單片機(jī)原理及應(yīng)用 第七章 單片機(jī)的典型外圍接口技術(shù)

1、 A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件.模擬量可是電壓、電流等電信號(hào)，也可是聲、光、壓力和溫度等隨時(shí)間連續(xù)變化的非電物理量。 非電物理量可通過(guò)合適的傳感器等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，模擬量只有轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被計(jì)算機(jī)采集、分析和計(jì)算處理。 電壓頻率式：精度高 價(jià)格低，但轉(zhuǎn)換速度不高 積分式：抗干擾能力好，轉(zhuǎn)換速度低 逐次逼近式：轉(zhuǎn)換速度較快 并行轉(zhuǎn)換： 串行轉(zhuǎn)換： 選擇分辨率（38位/912位/13位以上） 確定精度（誤差范圍） A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間和路數(shù) 輸入/輸出特性和范圍 電源種類和功耗 工作環(huán)境 接口是否方便 ADC0809是逐次比較式的8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度為100US，電源電壓+5V E

2、OC:開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平,當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平. 查詢方式:查詢EOC引腳 中斷方式:EOC經(jīng)反相器接8051的外部中斷引腳 ALE=START= OE= 端口地址確定應(yīng)使P2.7=A15=0,A0、A1、A2給出被選擇的模擬通道地址 選通模擬量輸入通道 發(fā)出啟動(dòng)信號(hào) 用查詢或中斷方法等待轉(zhuǎn)換結(jié)束(延時(shí)) 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MAIN:MOV R1,#data MOV DPTR,#7FF8H;P2.7=0,且指向通道O MOV R7,#08H;置通道數(shù) LOOP:MOVXDPTR,A;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 MOV R6,#OAH; DLAY：NOP NOP NOP DJNZ R6,DLAY MOVX A,

3、DPTR;讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOVR1，A INC DPTR；指向下一個(gè)通道 INC R1;修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DJNZ R7,LOOP;8個(gè)通道全采樣完了嗎? 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 算術(shù)平均 滑動(dòng)平均值法(循環(huán)隊(duì)列) 去極值法 低通濾波 通道的選擇是由地址線A0、A1、A2來(lái)完成A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)1、采用定時(shí)中斷方式，每500ms采樣一次，采樣通道02、A/D

4、采樣采用外部中斷方式，后邊沿觸發(fā)3、程序流程：初始化 開定時(shí)器 定時(shí)時(shí)間到？ 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)化 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？ 讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 轉(zhuǎn)換結(jié)果送發(fā)光二極管顯示4、實(shí)驗(yàn)要求：提前編寫程序，并調(diào)試正確5、帶上第一次實(shí)驗(yàn)程序，準(zhǔn)備接受檢查6、第3次實(shí)驗(yàn)為8255鍵盤顯示實(shí)驗(yàn) 偽指令A(yù)DPORT EQU 8100H;ADC0809通道0地址DISPORT EQU 8300H;顯示端口地址Flag1 BIT 00H ;定時(shí)時(shí)間到標(biāo)志Flag2 BIT 01H ;AD轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)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;用于計(jì)數(shù)定時(shí)中斷次數(shù) CLR FLAG1 CLR FLAG2 SETB IT0; 后邊沿觸發(fā)外部中斷 SETB ET0;T0中斷允許 SETB EX0;外部中斷0中斷允許 SETB EA SETB TR0;開啟定時(shí)器0 主程序LOOP1：JBC FLAG1,SAMPLE;等待定時(shí)時(shí)間到， AJMP LOOP1SAMPLE: MOV DPTR,#ADPORT MOVX DPTR,A;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換LOOP2: JBC FLAG2,RD

6、ATA;等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 AJMP LOOP2RDATA: MOVX A,DPTR;讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV DPTR,#DISPORT MOVX DPTR,A;輸出數(shù)據(jù)到發(fā)光管 AJMP LOOP1 ; 程序循環(huán) 定時(shí)中斷與外部中斷程序T0INT: MOV TH0,#XXH MOV TL0,#XXH DEC R7 CJNE R7,#00H,RTN MOV R7,#0AH SETB FLAG1RTN: RETIINTAD: SETB FLAG2 RETI AD574A是一個(gè)完整的逐位比較式12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有可與8位、12位或16位微處理器直接接口的三態(tài)輸出緩沖器。其引腳分配和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框

7、圖示于下圖。 AD574A是一片模擬電路，一片數(shù)字電路組成的混合式集成芯片。 其主要特點(diǎn)為： 不需要外圍緩沖電路可直接與最通用的8位或16位微處理器接口。 短的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在獨(dú)立工作方式下，可在25us時(shí)間內(nèi)完成一次轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)鎖存在輸出鎖存器中。 可提供四種不同的輸入范圍： 單極性輸入010v或020v； 雙極性輸入 -5 +5v 或 -10 +10v。 自帶參考電壓。該電源除供本身使用外，還可以為外部負(fù)載提供1mA的電流輸出。AD574A有兩組控制引腳：一般控制引腳（CE、CS和R/C）和內(nèi)部寄存器控制引腳（12/8和A0）。一般控制引腳（CE、CS和R/C）主要控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和允許的。 當(dāng)

8、CE=1、CS=0、R/C=0時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換； 當(dāng)CE=1、CS=0、R/C=1時(shí)，讀允許。內(nèi)部寄存器控制引腳（12/8和A0）主要控制數(shù)據(jù)輸出形式和轉(zhuǎn)換時(shí)間的長(zhǎng)短的。 若12/8=1，當(dāng)一般控制引腳發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令時(shí)，12根輸出數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)均有效。 若12/8=0，對(duì)于一個(gè)8位接口，則根據(jù)A0的狀態(tài)來(lái)確定到底是高8位有效還是低4位有效。這時(shí)，數(shù)據(jù)線低4位（1619腳）要硬連接到高4位（2427腳）上。 在這種情況下，若A0=0，讀出高8位數(shù)據(jù)；若A0=1，高8位數(shù)據(jù)線禁止，讀出低4位數(shù)據(jù)。 A0的另一功能是控制轉(zhuǎn)換周期的長(zhǎng)短。在轉(zhuǎn)換周期開始前，若A0處于低電平，完成完整的12位轉(zhuǎn)換需要25us

9、；若A0處于高電平，僅完成8位轉(zhuǎn)換需時(shí)約16us。 若將AD574A作為一個(gè)存儲(chǔ)器來(lái)對(duì)待，為了與8位總線接口，需占據(jù)兩個(gè)存儲(chǔ)器地址（用A0來(lái)選擇）。 當(dāng)A0為低時(shí)，執(zhí)行的寫操作是啟動(dòng)一次完整的12位轉(zhuǎn)換周期；而當(dāng)A0為高時(shí)，執(zhí)行的寫操作是啟動(dòng)一次8位的短轉(zhuǎn)換周期，這樣的讀數(shù)精度低而速度較快。 在轉(zhuǎn)換完成之后，可讀取兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)：當(dāng)A0為低時(shí)，讀取的12位中的高8位；當(dāng)A0為高時(shí)，讀取的是12位中的低4位。為此，一般將A0接在地址線的A0上。 STS為狀態(tài)線，當(dāng)轉(zhuǎn)換開始時(shí)，它變高；在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，一直維持為高；轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時(shí)，它將變?yōu)榈汀?采用中斷法采集數(shù)據(jù)，編程如下： ORG 0003HLJM

10、P INTR1ORG 0300HMOV R0，#20HMOV DPTR，#0HSETB EX0SETBEAMOVX DPTR ，AORG1000HINTR1：MOVXA，DPTRMOVR0,AINCR0INCDPTRMOVXA,DPTRMOV R0,ARETI MAX187的引腳分配如圖所示：其各引腳的功能如下： VDD：電源電壓+5V。 AIN：模擬輸入，輸入范圍為0VVref。 SHDN：有三極輸入。若SHDN拉到低電平，表示芯片處于低功耗狀態(tài)，此時(shí)的電源電流為10uA；若SHDN拉到高電平，允許使用內(nèi)部的參考電源；若SHDN處于懸浮狀態(tài)，則禁止內(nèi)部參考電源，允許使用外部的參考電源。Vre

11、f：參考電壓端。當(dāng)允許內(nèi)部參考源時(shí)，輸出4.096V的電壓；當(dāng)禁止內(nèi)部參考源時(shí)，可輸入2.5VVDD范圍的精密電壓，作參考電壓。若采用內(nèi)部參考源，退藕電容為4.7Uf；若加上的是外部?jī)?nèi)部參考源，還需增加0.1uF的退藕電容。GND：模擬地及數(shù)字地。DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出。在SCLK的下降沿，數(shù)據(jù)改變狀態(tài)。SCLK：串行時(shí)鐘輸入，時(shí)鐘輸入速率為5MHz。CS：片選端，輸入，低電平有效。在CS的下降沿，初始化轉(zhuǎn)換。當(dāng)為高時(shí)，DOUT線為高阻態(tài)。MAX187使用采樣/保持器（T/H）和逐位逼近寄存器（SAR）電路將一個(gè)模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)12位的數(shù)字輸出。采樣/保持器（T/H）無(wú)須外部的保持電容。

12、MAX187的輸入信號(hào)在0VVref范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換時(shí)間包括T/H的采樣時(shí)間在內(nèi)為10us。串行接口只需三根數(shù)字線：SCLK、CS和DOUT， 轉(zhuǎn)換有兩中工作方式：正常方式和暫停方式。將SHDN拉成低電平，器件處于暫停狀態(tài)，電源電流減低至10uA；當(dāng)SHDN拉成高電平或不接，器件將進(jìn)入正常工作方式。CS的下降沿將初始化轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果是在DOUT端以單極性串行格式輸出。轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOC）為高電平，跟著是串行數(shù)據(jù)流（MSB在先）。 MAX187運(yùn)行于下述兩種狀態(tài)之一：內(nèi)部參考或外部參考。強(qiáng)迫SHDN為高時(shí)，選擇內(nèi)部參考運(yùn)行；SHDN懸浮時(shí)，選擇外部參考運(yùn)行。 參考源零刻度滿刻度內(nèi)部參考0V4.096V

13、外部參考0VVrefMAX187與80C51的接口非常簡(jiǎn)單，只需三根數(shù)字線：CS、SCLK和DOUT，接口電路如圖所示。 80C51的P1.5、P1.6和P1.7分別與MAX187的CS、SCLK和DOUT相連接。 在串行接口有效時(shí)，設(shè)置CPU的串行接口為主方式，因而CPU發(fā)出串行時(shí)鐘，并選擇時(shí)鐘頻率為2.5MHz。 用P1.5將芯片的片選拉成低電平CS，并保持SCLK為低電平。 等待最大轉(zhuǎn)換時(shí)間，檢測(cè)DOUT的上升沿，確定轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。 然后輸出SCLK，SCLK有效至少13個(gè)時(shí)鐘周期。時(shí)鐘的第一個(gè)下降沿，DOUT端將出現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位（MSB）。DOUT端在SCLK的下降沿出現(xiàn)下降沿 出

14、現(xiàn)數(shù)據(jù)，在SCLK的上升沿穩(wěn)定，80C51可以讀入數(shù)據(jù)。 在時(shí)鐘的第13個(gè)下降沿時(shí)或之后，將CS拉成高電平。如果此后CS仍為低電平，在輸出LSB位之后將輸出0。 隨著CS=1，等待特定的時(shí)間tcs之后，若使CS拉成低電平，將進(jìn)行新的一次轉(zhuǎn)換。如果轉(zhuǎn)換結(jié)束之前，將拉成高電平來(lái)中止轉(zhuǎn)換，則需至少等待一個(gè)采樣時(shí)間taqcq，才能啟動(dòng)一次新的轉(zhuǎn)換。 用D/A轉(zhuǎn)換器把微型機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓或電流，可輸出各種波形的信號(hào)。 選擇分辨率（38位/912位/13位以上） 確定精度（誤差范圍） D/A轉(zhuǎn)換時(shí)間和路數(shù) 輸入/輸出特性和范圍 電源種類和功耗 工作環(huán)境 接口是否方便 分辨率8位 電流輸出,穩(wěn)定時(shí)間1US 雙緩沖、單緩沖、直接數(shù)字輸入 單電源供電 直通方式：各控制端口一直有效 單緩沖方式：輸入鎖存器和8位DAC寄存器鎖存信號(hào)同時(shí)有效；或者一個(gè)寄存器控制端一直有效。 雙緩沖方式：輸入鎖存器和8位DAC寄存器鎖存信號(hào)分開控制 雙緩沖方式適用于幾個(gè)模擬量同時(shí)輸出的系統(tǒng) MOV DPTR,#0DFFFH ;1 MOV A,#X ;2 MOVX DPTR,A ;3 MOV DPTR,#0BFFFH ;4 MOV A,#Y ;5 MOVX DPTR,A