1、单片机原理及应用单片机原理及应用北京化工大学北京化工大学信息科学与技术学院信息科学与技术学院主讲教师：郭青主讲教师：郭青E-mail: 第七章第七章单片机的典型外围接口技术单片机的典型外围接口技术 7.1 7.1 键盘接口键盘接口单片机组成的控制系统通常需要配置键盘，用户可以通单片机组成的控制系统通常需要配置键盘，用户可以通过键盘向单片机输入数据或命令，以便实现控制系统的过键盘向单片机输入数据或命令，以便实现控制系统的人机对话。人机对话。键盘可以直接利用口线连接按键开关、开关型传感器或键盘可以直接利用口线连接按键开关、开关型传感器或电子线路来实现，内部程序仅通过判断口线的电平就能电子线路来实现
2、，内部程序仅通过判断口线的电平就能够确定输入的键值。采用这种识别方式的键盘称为够确定输入的键值。采用这种识别方式的键盘称为非编非编码键盘码键盘。非编码键盘设计简单，使用方便，但口线利用率较低，非编码键盘设计简单，使用方便，但口线利用率较低，受单片机口线数量的限制，其键盘规模无法做大。受单片机口线数量的限制，其键盘规模无法做大。键盘的另一种形式是键盘的另一种形式是编码键盘编码键盘，这种方式将口线与按键，这种方式将口线与按键开关连接成矩阵电路，通过软件扫描、识别开关连接成矩阵电路，通过软件扫描、识别I/OI/O口上的编口上的编码，按编码规则识别输入键值。编码键盘的最大优点就码，按编码规则识别输入键
3、值。编码键盘的最大优点就是口线利用率高，键盘规模可以做得较大。是口线利用率高，键盘规模可以做得较大。一、 简易键盘接口 独立连接式与门与门上拉电阻上拉电阻按键抖动问题按键抖动问题按键闭合时的电平变化波形按键闭合时的电平变化波形按键开关在接通或断开瞬间并非完全可靠接触，而是存在一按键开关在接通或断开瞬间并非完全可靠接触，而是存在一个抖动期，个抖动期，tH为开关断开时口线上高电平存在的时间，为开关断开时口线上高电平存在的时间，tL为开关闭合时为开关闭合时口线上低电平稳定存在的时间。口线上低电平稳定存在的时间。tW1、tW2为键按下和松开时的抖动期存在时间。抖动期一般为键按下和松开时的抖动期存在时间
4、。抖动期一般不超过不超过10 ms。在口线电平抖动期间，单片机无法准确检测出口线电平的正在口线电平抖动期间，单片机无法准确检测出口线电平的正确值，必须采取一定的措施进行鉴别。确值，必须采取一定的措施进行鉴别。延时消抖法延时消抖法例如遇到由高向低的电平转换后先不急于读取口线键值，而例如遇到由高向低的电平转换后先不急于读取口线键值，而是在中断服务程序的开始执行一段是在中断服务程序的开始执行一段101020 ms20 ms的延时程序。的延时程序。若延时程序后再次判断口线仍为低电平则进入口线的键值读若延时程序后再次判断口线仍为低电平则进入口线的键值读取程序，否则放弃键值读取操作。取程序，否则放弃键值读
5、取操作。 延时去抖动及读取键值的中断服务程序如下：延时去抖动及读取键值的中断服务程序如下： ORG0003HLJMPKRDKRD：MOVP1，#0FFH ；P1口置为输入口CALLDEL20 ；调20 ms延时子程序MOV A，P1 ；读P1口键值JNBACC.0，KPR0；判断P1.0P1.7是否有键按下JNBACC.1，KPR1 JNB ACC.2，KPR2JNB ACC.3，KPR3 JNBACC.4，KPR4JNB ACC.5，KPR5JNB ACC.6，KPR6JNB ACC.7，KPR7RETI KPR0： ；P1.0按键处理程序 RETI KPR1： ；P1.1口线按键处理程序
6、KPR7： ；P1.7口线按键处理程序 DEL20： ；20 ms延时子程序二、矩阵式键盘接口二、矩阵式键盘接口 简易键盘电路中每一个按键占用一根简易键盘电路中每一个按键占用一根I/OI/O口线，其口线利口线，其口线利用率较低，如果将口线按照行、列排成矩阵形式则可在用率较低，如果将口线按照行、列排成矩阵形式则可在相同口线数量的条件下增大键盘的规模。相同口线数量的条件下增大键盘的规模。 例如，可以将例如，可以将P1P1口的口的8 8根根I/OI/O线排列成线排列成4 44 4矩阵形式，矩阵形式，连接连接1616只按键开关。只按键开关。 4 44 4矩阵式键盘电路矩阵式键盘电路P1口的口的8根根I
7、/O口线分成口线分成行、列线连接，行、列线连接，P1.0P1.3为行线为行线，P1.4P1.7为列线为列线。16只按键分别跨接在对只按键分别跨接在对应的行、列线节点上。应的行、列线节点上。 行线特定的行线特定的4位数据输出位数据输出和列线对应的和列线对应的4位数据输位数据输入可以组成一个入可以组成一个8位的特位的特征字，征字，该特征字即为键该特征字即为键值。值。1 1、键盘电路的工作原理、键盘电路的工作原理 矩阵式键盘将矩阵式键盘将P1P1口的口的8 8根根I/OI/O口线分成行、列线连接，图中口线分成行、列线连接，图中P P1.01.0P P1.31.3为行线，为行线，P P1.41.4P
8、P1.71.7为列线。为列线。1616只按键分别跨接只按键分别跨接在对应的行、列线节点上。在对应的行、列线节点上。 如果单片机在行线对应的如果单片机在行线对应的I/OI/O口线上有数据输出，当有键口线上有数据输出，当有键按下时，行、列线短路，单片机在列线对应的按下时，行、列线短路，单片机在列线对应的I/OI/O口线上口线上的输入数据将由行线上的电平决定。的输入数据将由行线上的电平决定。 行线特定的行线特定的4 4位数据输出和列线对应的位数据输出和列线对应的4 4位数据输入可以组位数据输入可以组成一个成一个8 8位的特征字，该特征字即为键值，代表了按下的位的特征字，该特征字即为键值，代表了按下的
9、键所在的位置键所在的位置。2 2、 扫描法产生键值扫描法产生键值以行线作为扫描输出，以列线作为接收输入。以行线作为扫描输出，以列线作为接收输入。依次将行线置为低电平，并在列线上逐次接收数据。依次将行线置为低电平，并在列线上逐次接收数据。如果发现接收到的某一列线有低电平，则表示该列如果发现接收到的某一列线有低电平，则表示该列线与行线连接的按键已经闭合。线与行线连接的按键已经闭合。在接收到低电平的那次扫描中，行线数据与列线数在接收到低电平的那次扫描中，行线数据与列线数据的组合便是所期望的键值，由该键值可确定闭合据的组合便是所期望的键值，由该键值可确定闭合键在矩阵连接中的连接位置。键在矩阵连接中的连
10、接位置。3 3、键盘扫描方式、键盘扫描方式1) 1) 硬件中断识别法硬件中断识别法将矩阵式键盘电路的所有列线连接至将矩阵式键盘电路的所有列线连接至“与与”门电路的输门电路的输入端，入端，“与与”门电路的输出端与单片机外部中断连接。门电路的输出端与单片机外部中断连接。把全部行线置为低电平，全部列线置为高电平，当有键按把全部行线置为低电平，全部列线置为高电平，当有键按下时列线上出现低电平，产生中断，在中断服务程序中扫下时列线上出现低电平，产生中断，在中断服务程序中扫描键盘。描键盘。2) 2) 软件查询识别法软件查询识别法将全部行线置为低电平，全部列线置为高电平，定时从将全部行线置为低电平，全部列线
11、置为高电平，定时从列线对应的列线对应的I/OI/O口线输入数据，如果判定接收的数据中有低口线输入数据，如果判定接收的数据中有低电平存在，则说明有按键按下，开始执行键盘扫描程序。电平存在，则说明有按键按下，开始执行键盘扫描程序。采用硬件中断识别方式可以随时响应键盘动作，具有较强采用硬件中断识别方式可以随时响应键盘动作，具有较强的实时性，而采用软件查询方式则可以简化电路。的实时性，而采用软件查询方式则可以简化电路。INT04 4矩阵键盘扫描程序举例矩阵键盘扫描程序举例P1.0P1.1P1.2P1.3P1.7P1.6P1.5P1.4行线，扫描输出行线，扫描输出列线，扫描输入列线，扫描输入接与门输入接
12、与门输入端，与门输端，与门输出接出接INT0INT0键盘扫描程序如下：键盘扫描程序如下：INT0ISR: 中断服务程序中断服务程序 MOV P1, #0FFH CLR P1.4 ；扫描输出；扫描输出 MOV A, P1 ；扫描输入；扫描输入 ANL A, #0FH XRL A, #0FH JZ NOKEY0 LCALL DELAY10MS MOV A, P1 ANL A, #0FH XRL A, #0FH JZ NOKEY0；判断判断P1.4行是否有键按下行是否有键按下；以下判断键码；以下判断键码MOV A, P1 ANL A, #0FH CJNE A, #0EH, NEXT1 MOV KEY
13、, #3 LJMP OKNEXT1:CJNE A, #0DH, NEXT2 MOV KEY, #7 LJMP OKNEXT2:CJNE A, #0BH, NEXT3 MOV KEY, #11 LJMP OKNEXT3:CJNE A, #07H, NOKEY0 MOV KEY, #15 LJMP OK7.2 7.2 显示接口显示接口为了实现人机交互，单片机应用系统通常配有显示器接为了实现人机交互，单片机应用系统通常配有显示器接口，主要显示元件采用口，主要显示元件采用LED(LED(发光二极管显示器发光二极管显示器) )或或LCD(LCD(液晶显示器液晶显示器) )，显示形式有笔画式和点阵式。，显
14、示形式有笔画式和点阵式。笔画式显示元件大多为笔画式显示元件大多为LEDLED数码管，数码管，用于显示数字或简用于显示数字或简单字母信息，适合于规模较小的单片机系统。单字母信息，适合于规模较小的单片机系统。如七段码如七段码LEDLED显示器显示器对于大信息量或图形显示一般使用点阵式对于大信息量或图形显示一般使用点阵式LCDLCD显示器，显示器，这种显示器结构比较复杂，还需要考虑灰度调节、高压背这种显示器结构比较复杂，还需要考虑灰度调节、高压背光的配合，电路连接及程序操作都比较繁琐。光的配合，电路连接及程序操作都比较繁琐。点阵式点阵式LCDLCD显示器多采用内置控制器的模组形式，在这显示器多采用内
15、置控制器的模组形式，在这种形式下单片机与点阵式种形式下单片机与点阵式LCDLCD的接口实际上变成了单片的接口实际上变成了单片机与单片机之间的数据通信机与单片机之间的数据通信。LCDLCD显示屏接口显示屏接口 LCDLCD图形点阵显示器通常以图形点阵显示器通常以LCM(LCM(液晶显示模组液晶显示模组) )形式出现，形式出现，模组中封装了显示器、驱动电路、控制电路及背光调节电模组中封装了显示器、驱动电路、控制电路及背光调节电路等。本节以路等。本节以MG12864 LCMMG12864 LCM为例介绍图形点阵为例介绍图形点阵LCDLCD显示显示接口的应用。接口的应用。1 1MG12864 LCMM
16、G12864 LCM模块基本参数模块基本参数(1) (1) LCDLCD类型：类型：STNSTN形式。形式。(2) (2) 模块尺寸：模块尺寸：9393707012 mm12 mm。(3) (3) 显示区域尺寸：显示区域尺寸：70.770.738.8 mm38.8 mm。(4) (4) 点阵间距：点阵间距：0.520.520.52 mm0.52 mm。(5) (5) 点阵分布：点阵分布：1281286464点。点。(6) (6) 每一点阵尺寸：每一点阵尺寸：0.480.480.48 mm0.48 mm。MG12864 LCMMG12864 LCM模块内部主要组成部分模块内部主要组成部分2 2M
17、G12864 LCMMG12864 LCM模组结构说明模组结构说明MG12864LCMMG12864LCM由以下几部分组成：由以下几部分组成：(1) (1) 核心部件：核心部件：12812864 LCD64 LCD点阵显示器。点阵显示器。(2) (2) 段驱动电路：两路段驱动电路：两路6464列扫描显示驱动电路。列扫描显示驱动电路。(3) (3) 行驱动电路：行驱动电路：6464行扫描显示驱动电路。行扫描显示驱动电路。(4) (4) 背光驱动电路：背光驱动电路：LEDLED发光管照明电路。发光管照明电路。MG12864 LCMMG12864 LCM内部还配置了如下部分：内部还配置了如下部分：(
18、1) (1) 显示控制器。显示控制器。(2) (2) 显示存储器显示存储器DDRAMDDRAM。(3) (3) 电源电路。电源电路。3 3MG12864MG12864引脚功能及说明引脚功能及说明1) 1) 数据信号数据信号DB0DB0DB7DB7：指令、数据传送总线。：指令、数据传送总线。2) 2) 控制信号控制信号RSRS：指令、数据选择控制线，高电平选择数据传送，：指令、数据选择控制线，高电平选择数据传送，低电平选择指令传送。低电平选择指令传送。R/WR/W：读写方式控制线，高电平为读方式，低电平为写方式：读写方式控制线，高电平为读方式，低电平为写方式E E：信号选通控制线，高电平有效。：
19、信号选通控制线，高电平有效。RSTBRSTB：复位信号线，低电平有效。：复位信号线，低电平有效。3 3MG12864MG12864引脚功能及说明引脚功能及说明3) 3) 地址信号地址信号CS1CS1：段驱动电路选择线，高电平有效，选通：段驱动电路选择线，高电平有效，选通KS0108B(1)KS0108B(1)CS2CS2：段驱动电路选择线，高电平有效，选通：段驱动电路选择线，高电平有效，选通KS0108B(2)KS0108B(2)4) 4) 供电电源供电电源VDDVDD：模块的电源正端。：模块的电源正端。VSSVSS：供电电源地。：供电电源地。5) 5) 灰度调节灰度调节VINVIN：LCDL
20、CD驱动电压输入端。驱动电压输入端。VOUTVOUT：LCDLCD背板负电压输出端。背板负电压输出端。6) 6) 背光电源背光电源SLASLA：背光源正极：背光源正极(LED(LED5 V)5 V)。SLKSLK：背光源负极：背光源负极(LED(LED0 V)0 V)。 4 4MG12864MG12864的操作指令的操作指令通过通过DB0DB0DB7DB7可以实现指令或数据的传送操作，指令可以实现指令或数据的传送操作，指令或数据的选择由或数据的选择由RSRS控制信号确定，传送方向由控制信号确定，传送方向由R/WR/W控制信控制信号确定。号确定。1) 1) 显示开关指令显示开关指令RS=0RS=
21、0，格式如下：，格式如下：功能：控制显示状态。功能：控制显示状态。S0，关显示；，关显示；S1，开显示。，开显示。2) 2) 列列(Y)(Y)地址设置地址设置RS=0，格式如下：W/R列地址的设置范围为列地址的设置范围为063。功能：将列地址写入列寄存器功能：将列地址写入列寄存器(YC)。3) 页(X)地址设置RS=0，R/W=0，格式如下：，格式如下：页地址的选择范围为页地址的选择范围为07。功能：将页地址置入页寄存器功能：将页地址置入页寄存器(PR)。4) 首行设置RS=0， R/W=0， ，格式如下：，格式如下： 行地址的设置范围为行地址的设置范围为063。功能：设置显示存储器功能：设置
22、显示存储器(DDRAM)的首行地址。的首行地址。 5) 读取状态RS=0，R/W，格式如下： BUSY：忙标志，低电平表示操作就绪，高电平表示正在操作中。：忙标志，低电平表示操作就绪，高电平表示正在操作中。ON/OFF：显示状态，低电平表示开显示，高电平表示关显示。：显示状态，低电平表示开显示，高电平表示关显示。RESET：复位标志，低电平表示正常运行，高电平表示复位。：复位标志，低电平表示正常运行，高电平表示复位。6) 写数据 RS=1，R/W0 功能：将功能：将8 8位数据写入显示存储器位数据写入显示存储器(DDRAM)(DDRAM)中，指令中，指令结束后列寄存器结束后列寄存器(YC)(Y
23、C)加加1 1。7) 读数据RS=1，R/W 1 功能：读取功能：读取8 8位数据。位数据。MG12864 LCMMG12864 LCM模组的操作步骤包括：显示设置、读模组的操作步骤包括：显示设置、读写数据及查询状态。写数据及查询状态。5 5显示存储器显示存储器DDRAMDDRAM的结构的结构(1) (1) 整体地址结构如下所示：整体地址结构如下所示：(2) 以第一页和X地址B8H为例，分页内位与行之间的对应关系如下：MG12864与单片机的接口电路7 7显示程序显示程序 显示程序主要完成对显示程序主要完成对MG12864MG12864的控制、设定及显示内容的的控制、设定及显示内容的传送等工作
24、。程序步骤包括：开关显示控制，选取段驱动传送等工作。程序步骤包括：开关显示控制，选取段驱动器，设定起始行，设定起始列及传送显示内容等。器，设定起始行，设定起始列及传送显示内容等。在每次显示开始时，如果按顺序设置起始的行或列可在每次显示开始时，如果按顺序设置起始的行或列可以实现屏幕上、下滚动或左、右平移的效果。显示内容按以实现屏幕上、下滚动或左、右平移的效果。显示内容按页传送，每页对应页传送，每页对应8 8行，连续传送行，连续传送6464次次8 8位显示数据完成位显示数据完成1 1页显示内容。如果考虑两个驱动器的显示输出，显示整屏页显示内容。如果考虑两个驱动器的显示输出，显示整屏则需则需1616
25、页内容。页内容。整屏显示程序流程7.3 ADC接口32计算机应用系统中的模拟量计算机应用系统中的模拟量l 模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是声、光、模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是声、光、压力和温度等随时间连续变化的非电物理量。压力和温度等随时间连续变化的非电物理量。l 非电物理量可通过合适的传感器等转换成电信号，模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。算处理。A/DA/D转换器转换器模拟输入模拟输入（Vin）参考电压参考电压 +（Vref） -电源电源+ -数字输出数字输
26、出（Dn D0）7.3 ADC和DAC33信号的采集与处理信号的采集与处理ADC是“analog to digital converter”的缩写，有时也用“A/D”表示，也就是“模数转换器”。DAC则是“digital to analog converter”的缩写，有时也用“D/A”表示，即“数模转换器”。ADC和和DCA实现的是相反的功能，前者将模拟信号转实现的是相反的功能，前者将模拟信号转换成数字信号换成数字信号，后者则把数字信号转换成模拟信号后者则把数字信号转换成模拟信号ADC从模拟信号到数字信号从模拟信号到数字信号采样：采样：将连续变化的模拟量按一定的规律（周期性的）取出其中某一些
27、瞬时值（样点）来代表这个连续的模拟量，这个过程就是采样。例：把模拟信号分析一下，把这段时间分成若干份t0、t1、t2、tn可以很容易知道某一时刻的幅度值，如t3时刻信号的幅度为3.3V等。采样采样量化量化编码编码ADC从模拟信号到数字信号从模拟信号到数字信号把t0tn时刻的幅度值全部提取出来，放到一个新的坐标轴里，就会得到一串离散的幅度值A0、A1、A2、An，每一时刻对应一个幅度值，这一串离散的幅度值表示了这段模拟信号如果一定的时间内n越大，幅度值表示信号越逼真。奈奎斯特采样定理奈奎斯特采样定理 ADC从模拟信号到数字信号从模拟信号到数字信号36量化：量化：以一定的量化单位，把采样值取整。量
28、化单位是输入信号的最大值除以数字量的最大范围。量化过程中产生的舍入误差称为量化误差。 ADC从模拟信号到数字信号从模拟信号到数字信号37如果把峰值分成16份，并用4位二进制数来依次表示每一份幅度值，则任意时刻都能找到一个唯一的二进制数来代表幅度值。如t0时刻幅度值为0001，t1时刻幅度值为0100，t2时刻幅度值为1000，t3时刻幅度值为1010等。把这若干个代表幅度值的二进制数还原到坐标轴上时就得图示的折线，它与原来的模拟信号相比，虽然分辨率降低但是还是能大体上反映模拟信号。编码编码将将离散后的离散后的模拟信号转换成二进模拟信号转换成二进制数字信号制数字信号A/DA/D转换方法转换方法电
29、压频率式：精度高电压频率式：精度高 价格低，但转换速度不高价格低，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：转换速度较快逐次逼近式：转换速度较快并行转换：并行转换：串行转换：串行转换：A/DA/D转换器转换器模拟输入模拟输入（Vin）参考电压参考电压 +（Vref） -电源电源+ -数字输出数字输出（Dn D0）A/D转换器原理框图转换器原理框图ADCADC技术指标技术指标按照转换精度划分，常用的按照转换精度划分，常用的A/D转换芯片分为转换芯片分为8位、位、10位、位、12位、位、14位等位等如果按照转换速度划分又有超高速如果按照转换速度划分又
30、有超高速(转换时间转换时间330 ns)，次超高速次超高速(3303.3 s)，高速，高速(转换时间转换时间3.3333 s)，低速低速(转换时间转换时间330 s)等等选择A/D转换器首先应考虑对转换精度、转换速度的要求。另外，还应注意满足其输入电压的范围、输出数字的编码形式、工作温度范围及电压稳定度等方面的要求。 ADC ADC技术指标技术指标1 1）分辨率分辨率n21A/D转换器的分辨率以输出二进制(或十进制)数的位数来表示，它体现了A/D转换器对输入信号的分辨能力。具有n位输出的A/D转换器能区分2个不同最小量化等级的输入模拟电压变化量，能区分输入电压的最小值为满量程输入的在满量程输入
31、值确定以后，分辨率愈高对应其输出数字位数愈多2) 2) 量化误差量化误差 量化误差通常是以输出误差的最大值的形式给出它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论输出数字量之间的差别，通常以最低有效位的倍数表示。例如进行量化时引起的误差为1/2LSB就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。3) 3) 偏移误差偏移误差( (零值误差零值误差) ) 偏移误差是指输入为零时，输出不为零所形成的误差。如有必要，使用时应设置零点调节电路，使输入零点与输出零点对应。4) 4) 满刻度误差满刻度误差( (增益误差增益误差) )满刻度误差是指A/D转换器的满刻度输出数字量所对应
32、的模拟输入量与理想的模拟输入量之差。这种误差体现了量程适应范围的差别，可以通过调节模拟信号调理放大环节的增益解决。5) 转换精度 A/D转换器的最大量化误差和模拟部分精度的共同体现。一般转换器的模拟处理误差和数字转换误差应尽量处于同一数量级，总误差是这些误差的累加和。 6) 转换时间 转换时间是指从转换控制信号送入A/D转换器开始，到A/D转换器输出稳定的数字信号所用时间。 不同类型的转换器转换速度相差甚远。常用的并行比较A/D转换器的转换速度最高，逐次比较型A/D转换器次之，双积分A/D转换器的转换时间最慢。选用选用A/DA/D转换器时应综合考虑指标因素。转换器时应综合考虑指标因素。8 8位
33、单路位单路ADAD转换器转换器 ADC0804ADC080444外部引脚及功能外部引脚及功能 ADC0804分辨率为分辨率为8位，转换位，转换时间为时间为100s，输入电压范围，输入电压范围为为05VADC0804有有20个管脚，除了模个管脚，除了模拟信号输入端（拟信号输入端（6、7管脚）和管脚）和数字信号输出端（数字信号输出端（1118管脚）管脚）外，其他管脚的名称和功能描外，其他管脚的名称和功能描述如述如下下表所示。表所示。ADC0804ADC0804外部引脚外部引脚及功能及功能 45ADC0804应用于电平指示器模拟信号由一个电位器RP2的调节来产生，信号进入ADC0804的VIN(+)
34、端，通过模数转换，转换的结果从DB0DB7输出，与输出端连接的8支发光二极管用以显示转换的结果。不断调节电位器RP2，可以看到8支发光二极管状态在不断地改变。ADC0804引脚功能l /CS（1管脚）片选信号输入端，低电平有效 /CS端接地，表明器件始终有效。l /RD端（2管脚）读允许信号输入，低电平有效 如果/RD接地，数字信号输出端DB0DB7的数据可以实时输出模数转换的结果。ADC0804引脚功能 转换控制端转换控制端l /WR（3管脚）: 写选通信号输入，低电平启动A/D转换。l /INTR（5管脚）：转换结束标志，当ADC0804完成一次模数转换后， /INTR输出低电平。l /W
35、R端与电阻R1和电容C1组成的结构相连，上电时可启动ADC0804的首次模数转换。当ADC0804转换完一次，则/INTR端输出一个低电平，表明器件转换完毕，这个低电平恰好成为/WR端的使能信号，开始ADC0804的下一次模数转换。ADC0804引脚功能 时钟信号l CLK IN端（4管脚）、CLK R（19管脚）为ADC0804的时钟信号端。 图中电阻R11、电容C2与ADC0804的CLK R端和CLK IN端组成了ADC的时钟电路，这个结构使用的是ADC0804的内部时钟。ADC0804引脚功能 模拟电压输入范围模拟电压输入范围ADC0804支持差分信号输入，差分信号可从VIN(+)端（
36、6管脚）和VIN(-)端（7管脚）输入。如果输入非差分信号时，信号输入VIN(+)端，并将VIN(-)端接地。ADC0804模拟输入电压范围为 0+5V。ADC引脚功能 接地端51ADC0804采用单电源供电，一般工作电压为+5V。ADC0804有A GND（8管脚）和D GND（10管脚）两个接地端。A GND、D GND分别为模拟信号接地端和数字信号接地端。AGND与模拟信号的输入接地端相连，而DGND当与数字电路部分电源的接地端相连。之所以要将AGND和DGND分别接地的原因是将模拟输入信号与数字输出产生的瞬间电平隔离开来，确保转换的精度。ADC0804的参考电压与分辨率参考电压与分辨率
37、参考电压的大小影响ADC的分辨率。分辨率的计算方法为：2/2256tVREFA在图中，通过调节电位器RP1使(VREF/2) =2.0V，则分辨率为：2/22 2.0V15.6mV256256tVREFAADC0804的参考电压与分辨率参考电压与分辨率VREF/2端上的电压还决定了ADC能有效转换的最大模拟输入电压值，为(VREF/2)的2倍。比如再调节电位器RP1使 =1.28V，则所能有效转换的最大模拟输入电压为1.282=2.56V，分辨率为2.56V/256=10mV。如果ADC0804的VREF/2端悬空则芯片内部电路会使其=2.5V，有效转换的最大模拟输入电压为+5V（与工作电压相
38、等）ADC0804与STC89C52的接口电路（实验箱）ADC0804的的DB0DB7与单片机的与单片机的P1口口相相连，连，CS接接U2锁存器锁存器的的Q7（P0.7），），/WR及及/RD分别与单片机的分别与单片机的/WR和和/RD相连。相连。其转换结束中断输出端其转换结束中断输出端/INTR未连接未连接ADC0804转换时序3. 检测/INTR电平，当/INTR端出现低电平，表明转换完成，否则循环等待。4. 使/RD端由高电平转为低电平，使DB0DB7输出数字信号。5. 当DB0DB7出现数据后，单片机通过I/O口读取。1. 使能端/CS为低电平。2. /WR由高电平到低电平的跳变，启动
39、A/D转换。WR BIT P3.6RD BIT P3.7MAIN: SETB P2.7；U2锁存器选通锁存器选通 MOV P0, #7FH; P2.7=0, /CS为为0，允许，允许ADC工作工作 CLR P2.7; 锁存锁存/CSLOOP: SETB WR NOP CLR WR ; 启动启动A/D转换，也可用转换，也可用 MOVX NOP SETB WR MOV R6, #14H;DLAY：NOP NOP DJNZ R6, DLAY；100s延时延时延时法读取结果延时法读取结果 MOV P1,#0FFH;P1准备读准备读A/D转换结果转换结果 SETB RD NOP CLR RD ;/RD使
40、能使能 NOP MOV A, P1;读读A/D转换结果转换结果 SETB RD LCALL DELAY; 延时延时 SJMP LOOP; 循环采样循环采样 四、四、8 8位位A/DA/D转换器转换器 ADC0809ADC0809ADC0809ADC0809是逐次比较式的是逐次比较式的8 8路路8 8位位A/DA/D转换器，转换速度转换器，转换速度为为100 100 s s，电源电压，电源电压+5V+5V内部结构图内部结构图ADC0809引脚分配28脚脚DIP封装封装IN0IN7：8路模拟输入路模拟输入由通道选择端由通道选择端C，B，A选选择其中一路的输入进行择其中一路的输入进行A/D转换转换引
41、脚功能C、B、A：模拟通道地址选择线，输入：模拟通道地址选择线，输入ALE：地址锁存允许信号，输入。由低到高的正跳变有效，：地址锁存允许信号，输入。由低到高的正跳变有效，此时锁存地址选择线的状态，从而选通相应的模拟通道，此时锁存地址选择线的状态，从而选通相应的模拟通道，以便进行以便进行A/D转换。转换。2-8、2-72-1：数字输出线，输出。：数字输出线，输出。2-8为最低位（为最低位（D0，LSB），），2-1为最高位（为最高位（D7，MSB）。）。START：启动信号，输入，高电平有效。为了启动转换，：启动信号，输入，高电平有效。为了启动转换，应加正脉冲信号。脉冲的上升沿将内部寄存器清应加
42、正脉冲信号。脉冲的上升沿将内部寄存器清0，下降沿，下降沿开始转换。开始转换。EOC：转换结束信号，输出，高电平有效。在：转换结束信号，输出，高电平有效。在START的上的上升沿之后升沿之后08个时钟期间，个时钟期间，EOC变为低电平。当转换结束变为低电平。当转换结束时，时，EOC变为高电平。变为高电平。OE：输出允许信号，输入，高电平有效。：输出允许信号，输入，高电平有效。CLK：时钟信号，输入。：时钟信号，输入。ADC0809的主要性能指标分辨率为分辨率为8位位非调整误差为非调整误差为1 LSB具有锁存功能的具有锁存功能的8路模拟开关，对路模拟开关，对8路模拟电压分别路模拟电压分别进行转换。
43、进行转换。输出与输出与TTL兼容。兼容。可用单一电源供电，模拟电压输入范围为可用单一电源供电，模拟电压输入范围为05V，无，无须调零和满刻度调整。须调零和满刻度调整。三态锁存输出。三态锁存输出。低功耗为低功耗为15mW。ADC0809与8051的接口原理图ADC0809与8051接口工作方式EOC:开始转换时为低电平开始转换时为低电平,当转换结束时为高电平当转换结束时为高电平.采集采集A/D转换结果的三种方式转换结果的三种方式 延时等待方式：执行延时等待方式：执行100s以上延时等待程序以上延时等待程序 查询方式查询方式: 查询查询EOC引脚引脚 中断方式中断方式: EOC经反相器接经反相器接
44、8051的外部中断引脚的外部中断引脚ALE=START=OE=端口地址确定应使端口地址确定应使P2.7=A15=0, A0、A1、A2给出被选给出被选择的模拟通道地址择的模拟通道地址设未占用地址线为设未占用地址线为1，则，则IN0IN7通道地址为通道地址为7FF8H7FFFH编程要点选通模拟量输入通道选通模拟量输入通道发出启动信号发出启动信号用延时、查询或中断方法等待转换结束用延时、查询或中断方法等待转换结束( (延时延时) )读取转换结果读取转换结果MAIN: MOV R1, #data；数据缓冲区首址数据缓冲区首址 MOV DPTR, #7FF8H; P2.7=0,且指向通道且指向通道O
45、MOV R7, #08H; 置通道数置通道数LOOP: MOVX DPTR, A; 启动启动A/D转换转换 MOV R6, #OAH;DLAY：NOP NOP NOP DJNZ R6, DLAY；100s延时延时 MOVX A, DPTR; 读取转换结果读取转换结果 MOV R1，A INC DPTR；指向下一个通道指向下一个通道 INC R1; 修改数据区指针修改数据区指针 DJNZ R7, LOOP; 8个通道全采样完了吗个通道全采样完了吗?延时法读取结果延时法读取结果中断方式程序 主程序主程序： SETB IT1 SETB EX1 SETB EA MOV DPTR, #7FF8H MOV
46、 A，#0 MOVX DPTR，A中断服务程序：中断服务程序：EINT1: MOV DPTR, #7FF8HMOVX A, DPTRMOV 30H, AMOV A, #00MOVX DPTR, ARETI五、A/D采集的抗干扰措施算术平均算术平均滑动平均值法滑动平均值法( (循环队列循环队列) )去极值法去极值法低通滤波低通滤波7.4 D/A转换器接口转换器接口 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。D/AD/A转换器转换器+电流输出电流输出-参考电压参考电压 +（Vref） -电源电源+ -数字数字输入输入IoIoD/A转换器原理框图转换器原理框图一、硬件
47、设计考虑的问题一、硬件设计考虑的问题选择分辨率（选择分辨率（3838位位/912/912位位/13/13位以上）位以上）确定精度（误差范围）确定精度（误差范围）D/AD/A转换时间和路数转换时间和路数输入输入/ /输出特性和范围输出特性和范围电源种类和功耗电源种类和功耗工作环境工作环境接口是否方便接口是否方便二、二、DAC0832DAC0832芯片介绍芯片介绍分辨率分辨率8 8位位电流输出电流输出, , 稳定时间稳定时间1 1 s s双缓冲、单缓冲、直通双缓冲、单缓冲、直通3 3种数字输入工作方式种数字输入工作方式单电源供电单电源供电 +5V +5V +15V+15V参考电压参考电压 -10-
48、10 +10V+10VDAC0832引脚图引脚功能引脚功能ILE：输入寄存器允许，高电平有效。与：输入寄存器允许，高电平有效。与CS结合，控制结合，控制WR1是否起作用。是否起作用。CS：片选信号，低电平有效。：片选信号，低电平有效。WR1：写信号：写信号1，低电平有效。将数据锁存入输入锁存器中。，低电平有效。将数据锁存入输入锁存器中。WR1有效时，有效时，ILE和和CS也必须同时有效。也必须同时有效。XFER：传送控制信号，低电平有效。：传送控制信号，低电平有效。WR2：写信号：写信号2，低电平有效。将输入锁存器中的数据传送，低电平有效。将输入锁存器中的数据传送到到DAC寄存器并锁存。寄存器
49、并锁存。引脚功能引脚功能DI0DI7：数字信号输入端。：数字信号输入端。IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。电流输出端。Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 Vref：参考电压输入（：参考电压输入（-1010V）。）。Vcc：电源电压（：电源电压（+5+15V）。）。AGND：模拟地：模拟地 DGND：数字地，可与：数字地，可与AGND接在一起使用。接在一起使用。工作方式工作方式直通方式：各控制端口一直有效直通方式：各控制端口一直有效单缓冲方式：输入锁存器和单缓冲方式：输入锁存器和8 8位位DACDAC寄存器锁存信号寄存器锁存信号同时有效；或者一
50、个寄存器控制端一直有效。同时有效；或者一个寄存器控制端一直有效。双缓冲方式：输入锁存器和双缓冲方式：输入锁存器和8 8位位DACDAC寄存器锁存信号寄存器锁存信号分开控制分开控制双缓冲方式时序信号双缓冲方式时序信号单缓冲方式时序信号单缓冲方式时序信号DAC0832DAC0832与与MCS51MCS51的接口的接口双缓冲方式双缓冲方式双缓冲方式适用于几个模拟量同时输出的系统双缓冲方式适用于几个模拟量同时输出的系统 XFER CS1 CS2 P2.7 P2.6 P2.5Y 1 0 1 BFFFHX 1 1 0 DFFFHDAC 0 1 1 7FFFH时序图程序举例程序举例向对应地址单元进行写操作启
