凌宏江-單片微型計(jì)算機(jī)原理10

1、單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用主講教師：凌宏江華中科技大學(xué)材料學(xué)院材料學(xué)院本科生用電子教案2012-2013學(xué)年第一學(xué)期材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 2目目 錄錄第一章第一章 概述概述第二章第二章 mcs-51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第三章第三章 mcs-51的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng)第四章第四章 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第五章第五章 存儲(chǔ)器及擴(kuò)展技術(shù)存儲(chǔ)器及擴(kuò)展技術(shù)第六章第六章 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)第七章第七章 i/o口擴(kuò)展及應(yīng)用口擴(kuò)展及應(yīng)用第八章第八章 定時(shí)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器第九章第九章 串行通信及其接口串行通信及其接口 第十章第十章 a/d和和d/a轉(zhuǎn)換器接口轉(zhuǎn)換器

2、接口第十一章第十一章 顯示器、鍵盤(pán)、打印機(jī)接口顯示器、鍵盤(pán)、打印機(jī)接口材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 3第十章第十章 a/d和和d/a轉(zhuǎn)換器接口轉(zhuǎn)換器接口10.1 單片機(jī)與單片機(jī)與d/a轉(zhuǎn)換器的接口轉(zhuǎn)換器的接口10.2 單片機(jī)與單片機(jī)與a/d轉(zhuǎn)換器的接口轉(zhuǎn)換器的接口材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 4內(nèi)容概要內(nèi)容概要 在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，被測(cè)量被測(cè)量的溫度、壓力、流量、速度等非電物理量非電物理量，須經(jīng)傳感器先轉(zhuǎn)換模擬電信號(hào)，必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理。模擬量轉(zhuǎn)換成模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件為數(shù)字量的器件為a/d轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（adc）。 單片機(jī)處理完畢的數(shù)字量，有時(shí)需轉(zhuǎn)

3、換為轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出模擬信號(hào)輸出。器件稱為d/a轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（dac）。 本章介紹典型的adc、dac集成電路芯片，以及與單片機(jī)的硬件接口設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 510.1 單片機(jī)與單片機(jī)與d/a轉(zhuǎn)換器的接口轉(zhuǎn)換器的接口10.1.1 典型典型d/a轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換器芯片dac08321dac0832芯片介紹芯片介紹 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的dac0832芯片是具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位dac，它能直接與單片機(jī)連接，主要特性主要特性如下如下: 分辨率為分辨率為8位。位。 電流輸出，建立時(shí)間為電流輸出，建立時(shí)間為1 s 可雙緩沖輸入、單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入。可雙緩沖輸

4、入、單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入。 單一電源供電（單一電源供電（+5v+15v）。）。 低功耗，低功耗，20mw。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 62. dac0832的引腳及邏輯結(jié)構(gòu)的引腳及邏輯結(jié)構(gòu) 8位輸入寄存器位輸入寄存器用于存放單片機(jī)送來(lái)的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由le1控制；8位位dac寄存器寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由le2控制；8位位d/a轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路受“8位dac寄存器”輸出的數(shù)字量控制，能輸出和數(shù)字量成正比的模擬電流，需外接i-v轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的運(yùn)算放大器電路。cs1wragnddi3di2di1di0vrefrfbdgndvccile2wrdi4di5di6d

5、i7iout2iout1xfer1234567891011121314151617181920dac0832圖9.2 dac0832引腳圖功能ile8位d/a轉(zhuǎn)換器8位dac寄存器8位數(shù)據(jù)輸入寄存器vcc20iout212iout111rfb93agnd1013141516567lsbd0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d74vss(dgnd)vref817181912xfer2wrcs1wr1le2le圖9.1 dac0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 73. dac0832工作方式 dac0832利用wr1、wr2、ile、xfer控制信號(hào)可以構(gòu)成三種不同的工作方式

6、： 直通方式直通方式 wr1= wr2 =0時(shí)，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩個(gè)寄存器直接進(jìn)入d/a轉(zhuǎn)換器。 單緩沖方式單緩沖方式 兩個(gè)寄存器之一始終處于直通，即wr1=0或wr2=0，另一個(gè)寄存器處于受控狀態(tài)。 雙緩沖方式雙緩沖方式 兩個(gè)寄存器均處于受控狀態(tài)。這種工作方式適合于多模擬信號(hào)同步輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 810.1.2 單緩沖方式的接口與應(yīng)用單緩沖方式的接口與應(yīng)用1單緩沖方式連接單緩沖方式連接 所謂單緩沖方式就是使dac0832的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)（8位dac寄存器）處于直通方式，而另一個(gè)處于受控鎖存方式。 單緩沖方式連接 如圖所示。 為使dac寄存器處于直通

7、方式，應(yīng)使wr2=xfer=0。為此可把這兩個(gè)信號(hào)固定接地，或如電路中把wr2與wr1相連，把xfer與cs相連。 為使輸入寄存器處于受控鎖存方式，應(yīng)把wr1接8051的wr，ile接高電平。此外還應(yīng)把cs接高位地址線或地址譯碼輸出，以便于對(duì)輸入寄存器進(jìn)行選擇。wr74ls373gdac0832di7 0csxfer1wr2wrvccilevrefrfbiout1iout2agnddgnd-+5vp2.7alep080c51vout材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 92單緩沖方式應(yīng)用舉例單緩沖方式應(yīng)用舉例【例】波形電壓發(fā)生器 在一些控制應(yīng)用中，需要有一個(gè)線性增長(zhǎng)的電壓（鋸齒波）來(lái)控制檢測(cè)過(guò)程

8、、移動(dòng)記錄筆或移動(dòng)電子束等。對(duì)此可通過(guò)在dac0832的輸出端接運(yùn)算放大器，由運(yùn)算放大器產(chǎn)生鋸齒波、三角波。csdiodi71wr地址譯碼輸出p0.7 p0.0wrile vccvrefrfbiout1iout22wrxfer-+-+10v-10v10k10k+5v1/2lm324dac0832材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 10 鋸齒波org2000hstart：movr0，#0feh；dac地址feh r0mova，#00h；數(shù)字量aloop：movx r0，a ；數(shù)字量d/a轉(zhuǎn)換器 inca ；數(shù)字量逐次加1sjmp loop材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 11 三角波的產(chǎn)生。三

9、角波的產(chǎn)生。 org2000hstart：movr0，#0fehmova，#00hup： movx r0，a；產(chǎn)生三角波的上升邊incajnzupdown：deca ；a=0時(shí)減1為ffh， 產(chǎn)生三角波的下降邊movx r0，ajnzdown sjmpup材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 1210.1.3 雙緩沖方式的接口與應(yīng)用雙緩沖方式的接口與應(yīng)用 在多路d/a轉(zhuǎn)換的情況下，若要求同步轉(zhuǎn)換輸出，必須采用雙緩沖方式。dac0832采用雙緩沖方式時(shí)，數(shù)字量的輸入鎖存和d/a轉(zhuǎn)換輸出是分兩步進(jìn)行的。 第一，cpu分時(shí)向各路d/a轉(zhuǎn)換器輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量并鎖存在各自的輸入寄存器中。 第二，cpu對(duì)

10、所有的d/a轉(zhuǎn)換器發(fā)出控制信號(hào)，使各路輸入寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)入dac寄存器，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換輸出。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 13dac0832雙緩沖方式接口電路雙緩沖方式接口電路csxferrfbiout1iout21wr2wrwrdac0832dac0832rfbiout1iout2csxferdi7di01wr2wrdi7di0-+-+vxvyp0.7 p0.080c51p2.5p2.6p2.7材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 14實(shí)現(xiàn)兩路同步輸出的程序 mov dptr，#0dfffh；送0832（1）輸入鎖存器地址 mov a，#data1 ；data1送0832（1）輸入鎖存器

11、 movx dptr，a； mov dptr，#0bfffh；送0832（2）輸入鎖存器地址 mov a，#data2 ；data2送0832（2）輸入鎖存器 movx dptr，a； mov dptr，#7fffh ；送兩路dac寄存器地址 movx dptr，a ；兩路數(shù)據(jù)同步轉(zhuǎn)換輸出 材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 1510.2 單片機(jī)與單片機(jī)與a/d轉(zhuǎn)換器的接口轉(zhuǎn)換器的接口10.2.1 典型典型a/d轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換器芯片adc0809逐次比較型逐次比較型8路模擬輸入、路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的位數(shù)字量輸出的a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 8位分辨率逐次比較位分辨率逐次比較adc a/d轉(zhuǎn)換時(shí)

12、間約為轉(zhuǎn)換時(shí)間約為100 s 片內(nèi)有片內(nèi)有8路模擬開(kāi)關(guān)路模擬開(kāi)關(guān) 單一單一+5v電源供電電源供電 并行輸出，帶三態(tài)鎖存緩沖器并行輸出，帶三態(tài)鎖存緩沖器材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 161. adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)8位a/d轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存緩沖器地址鎖存與譯碼8位模擬開(kāi)關(guān)vref(+)12vref(-)16adc08097eocmsbd7d01920211881517141113vccgndoe910clkstart6ale22addc23addb24adda25in754321282726in0123456789101112131415161718192021222

13、32425262728adc0809in3in4in5in6in7starteocd3oeclockvccvref(+)gndd1in2in1in0addaaddbaddcaled7d6d5d4d0d2vref(-)材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 172. 多路開(kāi)關(guān)選通表多路開(kāi)關(guān)選通表 多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)a、b、c 3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。c b a0 0 00 0 10 1

14、 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1被選擇的通道in0in1in2in3in4in5in6in7材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 183. adc0809的工作時(shí)序圖ale地址ad模擬量輸入instarteocoed0 d7數(shù)字量輸出data材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 1910.2.2 單片機(jī)與單片機(jī)與adc0809的接口的接口 電路連接主要涉及兩個(gè)問(wèn)題。 8路模擬信號(hào)通道的選擇； a/d轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。a0 a7+5vgndin0in7abcvr(+)vr(-)clkd0d7eocstaleoeadc080974ls373alep2.01intwrrdp

15、080c512+-a0a1a2材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 201. 8路模擬通道選擇路模擬通道選擇 如圖所示模擬通道選擇信號(hào)a、b、c分別接最低三位地址a0、a1、a2即（p0.0、p0.1、p0.2），而地址鎖存允許信號(hào)ale由p2.0控制，則8路模擬通道的地址為0fef8h0feffh。此外，通道地址選擇以wr作寫(xiě)選通信號(hào)。p2.0wra0a1a3alestartabcwralestart寄存器清“0”地址鎖存a/d啟動(dòng)材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 21 從圖中可以看到，把a(bǔ)le信號(hào)與start信號(hào)接在一起了，這樣連接使得在信號(hào)的前沿寫(xiě)入（鎖存）通道地址，緊接著在其后沿就啟動(dòng)

16、轉(zhuǎn)換。圖9.19是有關(guān)信號(hào)的時(shí)間配合示意圖。 啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換只需要一條movx指令。在此之前，要將p2.0清零并將最低三位與所選擇的通道好像對(duì)應(yīng)的口地址送入數(shù)據(jù)指針dptr中。例如要選擇in0通道時(shí)，可采用如下兩條指令，即可啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換： mov dptr , #fe00h ；送入0809的口地址 movx dptr , a ；啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換（in0） 注意：此處的a與a/d轉(zhuǎn)換無(wú)關(guān)，可為任意值。 材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 222. 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送a/d轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)a/d轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)

17、行傳送。為此可采用下述三種方式。(1) 定時(shí)傳送方式定時(shí)傳送方式對(duì)于一種a/d轉(zhuǎn)換其來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如adc0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s，相當(dāng)于6mhz的mcs-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，a/d轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。(2) 查詢方式查詢方式a/d轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如adc0809的eoc端。因此可以用查詢方式，測(cè)試eoc的狀態(tài)，即可確定轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 23 (3) 中斷方式中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)

18、（eoc）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以rd信號(hào)有效時(shí)，oe信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。 不管使用上述那種方式，只要一旦確認(rèn)轉(zhuǎn)換結(jié)束，便可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。所用的指令為movx 讀指令，仍以圖9-17所示為例，則有 mov dptr, #0fe00h movx a, dptr該指令在送出有效口地址的同時(shí)，發(fā)出有效信號(hào)rd，使0809的輸出允許信號(hào)oe有效，從而打開(kāi)三態(tài)門(mén)輸出，使轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線送入a累加器中。 材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 2410.2.3 a/d轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例設(shè)有一個(gè)8路模擬量輸入的巡回監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采樣數(shù)據(jù)依次存放在外部ram 0a0h0a7h單元中，按圖所示的接口電路，adc0809的8個(gè)通道地址為0fef8h0feffh。其數(shù)據(jù)采樣的初始化程序和中斷服務(wù)程序（假定只采樣一次）如下：a0 a7+ 5 vg n di n0i n7abcvr( + )vr( - )c l kd0d7e o cs ta l eo ea d c 0 8 0 97 4 l s 3 7 3a l ep2 . 01in tw rr dp08 0 c 5 12+-a0a1a2材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 25主程序