第九章應(yīng)用系統(tǒng)配置及接口技術(shù)

第9章應(yīng)用系統(tǒng)配置及接口技術(shù)第9章

應(yīng)用系統(tǒng)配置及接口技術(shù)目錄 9.1鍵盤接口 9.2LED顯示接口 9.3A/D轉(zhuǎn)換接口 9.4D/A轉(zhuǎn)換接口 9.5輸出通道接口本章要點

單片機主要應(yīng)用于測控系統(tǒng)中，應(yīng)用系統(tǒng)通常需要人的干預(yù)。 本章主要講述鍵盤、顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、開關(guān)器件等的工作原理及接口電路。第9章單片機系統(tǒng)配置及接口圖9-1單片機應(yīng)用系統(tǒng)配置框圖9.1鍵盤接口主要內(nèi)容

9.1.1鍵盤基本問題 9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序 9.1.3中斷掃描方式1、鍵的識別

當(dāng)按鍵K未被按下時，P1.0輸入為高電平；當(dāng)K閉合時，P1.0輸入為低電平。

9.1.1鍵盤基本問題

圖9-2按鍵電路2、鍵的抖動

由于機械觸點的彈性作用，按鍵在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，如圖9-3所示

。 抖動時間一般為5～10ms。抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。為確保CPU對鍵的一次閉合僅做一次處理，必須去除鍵抖動。9.1.1鍵盤基本問題9.1.1鍵盤基本問題圖9-3按鍵時的抖動9.1.1鍵盤基本問題

一．獨立式鍵盤 獨立式按鍵是指各按鍵相互獨立地接通一條輸入數(shù)據(jù)線。當(dāng)任何一個鍵按下時，與之相連的輸入數(shù)據(jù)線即可讀入數(shù)據(jù)0，而沒有按下時讀入1。9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

圖9-4獨立式鍵盤

例9-1設(shè)計一個獨立式按鍵的鍵盤接口，并編寫鍵掃描程序，電路原理圖如圖9-4所示，鍵號從上到下分別為0～7。 C語言程序清單：#include<reg52.h>voidkey(){ unsignedchark; P1=0xff; //輸入時P1口置全1 k=P1; //讀取按鍵狀態(tài) if(k==0xff) //無鍵按下，返回 return; delay20ms(); //有鍵按下，延時去抖

9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

k=P1; if(k==0xff) //確認(rèn)鍵按下 return; //抖動引起，返回 while(P1!=0xff); //等待鍵釋放

switch(k) { case:0xfe

… //0號鍵按下時執(zhí)行程序段 break; case:0xfd

… //1號鍵按下時執(zhí)行程序段 break;

9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

…

//2～6號鍵程序省略 case:0x7f

… //7號鍵按下時執(zhí)行程序段 break; }}

9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

二．行列式鍵盤為了減少鍵盤與單片機接口時所占用I/O線的數(shù)目，在鍵數(shù)較多時，通常都將鍵盤排列成行列矩陣形式。每一水平線（行線）與垂直線（列線）的交叉處通過一個按鍵來連通。圖9-54×4矩陣鍵盤接口

利用這種結(jié)構(gòu)只需N條行線和M條列線，即可組成具有N×M個按鍵的鍵盤。9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

圖9|54×4矩陣鍵盤接口9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

1.行掃描法工作原理(查詢法)判別鍵盤中有無鍵按下。向行線輸出全0，讀入列線狀態(tài)。如果有鍵按下，總有一列線被拉至低電平，從而使列輸入不全為1。查找按下鍵所在位置。依次給行線送低電平，查列線狀態(tài)。全為1，則所按下的鍵不在此行；否則所按下的鍵必在此行且是在與零電平列線相交的交點上的那個鍵。對按鍵位置進行編碼。找到所按下按鍵的行列位置后，對按鍵進行編碼，即求得按鍵鍵值。9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

2.鍵盤掃描識別子程序

C語言程序清單：#include<reg52.h>charkey() { charrow,col,k=-1; //定義行、列、返回值 P1=0xf0; if((P1&0xf0)==0xf0) returnk; //無鍵按下，返回 delay20ms(); //延時去抖 if((P1&0xf0)==0xf0) returnk; //抖動引起，返回9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

for(row=0;row<4;row++) //行掃描 {P1=~(1<<row); //掃描值送P1 k=P1&0xf0; if(k!=0xf0) //列線不全為1， { while(k&(1<<(col+4))) //所按鍵在該列 col++; //查找為0列號 k=row*4+col; //計算鍵值 P1=0xf0; while((P1&0xf0)!=0xf0);//等待鍵釋放 break; }} returnk; //返回鍵值}9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

3.行列反轉(zhuǎn)法工作原理

判別鍵盤中有無鍵按下。（方法同行掃描法）輸入變輸出，再讀。將上一步讀取到的列線輸入值從列線輸出，讀取行線值。定位求鍵值。根據(jù)上一步輸出的列線值和讀取到的行線值就可以確定所按下鍵所在的位置，從而查表確定鍵值。9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

4.行列反轉(zhuǎn)法識別子程序（優(yōu)點：=消抖）

C語言程序代碼：#include<reg52.h>charkey(){ charcodekeycode[]={ 0xee,0xde,0xbe,0x7e, 0xed,0xdd,0xbd,0x7d, 0xeb,0xdb,0xbb,0x7b, 0xe7,0xd7,0xb7,0x77 } //鍵盤表，定義16個按鍵的行列組合值 9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

charrow,col,k=-1,i; //定義行、列、返回值、循環(huán)控制變量 P1=0xf0; if((P1&0xf0)==0xf0) returnk; //無鍵按下，返回-1 delay20ms(); //延時去抖 if((P1&0xf0)==0xf0) returnk; //抖動引起，返回-1 P1=0xf0; col=P1&0xf0; //行輸出全0，讀取列值 P1=col|0x0f; row=P1&0x0f; //列值輸出，讀取行值9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

//查找行列組合值在鍵盤表中位置 for(i=0;i<16;i++) if((row|col)==keycode[i])//找到，i即為鍵值， { //否則，返回-1 key=i; //對重復(fù)鍵，該方法 break; //處理為無鍵按下 } P1=0xf0; while((P1&0xf0)!=0xf0); //等待鍵釋放 returnk; //返回鍵值}9.1.2鍵盤結(jié)構(gòu)及處理程序

9.1.3中斷掃描方式

為了提高CPU的效率，可以采用中斷掃描工作方式，即只有在鍵盤有鍵按下時才產(chǎn)生中斷申請，CPU響應(yīng)中斷，進入中斷服務(wù)程序進行鍵盤掃描，并做相應(yīng)處理。也可以采用定時掃描方式，即系統(tǒng)每隔一定時間進行鍵盤掃描，并做相應(yīng)處理。9.1.3中斷掃描方式圖9-6中斷方式鍵盤接口9.2LED顯示接口主要內(nèi)容9.2.1LED顯示器結(jié)構(gòu)原理9.2.2LED顯示器接口及顯示方式9.2.3LED顯示器與89C52接口及顯示子程序9.2.1LED顯示器結(jié)構(gòu)原理 單片機中通常使用7段LED構(gòu)成字型為“8”且加一個小數(shù)點的數(shù)碼管，以顯示數(shù)字、符號及小數(shù)，常見數(shù)碼管如下圖。

顯示器有共陰極和共陽極兩種。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。 一位顯示器由8個發(fā)光二極管組成，其中，7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆劃，另一個為小數(shù)點。 當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。9.2.1LED顯示器結(jié)構(gòu)原理以共陰極顯示器為例，當(dāng)a、b、c三段送1時，數(shù)碼管顯示數(shù)字7。（c）引腳配置外形圖（b）共陽極（a）共陰極9.2.1LED顯示器結(jié)構(gòu)原理P0=0xff用于測試表9-1共陰極和共陽極7段LED顯示字型編碼表顯示字符012345678共陰極段碼3F065B4F666D7D077F共陽極段碼C078F9A4B0999282F880顯示字符9ABCDEF-滅共陰極段碼6F777C395E79714000共陽極段碼908883C6A1868EBFFF

以上為8段，8段最高位為小數(shù)點段。表中為小數(shù)點不點亮段碼。9.2.1LED顯示器結(jié)構(gòu)原理9.2.2LED顯示器接口及顯示方式 LED有靜態(tài)顯示（占用端口多，編程簡單）和動態(tài)顯示兩種方式。 1．LED靜態(tài)顯示方式

靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示器顯示某個字符時，相應(yīng)的段（發(fā)光二極管）恒定地導(dǎo)通或截止，直到顯示另一個字符為止。 共陰極（公共端K0）接地； 共陽極（公共端K0）接+5V電源。 每位的段選線（a～dp）分別與一個8位鎖存器的輸出口相連，顯示器中的各位相互獨立。

優(yōu)點：亮度較高、編程容易、管理簡單；

缺點：但占用I/O口線資源較多。 2．LED動態(tài)顯示方式（視覺暫留）

在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制。而共陰（或共陽）極公共端K分別由相應(yīng)的I/O線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。圖9-8為6位共陰極LED動態(tài)顯示接口電路。9.2.2LED顯示器接口及顯示方式圖9-86位LED動態(tài)顯示接口電路9.2.2LED顯示器接口及顯示方式

各位掃描顯示：由于6位LED所有段選線皆由P1口控制，要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點亮各位LED，在每一瞬間只使某一位顯示字符。

段選碼、位選碼控制：P1口輸出相應(yīng)字符段選碼，P2口在該顯示位送入選通電平，保證該位顯示相應(yīng)字符，如此輪流。

掃描延時：段選碼、位選碼每送入一次后延時1ms，保證每位有一定亮度，因人眼的視覺暫留效果，看上去每個數(shù)碼管總在亮。9.2.2LED顯示器接口及顯示方式9.2.3顯示器與89C52接口及顯示子程序 下頁圖為89C52P1口和P2口控制的6位共陰極LED動態(tài)顯示接口電路。P1口輸出段選碼，P2口輸出位選碼，位選碼占用輸出口的線數(shù)決定于顯示器位數(shù)。 74LS245是雙向8位緩沖器，在此分別作為段選和位選驅(qū)動器。 逐位輪流點亮各個LED，每一位保持1ms，在10～20ms之內(nèi)再一次點亮，重復(fù)不止。這樣，利用人的視覺暫留，好像6位LED同時點亮一樣。圖9|9數(shù)碼管動態(tài)顯示接口9.2.3顯示器與89C52接口及顯示子程序 C語言程序清單：#include<reg52.h>unsignedcharcodeLED[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};unsignedcharbuf[6]; //定義字型碼和顯示緩沖區(qū)voiddisp(){ unsignedchari; for(i=0;i<6;i++) //6位顯示 { P1=LED[buf[i]]; //段碼送P1口 P2=~(0x20>>i); //位碼送P2口 delay1ms(); //延時1ms }}9.2.3顯示器與89C52接口及顯示子程序9.3A/D轉(zhuǎn)換接口主要內(nèi)容9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口9.3.3單片機內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器

模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換的方式：有很多種，例如，計數(shù)比較型、逐次逼近型、雙積分型等。選擇A/D轉(zhuǎn)換器件主要是從速度、精度和價格上考慮。

A/D轉(zhuǎn)換器的輸出方式：有串行、并行方式，并且有些增強型的單片機在片內(nèi)也集成有A/D轉(zhuǎn)換器。9.3A/D轉(zhuǎn)換接口9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口

TLC2543是TI公司生產(chǎn)的串行A/D轉(zhuǎn)換器，它具有輸入通道多、精度高、速度高、使用靈活和體積小的優(yōu)點。 TLC2543為CMOS型12位開關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器。片內(nèi)含有一個14通道多路器，可從11個模擬輸入或3個內(nèi)部自測電壓中選擇一個。

TLC2543與微處理器的接線用SPI接口只有4根連線，其外圍電路也大大減少。TLC2543的特性如下：12位A/D轉(zhuǎn)換器（可8位、12位和16位輸出）。在工作溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換時間為l0μs。11通道輸入。3種內(nèi)建的自檢模式。片內(nèi)采樣/保持電路。最大±1/4096的線性誤差。9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口內(nèi)置系統(tǒng)時鐘。轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位。單/雙極性輸出。輸入/輸出的順序可編程（高位或低位在前）。可支持軟件關(guān)機。輸出數(shù)據(jù)長度可編程。

9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口 1．TLC2543的片內(nèi)結(jié)構(gòu)及引腳功能 TLC2543片內(nèi)由通道選擇器、數(shù)據(jù)（地址和命令字）輸入寄存器、采樣/保持電路、12位的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸出寄存器、并行到串行轉(zhuǎn)換器以及控制邏輯電路7個部分組成。 TLC2543片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖9-11所示。9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口圖9-11TLC2543片內(nèi)結(jié)構(gòu)框圖9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口TLC2543的引腳意義如下：AIN0～AIN10

模擬輸入通道。CS片選端。DIN

串行數(shù)據(jù)輸入。DOUT轉(zhuǎn)換結(jié)束數(shù)據(jù)輸出。EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。GND地。SCLK（I/OCLOCK）輸入/輸出同步時鐘。REF+、REF-

轉(zhuǎn)換參考電壓。VCC

設(shè)備的電源。9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口

2．TLC2543的命令字 TLC2543的每次轉(zhuǎn)換都必須給其寫入命令字，以便確定下一次轉(zhuǎn)換用哪個通道，下次轉(zhuǎn)換結(jié)果用多少位輸出，轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出是低位在前還是高位在前。命令字的輸入采用高位在前。命令字如下：

通道選擇輸出數(shù)據(jù)長度輸出數(shù)據(jù)順序數(shù)據(jù)極性D7D6D5D4D3D2D1D0

輸入到輸入寄存器中的8位編程數(shù)據(jù)選擇器件輸入通道和輸出數(shù)據(jù)的長度及格式。其選擇格式如下表。9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口表9-2輸入寄存器命令字格式功能選擇輸入數(shù)據(jù)字節(jié)地址位LlL0LSBFBIPD7D6D5D4D3D2D1D0輸入通道AIN0AIN1AIN2AIN3AIN4AIN5AIN6AIN7AIN8AIN9AIN10000000001110000111100000110011001010101010109.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口功能選擇輸入數(shù)據(jù)字節(jié)地址位L1L0LSBFDIPD7D6D5D4D3D2D1D0選擇測試電壓(Vref++Vref-)/2Vref-Vref+101111001101軟件斷電1110輸出數(shù)據(jù)位數(shù)8位12位16位01X011輸出數(shù)據(jù)格式MSB前導(dǎo)LSB前導(dǎo)01輸入輸出關(guān)系單極性----二進制雙極性----2的補碼01注：X表示無關(guān)項。9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口3．TLC2543與89C52的SPI接口及程序圖9-12TLC2543和89C52的接口電路9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口

TLC2543提供SPI接口。對于89C52，須用軟件合成SPI操作來和TLC2543接口。TLC2543的I/OCLOCK、DIN和兩端由單片機的P1.0、P1.1和P1.3提供。TLC2543轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出（DOUT）數(shù)據(jù)由P1.2接收。 89C52將用戶的命令字通過P1.1輸入到TLC2543的輸入寄存器中，等待20μs開始讀數(shù)據(jù)，同時寫入下一次的命令字。9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口 TLC2543與89C52的8位數(shù)據(jù)傳送程序 TLC2543與89C52進行1次8位數(shù)據(jù)傳送，選用AIN0（即采集1次），高位在前。 C語言程序清單：#include<reg52.h>#include<intrins.h>sbitCS =P1^3;sbitCLK =P1^0;sbitDIN =P1^1;sbitDOUT =P1^2;//定義函數(shù)，輸入?yún)?shù)為命令字，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口unsignedcharTLC2543(unsignedcharcommand){ unsignedchari,result=0; CS=0; //片選有效 for(i=0;i<12;i++) { DOUT=1; //P1.2為輸入口 DIN=command&(0x80>>i); //命令字按位送出 result<<=1; result|=DOUT; //按位接收轉(zhuǎn)換結(jié)果 CLK=1; //產(chǎn)生一個時鐘 _nop_(); //高電平有一定寬度 CLK=0; } returnresult; //返回轉(zhuǎn)換結(jié)果}9.3.1多通道串行輸出A/D芯片TLC2543及接口9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口

1．ADC0809的片內(nèi)結(jié)構(gòu)及引腳功能 ADC0809是CMOS工藝，采用逐次逼近法的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片。 多路開關(guān)有8路模擬量輸入端，最多允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。圖9-13為ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖。它由8路模擬開關(guān)、8位A/D轉(zhuǎn)換器、三態(tài)輸出鎖存器以及地址鎖存譯碼器等組成。圖9-13ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口引腳功能說明如下：IN0～IN7：8個通道的模擬輸入端。D0～D7：8位數(shù)字量輸出端。START：啟動信號。ALE：地址鎖存信號。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。OE：輸出允許控制端。CLOCK：時鐘信號。VREF+和VREF-：A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓。VCC

電源電壓。9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口8位模擬開關(guān)地址輸入通道的關(guān)系見表9-3。模擬開關(guān)的作用和8選1的CD4051作用相同。表9-38位模擬開關(guān)功能表ADDCADDBADDA輸入通道號000IN0001IN1010IN2…………111IN79.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口

2．ADC0809與89C52接口 ADC0809芯片的轉(zhuǎn)換速度在最高時鐘頻率下為100μs左右。ADC0809與89C52連接可采用查詢方式，也可采用中斷方式。圖9-14為中斷方式連接電路圖。由于ADC0809片內(nèi)有三態(tài)輸出鎖存器，因此可直接與89C52接口。9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口圖9-14ADC0809與89C52的連接9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口

這里將ADC0809作為外部擴展并行I/O口，采用線選法尋址。ADC0809的ADDA、ADDB和ADDC端由P0.0、P0.1、P0.2送出，ADC0809的地址由P2.7控制，其他地址位與此無關(guān)，設(shè)為1，于是ADC0809地址為為7FFFH。 在圖9-14所示的接口電路中，ADC0809與片外RAM統(tǒng)一編址。9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口 啟動ADC0809的工作過程是：先送數(shù)據(jù)（通道地址）到ADC0809，由ALE信號鎖存，同時START有效，啟動A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。在中斷服務(wù)程序中，使OE端有效，8位數(shù)據(jù)便讀入到CPU中。9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口

3．8路巡回檢測系統(tǒng)

例9-2某糧庫或某冷凍廠需對8點（8個冷凍室或8個糧倉）進行溫度巡回檢測。要求設(shè)計一個單片機巡回檢測系統(tǒng)，使其能對各冷凍室或各糧倉的溫度巡回檢測并加以處理。 設(shè)被測溫度范圍為-30～+50℃，溫度檢測精度要求不大于±l℃。 溫度傳感器可選用熱電阻、熱敏電阻、PN結(jié)或集成溫度傳感器AD590和SL134等芯片。9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口 C語言程序清單：#include<reg52.h>#include<absacc.h> //絕對地址定位#defineDAC0809XBYTE[0x7fff] //定義C0809地址unsignedcharxdatabuffer[8]; //數(shù)據(jù)存放定義unsignedchari=0;voidmain(){ IT1=1; //邊沿觸發(fā) EA=1; EX1=1; DAC0809=i; //啟動0通道轉(zhuǎn)換 while(1);}9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口voidint1_srv()interrupt2{ buffer[i]=DAC0809; //讀數(shù)存放 if(++i!=8) //最后一個通道沒結(jié)束 DAC0809=i; //啟動下一個通道轉(zhuǎn)換}9.3.2逐次逼近型并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器及接口9.3.3單片機內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器

目前，很多單片機片內(nèi)集成有A/D轉(zhuǎn)換器，下面以STC89LE516AD/X2為例，說明A/D轉(zhuǎn)換的使用方法。 1．STC89LE516AD/X2片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器特點

STC89LE516AD/X2的模擬量輸入在P1口，有8位精度的高速A/D轉(zhuǎn)換器，P1.0-P1.7共8路，為電壓輸入型，可做按鍵掃描、電池電壓檢測、頻譜檢測等。

2．特殊功能寄存器 （1）P1_ADC_EN特殊功能寄存器。P1.x作為A/D轉(zhuǎn)換輸入通道允許特殊功能寄存器，地址為97H，復(fù)位值為00000000B。格式如圖9-15所示。E_P17E_P16E_P15E_P14E_P13E_P12E_P11E_P10圖9-15P1_ADC_EN特殊功能寄存器9.3.3單片機內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器

（2）ADC_DATA特殊功能寄存器。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果特殊功能寄存器，地址為0C6H，復(fù)位值為00000000B，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果計算公式如下：結(jié)果=256*Vin/VCC。

（3）ADC_CONTR特殊功能寄存器。A/D轉(zhuǎn)換控制特殊功能寄存器，地址為0C5H，復(fù)位值為xxx00000B。格式如圖9-16所示。ADC_CONTR（C5H）———FLAGSTARTCHS2CHS1CHS0圖9-16ADC_CONTR特殊功能寄存器9.3.3單片機內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器

相關(guān)位說明如下：

1）ADC_FLAG：模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1。

2）ADC_START：模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（ADC）啟動控制位，設(shè)置為“1”時，開始轉(zhuǎn)換。

3）CHS2/CHS1/CHS0：模擬輸入通道選擇，如表9-4所示。9.3.3單片機內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器表9-4模擬輸入通道選擇CHS2CHS1CHS0模擬輸入通道選擇000選擇P1.0作為A/D輸入來用001選擇P1.1作為A/D輸入來用010選擇P1.2作為A/D輸入來用011選擇P1.3作為A/D輸入來用100選擇P1.4作為A/D輸入來用101選擇P1.5作為A/D輸入來用110選擇P1.6作為A/D輸入來用111選擇P1.7作為A/D輸入來用9.3.3單片機內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器

3．A/D轉(zhuǎn)換程序 用P1.0為模擬量輸入端進行A/D轉(zhuǎn)換，程序如下：#include<reg52.h>sfrP1_ADC_EN=0x97; //A/D轉(zhuǎn)換功能允許寄存器sfrADC_CONTR=0xC5; //A/D轉(zhuǎn)換控制寄存器sfrADC_DATA=0xC6; //A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器9.3.3單片機內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器 //延時函數(shù)void delay(unsignedchar delay_time){ unsignedint i; while(delay_time--) for(i=0;i<10000;i++);}9.3.3單片機內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器unsigned char ADC()//AD轉(zhuǎn)換函數(shù){ delay(1); //使輸入電壓達到穩(wěn)定

ADC_CONTR=0x08; //P1.0為模擬量輸入端，啟動A/D轉(zhuǎn)換

while((ADC_CONTR&0x10)==0); //等待轉(zhuǎn)換結(jié)束

returnADC_DATA; //返回轉(zhuǎn)換結(jié)果}9.3.3單片機內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器9.4D/A轉(zhuǎn)換接口主要內(nèi)容9.4.1８位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)9.4.2串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615接口技術(shù)9.4.1并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)

1．DAC0832的結(jié)構(gòu)原理

（1）DAC0832的特性。具有兩級輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位單片D/A轉(zhuǎn)換器，它能直接與單片機89C52相連接，采用二次緩沖方式，可以在輸出的同時，采集下一個數(shù)據(jù)，從而提高轉(zhuǎn)換速度，能夠在多個轉(zhuǎn)換器同時工作時，實現(xiàn)多通道D/A的同步轉(zhuǎn)換輸出。

主要的特性參數(shù)如下：分辨率為8位。只需在滿量程下調(diào)整其線性度。可與所有的單片機或微處理器直接接口。電流穩(wěn)定時間為1μs?？呻p緩沖、單緩沖或直通數(shù)據(jù)輸入。功耗低，約為200mW。邏輯電平輸入與TTL兼容。單電源供電（+5V～+15V）。9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)

（2）DAC0832的引腳及邏輯結(jié)構(gòu)。 DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示，由8位鎖存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。圖9-17DAC0832結(jié)構(gòu)9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)DAC0832各引腳的功能說明如下：D0～D7：數(shù)字量數(shù)據(jù)輸入線。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號，高電平有效。CS：輸入寄存器選擇信號，低電平有效。WR1：輸入寄存器的“寫”選通信號，低電平有效。WR2：DAC寄存器的“寫”選通信號，低電平有效。XFER：數(shù)據(jù)傳送信號，低電平有效。VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線。9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)RFB：反饋信號輸入線，片內(nèi)已有反饋電阻。IOUT1和IOUT2：電流輸出線。IOUT1與IOUT2的和為常數(shù)，DAC寄存器的內(nèi)容線性變化。一般在單極性輸出時，IOUT2接地。VCC：工作電源。DGND：數(shù)字地。AGND：模擬信號地。9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)

2．DAC0832與單片機的接口

（1）單緩沖器方式接口。圖9-18DAC0832單緩沖方式接口9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)

將ILE接+5V，寄存器選擇信號及數(shù)據(jù)傳送信號都與地址選擇線相連（圖中為P2.7），兩級寄存器的寫信號都由89C52的WR端控制。當(dāng)?shù)刂肪€選通DAC0832后，只要輸出控制信號，DAC0832就能一步完成數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出。9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù) C語言程序清單：/*------------頭文件聲明及端口地址定義------------*/#include<absacc.h>#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]/*--在需要輸出時,data1為輸出模擬量的數(shù)字值--*/DAC0832=data1; 匯編語言程序清單：MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#DATA1 MOVX @DPTR,A9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)

（2）雙緩沖器同步方式接口。 圖9-19是一個二路同步輸出的D/A轉(zhuǎn)換接口電路。89C52的P2.5和P2.6分別選擇兩路D/A轉(zhuǎn)換器的輸入寄存器，控制輸入鎖存；P2.7連到兩路D/A轉(zhuǎn)換器的XFER端控制同步轉(zhuǎn)換輸出；WR與所有的WR1、WR2端相連，在執(zhí)行MOVX指令時，89C52自動輸出WR信號。9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)圖9-19DAC0832雙緩沖方式接口9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)C語言程序清單：#include<absacc.h>/*定義兩片0832輸入寄存器端口地址和//同步輸出地址*/#define DAC0832_1 XBYTE[0xDFFF] #define DAC0832_2 XBYTE[0xBFFF] #define DAC_ALL XBYTE[0x7FFF] /*在需要模擬量同步輸出時*/DAC0832_1=data1; //第一片0832輸出數(shù)字值DAC0832_2=data2; //第二片0832輸出數(shù)字值DAC_ALL=0; //0無意義，使XFER同時有效9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)

（3）DAC0832應(yīng)用——階梯波的產(chǎn)生。階梯波是在一定的時間內(nèi)每隔一段時間輸出的幅值遞增一個恒定值。如圖9-20所示，每隔1ms輸出增長一個定值，經(jīng)10ms后循環(huán)。用DAC0832的單緩沖方式就可以實現(xiàn)這樣的波形。圖9-20階梯波波形9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù) C語言程序清單：//為了使輸出波形有一定高度，設(shè)n，取值1～25#include<absacc.h>#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]voidmain(){ unsignedchari,n=20; while(1) for(i=0;i<10;i++) { DAC0832=i*n; delay(1); //延時1ms }}9.4.18位并行D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832接口技術(shù)9.4.2串行D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615接口技術(shù)

數(shù)/模轉(zhuǎn)換器從接口上可分為兩大類：并行接口和串行接口。 并行接口：引腳多，體積大，占用I/O線多； 串行接口：體積小，占用單片機的I/O線少。

1．TLC5615的結(jié)構(gòu)原理 TLC5615是具有3線串行接口的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。其輸出為電壓型，最大輸出電壓是基準(zhǔn)電壓值的兩倍。帶有上電復(fù)位功能。TLC5615的性價比較高。（1）TLC5615的特點。10位CMOS電壓輸出。5V單電源工作。與微處理器3線串行接口（SPI）。最大輸出電壓是基準(zhǔn)電壓的2倍。建立時間12.5μs。內(nèi)部上電復(fù)位。低功耗，最高為l.75mW。引腳與MAX515兼容。9.4.2串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615接口技術(shù)

（2）功能方框圖。圖9-21TLC5615功能方框圖9.4.2串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615接口技術(shù)（3）引腳功能說明：DIN：串行數(shù)據(jù)輸入。SCLK：串行時鐘輸入。CS：芯片選擇，低電平有效。DOUT：用于菊花鏈（daisychaining）的串行數(shù)據(jù)輸出。AGND：模擬地。REFIN：基準(zhǔn)電壓輸入。OUT：DAC模擬電壓輸出。VDD。正電源（4.5～5.5V）。9.4.2串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615接口技術(shù)

（4）TLC5615的輸入/輸出關(guān)系。圖9-23所示的D/A輸入/輸出關(guān)系如表9-5所列。數(shù)字量輸入模擬量輸出1111111111（00）2VREFIN×1023/1024……1000000001（00）2VREFIN×513/10241000000000（00）2VREFIN×512/10240111111111（00）2VREFIN×511/1024……0000000001（00）2VREFIN×1/10240000000000（00）0V表9-5D/A轉(zhuǎn)換關(guān)系表9.4.2串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615接口技術(shù)

因為TLC5615芯片內(nèi)的輸入鎖存器為12位寬，所以要在10位數(shù)字的低位后面再填以數(shù)字XX。XX為不關(guān)心狀態(tài)。串行傳送的方向是先送出高位MSB，后送出低位LSB。10位XXMSBLSB

如果有級聯(lián)電路，則應(yīng)使用16位的傳送格式，即在最高位MSB的前面再加上4個虛位，被轉(zhuǎn)換的10位數(shù)字在中間。4個虛位10位XX9.4.2串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615接口技術(shù)2．TLC5615與89C52的串行接口電路及程序在下圖電路中，89C52單片機自P3.0～P3.2口分別控制TLC5615的片選CS、串行時鐘輸入SCLK和串行數(shù)據(jù)輸入DIN。圖9-23TLC5615與89C51接口電路9.4.2串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615接口技術(shù) D/A轉(zhuǎn)換程序如下：sbitCS=P3^0;sbitSCLK=P3^1;sbitDIN=P3^2;voidDAC(unsignedintadata){ chari; adata<<=2; //10位數(shù)據(jù)升位為12 //位，低2位無效 CS=0; //片選有效

9.4.2串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615接口技術(shù)for(i=11;i>=0;i--) { SCLK=0; //時鐘低電平 DIN=adata&(1<<i);//按位將數(shù)據(jù)送入 SCLK=1; //時鐘高電平 } SCLK=0; //時鐘低電平 CS=1; //片選高電平}9.4.2串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615接口技術(shù)9.5輸出通道電路設(shè)計在工業(yè)拉制系統(tǒng)中，單片機總要對控制對象實現(xiàn)控制操作，因此，要有控制輸出通道。一、概述二、單片機的功率接口設(shè)計三、后向通道中的D／A轉(zhuǎn)換技術(shù)和接口芯片四、執(zhí)行器類型一、概述1.輸出通道及其特點輸出通道是對控制對象實現(xiàn)控制操作的通道。它的結(jié)構(gòu)和特點和控制對象與控制任務(wù)密切相關(guān)。根據(jù)控制對象對控制信號的要求，后向通道具有以下特點：（1）小信號輸出、大功率控制。單片機輸出功率較小，滿足不了控制對象要求。因此，需要功率放到驅(qū)動。（2）接近伺服驅(qū)動現(xiàn)場，環(huán)境惡劣。控制對象大多數(shù)是大功率的伺服驅(qū)動機構(gòu)，電磁、機械干擾較為嚴(yán)重。這些干擾信號易從后向通道進入計算機系統(tǒng)。所以，后向通道的隔離對系統(tǒng)的可靠性影響很大。一、概述2.輸出通道的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字信號形態(tài)：主要有開關(guān)量、二進制數(shù)字量和頻率量，可直接用于開關(guān)量、數(shù)字量和頻率量的調(diào)制系統(tǒng)。模擬量：數(shù)／模轉(zhuǎn)換變換成模擬量控制信號。一、概述3.輸出應(yīng)解決的問題

1)功率驅(qū)動。將單片機輸出的信號進行功率放大，以滿足伺服驅(qū)動對功率的要求。2)干擾防治。主要防治伺服驅(qū)動系統(tǒng)通過信號通道、電源以及空間電磁場對計算機系統(tǒng)的干擾。通常通過信號隔離、電源隔離和對大功率開關(guān)實現(xiàn)過零切換等方法進行干擾防治。

3)數(shù)／模轉(zhuǎn)換。對于二進制輸出的數(shù)字雖采用D／A轉(zhuǎn)換；對于頻率量輸出則可以采用F／V轉(zhuǎn)換器變換成模擬量。二、單片機的功率接口設(shè)計要用單片機控制各種各樣的高壓、大電流負(fù)載，如電動機、電磁鐵、繼電器、燈泡等，不能用單片機的I/O線來直接驅(qū)動，而必須通過各種驅(qū)動電路和開關(guān)電路來驅(qū)動。另外，與強電隔離和抗干擾，有時需加接光電耦合器。稱此類接口為MCS-51的功率接口。二、單片機的功率接口設(shè)計1.外圍集成數(shù)字驅(qū)動電路

對于負(fù)載相對較小，可直接由TTL、MOS以及CMOS電路來驅(qū)動。對于電阻性負(fù)載：只要加接合適的限流電阻和偏置電阻，即可直接由TTL、MOS以及CMOS電路來驅(qū)動。驅(qū)動感性負(fù)載時，必須加接限流電阻或箝位二極管。此外，有些驅(qū)動器內(nèi)部有邏輯門電路，可以完成與、與非、或以及或非的邏輯功能。二、單片機的功率接口設(shè)計1.外圍集成數(shù)字驅(qū)動電路圖1為慢開啟白熾燈驅(qū)動電路，白熾燈的延時開啟時間長短取決于時間常數(shù)RC。此電路能直接驅(qū)動工作電壓小于30V、額定電流小于500mA的任何燈泡。例1慢開啟的白熾燈驅(qū)動電路

二、單片機的功率接口設(shè)計1.外圍集成數(shù)字驅(qū)動電路圖2電路能直接驅(qū)動一個大功率的揚聲器，可用于報警系統(tǒng)，改變電阻或電容的值便能改變電路的振蕩頻率。電路中的兩個齊納二極管IN751A用于輸入端的保護。例2大功率音頻振蕩器

二、單片機的功率接口設(shè)計

電路如圖3所示。ULN2068芯片具有四個大電流達林頓開關(guān)，能驅(qū)動電流高達1.5A的負(fù)載。由于ULN2068在25℃時功耗達2075mW，因而使用時一定要加散熱板。例3驅(qū)動大電流負(fù)載

二、單片機的功率接口設(shè)計2.MCS-51的開關(guān)型功率接口常用的開關(guān)型驅(qū)動器件有，光電耦合器、繼電器、晶閘管、功率MOS管、集成功率電子開關(guān)、固態(tài)繼電器等。二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——光電耦合器

1）信號隔商用光耦合器件做信號隔離用的光耦合器件，通常有兩種形式，如下圖所示。最簡單的信號隔離用光耦合器件如下圖(a)所示。以發(fā)光二極管為輸入端，光敏三極管為輸出端。這種器件一般用在100kHz以下的頻率信號。如果基極有引出線，則可滿足溫度補償、檢測和調(diào)制要求。圖(b)是高速光耦合器的結(jié)構(gòu)形式。輸出部分采用PIN型二極管和高速開關(guān)管組成復(fù)合結(jié)構(gòu)，有較高的響應(yīng)速度。（1）晶體管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口

二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——光電耦合器

1）信號隔商用光耦合器件圖4為使用4N25光電耦合器接口電路圖。4N25使輸出驅(qū)動與單片機主機系統(tǒng)的電流信號相互獨立（隔離）。減少系統(tǒng)所受的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。4N25輸入輸出端的最大隔離電壓＞2500V。（1）晶體管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口

二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——光電耦合器

2）隔離驅(qū)動用光耦合器件做隔離驅(qū)動用的晶體管輸出型的光耦合器件，主要有達林頓輸出光耦合器件。如下圖所示，其輸出部分是以光敏感三極管和放大三極管構(gòu)成的達林頓輸出，可直接用于驅(qū)動較低頻率的負(fù)載。（1）晶體管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口

二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——光電耦合器

輸出端是光敏晶閘管或光敏雙向晶閘管。當(dāng)光電耦合器的輸入端有一定的電流流入時，晶閘管即導(dǎo)通。有的光電耦合器的輸出端還配有過零檢測電路，用于控制晶閘管過零觸發(fā)，以減少用電器在接通電源時對電網(wǎng)的影響。4N40為常用單向晶閘管輸出型光電耦合器。輸入15～30mA電流。輸出端額定電壓為400V，額定電流有效值為300mA。隔離電壓為1500～7500V;MOC3041為常用雙向晶閘管輸出的光電耦合器，帶過零觸發(fā)電路，輸入端的控制電流為15mA，輸出端額定電壓為400V，輸入輸出端隔離電壓為7500V。（2）晶閘管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口

二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——光電耦合器（2）晶閘管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口

二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——繼電器的接口（1）直流電磁式繼電器功率接口常用的繼電器大部分屬于直流電磁式繼電器，也稱為直流繼電器。一般用功率接口集成電路或晶體管驅(qū)動。在使用較多繼電器的系統(tǒng)中，可用功率接口集成電路驅(qū)動，例如SN75468，一片SN75468可驅(qū)動7個繼電器，驅(qū)動電流可達500mA，輸出端最大工作電壓為100V。

二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——繼電器的接口（1）直流電磁式繼電器功率接口圖7是直流繼電器的接口電路。繼電器的動作由單片機8031的P1.0端控制。P1.0端輸出低電平時，繼電器J吸合；P1.0端輸出高電平時，繼電器J釋放。采用這種控制邏輯可以使繼電器在上電復(fù)位或單片機受控復(fù)位時不吸合。二極管是保護晶體管T。二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——繼電器的接口（2）交流電磁式接觸器的功率接口

切換大電流，高電壓的負(fù)荷時，需要電磁式繼電器（稱為接觸器）。交流電磁式接觸器由于線圈的工作電壓要求是交流電,所以通常使用雙向晶閘管驅(qū)動或使用一個直流繼電器作為中間繼電器控制。圖8為交流接觸器的雙向晶閘管驅(qū)動接口電路圖。二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——繼電器的接口（2）交流電磁式接觸器的功率接口下圖為：直流繼電器作為中間繼電器的交流接觸器驅(qū)動接口電路圖。二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——MCS-51與晶閘管的接口（1）單向晶閘管晶閘管習(xí)慣上稱可控硅（整流元件），英文名為SiliconControlledRectifier，簡寫成SCR，這是一種大功率半導(dǎo)體器件，它既有單向?qū)щ姷恼髯饔?，又有可以控制的開關(guān)作用。利用它可用較小的功率控制較大的功率。在交、直流電動機調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和無觸點開關(guān)等方面均獲得廣泛的應(yīng)用，如圖示，有三個電極：陽極A、陰極C、控制極（門極）G。二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——MCS-51與晶閘管的接口（2）雙向晶閘管如下圖所示，相當(dāng)于兩個晶閘管反并聯(lián)，應(yīng)用于交流電路控制時二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——MCS-51與晶閘管的接口（3）光耦合雙向可控硅驅(qū)動器

是單片機輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，由兩部分組成，輸入部分是一砷化鎵發(fā)光二極管，該二極管在5~15mA正向電流作用下發(fā)出足夠強度的紅外光，觸發(fā)輸出部分。輸出部分是一硅光敏雙向可控硅，在紅外線的作用下可雙向?qū)?。該器件為六引腳雙列直插式封裝，其引腳配置和內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖11。常用型號有：MOC3030/31/32（用于115V交流），MOC3040/41（用于220V交流）MOC3061雙向晶閘管觸發(fā)電路。--MOTOROLA公司二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——MCS-51與晶閘管的接口（3）光耦合雙向可控硅驅(qū)動器二、單片機的功率接口設(shè)計2.單片機的開關(guān)型功率接口——MCS-51與晶閘管的接口（3）光耦合雙向可控硅驅(qū)動器三、輸出通道中的D／A轉(zhuǎn)換技術(shù)和接口芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換器（D/A）就是一種把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成為模擬電信號的器件。D/A轉(zhuǎn)換是單片機應(yīng)用測控系統(tǒng)典型的接口技術(shù)內(nèi)容。D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計的主要任務(wù)：

選擇D