按下

P1=0x80;//显示字符“8” }8

（1）．静态显示接口电路（2）．动态显示接口电路整个显示部分正常工作必须有：

显示部分、锁存器、译码、驱动电路。1.3多个LED驱动方式9（1）.静态显示方式

LED数码管静态显示方式是指，当数码管显示某个字符的时候，相应字段的发光二极管恒定地导通或者截止，即亮灭是完全不变的。在这种情况下，多个LED是同时显示的。这里以4个共阴极LED数码管为例，如图所示。其公共端接GND，每个LED数码管的字段引脚分别接单片机的P0、P1、P2、P3端口，这样便可以为每个数码管单独赋值操作。10但是由上图可见。4个数码管几乎占据了单片机所有输入输出接口。因此实际上采用外部扩展的方法实现数码管的静态显示11采用串行口模式0扩展LED显示12#include“reg51.h”SbitSTB0=P1^0;SbitSTB1=P1^1;SbitSTB2=P1^2;SbitSTB3=P1^3;Voidmain(){Scon=0x00;ES-0;STB0=0;STB1=0;STB2=0;STB3=0;SBUF=0xc0;While(TI==0)STB0=1;TI=0;STB0=0;SBUF=0xF9;While(TI==0)STB1=1;TI=0;STB1=0;SBUF=0xA4;While(TI==0)STB2=1;TI=0;STB2=0;SBUF=0xB0;While(TI==0)STB3=1;TI=0;STB3=0;While（1）}132.动态显示方式所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.580511#2#3#4#5#6#14LED数码管动态显示硬件结构电路原理分析单片机1个并口P1口作为6个数码管公共的段码输入端；单片机的P3.0~P3.5作为数码管的6个位选信号控制端；7407和7406分别作为段码和位选的驱动信号；LED数码动态扫描原理首先点亮LED1,其于5个LED熄灭,保持3mS左右,消隐；其次点亮LED2,其于5个LED熄灭,保持3mS左右,消隐；……最后点亮LED6,其于5个LED熄灭,保持3mS左右,消隐;扫描完1次大约需要24mS(每一次消隐1mS),扫描周期为50HZ左右；又由于人眼的“视觉暂留”现象,则认为所有的数码管是恒定点亮的。1510-1.LED数码管显示原理从P1口送出1#段码;P3.0←1、其它输出0

延时3ms(1#)显示）

从P1口送出00H

延时1ms消隐

从P1口送出6#段码;P3.5←1、其它输出0

延时3ms(6#)显示）

从P1口送出00H

延时1ms消隐

流程图：16案例分析（2位学号显示）硬件电路原理图17取出（ACC）低4位，查出8段码，送P0口，P3.4←1,P3.5←0延时3ms（LED1显示）从P0口送出0FFH延时1ms（消隐）取出（ACC）高4位，查出8段码，送P0口，P3.4←0,P3.5←1延时3ms（LED2显示）从P0口送出0FFH延时1ms（消隐）开始30H←#39H,A←30H流程图：18程序清单

ORG0000H MOVP0,#0FFH ;段码清零

MOV30H，#39H ;写入需要显示的数据“39” MOVDPTR,#TAB ;共阳极数码管的段码表LOOP: CLRP3.4 ;选中LED1 SETBP3.5 MOVA,30H ANLA,#0FH ;高4位清0，保留低4位

MOVCA,@A+DPTR ;查表取出低4位的段码

MOVP0,A ;段码送P0口

LCALLDELAY3ms ;延时3ms MOVP0,#0FFH LCALLDELAY1ms ;消隐1ms CLRP3.5 ;选中LED2 SETBP3.4 MOVA,30H ;取显示数据

ANLA,#0F0H ;低4位清0，保留高4位

SWAPA ;累加器高低4位交换取出低位的段码，送LED1取出高位的段码，送LED2两者区别19程序清单（续）

MOVC A,@A+DPTR ;查表取出段码

MOV P0,A ;段码送P0口

LCALL DELAY3ms ;延时3ms MOV P0,#0FFH LCALL DELAY1ms ;消隐1ms LJMP LOOPTAB: DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H DB0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H DB86H,8EH ;“0—F”的共阳极段码表

END思考:如果是共阴数码管呢?20单片机A/D和D/A应用接口技术本讲主要内容：1.

A/D转换器基本知识2.ADC0809基本应用方法3.D/A转换器基本知识4.DAC0832基本使用方法221.A/D转换器基本知识具有A/D和D/A的单片机控制系统构成23A/D转换器的主要技术指标分辨率 使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常 用二进制的位数表示。

例如:12位ADC的分辨率就是12位，一个10V满刻度的12位ADC能分辨 输入电压变化最小是:10V×1/212=2.4mV量化误差

ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。24A/D转换器的主要技术指标偏移误差

指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。满刻度误差

满刻度误差又称为增益误差。指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。线性度

线性度有时又称为非线性度，指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。25A/D转换器的主要技术指标绝对精度

在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输入与理论模拟输入之差的最大值，称为绝对精度。对于ADC而言，可以在每一个阶梯的水平中点进行测量，它包括了所有的误差。转换速率

指ADC能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。

268位转换芯片ADC0809ADC0809是逐次逼近型8位A/D转换器，片内有八路模拟开关，可对八路模拟电压量实现分时转换。典型转换速度100μs。片内带有三态输出缓冲器，可直接与单片机的数据总线相连接。27CLK：时钟信号，典型值为500～640KHZ

VREF+、VREF-：基准电压输入，

ALE：地址锁存允许，其上升缘锁存ADDC～ADDA的地址信号

START：A/D转换启动信号，上升缘启动A/D转换。

EOC：转换完成信号，启动转换后，EOC输出低电平，转换完成后输出高电平。该信号可用作向单片机提出中断申请，或者作为查询信号。ALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKVREF+VREF-VCCIN0IN7GNDADC0809ADC0809的引脚见图，其信号意义如下：28OE：数字量输出允许信号，该引脚输入高电平时，转换后的数字量从D0～D7脚输出。IN0～IN7：模拟电压输入，八个引脚可分别接八路模拟信号。

ADDA、ADDB、ADDC：通道选择信号，其输入电平的组合选择模拟通道IN0～IN7之一

ALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKVREF+VREF-VCCIN0IN7GNDADC080929AT89C51与ADC0809接口

ADC0809与AT89C51单片机的一种连接如图所示。电路连接主要涉及两个问题，一是8路模拟信号通道选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。30REF(+)≥1≥11ALEP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7/WR/RDP2.0/INT0AT89C51

Q0Q1Q2GD0D1

…

D6D774LS373/OECLKADDAADDBADDC2-82-62-72-12-22-42-32-5STARTOEALEEOCADC0809IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7+5VGNDREF(+)REF(-)AT89C51与ADC0809接口图31

例8.4用查询方式分别对8路模拟信号轮流采样次，并依次把结果存到以片内RAM30H为首地址的数据存储区。

A/D转换程序流程图如图所示。ADC0809应用举例32开始初始化启动A/D转换转换完成？读转换结果存结果，修改变量8次否？返回NYYNA/D转换程序流程图33参考程序如下：MAIN：MOVR1，#30H；置数据区首址

MOVDPTR，#0FEF8H；指向IN0MOVR7，#08H；置通道数LOOP：MOVX@DPTR,A；启动A/D转换

MOVR6,#05H；软件延时DALY：NOPDJNZR6,DALYWAIT：JBP3.2,WAIT；查询是否转换结束

MOVXA,@DPTR；读取转换结果

MOV@R1,A；存取数据

INCDPTR；指向下一个通道

INCR1；指向下一个单元

DJNZR7,LOOP；巡回检测8个通道

RET34输入：数字量，输出：模拟量。转换过程：送到DAC的各位二进制数按其权的大小转换为相应的模拟分量，再把各模拟分量叠加，其和就是D/A转换的结果。使用D/A转换器时，要注意区分:D/A转换器的输出形式;

内部是否带有锁存器。(1)输出形式

两种输出形式:电压输出形式与电流输出形式。电流输出的D/A转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个I-V转换电路。二、D/A转换器

1、概述35（2）D/A转换器内部是否带有锁存器

D/A转换需要一定时间，这段时间内输入端的数字量应稳定，为此应在数字量输入端之前设置锁存器，以提供数据锁存功能。根据芯片内是否带有锁存器，可分为内部无锁存器的和内部有锁存器的两类。*内部无锁存器的D/A转换器可与P1、P2口直接相接（因P1口和P2口的输出有锁存功能）。但与P0口相接，需增加锁存器。*内部带有锁存器的D/A转换器

内部不但有锁存器，还包括地址译码电路，有的还有双重或多重的数据缓冲电路，可与MCS-51的P0口直接相接。362.主要技术指标(1)分辨率输入给DAC的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2n之比。显然，二进制位数越多，分辨率越高。例如，若满量程为10V，根据定义则分辨率为10V/2n。设8位D/A转换，即n=8，分辨率为10V/2n=39.1mV，该值占满量程的0.391%，用1LSB表示。同理：10位D/A：1LSB=9.77mV=0.1%满量程

12位D/A：1LSB=2.44mV=0.024%满量程根据对DAC分辨率的需要,来选定DAC的位数。

37(2)建立时间描述DAC转换快慢的参数,表明转换速度。定义：为从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)LSB(最低有效位)时所需的时间。电流输出时间较短，电压输出的，加上I-V转换的时间，因此建立时间要长一些。快速DAC可达1

s以下。(3）精度

理想情况，精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存在着误差,精度与分辨率并不完全一致。位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器精度会有所不同。例如，某型号的8位DAC精度为0.19%，另一型号的8位DAC精度为0.05%。383.DAC0832芯片介绍(1)DAC0832的特性美国国家半导体公司产品，具有两个输入数据寄存器的8位DAC,能直接与MCS-51单片机相连。主要特性如下：分辨率为8位；电流输出，稳定时间为1

s；可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入；单一电源供电（+5～+15V）；

39（2）DAC0832的引脚及逻辑结构40DAC0832的逻辑结构：41引脚功能：DI0～DI7：8位数字信号输入端CS*：

片选端。ILE：

数据锁存允许控制端，高电平有效。WR1*：输入寄存器写选通控制端。当CS*=0、ILE=1、WR1*=0时，数据信号被锁存在输入寄存器中。42XFER*：数据传送控制。WR2*：DAC寄存器写选通控制端。当XFER*=0，WR2*=0时，输入寄存器状态传入DAC寄存器中。43“8位输入寄存器”用于存放CPU送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由LE1*控制；“8位DAC寄存器”存放待转换的数字量，由LE2*控制；“8位D/A转换电路”由T型电阻网络和电子开关组成，T型电阻网络输出和数字量成正比的模拟电流。44IOUT1：电流输出1端，输入数字量全“1”时，IOUT1最大，输入数字量全为“0”时，IOUT1最小。IOUT2：D/A转换器电流输出2端，IOUT2+IOUT1=常数。Rfb：外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻Rfb，根据需要也可外接反馈电阻。Vcc：电源输入端，可在+5V~+15V范围内。DGND：数字信号地。AGND：模拟信号地。454.DAC的应用(1)单极性电压输出单极性模拟电压输出，可采用图11-5所示接线。输出电压Vout与输入数字量B的关系:Vout=－（B/256）*VRFE式中，B=b7·27+b6·26+……+b1·21+b0·20；

B为0时，Vout也为0，输入数字量为255时，Vout为最大值,单极性。

46双极性电压输出，采用图11-3接线：Vout=（B－128）*（VREF/128）由上式，在选用+VREF时，（1）若输入数字量b7＝1，则Vout为正；（2）若输入数字量b7＝0，则Vout为负。在选用-VREF时，Vout与+VREF时极性相反。（2）双极性电压输出

47（3）DAC用作程控放大器DAC还可作程控放大器，见图11-4。DAC的输出和输入之间的关系:Vout=-Vin*(256/B）256/B看作放大倍数。但输入数字量B不得为“0”。

485.MCS-51与DAC0832的接口电路(1)单缓冲方式

DAC0832的两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个处于受控的锁存方式。在不要求多路输出同步的情况下，可采用单缓冲方式。单缓冲方式的接口如图11-5:49(1)锯齿波的产生

ORG2000HSTART:MOVDPTR，#7FFFH ；DAC地址7FFFH→DPTRMOVA，#00H ；数字量→ALOOP:MOVX@DPTR，A ；数字量→D/A转换器INCA ；数字量逐次加1SJMPLOOP50#include<reg51.h>#include<absacc.h>/*定义DAC0832端口地址*/#defineDAC0832XBYTE[0x7fff]#defineucharunsignedcharvoidjuchiw(void){uchari;for(i=0;i<255;i++){ DAC0832=i;delay（）；}

DAC0832=0;}voidmain(void){saw();}51(2)三角波的产生ORG2000HSTART:MOVDPTR，#7FFFHMOVA，#00HUP:MOVX @DPTR，A

；三角波上升边INCAJNZUPDOWN: DECA ；A=0时再减1又为FFHMOVX@DPTR，AJNZDOWN

；三角波下降边SJMPUP52#include<reg51.h>#include<absacc.h>/*定义DAC0832端口地址*/#defineDAC0832XBYTE[0x7fff]#defineucharunsignedcharvoidsaw(void){uchari;for(i=0;i<255;i++){ DAC0832=i;delay（）；}for(i=254;i>=0;i++){

DAC0832=i;delay（）；}}voidmain(void