智能儀器教案

智能儀器第1章緒論第2章智能儀器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口第3章預(yù)處理電路及數(shù)據(jù)采集第4章人機接口技術(shù)第5章測量算法與系統(tǒng)化設(shè)計第6章監(jiān)控主程序的設(shè)計第1章緒論課時安排：2學(xué)時知識點：智能儀器的定義、特點、組成；智能積分式DVM的工作原理、智能儀器設(shè)計要點、監(jiān)控程序的結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計技術(shù)。重點：智能儀器的組成、智能積分式DVM的工作原理、監(jiān)控程序的結(jié)構(gòu)。難點：智能積分式DVM的工作原理教學(xué)方法：以課堂講授方式進(jìn)行教學(xué)，從介紹電子測量儀器的開展過程、深刻分析智能儀器與傳統(tǒng)電子儀器的區(qū)別。通過介紹智能儀器的結(jié)構(gòu)及設(shè)計要點，使學(xué)生明確智能儀器包含的主要模塊和涉及的知識領(lǐng)域，把本課程在其它幾章中要介紹的內(nèi)容關(guān)聯(lián)起來，使學(xué)生明確其余幾章在本課程中所占的地位，明確學(xué)習(xí)目的和任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。本章對學(xué)生的要求：要求學(xué)生上課認(rèn)真聽講，課后多查閱一些相關(guān)資料，進(jìn)一步了解電子儀器的開展過程、現(xiàn)狀和今后的開展趨勢，深入分析科技開展的規(guī)律。通過通過學(xué)習(xí)本章介紹的內(nèi)容，應(yīng)對智能儀器的定義、主要特點、根本結(jié)構(gòu)、工作原理，設(shè)計智能儀器的根本任務(wù)和應(yīng)該注意的事項有一定的了解；明確本課程學(xué)習(xí)的目的、主要任務(wù)等。1.1概述1.1.1智能儀器及其特點1.什么是智能儀器是帶有微型計算機和自動測試系統(tǒng)通用接口〔GP-IB〕的電子測量儀器。電子儀器的開展過程:從使用器件上看，分為三個階段。真空管時代晶體管時代集成電路時代從工作原理上看：已經(jīng)歷了三代：第一代：模擬式電子儀器特點：功能簡單、精度低、速度慢。第二代：數(shù)字式的電子儀器工作原理：A/D轉(zhuǎn)換測量數(shù)字顯示特點：精度高、速度快、讀數(shù)清晰直觀、能打印輸出能與計算機技術(shù)相結(jié)合，適于遙控遙測。第三代：智能儀器在數(shù)字化的根底上進(jìn)行微機化。智能儀器——含有微機和自動測試系統(tǒng)通用接口GP-IB的電子測量儀器。CPU在智能儀器中的作用可歸結(jié)為兩大類：對測試過程進(jìn)行控制和對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。2.智能儀器的特點1〕儀器的功能強大：可測量參數(shù)多；是通過間接測量實現(xiàn)的。儀器中常用的數(shù)值計算有：(1)線性變換(乘常數(shù))：R=cx(2)百分?jǐn)?shù)偏離：R=100(x-n)/n(3)偏移：R=x-Δ(4)比例：線性的R=x/r對數(shù)的R=20lg(x/r)功率的R=x2/r(5)最大/最小：記錄測量的最大/最小值。(6)極限：設(shè)置高、低極限值、越限報警。(7)統(tǒng)計：對測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計處理。2〕儀器的性能優(yōu)越CPU可實現(xiàn)自動補償、自動校正、屢次測量平均等技術(shù)，以提高測量精度。用適當(dāng)和巧妙的算法，克服硬件本身的缺陷，提高儀器的性能。3〕操作自動化自選量程、自動校準(zhǔn)，自動調(diào)整測試點，方便操作，提高精度。也稱為自動測試儀器。4〕具對外接口配備GP－IB接口，接入自動測試系統(tǒng)，實現(xiàn)自動測試。5〕硬件軟化實現(xiàn)“硬件軟化”，降低本錢、減小體積、降低功耗和提高可靠性。6〕采用面板顯示有LED、LCD、CRT顯示，字跡清晰、直觀。7〕自測試、自診斷功能能測試自身工作是否正常并指出故障的部位。提高儀器工作可靠性，方便使用和維修。1.1.2智能儀器的組成組成框圖如下，典型的計算機結(jié)構(gòu)。CPU是整個智能儀器的核心；固化在只讀存儲器中的程序是儀器的靈魂。智能儀器的根本組成1.1.3智能儀器的工作原理傳統(tǒng)數(shù)字電壓表〔DVM〕的工作原理及特點傳統(tǒng)積分式DVM原理圖傳統(tǒng)積分式DVM工作過程：〔1〕積分器先對Ui進(jìn)行定時積分，積分時間T1稱為采樣期?！?〕T1結(jié)束后進(jìn)入比擬期T2，積分器對Er積分。積分器輸出電壓的斜率方向相反?！?〕積分器輸出到達(dá)零點時，比擬器輸出產(chǎn)生跳變，T2結(jié)束，一次轉(zhuǎn)換也結(jié)束。在T2內(nèi)計數(shù)器計數(shù)，該值正比于被測電壓。經(jīng)標(biāo)度變換得測量結(jié)果，存儲、顯示。傳統(tǒng)的DVM具有以下特點：〔1〕通過旋扭改變儀器中的電參數(shù)，以設(shè)置儀器的功能?！?〕各種控制、計數(shù)、漂移補償?shù)裙ぷ魍耆捎布瓿伞！?〕電路采用隨機邏輯，復(fù)雜，設(shè)計和調(diào)試難，可靠性差。2.智能積分式DVM的工作原理及特點智能積分式DVM原理框圖工作過程：CPU依來自鍵盤或GP－IB接口的命令，輸出適宜的開關(guān)量，規(guī)定量程。〔2〕CPU置輸出口b3位為高，接通S3，積分器對Ui進(jìn)行定時積分。通過計數(shù)，控制采樣期T1時間?！?〕T1結(jié)束后，CPU置b3位為低，b4位為高，接通S4，斷開S3，進(jìn)入比擬期T2，積分器對Er積分，計數(shù)并檢查比擬器輸出是否發(fā)生跳變。〔4〕當(dāng)檢出比擬器輸出發(fā)生跳變，說明積分器輸出回零，即停止計數(shù)；置輸出口的b3、b4位均為低，斷開S3、S3，積分器停止積分，一次模數(shù)轉(zhuǎn)換或測量結(jié)束?！?〕CPU比照擬期內(nèi)的計數(shù)值進(jìn)行處理后，存儲、顯示，或經(jīng)GP－IB總線發(fā)送到遠(yuǎn)地。特點：通過鍵盤向CPU發(fā)出命令，CPU對命令譯碼后發(fā)出適當(dāng)?shù)目刂菩盘枺?guī)定儀器的功能?！?〕CPU通過執(zhí)行程序發(fā)出控制信號，只要修改軟件就能改變儀器工作，有些硬件電路的功能可由軟件完成?！?〕CPU能對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如自動校正零點偏移和增益漂移、統(tǒng)計及其它數(shù)學(xué)運算等?！?〕計算機結(jié)構(gòu)，各部件都“掛”在總線上，方便系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試、和維護?！?〕具有GP-IB接口，能接入自動測試系統(tǒng)進(jìn)行工作。1.1.4智能儀器的新開展呈現(xiàn)微型化、多功能化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的開展趨勢1.個人儀器：20世紀(jì)60年代以來測線系統(tǒng)開展經(jīng)三個階段：〔1〕測試儀器與小型儀用計算機通過專用接口連接而成?！?〕智能儀器〔3〕個人儀器：個人計算機通過系統(tǒng)總線控制多個儀器插件實現(xiàn)測量功能。如以下圖所示：個人儀器結(jié)構(gòu)個人儀器的特點：(1)本錢低每個測試功能不是由整機、而是由插件完成的。(2)使用方便標(biāo)準(zhǔn)的儀器功能寫入操作軟件，備有清單，用戶選擇清單就能完成各種測試任務(wù)。(3)制造方便：儀器制造廠只要研制、生產(chǎn)測試卡即可。(4)實時交互作用相互間通過微機系統(tǒng)總線連接，可進(jìn)行實時交互。在個人儀器和計算機軟件不斷開展的根底上出現(xiàn)，更強調(diào)軟件的作用，提出了“軟件就是儀器”的思想。以通用計算機為控制器，添加模塊化硬件來完成數(shù)據(jù)采集，由高效、功能強大的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)測量操作。虛擬儀器系統(tǒng)的根本構(gòu)架是：高性能的通用計算機；模塊化的通用硬件設(shè)備；功能強大的專業(yè)性測試軟件系統(tǒng)?！疤摂M”二字的含義：〔1〕面板虛擬。面板控件圖形與實物相像，對應(yīng)著相應(yīng)的控制程序，通過鼠標(biāo)點擊操作?！?〕功能由軟件實現(xiàn)。在硬件平臺下，通過軟件編程實現(xiàn)儀器的測試功能。特點:〔1〕通用硬件平臺確定后，可由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的各種硬件?！?〕儀器的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來定義，而不是由廠家事先定義的?！?〕儀器功能的改良和擴展只需進(jìn)行相關(guān)軟件更新設(shè)計，無須購置新的儀器。〔4〕研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。〔5〕虛擬儀器開放、靈活，可與計算機同步開展，與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)。1.2智能儀器設(shè)計簡介1.2.1設(shè)計要點主要任務(wù)：CPU選擇、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計CPU選擇：依功能而定，假設(shè)運算量不大，選高性能的8位單片機。硬件設(shè)計：先設(shè)計內(nèi)部的微機及外設(shè)、測試硬件和GP－IB接口；然后設(shè)計微機和其它部件的接口。軟件設(shè)計：任務(wù)描述、程序設(shè)計、編碼糾錯、調(diào)試、編寫文件。1.2.2監(jiān)控程序的結(jié)構(gòu)監(jiān)控程序是指管理機器工作的整個程序監(jiān)控主程序：接受和分析來自鍵盤的命令。把控制轉(zhuǎn)移到相應(yīng)處理子程序的入口監(jiān)控程序接口管理主程序：接受和分析來自GP-IB接口命令，把控制轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序的入口命令處理子程序：具體執(zhí)行某個命令、完成命令所規(guī)定的操作的子程序1.2.3程序設(shè)計技術(shù)〔1〕模塊法把一個長的程序分成假設(shè)干個較小的程序模塊進(jìn)行設(shè)計和調(diào)試，然后把各模塊連接起來?！?〕自頂向下的設(shè)計方法設(shè)計思路從整體到局部，最后到具體細(xì)節(jié)的設(shè)計方法?！?〕結(jié)構(gòu)程序設(shè)計根本原那么：每個模塊只能有一個入口和一個出口。有以下三種根本結(jié)構(gòu)：①序列結(jié)構(gòu)P1P2P3②分支結(jié)構(gòu)If-then-else結(jié)構(gòu)③循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)Repeat-until結(jié)構(gòu)；(b)Do-while結(jié)構(gòu)另一種常用的結(jié)構(gòu)—選擇結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)1.2.4智能儀器的研制步驟大致可以分為3個階段：1.確定任務(wù)、擬制設(shè)計方案2.硬件、軟件研制及儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計3.儀器總調(diào)、性能測定1.2.5智能儀器設(shè)計中應(yīng)注意的問題1、采用新穎的設(shè)計方法2、硬件軟件化3、分時操作：CPU速度極高，為分時操作提供可能。4、增強功能：充分利用微機的快速運算和靈活控制的特點。5、簡化面板結(jié)構(gòu)6、采用新器件、運用新技術(shù)習(xí)題與思考題1.電子儀器開展至今經(jīng)歷了哪幾個階段？2.什么是智能儀器？智能儀器有哪些主要特點？3.畫出智能儀器的根本組成框圖，并說明其各局部的作用。4.說明如圖1-4所示的智能積分式DVM的工作原理及其主要特點。5.將圖1-4中的微處理器確定為80C51單片機，請畫出單片機與測試電路的接口連接圖，并編寫啟動一次測量的程序。設(shè)采樣期T1的定時可調(diào)用DLYT1，比擬期T2用80C51內(nèi)部定時器T0計測；輸出口的某位為1時，相應(yīng)的開關(guān)接通，輸出口、輸入口的地址分別為2080H和2081H。6.什么是虛擬儀器？虛擬儀器的特點是什么？7.試述虛擬儀器的結(jié)構(gòu)原理。8.簡述虛擬儀器中軟件結(jié)構(gòu)與功能。9.設(shè)計智能儀器的主要任務(wù)是什么？研制的一般步驟怎樣？10.在智能儀器的設(shè)計中應(yīng)注意哪些問題？第2章智能儀器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口2.1RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口總線2.2SPI總線標(biāo)準(zhǔn)2.3I2C標(biāo)準(zhǔn)總線2.4USB總線標(biāo)準(zhǔn)2.5CAN總線2.6GP-IB接口總線2.7無線數(shù)據(jù)傳輸及PTR2000應(yīng)用習(xí)題與思考題課時安排：6學(xué)時知識點：智能儀器中常用的標(biāo)準(zhǔn)總線、串行總線及各種總線的應(yīng)用重點：SPI和I2C總線標(biāo)準(zhǔn)、各信號的定義，對于不帶SPI、I2C總線接口的一般8051單片機這兩種總線的實現(xiàn)方法。難點：SPI、I2C總線的軟件實現(xiàn)及其應(yīng)用教學(xué)方法：主要采用課堂講授方式，考慮到學(xué)生已學(xué)過微機原理與接口技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用等課程，但是一般對單片機操作時序的理解和實現(xiàn)有一定的難度，因此本章在講授過程中采用先分析時序波形，再用軟件模擬一些根本操作的子程序，之后再介紹幾個實際應(yīng)用的例子，循序漸進(jìn)，以便于學(xué)生理解。本章對學(xué)生的要求：在第一章中介紹的智能儀器的構(gòu)成框圖可見，它是一個典型的計算機結(jié)構(gòu)，其中的各個局部是通過總線聯(lián)系在一起的。與計算機系統(tǒng)一樣，智能儀器的標(biāo)準(zhǔn)總線可分為外部總線和內(nèi)部總線，由于本章教學(xué)時數(shù)有限，課堂上只重點介紹SPI、I2C兩種內(nèi)部總線，這兩種總線性能優(yōu)越，應(yīng)用廣泛，它們是單片機系統(tǒng)擴展、智能儀器設(shè)計的一個重要手段，要求學(xué)生認(rèn)真掌握它們的有關(guān)信號的定義及具體操作時序和用軟件模擬的實現(xiàn)方法。2.2SPI總線標(biāo)準(zhǔn)2.2.1SPI總線標(biāo)準(zhǔn)介紹串行外設(shè)接口，允許MCU與各種外設(shè)進(jìn)行串行通信。完整的SPI系統(tǒng)的特性：〔1〕全雙工、三線同步傳送。〔2〕主、從機工作方式?！?〕可程控的主機位傳送速率、時鐘極性和相位?！?〕發(fā)送完成中斷標(biāo)志?！?〕寫沖突保護標(biāo)志。用一個MCU為主機，控制數(shù)據(jù)向一個或多個從機傳送，SPI系統(tǒng)使用4個I/O引腳。1〕串行數(shù)據(jù)線(MISO、MOSI)主輸入/從輸出MISO和主輸出/從輸入MOSI：用于數(shù)據(jù)的收、發(fā)，先MSB(高位)，后LSB(低位)。主機方式時，MISO是主機數(shù)據(jù)輸入線，MOSI是主機數(shù)據(jù)輸出線；從機方式時，MISO是從機數(shù)據(jù)輸出線，MOSI是從機數(shù)據(jù)輸入線。2〕串行時鐘線(SCLK)用于同步MISO和MOSI引腳上數(shù)據(jù)的傳送。主機方式時，SCLK為輸出；主機啟動一次傳送，在SCLK腳產(chǎn)生8個時鐘。從機方式時，SCLK為輸入。在主機、機之間，SCLK的一個跳變進(jìn)行數(shù)據(jù)移位，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后的另一個跳變進(jìn)行采樣。串行數(shù)據(jù)和時鐘之間有4種極性和相位關(guān)系。主、從機的定時關(guān)系必須相同。SPI系統(tǒng)時鐘的極性和相位關(guān)系3〕從機選擇()從機方式用于使能從機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；主機方式一般由外部置為高電平。一般只需連接SPI的SCLK、MOSI及MISO三根線即可。對于有端的I/O擴展芯片，用一根I/O線來控制片選端。2.2.2利用模擬SPI總線擴展串行E2PROM1.串行E2PROM—93C46的特點及引腳93C46是64×16(1024)位串行的電擦除可編程的只讀存儲器。特點:〔1〕在線改寫數(shù)據(jù)和自動擦除功能?！?〕電+5V單電源供電；源關(guān)閉，數(shù)據(jù)也不喪失?！?〕輸入、輸出口與TTL兼容。〔4〕內(nèi)有電壓發(fā)生器，產(chǎn)生擦/寫所需的電壓?！?〕有控制和定時邏輯，控制擦和讀寫操作?！?〕整體編程允許和禁止功能，以增強數(shù)據(jù)的保護能力。〔7〕等待狀態(tài)時，電流為1.5mA～3mA。有兩種封裝形式，如以下圖：圖2-1193C46引腳排列

8腳雙列直插式塑料封裝(b)

14腳扁平式塑料封裝。引腳功能：DO：讀時數(shù)據(jù)輸出端；擦?xí)r為狀態(tài)指示，相當(dāng)于READY/信號，其它狀態(tài)該腳呈高阻。DI：用于接收命令、地址和數(shù)據(jù)信息，每一位均在CLK的上升沿寫入93C46。ORG：結(jié)構(gòu)端。連到Vcc或懸空時為16位結(jié)構(gòu)；連到Vss時為8位結(jié)構(gòu)。注意：時鐘頻率低于1MHz時ORG端才能懸空，構(gòu)成16位結(jié)構(gòu)。2.指令系統(tǒng)：共有7條指令，格式如下表。表2-393C46指令表(ORG=0，8位結(jié)構(gòu))一條指令操作完成之前，拒絕接收新指令。1〕讀指令(READ)從單元中讀取數(shù)據(jù)。接收指令后，DO端先輸出一低電平，之后從CLK的上升沿開始，DO連續(xù)輸出８位或16位串行數(shù)據(jù)。當(dāng)CS保持為高時允許連續(xù)讀，即自動周期性地輸出下一個地址單元的數(shù)據(jù)。時序如下。圖2-12讀指令的時序2〕寫指令(WRITE)向指定單元中寫入數(shù)據(jù)。指令指定了單元地址后輸出８位或16位數(shù)據(jù)。在最后一個數(shù)據(jù)位加在DI端后，在CLK的下一個上升沿以前，CS必須為低。DO端指示READY/狀態(tài)。指令的時序如圖2-13所示。圖2-13寫指令的時序3〕擦除指令(ERASE)將指定單元的內(nèi)容擦除，即強迫該單元所有數(shù)據(jù)位為“1”狀態(tài)。時序圖如下。圖2-14擦除指令的時序裝載最后的地址位后，CS為低。CS的下降沿啟動自定時編程周期。CS為低約250ns后恢復(fù)為高。擦除周期每字4ms。DO端指示器件的READY/狀態(tài)：DO端為0時，指示編程仍在進(jìn)行；DO端為1時，表示擦除結(jié)束，可接收下一指令。4〕擦除整個存儲器指令(ERAL)將整個存儲器陣列強迫為邏輯“1”狀態(tài)。除操作碼不同外，與ERASE(擦除)相同，時序如圖2-15(a)所示。ERAL周期完成自定時，在CS的下降沿開始。無需CLK端的驅(qū)動時鐘。CS為低約250ns后恢復(fù)為高。DO端指示器件的READY/狀態(tài)。5〕寫整個存儲器指令(WRAL)將命令中指定的數(shù)據(jù)寫入整個存儲器陣列中。除操作碼不同外，與WRITE相同，時序如圖2-15(b)所示。WRAL周期也完成自定時。WRAL周期最大需30ms。圖2-15擦除和寫入整個存儲器指令的時序

(a)擦除整個存儲器指令的時序(b)寫整個存儲器指令的時序。6〕擦/寫允許指令(EWEN)和擦/寫禁止指令(EWDS)EWEN使芯片處于允許擦/寫狀態(tài)，直至執(zhí)行了EWDS指令或電源關(guān)閉為止。EWDS禁止對整個芯片和單個單元的擦和寫操作。上電復(fù)位芯片處于擦／寫禁止?fàn)顟B(tài)。EWEN與EWDS操作碼不同，但周期相同。時序如圖2-16所示。圖2-16EWEN指令和EWDS指令時序

(a)

EWEN指令時序(b)

EWDS指令時序。3.

93C46與80C51單片機的接口與編程80C51串口方式0提供了簡化的SPI，特點：〔1〕SCLK極性、相位、傳送速率固定。〔2〕無從機選擇輸入端?！?〕數(shù)據(jù)入/出是同一根線，用軟件設(shè)置數(shù)傳方向。故80C51中SPI僅兩個腳：RXD(P3.1)—MOSI/MISO；TXD(P3.0)—SCLK?！?〕傳送數(shù)據(jù)位的順序為先LSB，后MSB。1〕利用80C51的串行口實現(xiàn)的接口80C51與93C46接口時，需適當(dāng)?shù)挠?、軟件配合。以下圖80C51串口工作在方式0。圖中80C51的TXD腳提供CLK信號；RXD送出命令和讀入數(shù)據(jù)；P1.1為片選信號與93C46的CS相連。93C46與80C51單片機的接口之一該電路需注意兩點：◎必須將TXD反相，以適應(yīng)E2PROM時序需要；◎P1.0作為93C46的讀/寫控制信號。注：本方案中除起始位和“虛擬”數(shù)據(jù)位外，同步串口自動傳送操作碼、地址及數(shù)據(jù)的；由于兩種接口傳送數(shù)據(jù)位順序相反，所以數(shù)據(jù)要做倒序處理。下面列出相關(guān)操作子程序：

〔1〕送起始位子程序此時，P和P作為輸出，P=1時選通93C46，P=1時將指令寫入93C46。P和P作為標(biāo)準(zhǔn)的I/O輸出口線。INSB:CLRP；置片選無效SETBP；P1.0=1，使P=1，P接通DISETBP；置位DINOPNOPSETBP；置片選有效NOPNOPSETBP；時鐘置高NOPNOPCLRP；時鐘置低RET〔2〕數(shù)據(jù)倒序處理子程序ASMB：MOVR6,#0；工作單元R6清零MOVR7,#08H；計數(shù)器初值CLRCALO：RLCAXCHA，R6RRCAXCHA，R6DJNZR7，ALOXCHA，R6RET〔3〕讀數(shù)據(jù)子程序READ：MOVSCON，#00H ；置串行口為方式0輸出ACALLINSB；送起始位MOVA，#10001111B；送命令和地址，讀命令A(yù)CALLASMBMOVSBUF，AJNBTI，$；等待發(fā)送完畢CLRTIMOVSCON,#10H ；設(shè)為輸入，REN=1MOVR0，#BUF；指向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)CLRP；準(zhǔn)備讀入數(shù)據(jù)JNBRI，$；等待接收數(shù)據(jù)結(jié)束CLRRIMOVA，SBUFACALLASMBMOV@R0，AINCR0JNBRI,＄CLRRIMOVA,SBUFACALLASMBMOV@R0，ACLRP1.1；置片選無效NOPNOPSETBP1.1；置片選有效RET〔4〕寫數(shù)據(jù)子程序WRITE：MOVSCON，#00H ；置串行口為方式0ACALLINSB ；送起始位MOVA，#01001111B；送命令和地址，寫命令A(yù)CALLASMBMOVSBUF，AJNBTI，$ ；等待發(fā)送完畢CLRTIMOVR0，#BUF；指向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SETBP；準(zhǔn)備寫入數(shù)據(jù)MOVA,@R0ACALLASMBMOVSUBF,AJNBTI，$；等待發(fā)送完數(shù)據(jù)CLRTIINCR0MOVA,@R0ACALLASMBMOVSUBF,AJNBTI,$CLRTICLRP；置片選無效RET2〕利用軟件仿真SPI實現(xiàn)的接口假設(shè)51的串口已被用，或認(rèn)為串口使用不便，那么可用軟件來模擬SPI操作，包括時鐘的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)的輸入/輸出等。其硬件電路如圖2-18所示。圖中斯密特觸發(fā)器74HC14是對時鐘脈沖整形，提高抗噪能力。圖2-1893C46與80C51單片機的接口之二軟件仿真常用的操作子程序如下：〔1〕送起始位“1”子程序INSB功能：80C51向93C46送出“1”INSB：SETBP；置片選無效CLRP；時鐘置低SETBP；置位DINOPNOPCLRP；置片選有效NOPNOPSETBP1.0；時鐘置高，移入數(shù)據(jù)NOPNOPCLRP；時鐘置低RET〔2〕寫入8位數(shù)據(jù)子程序WRI功能：80C51向93C46送出8位數(shù)據(jù)〔2位操作碼和6位地址碼或是8位數(shù)據(jù)〕。假設(shè)是16位數(shù)據(jù)，可分兩次傳送。入口參數(shù)：8位數(shù)據(jù)在A中。程序如下：WRI：MOVR4，#8；寫入數(shù)據(jù)的位數(shù)W10：RLCAMOVP，C；將CY送DINOPNOPSETBP；時鐘置高，移入數(shù)據(jù)NOPNOPCLRP；時鐘置低DJNZR4，WIO；未完，繼續(xù)RET〔3〕讀取8位數(shù)據(jù)子程序RDI功能：80C51從93C46的DO引腳讀取8位數(shù)據(jù)。入口參數(shù)：無。出口參數(shù)：讀出的8位數(shù)據(jù)在A中。RDI：MOVR4,#8 ；讀取的數(shù)據(jù)位數(shù)R10：NOPNOPSETBP；時鐘置高，移出數(shù)據(jù)NOPNOPCLRP；時鐘置低MOVC,P ；數(shù)據(jù)從DO讀入CYRLCADJNZR4,RIO ；未完，繼續(xù)RET〔4〕向93C46寫入16位數(shù)據(jù)功能：80C51向93C46寫入16位數(shù)據(jù)。入口參數(shù)：B存放器：存待寫8位指令〔2位操作碼、6位地址碼A5－A0)；R2：存待寫數(shù)據(jù)的高8位；R3：存待寫數(shù)據(jù)的低8位。出口參數(shù)：無。程序如下：WRITE：LCALLINSB ；送起始位“1”MOVA，#30H ；擦/寫允許指令LCALLWRILCALLINSBMOVA，B ；寫入指令LCALLWRIMOVA，R2；寫入高8位LCALLWRIMOVA，R3；寫入低8位LCALLWRISETBP；置片選為無效NOPNOPCLRP ；片選有效WAIT：JNBP，WAIT ；編程未完，等待LCALLINSB MOVA，#00H；擦/寫禁止指令LCALLWRISETBP；置片選為無效RET；返回〔5〕從93C46讀取16位數(shù)據(jù)功能：80C51從93C46讀取16位數(shù)據(jù)。入口參數(shù)：B存放器：存待寫8位指令〔2位操作碼，6位地址碼A5～A0)。出口參數(shù)：R2：存讀出數(shù)據(jù)高8位。R3：存讀出數(shù)據(jù)低8位。程序如下：READ：LCALLINSB；送起始位“1”MOVA,B；寫讀出指令LCALLWRINOPNOPLCALLRDIMOVR2，A；讀出高8位LCALLRDIMOVR3，A；讀出低8位SETBP；置片選為無效RET2.3I2C標(biāo)準(zhǔn)總線2.3.1I2C標(biāo)準(zhǔn)總線介紹在器件之間用兩根信號線SDA和SCL以串行方式進(jìn)行信息傳送，并允許假設(shè)干兼容器件共享的雙線總線。SDA線：串行數(shù)據(jù)線，雙向傳輸數(shù)據(jù)；SCL線：串行時鐘線，同步數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)。I2C器件的SDA和SCL引腳均開漏。故總線上所有器件的SDA和SCL需分別接在一起，通過電阻與電源連接，如圖。圖2-19I2C總線系統(tǒng)的示意圖I2C總線上器件按功能分為主器件和從器件。主器件：控制總線，產(chǎn)生時鐘、啟動傳送和結(jié)束傳送信號。總線必須由一個主器件控制。從器件：被主器件尋址，根據(jù)主器件的命令，收、發(fā)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中可有多個主器件，I2C總線系統(tǒng)允許多主。系統(tǒng)中任一器件可有4種工作方式：主發(fā)送方式、主接收方式、從發(fā)送方式和從接收方式?？偩€上所有器件是按如下傳輸協(xié)議工作的：僅當(dāng)總線不忙時，數(shù)傳才能開始；數(shù)傳期間假設(shè)時鐘線為高，那么數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定，否那么將認(rèn)為是傳送的開始或停止。總線條件定義：1〕總線不忙(空閑)SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA都保持高電平。2〕數(shù)據(jù)傳送開始起始信號START：SCL保持高，SDA上一個由高到低的變化。如圖2-20所示?？偩€上所有命令必須在起始條件以后進(jìn)行。圖2-20起始條件和停止條件3〕數(shù)據(jù)傳送停止停止信號STOP：SCL保持高，SDA上發(fā)生由低到高的過程。見圖2-20?？偩€上所有操作必須在停止條件以前結(jié)束。4〕數(shù)據(jù)有效起始信號后位傳輸開始。每位需一個時鐘脈沖。SCL保持高，SDA穩(wěn)定的狀態(tài)表示有效的數(shù)據(jù)。在SCL為低期間，數(shù)據(jù)線狀態(tài)應(yīng)改變。圖2-21I2C總線上的位傳輸每次數(shù)傳在START下啟動，在STOP下結(jié)束。重復(fù)的START將結(jié)束前一個傳送過程，但不釋放I2C總線，可接著下一個傳送過程。I2C總線上數(shù)傳有兩種方式，由START后的第一個字節(jié)的最低位(即方向位)決定?！?〕主發(fā)送到從接收。主器件產(chǎn)生START后，發(fā)送的第一個字節(jié)為從地址字節(jié)〔高7位為從器件的地址，最低位為方向位R/，此時該位為0)，隨后發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，如圖2-22所示。發(fā)送的數(shù)據(jù)可以是單字節(jié)或一串?dāng)?shù)據(jù)，由主器件決定。從器件每接收一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，都返回一個應(yīng)答信號ASK=0，即第9個時鐘脈沖時數(shù)據(jù)線低為應(yīng)答信號A，高為非應(yīng)答信號。圖2-22主發(fā)送到從接收〔2〕從發(fā)送到主接收。從器件收到主器件發(fā)的從地址和值為1的方向位后，返回一個應(yīng)答信號(ASK=0)，接著從器件發(fā)數(shù)據(jù)給主器件，主器件每收一個數(shù)據(jù)字節(jié)，都返回一個應(yīng)答信號。在接收從器件最后一個字節(jié)后，主器件發(fā)送一個“非應(yīng)答信號”，即終止從器件繼續(xù)發(fā)送。從器件發(fā)送的數(shù)據(jù)可以是單字節(jié)或一串?dāng)?shù)據(jù)。I2C總線的主要功能：①在主、從器件之間雙向傳送數(shù)據(jù)；②無中間主器件的多主總線；③多主傳送時不發(fā)生錯誤；④可以使用不同的位速率；⑤串行時鐘作為交接信號；⑥可用于測試和診斷目的。有I2C總線的單片機可直接用I2C進(jìn)行串行擴展；51單片機大多無I2C總線接口，可用軟件模擬來實現(xiàn)系統(tǒng)的串行擴展。單片機應(yīng)用系統(tǒng)多為單主結(jié)構(gòu)，其數(shù)傳狀態(tài)較簡單，無總線競爭與同步問題，僅有單片機對I2C總線的讀/寫操作。簡化了模擬軟件的設(shè)計工作。2.3.280C51單片機模擬I2C總線應(yīng)用實例1.

PCF8574的特性及引腳說明是帶I2C的8位準(zhǔn)雙向口的單片CMOS電路，在I2C總線系統(tǒng)中僅作從器件。特點：低損耗，靜態(tài)電流10；輸出電流大，可直接驅(qū)動LED發(fā)光管；3根地址引腳使一個系統(tǒng)可接8片；最高時鐘頻率為400kHz；有中斷邏輯線。引腳排列如圖2-23，功能如下：圖2-23PCF8574外部引腳SDA：串行數(shù)據(jù)線，雙向。SCL：串行時鐘線，輸入。P7～P0：8位準(zhǔn)雙向入/出口。上電復(fù)位均為高，某位作輸入前應(yīng)置為高。A2～A0：地址輸入線。：中斷輸出線，低有效。2.

PCF8574的尋址方式及操作1〕控制字節(jié)和器件尋址控制字節(jié)跟在開始條件后，結(jié)構(gòu)見圖2-24：前4位控制碼規(guī)定器件的型號：0100—PCF8574；0111—PCF8574A。接下來3位A2、A1、A0與引腳接法對應(yīng)，指明同一種器件的不同芯片。圖2-24PCF8574及PCF8574A控制字節(jié)的配置2〕讀操作將接口數(shù)據(jù)傳給主器件,時序如以下圖。圖2-25讀操作的時序3〕寫操作將主器件的數(shù)據(jù)傳給PCF8574口,時序如以下圖。圖2-26寫操作的時序3.

PCF8574應(yīng)用和編程1〕通用子程序編寫模擬I2C總線一般用兩根I/O線。設(shè)用P1.6作SCL線，P1.7作SDA線。軟件仿真先編寫通用子程序，包括：啟動、停止、發(fā)送應(yīng)答位及非應(yīng)答位、應(yīng)答位檢查、單字節(jié)數(shù)據(jù)接收與發(fā)送等，供接口操作程序調(diào)用。子程序〔設(shè)晶振頻率為6MHz，否那么應(yīng)適當(dāng)增減程序中的NOP指令〕如下:SDABITP1.7SCLBITP1.6

；啟動I2C總線子程序STA:SETBSDASETBSCLNOPNOPCLRSDANOPNOPCLRSCLNOPRET；停止I2C總線子程序STOP:CLRSDASETBSCLNOPNOPSETBSDANOPNOPCLRSCLNOPRET;發(fā)送應(yīng)答位子程序MACK:CLRSDASETBSCLNOPNOPCLRSCLSETBSDARET;發(fā)送非應(yīng)答位子程序NACK：SETBSDASETBSCLNOPNOPCLRSCLCLRSDARET;應(yīng)答位檢查子程序。出口時，SDA線的狀態(tài)存入標(biāo)志位FO中。有ACK，F(xiàn)O=0，否那么FO=1CACK:SETBSDA；SDA為輸入狀態(tài)SETBSCL；第9個時鐘脈沖開始NOPMOVC,SDA；讀SDA線MOVFO,C；存入FO中CLRSCL；第9個時鐘脈沖結(jié)束NOPRET；發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序。將Acc中待發(fā)數(shù)據(jù)送入SDA線WRBYT:MOVR7,#8 ；發(fā)送8位WRBYT1:RLCA ；將發(fā)送位移入C中JCWRBYT2 ；此位為1，轉(zhuǎn)WRBYT2CLRSDA ；此位為0，發(fā)送0SETBSCL ；時鐘脈沖開始NOPNOPCLRSCL ；時鐘脈沖結(jié)束DJNZR7,WRBYT1 ；未發(fā)送完，轉(zhuǎn)WRBYT1RETWRBYT2:

SETBSDA；此位為1，發(fā)送1SETBSCL；時鐘脈沖開始NOPNOPCLRSCL ；時鐘脈沖結(jié)束CLRSDADJNZR7,WRBYT1 ；未發(fā)送完，轉(zhuǎn)WRBYT1RET；接收一字節(jié)子程序。從SDA上讀一字節(jié)數(shù)據(jù)，存ACC中RDBYT:MOVR7,#8 ；接收8位RDBYT1：SETBSDA ；SDA為輸入狀態(tài)SETBSCL ；時鐘脈沖開始NOPMOVC,SDA ；讀SDA線RLCA ；移入新接收位CLRSCL ；時鐘脈沖結(jié)束DJNZR7,RDBYT1 ；未讀完8位，轉(zhuǎn)RDBYT1RET ；讀完8位，返回2〕PCF8574作擴展8位輸入口圖2-27PCF8574讀方式的連接程序如下：RD8：ACALLSTA ；開始條件 MOVA,#41H ；PCF8574為讀方式 ACALLWRBYT ACALLCACK ；檢查ACK信號 JBFO,$ ACALLRDBYT ；讀數(shù)據(jù) MOV30H,A ACALLCACK JBFO,$ ACALLSTOP SJMP$3〕PCF8574作擴展8位輸出口PCF8574作擴展8位輸出口的連接如圖2-28所示。圖2-28PCF8574寫方式的連接程序如下：WR8:ACALLSTA ;開始條件

MOVA,#40H;PCF8574為寫方式

ACALLWRBYTACALLCACK ;檢查ACK信號

JBFO,$

MOVA,#0FFH;改變立即數(shù),指示燈亮與暗也改變ACALLWRBYTACALLCACK ;檢查ACK信號

JBFO,$

ACALLSTOP ;停止條件

AJMP$4〕PCF8574作擴展4位輸入口和4位輸出口硬件連接如圖2-29所示。圖2-29PCF8574高4位輸入、低4位輸出的連接程序如下：START:ACALLSTA ;開始條件 MOVA,#41H ;PCF8574為讀方式 ACALLWRBYT ACALLCACK ;檢查ACK信號 JB FO,$ ACALLRDBYT ;讀數(shù)據(jù) SWAPA CPLA MOV30H,A ACALLSTOPACALLSTA ;開始條件MOVA,#40H ;PCF8574為寫方式ACALL WRBYTACALL CACK ;檢查ACK信號JBFO,$MOVA,30HACALLWRBYTACALLDELAY ;延時子程序ACALLSTOP ;停止條件AJMPSTART第3章預(yù)處理電路及數(shù)據(jù)采集3.1概述3.2傳感器及其應(yīng)用3.3模擬信號放大電路3.4DAC接口3.5ADC接口3.6數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)習(xí)題與思考題課時安排：12+4〔實驗〕知識點：DAC接口，對DAC接口編程產(chǎn)生所需的波形，ADC的主要信號線，ADC與單片機的根本接口方法，常用的ADC芯片如AD0809、5G14433等與單片機的接口，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模擬開關(guān)、采樣保持電路、單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，串行DAC接口、串行ADC接口。重點：DAC與單片機接口，ADC與單片機接口的一般方法，常用的ADC芯片與單片機的接口，AD363單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。難點：多于8位的DAC和ADC與8位單片機80C51的接口。教學(xué)方法：主要采用課堂講授方式，因為涉及的知識面較寬，轉(zhuǎn)換器的種類多，接口的方法靈活多樣，授課過程先從一般方法入手，再介紹一些典型的實用的例子。這些例子往往都有多種接口方案，擬采用啟發(fā)式、討論式的教學(xué)方法，增加互動，引導(dǎo)學(xué)生積極思維，以利提高教學(xué)效果。本章對學(xué)生的要求：因為本章內(nèi)容重要，接口方案靈活多樣，要求學(xué)生務(wù)必掌握。上課認(rèn)真聽講，積極思維，不懂就問；課后及時復(fù)習(xí)，認(rèn)真獨立完成作業(yè)。本章安排兩個實驗，要求學(xué)生進(jìn)實驗室之前做好預(yù)習(xí)，編寫好接口程序，在實驗過程中應(yīng)按要求連接好接口電路，并據(jù)此確定端口地址，檢查是否與接口程序中的端口地址一致等，確定無誤后運行接口程序，對實驗中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象應(yīng)認(rèn)真分析。實驗一定要得到正確的結(jié)果，之后，認(rèn)真完成實驗報告。概述智能儀器是一種典型的微機應(yīng)用系統(tǒng)。用計算機對模擬世界實行控制時，應(yīng)先把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由計算機進(jìn)行各種處理，再存儲、顯示，或復(fù)原成模擬信號，輸出到模擬世界進(jìn)行種種控制。典型的微機控制的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)框圖如下：圖3-1微型機控制的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)框圖傳感器：將非電量轉(zhuǎn)換為電量。放大器：把微弱的模擬信號適當(dāng)放大。濾波器：把信號中無用的頻率分量濾除掉。采樣保持電路：使信號成為時間離散信號。A/D轉(zhuǎn)換器：對信號幅度進(jìn)行量化，輸出數(shù)字信號。D/A轉(zhuǎn)換器：將數(shù)字信號復(fù)原成模擬信號。本章主要介紹A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機的接口3.4DAC接口DAC的功能是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與其成比例的模擬電壓或電流信號。數(shù)字量可為任何一種編碼形式，如無符號二進(jìn)制數(shù)、2補數(shù)、BCD碼等。DAC的分辨率取決于位數(shù)，有8位、10位、12位等，通常不超過16位。3.4.1DAC與微機接口的一般方法1.8位DAC接口典型的CPU系統(tǒng)與DAC的接口如以下圖所示：圖3-218位DAC接口通過74100鎖存器把8位DAC連接到CPU系統(tǒng)。CPU把數(shù)字存入鎖存器；DAC把二進(jìn)制數(shù)變換為輸出電流。741型集成運放把電流變換為0～1V的輸出電壓，該模擬電壓與數(shù)字量成比例。以下程序可產(chǎn)生一個線性增加的斜波電壓。MOVSP,#53HCLRAMOVR1,#17HLOOP:MOVX@R1,AACALLDELAYINCAAJMPLOOPDELAY:…;延時子程序該斜波電壓由255個階梯組成，峰－峰值為1V，故每個階梯電壓增量為1/255V，持續(xù)時間t取決于DELAY的延時。圖3-21波形圖以下圖是8位單片機與10位DAC的一種接口，單片機分兩次發(fā)出10位數(shù)據(jù)，低8位到鎖存器A，高2位到鎖存器B。圖3-2210位DAC接口之一設(shè)DPTR規(guī)定了待轉(zhuǎn)換數(shù)的存貯單元地址，單片機執(zhí)行下面幾條指令就完成了一次D/A轉(zhuǎn)換。MOVXA,@DPTRMOVR1,#2CHMOVX@R1,AINCDPTRINCR1MOVXA,@DPTRMOVX@R1,A存在問題：在輸出低8位和高2位中間，DAC會產(chǎn)生“毛刺”，如以下圖所示。圖3-22因數(shù)據(jù)分兩次輸出，先輸出低8位，這時DAC將新的低8位和原高2位合成的10位數(shù)據(jù)0000001011轉(zhuǎn)換成電壓〔是不需要的〕，稱為毛刺。防止產(chǎn)生毛刺的方法之一是采用雙緩沖器結(jié)構(gòu)，如以下圖。圖3-2310位DAC接口之二設(shè)待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在外RAM中，地址由DPTR和DPTR＋1決定，轉(zhuǎn)換程序如下：MOVR1,#2CHMOVXA,@DPTRMVOX@R1,AINCDPTRMOVXA,@DPTRINCR1MOVX@R1,AINCR1MOVX@R1,A實際上，圖中鎖存器A1可以省去。這時進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，CPU先將高2位數(shù)據(jù)送到鎖存器B1，然后再用一條輸出指令，把低8位數(shù)據(jù)送到A2，此時已鎖在B1中的高2位數(shù)據(jù)也一起送入鎖存器B2，于是十位數(shù)據(jù)同時加到10位DAC去進(jìn)行轉(zhuǎn)換。假設(shè)DAC內(nèi)有鎖存器和運放，接口如下：圖3-24內(nèi)部有鎖存器和運放的DAC與單片機接口單片機分兩次輸出，一次送低8位到8位鎖存器，另一次送高2位到2位鎖存器，然后再用一條輸出指令產(chǎn)生一負(fù)脈沖加到鎖存允許端,將10位數(shù)據(jù)一并送到DAC去轉(zhuǎn)換。AD7522是10位DAC，內(nèi)有一10位鎖存器。單片機先執(zhí)行兩條輸出指令分別控制LBS和HBS，送低8位和高2位；然后再執(zhí)行一輸出指令產(chǎn)生啟動DAC的信號加到LDAC端。圖3-24內(nèi)部有鎖存器和運放的DAC與單片機接口3.4.2DAC與MCU接口實例1.DAC0832與80C51的接口DAC0832有一個8位輸入存放器和一個8位DAC存放器，形成兩級緩沖結(jié)構(gòu)。這樣可使DAC轉(zhuǎn)換輸出前一個數(shù)據(jù)的同時，將下一個數(shù)據(jù)傳送到8位輸入存放器，以提高數(shù)/模轉(zhuǎn)換的速度。圖3-25DAC0832的引腳配置和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(a)引腳配置(b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：片選，低有效。與ILE信號結(jié)合，可對是否起作用進(jìn)行控制。ILE：允許輸入鎖存，高電平有效。：寫信號1，輸入，低有效。用來將CPU送來的數(shù)據(jù)鎖存于輸入存放器中。：寫信號2，輸入，低有效。將輸入存放器中的數(shù)據(jù)傳送到DAC存放器中并鎖存。有效時，也必須同時有效。：傳送控制信號，低電平有效。用來控制面，選通DAC存放器。DI7~DI0：8位數(shù)字輸入端。Iout1：DAC電流輸出1，當(dāng)數(shù)字量為全1時輸出電流最大；當(dāng)數(shù)字量為全0時，輸出電流最小。Iout2：DAC電流輸出2，其與Iout1的關(guān)系滿足：Rbf：反應(yīng)信號輸入線，片內(nèi)已有反應(yīng)電阻。Vref：參考電壓輸入，通過它將外加高精度電壓源與內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)相連接。Vref可在+10V～－10V范圍內(nèi)選擇。以下圖是將80C51與0832接成采用單緩沖方式。圖3-26DAC0832與80C51的單緩沖方式接口電路將累加器A中的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓，只需執(zhí)行下面兩條指令：MOVDPTR，#7FFFHMOVX@DPTR，A為使多片0832同步輸出，可先將多路數(shù)據(jù)分別打入對應(yīng)的0832的輸入存放器，再將多片0832的XFER由一個片選信號控制,即采用雙緩沖方式。圖3-27DAC0832與80C51的雙緩沖方式接口電路雙緩沖方式的程序如下：MOVR1,#0FEHMOVA,#DATA1；數(shù)據(jù)寫入1＃的輸入存放器MOVX@R1,ADECR1MOVA,#DATA2；數(shù)據(jù)寫入2＃的輸入存放器MOVX@R1,AMOVR1,#0FBH；選通1＃和2＃的DAC存放器MOVX@R1,A…………2.帶串口的DACTLC5615與80C51的接口1〕5615性能與特性3線串行總線10位電壓輸出DAC，輸出電壓范圍為基準(zhǔn)電壓的兩倍，易與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的CPU及MCU接口。MHz?？蓮V泛用于電池供電測試儀表、遠(yuǎn)程工業(yè)控制和移動等領(lǐng)域。為8腳小型D或DIP封裝，如以下圖：圖3-28TLC5615引腳排列圖引腳功能：DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端。SCLK：串行時鐘輸入端。：片選端，低電平有效。DOUT：用于級聯(lián)的串行數(shù)據(jù)輸出端。AGND：模擬地。REFIN：基準(zhǔn)電壓輸入端。OUT：DAC模擬電壓輸出端。VDD：正電源端。TLC5615的時序圖如下：圖3-29TLC5615的時序圖當(dāng)為低時，數(shù)據(jù)從DIN端輸入，先高位后低位。由SCLK同步，上升沿把串行數(shù)據(jù)從DIN移入內(nèi)部的16位移位存放器，下降沿將串行數(shù)據(jù)從DOUT輸出，的上升沿把數(shù)據(jù)傳送至DAC存放器。5615有兩種使用方式：級聯(lián)方式和非級聯(lián)方式。非級聯(lián)方式：DIN輸入12位數(shù)據(jù)，前10位為D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，后兩位必須寫入為零的低于LSB的位。級聯(lián)方式下：來自DOUT的數(shù)據(jù)需要輸入16個時鐘下降沿，因此一次數(shù)據(jù)輸入需要16個時鐘周期，輸入的數(shù)據(jù)為16位，前4位為高虛擬位，中間10位為D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，最后2位為低于LSB的零位。2〕應(yīng)用電路與接口程序?qū)嵗韵聢D為開關(guān)電源中5615和89C51的接口電路。圖3-30TLC5615與51單片機接口電路單片機的P3.0～P3.2分別控制5615的片選、SCLK和DI。本例5615的基準(zhǔn)電壓選2.048V，最大輸出電壓4.096V，可滿足開關(guān)電源基準(zhǔn)電壓為0V～4V的設(shè)計要求。用非級聯(lián)方式，待輸入的12位數(shù)據(jù)存在R0、R1中，前/高4位放在R0中的低4位，后/低8位〔最低2位為00〕放在R1中。轉(zhuǎn)換程序如下：CLRP3.0 ；片選有效MOVR2，#4；送前4位數(shù)據(jù)的位數(shù)MOVA，R0；前4位數(shù)據(jù)送累加器低4位SWAPA；A中高4位與低4位互換LCALLWR-Data；DIN輸入前4位數(shù)據(jù)MOVR2，#8；送后8位數(shù)據(jù)的位數(shù)MOVA，R1；8位數(shù)據(jù)送入累加器A送數(shù)子程序如下：LCALLWR-Data；DIN輸入后8位數(shù)據(jù)CLRP3.1；時鐘低電平SETBP3.0；用SCLK的上升沿移入數(shù)據(jù)ENDWR-Data：NOP；空操作LOOP：CLRP3.1；時鐘低電平RLCA；數(shù)據(jù)送入CYMOVP3.2，C；數(shù)據(jù)輸入有效SETBP3.1；時鐘高電平DJNZR2，LOOP；循環(huán)送數(shù)RET；返回3.5ADC接口3.5.1ADC芯片與微機接口的一般方法1、ADC的主要信號線圖3-31ADC芯片的主要信號線START：輸入一個觸發(fā)信號，啟動一次A/D轉(zhuǎn)換。DONE/：狀態(tài)指示，可供CPU查詢，也可作為中斷請求信號。DB：數(shù)據(jù)輸出線,用來傳送A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，供CPU讀取。OE:當(dāng)ADC的數(shù)據(jù)是三態(tài)輸出時，有輸出允許端OE。2、8位ADC與單片機的接口方法〔1〕帶三態(tài)輸出的ADC與單片機接口圖3-32帶三態(tài)輸出的ADC與單片機接口〔2〕不帶三態(tài)輸出的ADC與單片機接口圖3-33不帶三態(tài)輸出的ADC與單片機接口CPU要讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，先要判轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，通常有以下幾種通信方式：①延時等待:以轉(zhuǎn)換時間來判斷轉(zhuǎn)換結(jié)束與否②查詢方式：通過檢測狀態(tài)信號線的狀態(tài)③中斷方式：以狀態(tài)信號作為中斷請求信號3、多于8位的ADC與單片機的接口這時要用兩個數(shù)據(jù)口，分別傳送低8位和高位數(shù)據(jù)，多余的口線還可用來傳送狀態(tài)信號，如以下圖所示：圖3-3410位A/D轉(zhuǎn)換器與單片機接口接口程序：CONVRT:MOVR1,#1FHMOVX@R1,AMOVR0,#36HCHK:MOVXA,@R0JNBACC.7,CHKANLA,#03HMOVR2,ADECR0MOVXA,@R0MOVX@DPTR,AINCDPTRMOVA,R2MOVX@DPTR,A假設(shè)ADC數(shù)據(jù)輸出是三態(tài)鎖存的，那么與單片機的數(shù)據(jù)總線間就不必用三態(tài)門了。如以下圖AD7550是13位的ADC,13位數(shù)據(jù)可分兩次輸出。LBEN:使能低8位輸出。HBEN:使能高5位輸出。OVRG:指示超量程。BUSY:指示轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。STEN:使能OVEG、BUSY輸出。START:啟動轉(zhuǎn)換信號輸入端。接口電路如以下圖：圖3-35AD7550與80C51的接口3.5.2ADC芯片與80C51單片機接口舉例1.ADC0809與80C51單片機的接口ADC0809簡介8位逐次逼近式、8個模擬通道、片內(nèi)有地址鎖存器、三態(tài)輸出、CMOS工藝、轉(zhuǎn)換速度100us。圖3-36ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸出線IN0～I(xiàn)N7：8位模擬輸入線STRAT：啟動〔下降沿啟動〕信號ALE：地址鎖存允許〔上升沿鎖存〕EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，結(jié)束時為高OE：輸出允許，高電平有效CLK：時鐘輸入，允許最高頻率640KHzVCC：+5V工作電壓REF〔+〕：參考電壓正端REF〔－〕：參考電壓負(fù)端B、C：通道地址選擇2〕接口方法延時等待方式圖3-37ADC0809與80C51的延時等待方式接口對8路模擬信號輪流采樣一次，并依次把結(jié)果轉(zhuǎn)儲到數(shù)據(jù)存儲區(qū)的程序。MAIN：MOVR1，#DATA；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOVR7，#08H；置通道數(shù)MOVDPTR，#7FF8H；P2.7＝0，且指向通道0LOOP：MOVX@DPTR，A；啟動A/D轉(zhuǎn)換MOVR6，#0AH；軟件延時，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束DLAY：NOPNOPNOPDJNZR6，DLAYMOVXA，@DPTR；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV@R1，A；轉(zhuǎn)儲INCDPTR；指向下一個通道INCR1；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針DJNZR7，LOOP；8個通道采樣完了嗎？…………〔2〕查詢方式查EOC判A/D結(jié)束否。可將EOC與單片機的輸入口連接。圖3-38ADC0809與80C51的查詢方式接口程序如下：MAIN：MOVR1，#DATA；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOVR7，#08H；置通道數(shù)MOVDPTR，#7FF8H；P2.7＝0，且指向通道0LOOP:MOVX@DPTR，A；啟動A/D轉(zhuǎn)換HERE:JNBP1.0,HEREMOVXA，@DPTR；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV@R1，A；轉(zhuǎn)儲INCDPTR；指向下一個通道INCR1；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針DJNZR7，LOOP；8個通道全采樣完了？…………(3)中斷方式：接口電路只需將上圖的EOC腳經(jīng)一非門連到80C51的INT1腳即可。圖3-39ADC0809與80C51的中斷方式接口程序如下：〔對IN0通道進(jìn)行8次轉(zhuǎn)換并將結(jié)果存到數(shù)據(jù)區(qū)〕INITI:SETBIT1；外中斷1初始化，選邊沿觸發(fā)SETBEASETBEX1MOVR1,#DATAMOVR7,#08HMOVDPTR,#7FF8H；P2.7＝0，且指向通道0MOVX@DPTR,A；啟動A/D轉(zhuǎn)換……PINT1:MOVDPTR，#7FF8H；讀取A/D結(jié)果送緩沖單元MOVA,@DPTRMOVX@R1,AINCR1DJNZR7,LOOPCLREX1AJMPENALOOP:MOVX@DPTR,A；啟動IN0通道的下一次轉(zhuǎn)換ENA:RETI2.AD574與80C51的接口1〕AD574簡介12位逐次逼近型ADC。轉(zhuǎn)換時間25us，精度0.05%，片內(nèi)有時鐘、三態(tài)緩沖電路，可單級性/雙級性轉(zhuǎn)換。該片有兩檔量程，分別是：〔1〕0V~10V〔單級性〕-5V~+5V〔雙級性〕〔2〕0V~20V〔單級性〕-10V~+10V〔雙級性〕引腳功能：：片選：片啟動R/：讀出和轉(zhuǎn)換控制12/8：數(shù)據(jù)輸出格式選擇接+5V：12位同時輸出接地：只有高8位或低4位有效A0：字節(jié)選擇控制線STS：狀態(tài)輸出，轉(zhuǎn)換期間為高，結(jié)束為低VL：接+5VVcc：接+12V/+15VVee：接-12V/-15VREFIN、REFOUT：參考輸入、輸出AC、DC：模擬地、數(shù)字地BIPOFF：雙極性偏置10VIN、20VIN：10V/20V檔輸入AD574的控制信號真值表如表3-4所列。圖3-40AD574單極性轉(zhuǎn)換電路圖3-41AD574雙極性轉(zhuǎn)換電路2〕AD574與80C51的接口電路〔要求全12位轉(zhuǎn)換，12位數(shù)據(jù)分2次輸出〕圖3-42AD574與80C51的接口3〕AD574與80C51的接口程序〔轉(zhuǎn)換結(jié)果高8位在R2中，低4位在R3中〕MAIN:MOVR0,#7CH;選中574，A0＝0，12位轉(zhuǎn)換MOVX@R0,A;啟動A/D轉(zhuǎn)換LOOP:NOPJBP3.2,LOOP;查詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束MOVXA,@R0;讀取高8位MOVR2,A;存入R2中MOVR0,#7DH;令A(yù)0＝1〔為讀低4位〕MOVXA,@R0;讀取低4位MOVR3,A;存入R3中3.5G14433與80C51的接口1〕5G14433簡介為雙積分式三位半〔相當(dāng)于11bit〕BCD碼,分4次輸出。精度高、抗干擾能力強、速度慢〔1～10次/秒〕，量程為199.9mV或1.999V。圖3-435G14433邏輯框圖EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志寬度為1/2時鐘周期的正脈沖OR：過量程標(biāo)志，當(dāng)過量程時OR為低電平。DU：更新轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出的輸入端〔正脈沖〕DS1~DS4：多路選通脈沖輸出〔DS1對應(yīng)千位〕。Q3~Q0：BCD碼輸出線在DS1有效期間：3.5G14433與80C51的接口1〕5G14433簡介圖3-455G14433選通脈沖時序圖2)接口電路圖3-465G14433和80C51的接口及A/D結(jié)果存放的格式

(a)5G14433和80C51的接口(b)結(jié)果存放的格式3)接口程序主程序：INIT1:SETBIT1；與外中斷有關(guān)的初始化MOVIE,#84HMOVSP,#53HMOVA,#0FFHMOVP1，A;P1設(shè)為輸入……中斷效勞程序：PINT1:MOVA,P1；外部中斷1效勞程序JNBACC.4,PINT1；DS1有效？JBACC.0,PE；量程錯誤處理JBACC.2,PL1；為正數(shù),轉(zhuǎn)SETB07H；為負(fù)，符號位置1AJMPPL2PL1:CLR07H；正數(shù)，符號位清0PL2:JBACC.3,PL3；判千位是0還是1SETB04H；千位為1AJMPPL4PL3:CLR04H；千位為0PL4:MOVA,P1；準(zhǔn)備讀百位JNBACC.5,PL4；百位是否選通？〔DS2有效〕MOVR0,#20HXCHDA,@R0；讀百位放入(20H).0~3PL5:MOVA,P1；準(zhǔn)備讀十位JNBACC.6,PL5;十位是否選通？SWAPA；轉(zhuǎn)移到高4位INCR0MOV@R0,APL6:MOVA,P1JNBACC.7,PL6；個位是否選通？XCHDA,@R0RETIPE:SETB10H；置量程錯誤標(biāo)志RETI；返回4.ICL7135與80C51的接口1)ICL7135簡介4位半〔相當(dāng)于14bit〕雙積分式，精度高、價格低，接口方便。引腳安排如以下圖：圖3-47ICL7135的引腳V－：負(fù)電源輸入端。V＋：正電源輸入端。VREF：基準(zhǔn)電源輸入端，基準(zhǔn)電壓為1V。AC：模擬地。DG：數(shù)字地。INTO：積分器輸出端。AZ：調(diào)零輸入端。BUFO：緩沖器輸出端。CR＋、CR－：外接基準(zhǔn)電容CREF。INL：信號輸入〔低〕端。INH：信號輸入〔高〕端。CLK：時鐘輸入端?！搽p極性〕最高頻率為125kHz，轉(zhuǎn)換速率3次/秒。〔單極性〕最高頻率為1MHz，轉(zhuǎn)換速率25次/秒。BUSY：狀態(tài)線，轉(zhuǎn)換過程為高，結(jié)束時為低。POL：極性輸出端。當(dāng)輸入信號為正時POL為高；當(dāng)輸入信號為負(fù)時POL為低。OR：過量程標(biāo)志，假設(shè)過量程輸出高電平。UR：欠量程標(biāo)志，假設(shè)欠量程輸出高電平。STB：輸出選通脈沖，寬度為時鐘脈沖的1/2，一次轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出5個負(fù)脈沖，分別選通高到低位的BCD碼輸出。B8、B4、B2、B1：BCD碼數(shù)據(jù)輸出線。D5、D4、D3、D2、D1：BCD碼位驅(qū)動信號輸出端，分別選通萬、千、百、十、個位。R/H：啟動A/D控制端。接高時為自動連續(xù)轉(zhuǎn)換，每隔40002個時鐘完成一次轉(zhuǎn)換;接低時轉(zhuǎn)換結(jié)束后保持轉(zhuǎn)換結(jié)果，輸入一個大于300ns正脈沖啟動另一次轉(zhuǎn)換。輸出時序如下：圖2-48ICL7135輸出時序圖為使7135工作于最正確狀態(tài)，獲得最好的性能，必須注意對外接元器件的選擇。典型接線如圖3-49所示。圖3-497135外接元件圖VREF必須接1V穩(wěn)定的參考電源。RINT為積分電阻CINT為積分電容滿量程積分輸出電壓波動值控制在±3.5V～±4V選用較大的自動調(diào)零電容CAZ可以減小噪聲，典型值為1uF。基準(zhǔn)電容應(yīng)大到足以使節(jié)點對地的寄生電容可以被忽略為止，典型值為1uF。積分輸出端串接一個二極管D和電阻R是為了消除滾動誤差。2)接口電路7135轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出是動態(tài)，必須通過并行接口才能和80C51連接。本例采用8155為接口芯片。圖3-50ICL7135和80C51的接口圖中，8155的A口工作于選通輸入方式，7135的數(shù)據(jù)輸出選通脈沖STB接到8155的A口數(shù)據(jù)選通信號線ASTB〔PC2〕，8155A口中斷請求線AINTR〔PC0〕反相后接80C51的INT1。數(shù)據(jù)選擇器74LS157：SEL＝1－選B組；萬位，狀態(tài)位輸入PA0～PA3SEL＝0－選A組；千位，移入PA0～PA3圖中ALE連8155的定時器〔設(shè)為方波發(fā)生器〕的輸入端，假設(shè)系統(tǒng)時鐘為12MHz，那么ALE的頻率2MHz，經(jīng)定時器16分頻，輸出為125KHz方波，作為7135的時鐘。當(dāng)完成一次A/D轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生5個數(shù)據(jù)選通脈沖，分別將各位的BCD結(jié)果和標(biāo)志D1～D4打入8155的A口。A口收到一個數(shù)據(jù)后，中斷請求線AINTR〔PC0〕升高，80C51外部中斷INT1輸入端變?yōu)榈?，向CPU請求中斷。CPU響應(yīng)中斷，讀取8155A口的數(shù)據(jù)。3)接口程序設(shè)數(shù)據(jù)存放格式如下：圖3-51主程序〔送轉(zhuǎn)換結(jié)果〕流程圖圖3-52A/D中斷效勞程序流程圖主程序清單：MAIN:MOVDPTR，#7F04H；8155定時器初始化MOVA，#10H;16分頻MOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，#40HMOVX@DPTR，AMOVDPTR，#7F00H；控制字D6H→8155MOVA，#0D6HMOVX@DPTR，AMOVSP，#60HMOV20H，#00H；數(shù)據(jù)緩沖器區(qū)清0MOVP2，#7EH；8155RAM緩沖器地址初值MOVR0，#00HMOVR7，#55H；置長度計數(shù)器初值MOVIE，#84H；開放外部中斷1WDIN:JBCPSW.5，TRAN；A/D結(jié)果緩沖器裝滿否？AJMPWDINTRAN:MOVA，20H；A/D結(jié)果傳送到外部RAMMOVX@R0，AINCR0MOVA，21HMOVX@R0，AINCR0MOVA，22HMOVX@R0，AINCR0DJNZR7，WDINACALLPDATA；調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序MOVR0，#00H；重置8155RAM首地址MOVR7，#55H；重置長度AJMPWDINA/D中斷效勞程序：PINT1:MOVDPTR，#7F01H；讀8155A口的A/D結(jié)果MOVXA，@DPTRMOVR2，AANLA，#0F0H；保存高4位PA4~PA7，即D1~D4JNZPR1；D5＝0，返回MOVR1，#20H；D1~D4全0，說明D5=1MOVA，R2ANLA，#01H；取萬位數(shù)據(jù)XCHDA，@R1MOVA，R2ANLA，#0EH;保存POL、OR、UR3位SWAPAORLA，@R1MOV@R1，AINCR1WD4:MOVXA，@DPTR；讀千位JNBACC.7，WD4SWAPAMOV@R1，A；千位→(22H).4～7WD3:MOVXA，@DPTR；讀百位JNBACC.6，WD3XCHDA，@R1