【大學(xué)課件】單片機(jī)及接口電路設(shè)計(jì)PPT

1、5.3 模擬多路開關(guān)模擬多路開關(guān)5.2 a/d轉(zhuǎn)換及與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換及與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)5.1 mcs-51單片機(jī)單片機(jī)第第5章章 單片機(jī)及接口電路設(shè)計(jì)單片機(jī)及接口電路設(shè)計(jì) 5.6 atmega128基礎(chǔ)實(shí)例基礎(chǔ)實(shí)例5.5 avr單片機(jī)開發(fā)工具單片機(jī)開發(fā)工具(atmega128)5.4 avr單片機(jī)簡介單片機(jī)簡介(atmega128)5.1 mcs-51單片機(jī)單片機(jī)5.1.1 mcs-515.1.1 mcs-51單片機(jī)的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)圖5-1 mcs-51引腳圖（1）主電源引腳vcc和vss。（2）外接晶體引腳xtal1和xtal2。（3）控制與

2、其它電源復(fù)用引腳rst/vpd、ale/、和/vpp。（4）輸入/輸出(i/o)引腳、po、p1、p2、p3(共32根)，其中， p3口(10腳17腳) 還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。5.1.2 mcs-515.1.2 mcs-51片內(nèi)總體結(jié)構(gòu)片內(nèi)總體結(jié)構(gòu)5.1.3 mcs-515.1.3 mcs-51單片機(jī)基本外圍電路單片機(jī)基本外圍電路 1. mcs-51單片機(jī)上電復(fù)位電路2mcs-51單片機(jī)時(shí)鐘電路3mcs-51單片機(jī)基本外圍電路123456abcd654321dcbatitlenum berr evisionsizebdate:2-oct-2008 sheet of file:e:教

3、學(xué) 文 件 機(jī) 電 一 體 化 課 程 文 件 2008機(jī) 制 本 部 m ydesign.ddbdrawn b y:ea/vp31x119x218r eset9r d17w r16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11r xd10u189s51y111.0592c 130pc 230pr 1010k+c 310uvc cvc cr 3

4、 r 4 r 5 r 6 r 7 r 2 r 1 r 0 470*8d0 d1 d3 d2 d4 d5 d6 d7 vc cp10p11p12p13p14p15p16p17p10p11p12p13p14p15p16p1712345678161514131211109r p1470*8r stvc c圖5-6 mcs-51單片機(jī)基本外圍電路 123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:2-oct-2008 sheet of file:e:教 學(xué) 文 件 機(jī) 電 一 體 化 課 程 文 件 2008機(jī) 制 本 部 m ydesign.ddbdr

5、awn by:ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u189s51y111.0592c130pc230pr1010k+c310uvccvccr3 r4 r5 r6 r7 r2 r1 r0 470*8d0 d1 d3 d2 d4 d5 d6 d7 vccp10p11p12

6、p13p14p15p16p17p10p11p12p13p14p15p16p1712345678161514131211109rp1470*8rstvcc圖5-7 mcs-51單片機(jī)輸入輸出控制基本電路工作例程如下：#include #include #define xtal 11.0592mzunsigned int x,y; void main(void) x=p0; y=x; p1=y; p0口作為輸入，檢測輸入電平高低，p1口作為輸出，控制led亮滅。其工作過程為，檢測p0口8個(gè)輸入電平，再將p0口檢測到的8個(gè)電平從p1口的8個(gè)引腳輸出。 5.1.4 mcs-51單片機(jī)看門狗電路(max

7、6814) 隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和制造工藝的日益成熟，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，但由于單片機(jī)自身的抗干擾能力較差，尤其是在一些條件比較惡劣、噪聲大的場合常會出現(xiàn)單片機(jī)因受外界干擾而導(dǎo)致死機(jī)的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不能正常工作。設(shè)置看門狗是防止單片機(jī)死機(jī)提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾性的一種重要途徑。 max6814是低功耗看門狗電路，該器件通過監(jiān)視系統(tǒng)軟件代碼的運(yùn)行錯(cuò)誤提高系統(tǒng)的可靠性。 (a)max6814芯片引腳圖 (b) 電源上電和掉電時(shí)序圖 (c)看門狗工作時(shí)序圖圖5-8 看門狗電路(max6814)該器件通過監(jiān)視系統(tǒng)軟件代碼的運(yùn)行錯(cuò)誤提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)看門狗輸入檢測到一個(gè)瞬變沿wdi時(shí)，內(nèi)部看門狗定

8、時(shí)器被清零并重新啟動，然后重新開始計(jì)時(shí)。如果看門狗定時(shí)器超過了看門狗超時(shí)周期(twd=1.6s典型值)，低電平有效、推挽式看門狗輸出將被觸發(fā)并維持一個(gè)看門狗脈沖 （周期tpp=140ms最小值），向系統(tǒng)發(fā)出故障警報(bào)。 wdo1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:21-oct-2008sheet of file:e:教 學(xué) 文 件 機(jī) 電 一 體 化 課 程 文 件 2008機(jī) 制 本 部 m ydesign.ddbdrawn by:ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p11

9、2p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u189s51y112m hzcat130pcat230pvccrxdtxdrstp00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13p14p15p16p17p20p21p22p23p24p25p26p27m ax6814/wdogndn.cvccwdiu?notvcc圖5-9 看門狗電路(max6814)在mcs-51單

10、片機(jī)中的應(yīng)用電路工作例程如下:#include #include #define xtal 11.0592mzunsigned int x, y, i; void main(void) for(;) x=p0; y=5; p17=0;/喂狗指令/ p17=1; 5.2 a/d轉(zhuǎn)換及與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換及與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)傳感器變送器a/dcpu電量模 擬電壓量數(shù)字量圖圖 傳感器與微機(jī)的接口通道 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路稱為a/d轉(zhuǎn)換。ad571是10位逐次逼近式的單片集成a/d轉(zhuǎn)換芯片。ad571將d/a轉(zhuǎn)換電路、參考電壓、時(shí)鐘脈沖、比較器、逐次逼近寄存器及輸比緩沖器集成在一個(gè)芯片上，并有三態(tài)輸

11、出，所以很容易與微處理器接口。 圖圖 模擬量以數(shù)字量的表示 a/d變換精度（分辨率）變換精度（分辨率）：1lsb a/d變換位數(shù)：8位（低精度，1lsb=1/256）， 10位（常用，1lsb=1/1024）， 12位（常用，1lsb=1/4096）， 16位（高精度，1lsb=1/16384）a/d變換滿度（模擬輸入范圍）變換滿度（模擬輸入范圍）：05v，010v，-5+5v等。a/d變換時(shí)間變換時(shí)間： 從變換開始到變換結(jié)束的時(shí)間，各廠家采用的電路不同變換時(shí)間也不同。例1： 10位a/d變換器滿度05v，當(dāng)vin=2.3v時(shí)，變換值為多少？例2： 10位a/d變換器滿度-5+5v，當(dāng)vin=

12、2.3v時(shí)，變換值為多少？ ad571轉(zhuǎn)換器an-in：模擬電壓輸入端an-gnd：模擬地gnd：電源地v-，v+： 工作電源電壓輸入端（+15v，-15v）bit1bit10：十位數(shù)據(jù)輸出端bplrof： 單極性輸入接地、雙極性輸入接高電平bl/cnv： 接高電平不轉(zhuǎn)換，接地啟動轉(zhuǎn)drtrdy： 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)變?yōu)榈碗娖?轉(zhuǎn)換時(shí)間：15s40s，一般為25s123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:30-sep-2010sheet of file:e:教學(xué)文件機(jī)電一體化課程2010機(jī)制07教案mydesign.ddbdrawn by:gnd

13、16an-in13msbit19bit28an-gnd14bit37bit46bit55bit64bplrof15bit73bit82bit91lsb-1018+vs10datrdy17-vs12bl&cnv11 ad571ain：模擬電壓輸入端agnd：模擬地gnd：數(shù)字地v-，v+： 工作電源電壓輸入端（+15v，-15v）bit1bit10：十位數(shù)據(jù)輸出端bplrof： 單極性輸入接地、雙極性輸入接高電平b/c（blank/convert）：）： 接高電平不轉(zhuǎn)換，接地啟動轉(zhuǎn)datrdy：轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)變?yōu)榈碗娖睫D(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間：15s40s，一般為25s計(jì)算下列輸入電壓時(shí)的數(shù)字輸出

14、值：計(jì)算下列輸入電壓時(shí)的數(shù)字輸出值：ain=2.1v(單極性輸入)ain=7.5v(單極性輸入)ain=-3.5v(雙極性輸入)ain=2.5v(雙極性輸入)123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:30-sep-2010sheet of file:e:教 學(xué) 文 件 機(jī) 電 一 體 化 課 程 2010機(jī) 制 07教 案 m ydesign.ddbdrawn by:gnd16an-in13msbit19bit28an-gnd14bit37bit46bit55bit64bplrof15bit73bit82bit91lsb-1018+vs1

15、0datrdy17-vs12bl&cnv11 ad571+15v-15vctrinainad571轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:2-oct-2008 sheet of file:e:教 學(xué) 文 件 機(jī) 電 一 體 化 課 程 文 件 2008機(jī) 制 本 部 m ydesign.ddbdrawn by:vccrad5100rad6100+12v-12vz-ref-in10lsbdb016db117an-gnd9db218db319db420bplrof12db521db622db72310vspn13db8

16、24db92520vspn14db1026msb-1127refout8status28cs3+vs7a0/sc4r/c5-vs1112/82ce6vcc1u2ad1674a32674u7op-07z+rad11krad21k+12v-12vrad44.7krad34.7kvccea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p272

17、8psen29ale/p30txd11rxd10u189s51y112m hzcat130pcat230prat11kvccvccrxdtxdrstp00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13csa0r/-cstatusp14p15p16p17p20p21p22p23p24p25p26p27信 號 放 大 電 路信 號 12位 a/d轉(zhuǎn) 換 電 路+cat34.7up00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13p20p21p22123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:2-oct-20

18、08 sheet of file:e:教 學(xué) 文 件 機(jī) 電 一 體 化 課 程 文 件 2008機(jī) 制 本 部 mydesign.ddbdrawn by:vccrad5100rad6100+12v-12vz-ref-in10lsbdb016db117an-gnd9db218db319db420bplrof12db521db622db72310vspn13db824db92520vspn14db1026msb-1127refout8status28cs3+vs7a0/sc4r/c5-vs1112/82ce6vcc1u2ad1674a32674u7op-07z+rad11krad21k+12v-

19、12vrad44.7krad34.7kvccea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u189s51y112mhzcat130pcat230prat11kvccvccrxdtxdrstp00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13csa0r/-cs

20、tatusp14p15p16p17p20p21p22p23p24p25p26p27信 號 放 大 電 路信 號 12位 a/d轉(zhuǎn) 換 電 路+cat34.7up00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13p20p21p22圖5-12 ad1674差分輸入雙極性a/d轉(zhuǎn)換單片機(jī)接口電路5.3 模擬多路開關(guān)模擬多路開關(guān)圖5-13 多路傳感器模擬開關(guān)切換a/d轉(zhuǎn)換 在使用cd4051或其它同類工藝制作的器件時(shí)要注意的是，當(dāng)只使用其中部分開關(guān)時(shí)，必須把其余不用的開關(guān)的控制端接到vdd或vss，否則在懸空狀態(tài)下有可能受高壓靜電感應(yīng)而擊穿，導(dǎo)致永久性損壞。表5-1多路模擬開關(guān)cd

21、4051真值表輸入狀態(tài)通道號inh(禁止端)cbacd4051b00000000110010200113010040101501106011171xxx不接通 x：忽視5.4 avr單片機(jī)簡介單片機(jī)簡介(atmega128)5.4.1 atmega128的結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)128kb的系統(tǒng)內(nèi)可編程flash、4kb的eeprom、53個(gè)通用i/0口線、32個(gè)通用工作寄存器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘rtc、4個(gè)pwm功能的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(t/c)、兩個(gè)us-art、兩線接口twi、8通道10位adc 、片內(nèi)看門狗、spi串行端口、jtag程序下載測試接口。5.4.2 atmega128的封裝和引腳 端口a(pa7p

22、a0)：8位雙向i/o口 端口b(pb7pb0)：8位雙向i/o口 端口c(pc7pc0)：8位雙向l/o口 端口d(pd7pd0)：8位雙向l/o口 端口e(pe7pe0)：8位雙向l/o口 端口f(pf7pf0)： 8位雙向1/o口 端口g(pg4pg0): 5位雙向l/o口 reset：復(fù)位輸入引腳。 xtal1： 反向振蕩器放大器及片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入。 xtal2：反向振蕩器放大器的輸出。 avcc：avcc為端口f以及adc轉(zhuǎn)換器的電源 aref：aref為adc的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 pen：pen是spi串行下載的使能引腳。5.4.3 atmega128的i/o端口描述 端口a

23、寄存器 輸出porta、方向ddra、輸入pina位 7 6 5 4 3 2 1 0porta7porta6orta5porta4porta3porta2porta1porta0讀/寫 r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w復(fù)位值 0 0 0 0 0 0 0 0 位 7 6 5 4 3 2 1 0dda7dda6dda5dda4dda3dda2dda1dda0pina7pina6pina5pina4pina3pina2pina1pina0讀/寫 r r r r r r r r復(fù)位值 n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a讀/寫 r/w r/w r

24、/w r/w r/w r/w r/w r/w復(fù)位值 0 0 0 0 0 0 0 0 位 7 6 5 4 3 2 1 05.4.4 atmega128端口的第2功能1.端口b的第2功能端口引腳第2功能pb7oc2/oc1c（1）（t/c2的輸出比較和pwm輸出，或是t/c1的輸出比較和pwm輸出c）pb6oc1b（t/c1的輸出比較和pwm輸出b）pb5oc1a（t/c1的輸出比較和pwm輸出a）pb4oc0（t/c0的輸出比較和pwm輸出）pb3miso（spi總線的主機(jī)的輸入/從機(jī)輸出信號）2.端口e的第2功能端口引腳第2功能pe7lnt7/ic3注（外部中斷7的輸入引腳，或是t/c3輸入捕

25、捉的觸發(fā)引腳）pe6int7/t3注（外部中斷6的輸入引腳，或是t/c3的時(shí)鐘輸入）pe5lnt5/oc3c注(外部中斷5的輸入引腳，或是t/c3的輸出比較和pwm輸出c引腳)pe4lnt4/oc3b注(外部中斷4的輸入引腳，或是t/c3的輸出比較和pwm輸出b引腳)pe3alnl/0c3a注（模擬比較器負(fù)輸大端，或是t/c3的輸出比較和pwm輸出a引腳)pe2aln0/xcko注(模擬比較器正輸入端，或是usarto的外部輸入/輸出時(shí)鐘)pe1pdo/txdo(編程數(shù)據(jù)輸出，或是usarto的發(fā)送引腳)pe0pdl/rxd0（編程數(shù)據(jù)輸出，或是usarto的接收引腳)3.端口f的第2功能端口

26、引腳第2功能pf7adc7/tdi（adc輸入通道7，或是jtag測試數(shù)據(jù)輸入引腳)pf6adc6/tdi（ad輸入通道6，或是jtag測試數(shù)據(jù)輸入引腳)pf5adc5/tms（adc輸入通道5，或是jtag測試模式選擇引腳)pf4adc4/tck（adc輸入通道4，或是jtag測試時(shí))pf3adc3（adc輸入通道3）pf2adc2（adc輸入通道2）pf1adc1（adc輸入通道1）pf0adc3（adc輸入通道0）5.4.5 atmega128的時(shí)鐘系統(tǒng)圖5-18為avr的主要時(shí)鐘系統(tǒng)及其分布1）cpu 時(shí)鐘-clkcpu 2）i/0時(shí)鐘 - clki/o 3）flash時(shí)鐘 -clkf

27、lash 4）定時(shí)器時(shí)鐘-clkasy5）adc時(shí)鐘-clk adc 5.5 avr單片機(jī)開發(fā)工具單片機(jī)開發(fā)工具(atmega128)5.6 atmega128基礎(chǔ)實(shí)例基礎(chǔ)實(shí)例5.5.1 發(fā)光二極管應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 發(fā)光二極管，簡稱led。日常生活中經(jīng)?？吹接行╇娖鲙в衛(wèi)ed指示燈有節(jié)奏地閃動，通過這個(gè)led指示燈可以了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 介紹發(fā)光二極管的器件原理和與單片機(jī)之間的應(yīng)用，了解如何通過單片機(jī)的i/o口來控制發(fā)光管的亮滅。本實(shí)例以pa口控制8個(gè)發(fā)光二極管為例說明其應(yīng)用方法。 led電壓一般是0.8v；而工作電流則一般在230ma之間。 為了確定led上限流串接電阻的大小，假設(shè)系統(tǒng)供電為5v，

28、led上串接的電阻是1k如果此時(shí)led上的電壓是0.8v，那么此時(shí)通過led的電流則為(5v-0.8v)/1000=4.2ma。如果需要提高亮度，一般將電流控制在10ma左右，則此時(shí)電阻應(yīng)該選擇(5v-0.8v)/10ma=420,所以串聯(lián)電阻可以選擇470。 123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:4-apr-2011 sheet of file:h:機(jī)電一體化教材機(jī)電一體化課程2010機(jī)制07教案avr128參考電路avr128參考電路.ddbdrawn by:vccc10.1urstpf0pf1pf2pf3tcktmstdotdi

29、arefpe0pe1pe2pe3pe4pe5pe6pe7pb0mosimisopb4pb5pb6pb7penpg4pg3pd0pd1pd2pd3pd4pd5pd6pd7pg1pg0pc0pc1pc2pc3pc4pc5pc6pc7pg2pa0pa1pa2pa3pa4pa5pa6pa7pf0(adc0)61pf1(adc1)60pf2(adc2)59pf3(adc3)58pf4(adc4/tck)57pf5(adc5/tms)56pf6(adc6/tdo)55pf7(adc7/tdi)54aref62avcc64agnd63pe0(pdi/rxd0)2pe1(pdo/txd0)3pe2(ain0/

30、xck0)4pe3(ain1/oc3a)5pe4(int4/oc3b)6pe5(int5/oc3c)7pe6(int6/t3)8pe7(int7/icp3)9pb0(ss)10pb1(sck)11pb2(mosi)12pb3(miso)13pb4(oc0)14pb5(oc1a)15pb6(oc1b)16pb7(oc2/oc1c)17pen1reset20pg4(tosc1)19pg3(tosc2)18xtal124xtal223(scl/int0)pd025(sda/int1)pd126(rxd1/int2)pd227(txd1/int3)pd328(icp1)pd429(xck1)pd530

31、(t1)pd631(t2)pd732(wr)pg033(rd)pg134(ad0)pa051(ad1)pa150(ad2)pa249(ad3)pa348(ad4)pa447(ad5)pa546(ad6)pa645(ad7)pa744(a8)pc035(a9)pc136(a10)pc237(a11)pc338(a12)pc439(a13)pc540(a14)pc641(a15)pc742(ale)pg243vcc52gnd53gnd22vcc21u1atmega128avccsckx2x1gndled0r0 1kled1r1 1kled2r2 1kled3r3 1kled4r4 1kled5r5

32、 1kled6r6 1kled7r7 1kpa0pa1pa2pa3pa4pa5pa6pa7vcc圖5-29 led發(fā)光管應(yīng)用電路#include#includevoid delay(void) unsigned int k； for(k=0；k5000；k + +)； void main (void) ddra=oxff； porta=oxff； while(1) porta=0 x00； /pa0 全亮 delay( )； /延時(shí) porta=0 xff； /pa0 全滅 delay( )； /延時(shí) 工作程序工作程序 5.5.2 鍵盤電路應(yīng)用實(shí)例 按鍵是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的信息輸入部件，同時(shí)也

33、是人機(jī)對話中不可缺少的輸入設(shè)備。在和單片機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)的時(shí)候，按鍵通常有兩種接法，一種叫獨(dú)立式按鍵，另外一種叫行列式或掃描式按鍵。 本實(shí)例利用獨(dú)立按鍵來獨(dú)立演示鍵盤電路的工作原理，用一個(gè)按鍵來控制一個(gè)led燈的亮滅。ki(i=1-4)按鍵按下時(shí)ledi(i=0-3)亮；ki(i=1-4)抬起時(shí)ledi(i=0-3)滅。123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:4-apr-2011 sheet of file:h:機(jī)電一體化教材機(jī)電一體化課程2010機(jī)制07教案avr128參考電路avr128參考電路.ddbdrawn by:vccc10.1urstpf0pf1pf2pf3tcktmstdotdiarefpe0pe1pe2pe3pe4pe5pe6pe7pb0mosimisopb4pb5pb6pb7penpg4pg3pd0pd1pd2pd3pd4pd5pd6pd7pg1pg0pc0pc1pc2pc3pc4pc5pc6pc7pg2pa0pa1pa2pa3pa4pa5pa6pa7pf0(adc0)61pf1(adc1)60pf2(adc2)59pf3(adc3)58pf4(adc4/tck)57pf5(adc5/tms)56pf6(adc6/tdo)55pf7(adc7/tdi)54aref62avcc64agnd63pe0