《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課件第6章

第6章51單片機(jī)的接口與應(yīng)用16.1按鍵、鍵盤及其接口6.2LED顯示器及其接口6.3LCD顯示器及其接口6.4A/D轉(zhuǎn)換器接口6.5D/A轉(zhuǎn)換器接口6.6行程開(kāi)關(guān)、晶閘管、繼電器與單片機(jī)的接口

6.1按鍵、鍵盤及其接口

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)一般都設(shè)有按鍵或鍵盤。例如，復(fù)位用的復(fù)位鍵，功能轉(zhuǎn)換用的功能鍵以及數(shù)據(jù)輸入用的數(shù)字鍵盤等。6.1.1鍵輸入過(guò)程與軟件結(jié)構(gòu)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵或鍵盤的每一鍵都被賦予特定的功能，它們通過(guò)接口電路與單片機(jī)相連接，通過(guò)軟件了解按鍵的狀態(tài)及鍵信息的輸入，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行該鍵的功能處理程序。鍵盤的接口方法有多種，但鍵輸入過(guò)程與軟件結(jié)構(gòu)基本是一樣的。所以，在具體介紹鍵盤接口之前，先介紹鍵輸入過(guò)程與軟件結(jié)構(gòu)，這樣能更好地理解鍵盤的接口方法。圖6.1是51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的鍵輸入軟件框圖。對(duì)一組鍵或鍵盤上的每一個(gè)鍵都有一個(gè)編號(hào)(稱為鍵號(hào))，CPU可以采用中斷方式或查詢方式了解有無(wú)鍵輸入，并檢查是哪一個(gè)鍵按下，將該鍵號(hào)送入累加器A，然后通過(guò)散轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，最后返回到原始狀態(tài)。JMP@A+DPTR可以看成是鍵信息輸入的軟件接口。圖6.151單片機(jī)鍵輸入過(guò)程6.1.2鍵盤接口和鍵輸入軟件中應(yīng)解決的幾個(gè)問(wèn)題

1.消除鍵抖動(dòng)

按鍵的合斷都存在一個(gè)抖動(dòng)的暫態(tài)過(guò)程，如圖6.2所示。這種抖動(dòng)的暫態(tài)過(guò)程大約經(jīng)過(guò)5～10ms的時(shí)間，人的肉眼是覺(jué)察不到的，但對(duì)高速的CPU是有反應(yīng)的，可能產(chǎn)生誤處理。為了保證鍵動(dòng)作一次，僅作一次處理，必須采取措施以消除抖動(dòng)。圖6.2鍵合斷時(shí)的電壓抖動(dòng)消除抖動(dòng)的措施有兩種：硬件消抖和軟件消抖。

硬件消除抖動(dòng)可用簡(jiǎn)單的R-S觸發(fā)器或單穩(wěn)電路構(gòu)成，如圖6.3所示。

從圖可知，當(dāng)鍵閉合時(shí)，R-S觸發(fā)器輸出為“0”，將與非門1封鎖，即使鍵抖動(dòng)，不會(huì)把抖動(dòng)狀態(tài)反應(yīng)到輸出上。

軟件消除抖動(dòng)是用延時(shí)來(lái)躲過(guò)暫態(tài)抖動(dòng)過(guò)程，執(zhí)行一段大于10ms的延時(shí)程序后，再讀取穩(wěn)定的鍵狀態(tài)。

圖6.3消除抖動(dòng)電路

2.鍵編碼及鍵值

一組按鍵或鍵盤都要通過(guò)I/O線查詢按鍵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤結(jié)構(gòu)不同，采用不同的編碼方法。但無(wú)論有無(wú)編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中的數(shù)值相對(duì)應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的散轉(zhuǎn)。

(1)用鍵盤連接的I/O線的二進(jìn)制組合表示鍵碼。例如

用4行、4列線構(gòu)成的16個(gè)鍵的鍵盤，可使用一個(gè)8位I/O口

線的高、低4位口線的二進(jìn)制數(shù)的組合表示16個(gè)鍵的編碼，如圖6.4(a)所示。各鍵相應(yīng)的鍵值為88H、84H、82H、81H、48H、44H、42H、41H、28H、24H、22H、21H、18H、14H、12H、11H。這種鍵值編碼軟件較為簡(jiǎn)單直觀，但離散性大，不便安排散轉(zhuǎn)程序的入口地址。

(2)順序排列鍵編碼，如圖6.4(b)所示。在這種方法中，鍵值的形成要根據(jù)I/O線的狀態(tài)作相應(yīng)處理。鍵碼可按下式形成：

鍵碼=行首鍵碼+列號(hào)

3．鍵盤的監(jiān)測(cè)方法

對(duì)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，鍵盤掃描只是CPU工作的一部分，鍵盤處理只是在有鍵按下時(shí)才有意義。對(duì)是否有鍵按下的信息輸入方式有中斷方式與查詢方式兩種。圖6.4行列式鍵盤的編碼與鍵值(a)二進(jìn)制組合編碼；(b)順序排列編碼6.1.3獨(dú)立式按鍵

1．獨(dú)立式按鍵接口結(jié)構(gòu)

獨(dú)立式按鍵是指直接用一根I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵接口方式。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路如圖6.5所示。圖6.5獨(dú)立式按鍵的接口示意圖(a)中斷方式；(b)查詢方式獨(dú)立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大。故在按鍵數(shù)量不多時(shí)，常采用這種按鍵結(jié)構(gòu)。

圖6.5(a)為中斷方式的獨(dú)立式按鍵接口電路，圖6.5(b)為查詢方式接口電路。通常按鍵輸入都采用低電平有效。上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)，I/O口線上有確定的高電平。

2．獨(dú)立式按鍵的軟件結(jié)構(gòu)

下面是查詢方式的鍵盤程序。K0～K7為功能程序入口地址標(biāo)號(hào)，其地址間隔應(yīng)能容納JMP指令字節(jié)，PROM0～PROM7分別為每個(gè)按鍵的功能程序。設(shè)I/O為P1口。6.1.4行列式鍵盤

1．行列式鍵盤的接口

行列式鍵盤的接口方法有許多。例如：直接接口于單片機(jī)的I/O口上；利用擴(kuò)展的并行I/O接口；用串行口擴(kuò)展并行I/O口接口；利用一種可編程的鍵盤、顯示接口芯片8279進(jìn)行接口等。其中，利用擴(kuò)展的并行I/O接口方法方便靈活，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中比較常用。本節(jié)針對(duì)這種方法介紹行列式鍵盤的接口原理。圖6.6是在擴(kuò)展的8155的PA口和PC口上組成4×8鍵盤的示例。PA口作為列線，PC0～PC3作為行線。圖6.68155擴(kuò)展I/O口組成的行列式鍵盤

2.鍵盤工作原理

按鍵設(shè)置在行、列線的交點(diǎn)上，行和列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線通過(guò)上拉電阻接?+5V電源，被箝位在高電平狀態(tài)。

鍵盤的工作過(guò)程可分兩步：第一步是CPU首先檢測(cè)鍵盤上是否有鍵按下；第二步識(shí)別是哪一鍵按下。

檢測(cè)鍵盤上有無(wú)鍵按下，可采用查詢工作方式、定時(shí)掃描工作方式和中斷工作方式。

1)查詢工作方式

鍵盤中有無(wú)鍵按下是由列線送出全掃描字，讀入行線狀態(tài)來(lái)判別的。其方法是：PA口輸出00H，即所有列線置成低電平，然后從PC口讀取行線值。如果有鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入不全為“1”。鍵盤中哪一個(gè)鍵按下是由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)，稱為逐列掃描。其方法是：從PA0開(kāi)始，依次輸出“0”，置對(duì)應(yīng)的列線為低電平，然后從PC口讀入行線狀態(tài)，如果全為“1”，則所按下之鍵不在此列；如果不全為“1”，則所按下的鍵必在此列，而且是與0電平行線交點(diǎn)上

的那個(gè)鍵。為求取鍵碼，在逐列掃描時(shí)，可用計(jì)數(shù)器記錄下當(dāng)前掃描列的列號(hào)，然后用列線值為“0”的行首鍵碼加列號(hào)的辦法計(jì)算。

依此原理可編寫(xiě)出鍵盤掃描子程序。鍵盤掃描子程序的流程框圖如圖6.7所示。圖6.7鍵盤掃描子程序流程圖調(diào)用鍵盤掃描子程序時(shí)，應(yīng)在調(diào)用程序中對(duì)8155進(jìn)行初始化設(shè)置，使PA口為基本輸出口，PC口為基本輸入口。子程序的出口狀態(tài)：(A)=鍵碼。

2)定時(shí)掃描工作方式

定時(shí)掃描工作方式是利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷(例如10ms)，CPU響應(yīng)中斷后，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，再檢測(cè)是哪一鍵按下。定時(shí)掃描工作方式的鍵盤硬件電路與查詢工作方式相同。其軟件框圖如圖6.8所示。圖6.8定時(shí)掃描方式程序框圖定時(shí)掃描工作方式本質(zhì)上是中斷方式。因此，圖6.8是一個(gè)中斷服務(wù)程序框圖。KM、KP分別是在單片機(jī)片內(nèi)RAM位尋址區(qū)設(shè)置的消抖標(biāo)志和鍵處理標(biāo)志。當(dāng)鍵盤上無(wú)鍵按下，KM、KP置0，返回。由于定時(shí)剛開(kāi)始一般不會(huì)立即有鍵按下，故KM、KP初始化置0。

當(dāng)鍵盤上有鍵按下時(shí)，先檢查KM標(biāo)志，KM?=?0時(shí)，表示尚未作消除抖動(dòng)處理，此時(shí)中斷返回同時(shí)KM置1。因?yàn)橹袛喾祷睾笠?jīng)10?ms才可能再次中斷，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了10?ms延時(shí)，因而程序中不需要延時(shí)。當(dāng)再次定時(shí)中斷后，再檢查KP標(biāo)志，由于開(kāi)始時(shí)KP=0，程序進(jìn)入查找鍵碼，

并使KP置1，執(zhí)行鍵功能程序，然后返回。在KM、KP均為1時(shí)，表示鍵處理完畢，再次定時(shí)中斷時(shí)，都返回原來(lái)CPU狀態(tài)。

3)中斷工作方式

計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí)，并不經(jīng)常需要鍵輸入。但無(wú)論是查詢工作方式還是定時(shí)掃描工作方式，CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)。為了提高CPU的效率，可采用中斷工作方式。這種工作方式是當(dāng)鍵盤上有鍵按下時(shí)，向CPU發(fā)一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中掃描鍵盤。中斷請(qǐng)求信號(hào)的接口電路可參考圖6.5(a)。中斷服務(wù)中掃描鍵盤的程序基本和查詢工作方式鍵盤程序相同。

6.2LED顯示器及其接口

發(fā)光二極管(LED，LightEmittingDiode)顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器，它們具有成本低廉、配置靈活和與單片機(jī)接口方便的特點(diǎn)。本節(jié)主要介紹LED顯示原理與接口方法。6.2.1LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理

LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED。這種顯示器有共陰極和共陽(yáng)極兩種，如圖6.9所示。共陰極LED顯示器的結(jié)構(gòu)如圖6.9(a)所示。其陰極并接在一起，構(gòu)成公共端，由陽(yáng)極控制字段點(diǎn)亮或熄滅。當(dāng)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。

共陽(yáng)極LED顯示器的結(jié)構(gòu)如圖6.9(b)所示。其陽(yáng)極并接在一起，作為公共選通端，由陰極控制字段點(diǎn)亮或熄滅。當(dāng)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。在應(yīng)用中，公共端用于控制某一位顯示器是否選通，也稱為位選通端。圖6.9七段顯示塊管腳與結(jié)構(gòu)圖(a)共陰極；(b)共陽(yáng)極；(c)管腳配置通常的七段LED顯示器中有八個(gè)發(fā)光二極管，其中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字形“8”，一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。七段LED顯示塊的管腳如圖6.9(c)所示。從g～a管腳輸出一個(gè)8位二進(jìn)制碼，可顯示對(duì)應(yīng)字符。譬如，在共陰極顯示器上顯示字符“1”，應(yīng)是b、c段點(diǎn)亮，其他段熄滅，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼為00000110(06H)。通常把顯示一個(gè)字符對(duì)應(yīng)的8位二進(jìn)制碼稱為段碼。共陽(yáng)極與共陰極的段碼互為反碼，如表6.1所示。6.2.2LED顯示器的顯示方式

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中可利用LED顯示器靈活地構(gòu)成所要求位數(shù)的顯示器。

N位LED顯示器有N根位選線和8×N根段碼線。根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段碼線的連接方法不同。

1．LED靜態(tài)顯示方式

LED工作在靜態(tài)顯示方式下，公共端不受控，共陰極接地或共陽(yáng)極接?+5V；每一位的段選線(dp、g～a)與一個(gè)8位并行I/O口相連。圖6.10是一個(gè)4位靜態(tài)LED顯示器接口示例。顯示器的每一位可獨(dú)立顯示，只要從段碼口輸出一個(gè)段碼，該位就保持顯示相應(yīng)字符。由于每一位由一個(gè)8位輸出口輸出段碼，故在同一時(shí)刻各位可以顯示不同的字符。圖6.104位LED靜態(tài)顯示接口示例

N位靜態(tài)顯示器要求有N×8根I/O口線，占用I/O口線較多。故在位數(shù)較多時(shí)，往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式。

2．LED動(dòng)態(tài)顯示方式

LED動(dòng)態(tài)顯示是將所有位的段碼線并接在一個(gè)I/O口上，共陰極端或共陽(yáng)極端分別由相應(yīng)的I/O口線控制。圖6.11是一個(gè)8位LED動(dòng)態(tài)顯示器接口示意圖。圖6.118位LED動(dòng)態(tài)顯示接口示例由于每一位的段碼線都接在一個(gè)I/O口上，所以每送一個(gè)段碼，如果公共端不受控制，則8位就顯示同一個(gè)字符，這種顯示器是不能用的。解決此問(wèn)題的方法是利用人的視覺(jué)滯留，從段碼I/O口上按位次分別送顯示字符的段碼，在位選控制口也按相應(yīng)的次序分別選通對(duì)應(yīng)的位(共陰極低電平選通，共陽(yáng)極高電平選通)，選通位就顯示相應(yīng)字符，并保持幾毫秒的延時(shí)，未選通位不顯示字符(保持熄滅)。這樣，對(duì)各位顯示就是一個(gè)循環(huán)過(guò)程。從計(jì)算機(jī)的工作來(lái)看，在一個(gè)瞬時(shí)只有一位顯示字符，而其他位都是熄滅的，但因?yàn)槿说囊曈X(jué)滯留，這種動(dòng)態(tài)變化是覺(jué)察不到的。從效果上看，各位顯示器能連續(xù)而穩(wěn)定的顯示不同的字符。這就是動(dòng)態(tài)顯示。6.2.3LED顯示器接口

1.硬件譯碼顯示器接口

硬件譯碼是采用專門的轉(zhuǎn)換器件芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)字母、數(shù)字的二進(jìn)制數(shù)值到段碼的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換芯片有許多，下面僅以MC14495介紹其接口方法。

MC14495是Motorola公司生產(chǎn)的CMOSBCD—七段十六進(jìn)制鎖存、譯碼驅(qū)動(dòng)芯片。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常要求LED顯示十六進(jìn)制及十進(jìn)制帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)，使用MC14495是非常方便的。圖6.12是MC14495的內(nèi)部邏輯及引腳圖。圖6.12MC14495內(nèi)部邏輯與引腳圖圖6.13是使用MC14495構(gòu)成的多位LED靜態(tài)顯示接口電路，該電路可直接顯示多位十六進(jìn)制數(shù)。若要顯示帶小數(shù)點(diǎn)的十進(jìn)制數(shù)，只要在LED的dp端另加驅(qū)動(dòng)控制即可。LED顯示塊采用共陰極形式。由于MC14495有輸出限流電阻，故LED不須外加限流電阻。圖6.13使用MC14495的多位LED靜態(tài)顯示接口

2．軟件譯碼顯示器接口

軟件譯碼是把各字符的段碼組織在一個(gè)表中，要顯示某字符時(shí)，先查表得到其段碼，然后送往顯示器的段碼線。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，多采用軟件譯碼的動(dòng)態(tài)顯示。圖6.14是51單片機(jī)通過(guò)8155擴(kuò)展I/O口控制的8位LED動(dòng)態(tài)顯示的接口。圖中PB口輸出段碼，PA口輸出位選碼。位選碼占用輸出口線數(shù)取決于顯示器位數(shù)。BIC-8718為8位集成驅(qū)動(dòng)芯片。圖6.14通過(guò)擴(kuò)展8155I/O口控制的8位LED動(dòng)態(tài)顯示接口

3．動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)

對(duì)于圖6.14所示的動(dòng)態(tài)顯示接口，設(shè)51單片機(jī)片內(nèi)RAM的78H～7FH單元為顯示緩沖區(qū)，從低到高依次存放

8個(gè)顯示數(shù)據(jù)，以非壓縮的BCD碼存放。其動(dòng)態(tài)顯示程序

如下：6.2.4鍵盤、顯示器組合接口

根據(jù)鍵盤和顯示器的工作原理，可將二者組合與單片機(jī)接口。這樣既可簡(jiǎn)化接口電路，節(jié)省單片機(jī)的I/O口線，同時(shí)掃描程序可交替工作，提高程序執(zhí)行效率。在鍵盤掃描程序中，為消除抖動(dòng)而要調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序，組合接口后，可利用調(diào)用顯示子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)消抖延時(shí)，可達(dá)到一舉兩得的效果。

1.鍵盤、顯示組合接口電路

圖6.15是一個(gè)采用8155并行擴(kuò)展口構(gòu)成的鍵盤、顯示組合接口電路。圖中設(shè)置了32個(gè)鍵。LED顯示器采用共陰極。顯示器段碼線接8155PA口，位選線接PB口。鍵盤的列線

接PB口，與顯示器的位選線公用，行線接PC0～PC3。顯然，因?yàn)殒I盤與顯示器公用了PB口，比單獨(dú)接口節(jié)省了一個(gè)I/O口。圖6.15擴(kuò)展8155I/O口的鍵盤、顯示接口

2.軟件設(shè)計(jì)

由于鍵盤與顯示組合成一個(gè)接口電路，因此在軟件中合并考慮鍵盤查詢與動(dòng)態(tài)顯示，鍵盤消抖的延時(shí)子程序可用顯示子程序替代。AJMPKEY1

LK2：MOVR2，#0FEH

MOVR4，#00H

LK4：MOVDPTR，#7F01H

MOVA，R2

MOVX@DPTR，A

INCDPTR

INCDPTR

MOVXA，@DPTR

JBACC.0，LONE

MOVA，#00H

AJMPLKP

LONE： JBACC.1，LTWO

MOVA，#08H

AJMPLKP

LTWO： JBACC.2，LTHR

MOVA，#10H

AJMPLKP

LHR： JBACC.3，NEXT

MOVA，#18H

LKP： ADDA，R4

PUSHACC

LK3：ACALLDISPLAY

ACALLKS1

JNZLK3

POPACC

RET

NEXT： INCR4

MOVA，R2

JNBACC.7，KEND

RLA

MOVR2，A

AJMPLK4

KEND：AJMPKEY1

KS1： MOVDPTR，#7F01H

MOVA，#00H

MOVX@DPTR，A

INCDPTR

INCDPTR

MOVXA，@DPTR

CPLA

ANLA，#0FH

RET

DISPLAY：見(jiàn)6.2.3節(jié)8155擴(kuò)展動(dòng)態(tài)掃描子程序。

6.3LCD顯示器及其接口

液晶顯示器(LCD，LiquidCrystalDisplay)是一種低功耗顯示器件，具有顯示內(nèi)容豐富、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、使用方便、安全省電等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算器、萬(wàn)用表、袖珍式儀表和低功耗微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛使用。6.3.1液晶顯示器簡(jiǎn)介

液晶顯示器的基本結(jié)構(gòu)如圖6.16所示。在兩塊透明電極板間夾持液晶材料，當(dāng)液晶厚度小于數(shù)百微米時(shí)，界面附近的液晶分子發(fā)生取向并保持有序性，當(dāng)電極板上施加受控的電場(chǎng)方向后就產(chǎn)生一系列電光效應(yīng)，液晶分子的規(guī)則取向隨即相應(yīng)改變。液晶分子的規(guī)則取向形態(tài)有平行取向、垂直取向、傾斜取向三種，液晶分子的取向改變，即發(fā)生了折射率的異向性，從而產(chǎn)生光散射效應(yīng)、旋光效應(yīng)、雙折射效應(yīng)等光學(xué)效應(yīng)。這就是LCD顯示器的基本原理。圖6.16液晶顯示器的原理結(jié)構(gòu)液晶顯示器件的種類很多，實(shí)際應(yīng)用中并非需要從原理、結(jié)構(gòu)上去區(qū)分，而更多是從產(chǎn)品角度、驅(qū)動(dòng)方式、顯示顏色、顯示方式上區(qū)分。從產(chǎn)品形式上液晶顯示器可分為兩大類：液晶顯示器件(LCD)和液晶顯示模塊(LCM)；從驅(qū)動(dòng)方式上可分為內(nèi)置驅(qū)動(dòng)控制器的液晶顯示模塊和無(wú)控制器的液晶顯示器件兩種；從顯示顏色上可分為單色、彩色等；從顯示方式上可分為正性顯示、負(fù)性顯示、段性顯示、點(diǎn)陣顯示、字符顯示、圖形顯示、圖像顯示、非存儲(chǔ)型顯示、存儲(chǔ)型顯示等。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)不同的顯示要求選擇合適的液晶顯示器。6.3.2字符型液晶顯示模塊LCM的組成原理

1．液晶顯示模塊LCM簡(jiǎn)介

液晶顯示器件是一種高新技術(shù)的基礎(chǔ)元器件，其使用和裝配比較復(fù)雜。為方便用戶使用，將液晶顯示器件與控制、驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，形成一個(gè)功能部件，提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的LCD控制驅(qū)動(dòng)接口，用戶只需按照接口要求進(jìn)行操作就可控制LCD正確顯示。這樣就形成了實(shí)際應(yīng)用中的液晶顯示模塊(LCDModule，LCM)。實(shí)際使用中的通用液晶顯示模塊主要有通用段式液晶顯示模塊、通用段式液晶顯示屏、點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊、點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊等幾種。通用段式液晶顯示模塊一般做成多個(gè)8段數(shù)碼位和一些通用的提示符，使用比較簡(jiǎn)單，成本較低，一般用于數(shù)字化儀表。通用段式液晶顯示屏本身不帶控制器和驅(qū)動(dòng)電路，顯示內(nèi)容只有比較簡(jiǎn)單的數(shù)碼位，相對(duì)成本較低，必須使用具有液晶驅(qū)動(dòng)能力的電路，一般用于電子產(chǎn)品，如電話機(jī)、計(jì)算器等。點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊可顯示西文字符、數(shù)字、符號(hào)等，顯示內(nèi)容比較豐富，字符由5×7或5×11點(diǎn)陣塊實(shí)現(xiàn)，但無(wú)法顯示漢字和復(fù)雜圖形。點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊的通用性好，一方面是它可適用各種領(lǐng)域，另一方面是不同的廠家、不同的型號(hào)的模塊所用控制器相同或相互兼容。它們的主要區(qū)別僅是可顯示字符數(shù)、屏幕大小、點(diǎn)陣大小不同，使用方法和軟件基本相同。點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊可以混合顯示西文字符、符號(hào)、漢字、圖形等，靈活性好，一般用于要求顯示漢字、圖形、人機(jī)交互界面等內(nèi)容復(fù)雜的儀器設(shè)備。不同廠家、不同型號(hào)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊所使用的控制器可能不同，因而相應(yīng)的接口特性、指令系統(tǒng)也有所不同，使用時(shí)除需選擇點(diǎn)陣數(shù)、尺寸外，還要注意所選控制器的型號(hào)。

從上面介紹可看出，不同的液晶顯示模塊其顯示性能和顯示控制是有較大區(qū)別的，應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)不同的顯示要求靈活選取。本節(jié)僅以點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊為例介紹其組成原理和應(yīng)用。

2．字符型LCM的組成原理

點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊包括液晶顯示器件、控制器、字符發(fā)生器、譯碼驅(qū)動(dòng)器等部分。字符型液晶顯示模塊上常采用內(nèi)置式HD44780驅(qū)動(dòng)控制器的集成電路。下面針對(duì)HD44780介紹字符型液晶顯示模塊的組成及工作原理。

HD44780集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6.17所示。在HD44780內(nèi)部集成了輸入輸出緩存器、指令寄存器(IR)、

指令解碼器(ID)、地址計(jì)數(shù)器(AC)、數(shù)據(jù)寄存器(DR)、80×8位數(shù)據(jù)顯示RAM(DDRAM)、192×8位字符產(chǎn)生

器ROM(CGROM)、光標(biāo)閃爍控制器、并行串行轉(zhuǎn)換等11

個(gè)單元電路。圖6.17HD44780集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

(1)數(shù)據(jù)顯示RAM(DataDisplayRAM，DDRAM)。這個(gè)存儲(chǔ)器用來(lái)存放所要顯示的數(shù)據(jù)，只要將字符的ASCII碼放入DDRAM中，內(nèi)部控制電路就會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)傳送到顯示器上。例如，要顯示字符“C”，只需將ASCII碼43H存入DDRAM中就可以了。DDRAM有80字節(jié)空間，總共可顯示80個(gè)字(每個(gè)字占1個(gè)字節(jié))，其存儲(chǔ)地址與實(shí)際顯示位置的排列順序與字符型液晶顯示模塊的型號(hào)有關(guān)。不同類型的字符型液晶顯示模塊顯示位置、地址之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表6.2。

(2)字符產(chǎn)生器ROM(CharacterGeneratorROM，CGROM)。這個(gè)存儲(chǔ)器儲(chǔ)存了192個(gè)5×7點(diǎn)陣字符，CGROM中的字符要經(jīng)過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換才會(huì)傳到顯示器上，只能讀出不能寫(xiě)入。字符的排列方式及字符碼與標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼相同，例如，字符碼31H為字符“1”，字符碼43H為字符“C”。

(3)字符產(chǎn)生器RAM(CharacterGeneratorRAM，CGRAM)。這個(gè)存儲(chǔ)器是供用戶儲(chǔ)存自己設(shè)計(jì)的特殊字符碼，CGRAM共有512位(64×8位)。一個(gè)5×7點(diǎn)陣字型為8×8位，所以CGRAM最多可存8個(gè)字符。

(4)指令寄存器(InstructionRegister，IR)。指令寄存器用于存儲(chǔ)微處理器寫(xiě)給字符型液晶顯示模塊的指令碼。

(5)數(shù)據(jù)寄存器(DataRegister，DR)。數(shù)據(jù)寄存器是存儲(chǔ)微處理器與CGRAM、DDRAM之間傳送數(shù)據(jù)的緩沖器，即微處理器與CGRAM、DDRAM傳送數(shù)據(jù)時(shí)必須經(jīng)DR。

(6)忙碌信號(hào)(BusyFlag，BF)。BF是內(nèi)部的一個(gè)標(biāo)志位，可通過(guò)指令讀取，進(jìn)行查詢。BF=1，表示LCM內(nèi)部正在處理數(shù)據(jù)，不能接受微處理器送來(lái)的指令或數(shù)據(jù)；BF=

0，表示LCM空閑，可以接受微處理器的指令或數(shù)據(jù)。微處理器向LCM傳送指令或數(shù)據(jù)之前，必須先查看BF是否為0。

(7)地址計(jì)數(shù)器(AddressCounter，AC)。地址計(jì)數(shù)器用于指示CGROM或CGRAM或DDRAM的地址，也對(duì)應(yīng)著顯示器的顯示位置。使用地址設(shè)定指令寫(xiě)到指令寄存器后，地址數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)過(guò)指令解碼器存入地址記數(shù)器中。當(dāng)微處理器從DDRAM或CGROM或CGRAM讀取數(shù)據(jù)時(shí)，地址計(jì)數(shù)器按照微處理器對(duì)LCM的設(shè)定值自動(dòng)進(jìn)行修改。

3．內(nèi)置HD44780的LCM引腳信號(hào)

內(nèi)置HD44780驅(qū)動(dòng)控制器的字符型液晶顯示模塊提供了標(biāo)準(zhǔn)接口信號(hào)，可方便地與單片機(jī)連接，其引腳信號(hào)如圖6.18所示。HD44780是字符型液晶顯示模塊控制器的典型集成電路，目前內(nèi)置該驅(qū)動(dòng)控制器的液晶顯示模塊的生產(chǎn)廠家和具體型號(hào)都較多，如北京精電蓬遠(yuǎn)顯示技術(shù)有限公司的MDL(S)-16263、深圳航通科技有限公司的HT162A、EPSON公司的EA-D16025等，它們的引腳數(shù)和封裝都相同。圖6.18內(nèi)置HD44780的LCM引腳信號(hào)

DB7～DB0：8條數(shù)據(jù)線，用于微處理器與字符型液晶顯示模塊之間交換數(shù)據(jù)或命令。

VO：對(duì)比度調(diào)整電壓輸入端。在使用中接可調(diào)電壓，如電位器的滑動(dòng)端，用來(lái)調(diào)整液晶顯示屏的對(duì)比度。

VDD：電源電壓輸入端。接?+5?V單電源電壓。

VSS：參考地端。接工作電源參考地。

RS：寄存器選擇輸入端。當(dāng)輸入高電平時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器；輸入低電平時(shí)選擇指令寄存器。

R/Ｗ：讀/寫(xiě)選通信號(hào)輸入端。當(dāng)輸入高電平時(shí)，對(duì)液晶顯示模塊進(jìn)行讀操作；當(dāng)輸入低電平時(shí)，對(duì)液晶顯示模塊進(jìn)行寫(xiě)操作。

E：使能信號(hào)輸入端。當(dāng)輸入高電平時(shí)，可對(duì)液晶顯

示模塊進(jìn)行讀/寫(xiě)操作；當(dāng)輸入低電平時(shí)，液晶顯示模塊不工作。

目前常用的字符型液晶顯示模塊的類型用16字×1行、16字×2行、20字×2行和40字×2行，它們都具有相同的輸入/輸出接口。6.3.3LCM的命令字

在應(yīng)用LCM進(jìn)行顯示控制時(shí)，通過(guò)其引腳線發(fā)送相應(yīng)命令和數(shù)據(jù)到內(nèi)部指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中，控制LCM完成相應(yīng)的顯示功能。內(nèi)置HD44780驅(qū)動(dòng)控制器的字符型液晶顯示模塊可以使用的指令共有11條，其指令格式如表6.3所示。

1．清屏指令

該指令的功能是清除液晶顯示器(即將DDRAM的內(nèi)容全部填入“空白”的ASCII代碼20H)，光標(biāo)撤回到液晶顯示屏的左上方，將地址計(jì)數(shù)器(AC)的值設(shè)為0。指令執(zhí)行時(shí)間為1.64μs。

2.光標(biāo)歸位指令

該指令的功能是將光標(biāo)撤回到液晶顯示屏的左上方，地址計(jì)數(shù)器(AC)的值設(shè)為0，保持DDRAM的內(nèi)容不變。指令執(zhí)行時(shí)間為1.64μs。

3．模式設(shè)置指令

該指令的功能是設(shè)定每次寫(xiě)入1個(gè)數(shù)據(jù)后光標(biāo)的移位方向，并且設(shè)定每次寫(xiě)入的一個(gè)字符是否移動(dòng)。指令執(zhí)行時(shí)間為40μs。根據(jù)指令表6.3中模式設(shè)置指令的I/D、S位的不同狀態(tài)組合，可設(shè)定如表6.4所示的4種模式操作。

4．顯示器ON/OFF控制指令

該指令的功能是控制顯示器開(kāi)/關(guān)，光標(biāo)開(kāi)/關(guān)，決定光標(biāo)是否閃爍。由指令表6.3中定義的D、C、B三位來(lái)設(shè)定。

D位控制顯示器開(kāi)(ON)或關(guān)(OFF)。D=1時(shí)，顯示；D=0時(shí)，不顯示。

C位控制光標(biāo)開(kāi)(ON)或關(guān)(OFF)。C=1時(shí)，顯示光標(biāo)；C=0時(shí)，不顯示光標(biāo)。

B位控制光標(biāo)是否閃爍。B=1時(shí)，光標(biāo)閃爍；B=0時(shí)，光標(biāo)不閃爍。

指令執(zhí)行時(shí)間為40?μs。

5．設(shè)定顯示器或光標(biāo)移動(dòng)方向指令

該指令的功能是控制光標(biāo)移位或使整個(gè)顯示字幕移位。指令執(zhí)行時(shí)間為40μs。

根據(jù)表6.3定義的S/C、R/L兩位編碼，有表6.5所示的四種設(shè)定情況。

6．功能設(shè)定指令

通過(guò)該指令可設(shè)定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、顯示行數(shù)和字型。由表6.3中定義的DL、N、F三位來(lái)設(shè)定。

DL用于設(shè)定數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。DL=1時(shí)，數(shù)據(jù)為8位；DL=0時(shí)，數(shù)據(jù)為四位。

N用于設(shè)定顯示行數(shù)。N=1時(shí)，顯示2行；N=0時(shí)，顯示一行。

F用于設(shè)定字型。F=1時(shí)，選定5×10點(diǎn)陣字型；F=0時(shí)，選定5×7點(diǎn)陣字型。

功能的指令執(zhí)行時(shí)間為40μs。

7．設(shè)定CGRAM地址指令

設(shè)定下一個(gè)存入數(shù)據(jù)的CGRAM地址。從表6.3中的指令格式定義可知，指令的最高2位為01，作該指令的標(biāo)志，低6位用來(lái)設(shè)定地址。指令執(zhí)行時(shí)間為40μs。

8．設(shè)定DDRAM地址指令

設(shè)定下一個(gè)存入數(shù)據(jù)的DDRAM地址，即設(shè)定字符在顯示器上的顯示位置。從表6.3中的指令格式定義可知，指令的最高位為1，作該指令的標(biāo)志，低7位用來(lái)設(shè)定地址。指令執(zhí)行時(shí)間為40μs。不同顯示方式，顯示字符在DDRAM的地址與顯示位置的影響關(guān)系如表6.6所示。

9．讀取忙碌狀態(tài)和AC地址指令

通過(guò)該指令可讀取忙碌信號(hào)和AC地址，指令執(zhí)行時(shí)間為40μs。

由表6.3中的指令格式定義可知，從LCM數(shù)據(jù)寄存器讀取的8位數(shù)據(jù)的最高位DB7表示忙碌狀態(tài)，低7位是地址計(jì)數(shù)器(AC)的地址。當(dāng)最高位BF=1時(shí)，表示在忙碌中，LCM無(wú)法接收數(shù)據(jù)；當(dāng)BF=0時(shí)，表示空閑，LCM可以接收數(shù)據(jù)。

10．?dāng)?shù)據(jù)寫(xiě)入到DDRAM或CGRAM中的指令

通過(guò)該指令可將字符碼寫(xiě)入DDRAM中，以使液晶顯示屏顯示出相應(yīng)字符，或?qū)⑹褂谜咦约涸O(shè)計(jì)的圖形碼存入CGRAM中。從表6.3中的指令格式定義可知，只要使LCM的控制信號(hào)線有效(RS=1、R/Ｗ=?0、E=1)，就可將8位數(shù)據(jù)寫(xiě)入到DDRAM或CGRAM的指定地址單元中。指令執(zhí)行時(shí)間為40μs。

11．從CGRAM或DDRAM讀取數(shù)據(jù)指令

從表6.3中的指令格式定義可知，只要使LCM的控制信號(hào)線有效(RS=1、R/Ｗ=1、E=1)，就可讀出DDRAM或CGRAM中指定地址單元的8位數(shù)據(jù)。指令執(zhí)行時(shí)間為40μs。6.3.4字符型LCM的接口及應(yīng)用舉例

1．內(nèi)置HD44780的字符型LCM與51單片機(jī)的接口電路

在設(shè)計(jì)字符型LCM與單片機(jī)的接口電路時(shí)，一般是將LCM與單片機(jī)的并行I/O口連接，通過(guò)并行口產(chǎn)生LCM的控制信號(hào)、輸出相應(yīng)命令，控制LCM實(shí)現(xiàn)顯示要求。在設(shè)計(jì)接口電路和應(yīng)用程序時(shí)，應(yīng)特別注意以下問(wèn)題：

(1)對(duì)字符型LCM進(jìn)行讀/寫(xiě)操作不是利用單片機(jī)的讀/寫(xiě)信號(hào)，而是通過(guò)對(duì)LCM引腳信號(hào)線(RS、R/Ｗ、E)的控制來(lái)完成的。

(2)字符型LCM的數(shù)據(jù)總線不是三態(tài)總線，所以在調(diào)試階段，R/Ｗ引腳為低電平，以保證LCM處于寫(xiě)狀態(tài)；如果R/Ｗ引腳為高電平，則LCM處于讀狀態(tài)，會(huì)造成數(shù)據(jù)總線混亂，形成死機(jī)現(xiàn)象。

(3)由于51單片機(jī)復(fù)位后4個(gè)并行口都為FFH，所以，與R/Ｗ的連接線要經(jīng)過(guò)反相器反相連接，以保證上電復(fù)位時(shí)，LCM處在正確的初始狀態(tài)。圖6.19是51系列單片機(jī)驅(qū)動(dòng)字符型液晶顯示模塊的接口示例。單片機(jī)通過(guò)并行接口P0和P1口的操作，間接地實(shí)現(xiàn)對(duì)字符型LCM的控制。在編制程序時(shí)，對(duì)LCM控制信號(hào)(RS、R/W、E)的要求是：寫(xiě)操作時(shí)，使能信號(hào)E的下降沿有效。讀操作時(shí)，使能信號(hào)E在高電平有效；在控制順序上，先設(shè)置RS、R/狀態(tài)，再設(shè)置E信號(hào)為高電平。圖6.1951單片機(jī)與字符型LCM的接口

2．LCM初始化

對(duì)LCM初始化，就是通過(guò)所連接的并行接口產(chǎn)生所要求的控制信號(hào)和指令，實(shí)現(xiàn)顯示要求。LCM驅(qū)動(dòng)控制器的指令是通過(guò)接口電路設(shè)置相應(yīng)命令碼，主要通過(guò)相應(yīng)程序模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)對(duì)液晶顯示模塊的操作可分為四種情況：讀“忙”狀態(tài)、寫(xiě)指令、讀數(shù)據(jù)、寫(xiě)數(shù)據(jù)。因此在LCM應(yīng)用程序中通常包括查看忙碌信號(hào)、寫(xiě)指令到指令寄存器IR、將數(shù)據(jù)寫(xiě)到數(shù)據(jù)寄存器DR、清除液晶顯示器、啟動(dòng)字符型液晶顯示模塊等5個(gè)初始化子程序。這樣在LCM顯示控制應(yīng)用程序中，通過(guò)調(diào)用這5個(gè)初始化子程序，可很方便地設(shè)計(jì)各種顯示功能的應(yīng)用程序。下面針對(duì)圖6.19所示接口電路，說(shuō)明5個(gè)初始化子程序。

1)查看忙碌信號(hào)的子程序

對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，LCM是一個(gè)慢速的外部設(shè)備，單片機(jī)每發(fā)送一個(gè)指令到LCM，至少要40μs時(shí)間才能完成相應(yīng)操作。當(dāng)單片機(jī)要對(duì)LCM送指令以前，必須先檢查L(zhǎng)CM是否空閑，在確定LCM空閑時(shí)，才能發(fā)送指令。檢查忙碌信號(hào)的子程序(CheckBusy)：

4)清除顯示器的子程序(CLS)

由于清除顯示器指令是屬于寫(xiě)數(shù)據(jù)到IR指令寄存器中

的一個(gè)，所以在編寫(xiě)程序時(shí)，只需將消除指令00000001B

即01H存入ACC，再調(diào)用WriteInstruction子程序。

5)啟動(dòng)字符型LCM的子程序(Initial)

只要字符型LCM供電電源符合圖6.20所示的要求，打開(kāi)電源后會(huì)自動(dòng)清除顯示器。在一般情況下，電源打開(kāi)的時(shí)序都是足以符合要求的。

加電啟動(dòng)后還需根據(jù)顯示的功能要求，依次下達(dá)設(shè)定功能指令、顯示器ON/OFF控制指令與設(shè)定進(jìn)入模式指令，顯示器才能正確工作。圖6.20使字符型LCM產(chǎn)生自動(dòng)啟動(dòng)的電源要求在將指令碼寫(xiě)到IR指令寄存器的子程序(WriteInstruction)的基礎(chǔ)上，只要根據(jù)表6.3中的命令字格式設(shè)定功能、顯示器ON/OFF控制、模式設(shè)置指令，調(diào)用WriteInstruction子程序，即可對(duì)字符型LCM進(jìn)行設(shè)置。例如，要讓字符型LCM設(shè)定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位、顯示兩行、使用5×7點(diǎn)陣的字型字符、光標(biāo)要顯示但不閃爍、每顯示一個(gè)字符，光標(biāo)向右移動(dòng)一格。下面是啟動(dòng)字符型液晶顯示模塊的子程序。

3.應(yīng)用舉例

下面用三個(gè)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)明內(nèi)置HD44780的字符型LCM在使用中的編程問(wèn)題。這三個(gè)程序分別是讓字符型液晶顯示模塊顯示字符“C”、讓字符型液晶顯示模塊顯示2行字串“WELLCOME”與“TESTLCD”和顯示“WELLCOMETOUSETHELCM”。在編寫(xiě)程序時(shí)，例1和例2是通過(guò)反復(fù)調(diào)用字符型LCM的5個(gè)初始化子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示要求，而例3則是根據(jù)單片機(jī)對(duì)字符型LCM的顯示控制流程來(lái)編寫(xiě)的，可加深對(duì)字符型LCM的理解和使用。例1讓字符型LCM顯示“C”字符。

程序如下：

例2

讓字符型液晶顯示模塊顯示2行字串“WELLCOME”和“TESTLCD”。

2行字串“WELLCOME”和“TESTLCD”的顯示格式和要求如下：

例3

讓字符型液晶顯示模塊按要求顯示“WELLCOMETOUSETHELCM”。

要求顯示格式如下：例1和例2是通過(guò)反復(fù)調(diào)用字符型LCM的5個(gè)初始化子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示要求的，其特點(diǎn)是程序比較簡(jiǎn)練且通用性較好，但必須了解字符型LCM初始化過(guò)程及其初始化子程序的編寫(xiě)。為加深初學(xué)者對(duì)字符型LCM的理解和使用，本例結(jié)合單片機(jī)對(duì)字符型LCM的具體顯示控制流程來(lái)編寫(xiě)應(yīng)用程序。對(duì)于圖6.19所示的LCM接口，設(shè)單片機(jī)片內(nèi)RAM的40H～5FH共32個(gè)單元為顯示緩沖區(qū)，其中40H～4FH這16個(gè)單元對(duì)應(yīng)液晶顯示模塊的第一行，50H～5FH這16個(gè)單元對(duì)應(yīng)液晶顯示模塊的第二行。其顯示控制程序清單如下：

6.4A/D轉(zhuǎn)換器接口

6.4.1A/D轉(zhuǎn)換器概述

在單片機(jī)測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)中，被采集的實(shí)時(shí)信號(hào)有許多是連續(xù)變化的物理量。由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字量，所以就需要將連續(xù)變化的物理量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，即A/D轉(zhuǎn)換。這就涉及到A/D轉(zhuǎn)換的接口問(wèn)題。在設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口之前，往往要根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)選擇A/D轉(zhuǎn)換器。為此，先介紹一下A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)。

量化間隔和量化誤差是A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)之一。量化間隔可用下式表示：其中：n為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。量化誤差有兩種表示方法：一種是絕對(duì)誤差；另一種是相對(duì)誤差。

A/D轉(zhuǎn)換器芯片種類很多，按其轉(zhuǎn)換原理可分為逐次逼近式、雙重積分式、量化反饋式和并行式A/D轉(zhuǎn)換器；按其分辨率可分為8～16位的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。目前最常用的是逐次逼近式和雙重積分式。

逐次逼近式轉(zhuǎn)換器的常用產(chǎn)品有ADC0801～ADC0805、ADC0808/0809、ADC0816/0817型8位MOSA/D轉(zhuǎn)換器、AD574型快速12位A/D轉(zhuǎn)換器。

雙重積分式轉(zhuǎn)換器的常用產(chǎn)品有ICL7106/ICL7107/

ICL7126、MC14433/5G14433、ICL7135等。

A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口具有硬、軟件相依性。一般來(lái)說(shuō)，A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口主要考慮的是數(shù)字量輸出線的連接、ADC啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)以及時(shí)鐘的連接等。

A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸出線與單片機(jī)的連接方法與其內(nèi)

部結(jié)構(gòu)有關(guān)。對(duì)于內(nèi)部帶有三態(tài)鎖存數(shù)據(jù)輸出緩沖器的ADC(如ADC0809、AD574等)，可直接與單片機(jī)相連。對(duì)于內(nèi)部不帶鎖存器的ADC，一般通過(guò)鎖存器與單片機(jī)相連。還有，隨著位數(shù)的不同，ADC與單片機(jī)的連接方法也不同。對(duì)于8位ADC，其數(shù)字輸出線可與8位單片機(jī)數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)相接。對(duì)于8位以上的ADC，與8位單片機(jī)相接就不那么簡(jiǎn)單了，此時(shí)必須增加讀取控制邏輯，把8位以上的數(shù)據(jù)分兩次或多次讀取。一個(gè)ADC開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)，必須加一個(gè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，這一啟動(dòng)信號(hào)要由單片機(jī)提供。不同型號(hào)的ADC，對(duì)于啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)的要求也不同，一般分為脈沖啟動(dòng)和電平啟動(dòng)兩種。對(duì)于脈沖啟動(dòng)型ADC，只要給其啟動(dòng)控制端上加一個(gè)符合要求的脈沖信號(hào)即可，如ADC0809、ADC574等。通常用單片機(jī)的和地址譯碼器的輸出經(jīng)一定的邏輯電路進(jìn)行控制。對(duì)于電平啟動(dòng)型ADC，當(dāng)把符合要求的電平加到啟動(dòng)控制端上時(shí)，立即開(kāi)始轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，必須保持這一電平，否則會(huì)終止轉(zhuǎn)換的進(jìn)行。因此，在這種啟動(dòng)方式下，單片機(jī)的控制信號(hào)必須經(jīng)過(guò)鎖存器保持一段時(shí)間，一般采用鎖存器或并行I/O接口等來(lái)實(shí)現(xiàn)。AD570、AD571等都屬于電平啟動(dòng)型ADC。當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，ADC輸出一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)，通知單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機(jī)檢查A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束的方法一般有中斷和查詢兩種。對(duì)于中斷方式，可將轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)接到單片機(jī)的中斷請(qǐng)求輸入線上或允許中斷的I/O接口的相應(yīng)引腳，作為中斷請(qǐng)求信號(hào)；對(duì)于查詢方式，可把轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)經(jīng)三態(tài)門送到單片機(jī)的某一位I/O口線上，作為查詢狀態(tài)信號(hào)。

A/D轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)重要連接信號(hào)是時(shí)鐘，其頻率是決定芯片轉(zhuǎn)換速度的基準(zhǔn)。整個(gè)A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程都是在時(shí)鐘的作用下完成的。A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的提供方法有兩種：一種是由芯片內(nèi)部提供(如AD574)，一般不需外加電路；另一種是由外部提供，有的用單獨(dú)的振蕩電路產(chǎn)生，更多的則把單片機(jī)輸出時(shí)鐘經(jīng)分頻后，送到A/D轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)時(shí)鐘端。

本節(jié)只選兩種典型的8位和12位A/D轉(zhuǎn)換芯片介紹與單片機(jī)的接口技術(shù)。6.4.2A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809與單片機(jī)的接口

1.?ADC0809芯片簡(jiǎn)介

ADC0809是8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有8路模擬量輸入通道。其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)與芯片引腳如圖6.21所示。圖6.21ADC0809芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)引腳圖圖6.21中8路模擬開(kāi)關(guān)用于選通8個(gè)模擬通道，允許8

路模擬量分時(shí)輸入，并共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。IN0～I(xiàn)N7為8路模擬量輸入端，模擬量輸入電壓的范圍是0～5V，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為00H～FFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs。ADDA、ADDB、ADDC為通道尋址線，用于選擇通道。其通道尋址如表6.7所示。

ALE是通道地址鎖存信號(hào)，其上出現(xiàn)脈沖上升沿時(shí)，

把ADDA、ADDB、ADDC地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。VREF(+)、VREF(-)接基準(zhǔn)電源，在精度要求不太高的情況下，供電電源就可用作基準(zhǔn)電源。START是啟動(dòng)引腳，其上脈沖的下降沿啟動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換。EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，可用于向單片機(jī)申請(qǐng)中斷或供單片機(jī)查詢。CLK是時(shí)鐘端，典型的時(shí)鐘頻率為640?kHz。DB0～DB7是數(shù)字量輸出。

ADC0809工作時(shí)的定時(shí)關(guān)系如圖6.22所示。從圖可以看出，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，通道地址應(yīng)先送到ADDA～ADDC輸入端。然后在ALE上加一個(gè)正跳變脈沖，將通道地址鎖存到ADC0809內(nèi)部的地址鎖存器中。這樣對(duì)應(yīng)的模擬電壓輸入就和內(nèi)部變換電路接通。為了啟動(dòng)，必須在START端加一個(gè)負(fù)跳變信號(hào)，此后變換工作就開(kāi)始進(jìn)行，標(biāo)志ADC0809工作的狀態(tài)信號(hào)EOC由高電平(空閑狀態(tài))變?yōu)榈碗娖?工作狀態(tài))。一旦變換結(jié)束，EOC信號(hào)就又由低電平變成高電平，此時(shí)只要在OE端加一個(gè)高電平，即可打開(kāi)數(shù)據(jù)線的三態(tài)緩沖器從D0～D7數(shù)據(jù)線讀得一次變換后的數(shù)據(jù)。圖6.22ADC0809轉(zhuǎn)換工作時(shí)序

2．ADC0809與單片機(jī)接口

圖6.23是ADC0809與51單片機(jī)的接口示例。

ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由單片機(jī)的ALE提供。因ADC0809的典型轉(zhuǎn)換頻率為640kHz，ALE信號(hào)頻率與晶

振頻率有關(guān)，如果晶振頻率取12MHz，則ALE的頻率為

2MHz，所以ADC0809的時(shí)鐘端CLK與單片機(jī)的ALE相接時(shí)，要考慮分頻。圖6.23ADC0809與51單片機(jī)的接口連接示例

51單片機(jī)通過(guò)地址線P2.0和讀、寫(xiě)控制信號(hào)線RD、WR來(lái)控制轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道地址鎖存、啟動(dòng)和輸出允許。因ADC0809具有通道地址鎖存功能，所以P0.0～P0.2不須經(jīng)鎖存器接入ADDA～ADDC。根據(jù)P2.0和P0.0～P0.2的連接方法，通道0的地址應(yīng)為：XXXXXXX0XXXXX000，取FEF8H，則其余7個(gè)通道IN1～I(xiàn)N7的地址依次為FEF9H～FEFFH。

3.?A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序舉例

設(shè)圖6.23所示接口電路用于一個(gè)8路模擬量輸入的巡回檢測(cè)系統(tǒng)，使用中斷方式采樣數(shù)據(jù)，把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按次序存于片內(nèi)RAM的30H～37H單元中。采樣完一遍后停止采集。其數(shù)據(jù)采集的初始化程序和中斷服務(wù)程序如下：

MOVR0，#30H；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針

MOVR2，#08H；設(shè)置8路采樣計(jì)數(shù)值

SETBIT0；設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式

SETBEA；CPU開(kāi)放中斷

SETBEX0；允許外部中斷0中斷

MOVDPTR，#0FEF8H；使DPTR指向IN0LOOP：MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，A的值無(wú)意義HERE：SJMPHERE ；等待中斷中斷服務(wù)程序：

ORG0003H

MOVXA，@DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量

MOV@R0，A ；存入片內(nèi)RAM單元

INCDPTR ；指向下一模擬通道

INCR0 ；指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元

DJNZR2，INT0 ；8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù)

CLREA ；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷

CLREX0 ；禁止外部中斷0中斷

RETI ；中斷返回圖6.24AD574引腳信號(hào)

INT0：MOVX@DPTR，A ；再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

RETI ；中斷返回6.4.3單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器AD574的接口

1．AD574芯片簡(jiǎn)介

AD574是一種快速的12位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片。片內(nèi)有三態(tài)輸出鎖存器，無(wú)需外接元器件就可獨(dú)立完成A/D轉(zhuǎn)換功能。一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs。28腳雙插直列式芯片引腳如圖6.24所示。圖6.24AD574引腳信號(hào)

AD574的引腳定義如下：

REOUT：內(nèi)部參考電源輸出(+10?V)；

REFIN：參考電壓輸入。

BIP：偏置電壓輸入。

10VIN：±5V或0～10V模擬輸入。

20VIN：±10V或0～20V模擬輸入。

DB0～DB11數(shù)字量輸出，高字節(jié)為DB8～DB11，低字節(jié)為DB0～DB7。

STS：工作狀態(tài)指示端。STS=1時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，STS返回到低電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換完畢。該信號(hào)可作為單片機(jī)的中斷請(qǐng)求或狀態(tài)查詢信號(hào)。

12/8：變換輸出字長(zhǎng)選擇控制端，輸入為高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果12位輸出，輸入低電平時(shí)，按8位輸出。

CS、CE：片選信號(hào)。當(dāng)CS=0、CE=1同時(shí)滿足時(shí)，AD574才能處于工作狀態(tài)。

R/C數(shù)據(jù)讀出或轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制。當(dāng)R/C=1時(shí)，控制讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)；當(dāng)R/C=?0時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。

A0：字節(jié)地址控制。它有兩個(gè)作用，在啟動(dòng)AD574

(R/Ｃ=0)時(shí)，用來(lái)控制轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度，A=0時(shí)，按完整的12位轉(zhuǎn)換方式工作；A=1時(shí)，按8位A/D轉(zhuǎn)換方式工作。在AD574處于數(shù)據(jù)讀出工作狀態(tài)(R/Ｃ=?1)時(shí)，A0和12/８成為輸出數(shù)據(jù)格式控制。12/８=?1時(shí)，對(duì)應(yīng)12位并行輸出；12/８=?0時(shí)，對(duì)應(yīng)8位雙字節(jié)輸出，A0=0時(shí)，輸出高8位，A0=1時(shí)，輸出低4位，高4位填充0。A0在數(shù)據(jù)輸出期間不能變化。

上述有關(guān)引腳的控制功能的狀態(tài)組合關(guān)系如表6.8所示。

2.?AD574模擬輸入電路的極性選擇

AD574有兩個(gè)模擬電壓輸入引腳10VIN和20VIN，具有10?V和20?V模擬量的動(dòng)態(tài)范圍。這兩個(gè)引腳的輸入電壓可以是單極性的，也可以是雙極性的，可由用戶改變輸入電路的連接形式來(lái)進(jìn)行選擇，如圖6.25所示。圖6.25AD574模擬輸入電路(a)單極性輸入；(b)雙極性輸入

3．AD574與51單片機(jī)的接口

圖6.26是AD574與51單片機(jī)的接口示例。

對(duì)于51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，如果AD574啟動(dòng)為12位轉(zhuǎn)換方式，則對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果只能按雙字節(jié)分時(shí)讀入，所以12/接地；AD574的高8位數(shù)據(jù)線順次連接到單片機(jī)的數(shù)據(jù)線上，低4位數(shù)據(jù)線接單片機(jī)的低4位數(shù)據(jù)線；AD574的CE與WR和RD通過(guò)“與非”邏輯連接，不論單片機(jī)執(zhí)行輸出或是輸入指令，都能使CE為高電平有效；STS信號(hào)接單片機(jī)的一根I/O線，通過(guò)查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖6.26AD574與51單片機(jī)接口示例

4．轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)舉例

設(shè)要求AD574進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位和低4位分別存于片內(nèi)RAM的31H和30H單元。其轉(zhuǎn)換子程序如下： MOV@R1，A；送存高8位轉(zhuǎn)換結(jié)果

DECR1 ；R1指向低4位轉(zhuǎn)換結(jié)果存放地址

INCR0

INCR0 ；(R0)=7FH，使CS=0、A0=1,R/C=1

MOVXA，@R0 ；讀取低4位轉(zhuǎn)換結(jié)果

ANLA，#0FH ；只取低4位結(jié)果

MOVX@R1，A ；送存低4位結(jié)果

RET6.4.4串行A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口

串行A/D轉(zhuǎn)換器與并行A/D轉(zhuǎn)換器相比，具有使用引線少、電路簡(jiǎn)單、芯片體積小、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可與遠(yuǎn)端的CPU進(jìn)行串行數(shù)字通信，可大大減少數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中的干擾。因此，它在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集中獲得了日益廣泛的應(yīng)用。串行A/D轉(zhuǎn)換器件的類型較多，如德州儀器公司生產(chǎn)的8位串行轉(zhuǎn)換器TLC0831/TLC0832、4通道8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC0834/TLC0838、帶自動(dòng)關(guān)斷功能的10位高速串行A/D轉(zhuǎn)換器TLV1572等系列。本節(jié)以TLC0831/TLC0832為例來(lái)介紹串行A/D轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)。

TLC0831C/I、TLC0832C/I是8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單+5V供電，模擬量輸入范圍為0～5V，其中TLC0831有一個(gè)輸入通道，TLC0832有兩個(gè)輸入通道。后者的前級(jí)可用軟件配置為單端或者差分輸入。兩種器件的輸出均為串行方式，易于和微處理器接口或獨(dú)立使用。輸入和輸出與TTL和CMOS兼容，在串行時(shí)鐘為250kHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μs，總的調(diào)整誤差為?±1LSB，使用非常方便。

TLC0831C/TLC0832C的內(nèi)部工作溫度范圍為0℃～70℃，TLC0831I/TLC0832I的工作溫度范圍為－40℃～85℃。它們的封裝采用標(biāo)準(zhǔn)的8腳表貼和DIP結(jié)構(gòu)，可與美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的ADC0831和ADC0832互換。

1.功能與使用說(shuō)明

TLC0831/TLC0832內(nèi)部為采樣—數(shù)據(jù)—比較結(jié)構(gòu)，以逐次逼近流程轉(zhuǎn)換差分模擬輸入信號(hào)。TLC0831只有一個(gè)差分(IN+，IN-)輸入端，當(dāng)不需要差分輸入時(shí)，IN-?可接地，模擬信號(hào)連到IN+，作為單端輸入。TLC0832的輸入(CH0，CH1)可通過(guò)DI地址選擇腳配置為差分(IN+，IN-)輸入。當(dāng)連到IN+?端的輸入電壓低于IN-?端的輸入電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為0。TLC0831的REF端為基準(zhǔn)電壓端，一般可Vcc(TLC0832的基準(zhǔn)由內(nèi)部設(shè)定)。

TLC0831/TLC0832引腳如圖6.27所示。圖6.27TLC0831/0832引腳信號(hào)(a)TLC0831封裝；(b)TLC0832封裝各引腳含義如下：

CS：片選端。當(dāng)CS為低電平時(shí)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，在整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中CS必須始終為低電平。連續(xù)輸入10個(gè)脈沖完成一次轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)從第2個(gè)脈沖開(kāi)始輸出。轉(zhuǎn)換結(jié)束后應(yīng)將CS置為高電平，當(dāng)CS重新拉低時(shí)將開(kāi)始新的一次轉(zhuǎn)換。

IN+：為正輸入端。

IN－：為負(fù)輸入端，ADC0831(TLC0831)可以接入差分信號(hào)，如果輸入單端信號(hào)，IN－應(yīng)接地。

GND：電源地端。

VCC：電源正端。

CLK：時(shí)鐘信號(hào)端。

DO：數(shù)據(jù)輸出端。

REF：參考電壓輸入端，使用中應(yīng)接參考電壓或直接接VCC端。

CH0、CH1：TLC0832的模擬量輸入引腳。

DI：TLC0832的多路地址選擇輸入端。

TLC0831/TLC0832通過(guò)串行接口與單片機(jī)相連來(lái)傳送控制命令或數(shù)據(jù)?？捎密浖?duì)通道和輸入端進(jìn)行選擇和配置。轉(zhuǎn)換開(kāi)始后，器件從單片機(jī)接收時(shí)鐘，在一個(gè)時(shí)鐘的時(shí)間間隔前導(dǎo)下，以保證輸入多路器穩(wěn)定。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)同時(shí)從DO端輸出，以最高位(MSB)開(kāi)頭，經(jīng)過(guò)8個(gè)時(shí)鐘后，轉(zhuǎn)換完成。當(dāng)變高時(shí)，內(nèi)部所有寄存器清0。此時(shí)，輸出電路變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。如果希望開(kāi)始另一個(gè)轉(zhuǎn)換，端必須有一個(gè)從高到低的跳變，后面緊接地址、數(shù)據(jù)等操作。

TLC0832在輸出以最高位(MSB)開(kāi)頭的數(shù)據(jù)流后，又以最低位(LSB)開(kāi)頭重新輸出一遍(前面的)數(shù)據(jù)流。DI和DO端可以連在一起，通過(guò)一根線連到單片機(jī)的一個(gè)雙向I/O口進(jìn)行控制。TLC0832的地址是通過(guò)DI端移入，來(lái)選擇模擬輸入通道，同時(shí)也決定輸入是單端還是差分輸入。當(dāng)輸入為差分時(shí)，要分配輸入通道的極性。另外，在選擇差分輸入模式時(shí)，極性也可以選擇。輸入通道的兩個(gè)輸入端的任何一個(gè)都可以作為正極或負(fù)極。圖6.28TLC0831工作時(shí)序

TLC0831的工作時(shí)序如圖6.28所示，TLC0832的工作時(shí)序如圖6.29所示。圖6.29TLC0832工作時(shí)序

2.?TLC0831/TLC0832與單片機(jī)的接口

TLC0831/TLC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器與51單片機(jī)接口時(shí)，一般將其、CLK、DO、DI引腳線與單片機(jī)的I/O口線連接，通過(guò)I/O線產(chǎn)生工作時(shí)序信號(hào)來(lái)控制轉(zhuǎn)換并得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖6.30所示是一種連接示例。圖6.30TLC0831/0832與單片機(jī)的接口(a)TLC0831的連接；(b)TLC0832的連接

3.?TLC0831/TLC0832A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序舉例

TLC0831/TLC0832A/D轉(zhuǎn)換程序就是在連接的I/O口

線上產(chǎn)生圖6.28或圖6.29的工作時(shí)序。針對(duì)圖6.30(a)啟動(dòng)TLC0831的轉(zhuǎn)換程序如下：

6.5D/A轉(zhuǎn)換器接口

6.5.1D/A轉(zhuǎn)換器概述

1．D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)及類型

在設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口之前，一般要根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)選擇D/A轉(zhuǎn)換器芯片。因此，先介紹一下D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)。

1)分辨率

分辨率是D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量變化敏感程度的描述。D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為：當(dāng)輸入數(shù)字量發(fā)生單位數(shù)碼變化時(shí)，即LSB位產(chǎn)生一次變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)輸出模擬量的變化量。對(duì)于線性D/A轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，其分辨率Δ與輸入數(shù)字量輸出的位數(shù)n呈現(xiàn)下列關(guān)系：在實(shí)際使用中，表示分辨率高低的更常用的方法是采用輸入數(shù)字量的位數(shù)或最大輸入碼的個(gè)數(shù)。例如，8位二進(jìn)制D/A轉(zhuǎn)換器，其分辨率為8位，Δ=1/256=0.39%。BCD碼輸入的，用其最大輸入碼個(gè)數(shù)表示，例如4字位9999D/A轉(zhuǎn)換器，其分辨率為Δ=1/9999=0.01%。顯然，位數(shù)越多，分辨率越高。

2)建立時(shí)間

建立時(shí)間是描述D/A轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)，一般所指的建立時(shí)間是輸入數(shù)字量變化后，模擬輸出量達(dá)到終值誤差?±1/2LSB(最低有效位)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。根據(jù)建立時(shí)間的長(zhǎng)短，把D/A轉(zhuǎn)換器分成以下幾檔：

超高速<?100?ns

較高速1?μs～100?ns

高速10?μs～1?μs

中速100?μs～10?μs

低速≥100?μs

D/A轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異，按輸入數(shù)字量的位數(shù)來(lái)分，有8位、10位、12位和16位等；按輸入的數(shù)碼形式分，有二進(jìn)制碼和BCD碼等；按轉(zhuǎn)送數(shù)字量的方式分，有并行式的和串形式的D/A轉(zhuǎn)換器兩類；按輸出形式分，有電流輸出和電壓輸出兩種形式，而電壓輸出又有單極性電壓輸出和雙極型電壓輸出之別；從與單片機(jī)接口的角度看，又有帶輸入鎖存器和不帶輸入鎖存器兩類。下面列出常用的幾種D/A轉(zhuǎn)換芯片。

(1)?DAC0830系列。DAC0830系列是美國(guó)NationalSemiconductor公司生產(chǎn)的具有兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的8位D/A轉(zhuǎn)換芯片，該系列產(chǎn)品包括DAC0830、DAC0831、DAC0832，管腳完全相容，為20腳雙列直插式封裝。

(2)?DAC82。DAC82是B-B公司生產(chǎn)的8位能完全與微處理器兼容的D/A轉(zhuǎn)換器芯片，片內(nèi)帶有基準(zhǔn)電壓和調(diào)節(jié)電阻，無(wú)需外接器件及微調(diào)即可與單片機(jī)8位數(shù)據(jù)線相連。芯片工作電壓為?±15V，可以直接輸出單極性或雙極性的電壓(0～+10V，±10V)和電流(0～1.6mA，±0.8mA)。

(3)?DAC1020/AD7520和DAC1220/AD7521系列。DAC1020/AD7520為10位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成系列芯片，DAC1020系列是美國(guó)NationalSemiconductor公司產(chǎn)品，包

括DAC1020、DAC1021、DAC1022，與美國(guó)AnalogDevices公司的AD7520及其后繼產(chǎn)品AD7530、AD7533完全兼容，單電源工作，電源電壓為?+5V～+15V，電流建立時(shí)間為

500ns，16線雙列直插式封裝。

(4)?DAC1220/AD7521系列。DAC1220/AD7521系列為12位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，DAC1220系列包括DAC1220、DAC1221、DAC1222產(chǎn)品，與AD7521及其后

繼產(chǎn)品AD7531管腳完全兼容，18線雙列直插封裝。

(5)DAC1208和DAC1230系列。DAC1208和DAC1230系列均為美國(guó)NationalSemiconductor公司產(chǎn)品，12位分辨率，兩者不同之處是DAC1230數(shù)據(jù)輸入引腳線只有8根，而DAC1208有12根引腳線。DAC1208系列為24線雙列直插式封裝，而DAC1230系列為20線雙列直插式封裝。DAC1208系列包括DAC1208、DAC1209、DAC1210；DAC1230系列包括DAC1230、DAC1231、DAC1232。

2．D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口的一般方法

D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口也具有硬、軟件相依性。各種D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口的方法有些差異，但就其基本連接方法來(lái)看，還是有共同之處：都要考慮到數(shù)據(jù)線、地址線和控制線的連接。就數(shù)據(jù)線來(lái)說(shuō)，D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口要考慮到兩個(gè)問(wèn)題：一是位數(shù)，當(dāng)高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器與8位數(shù)據(jù)總線的51單片機(jī)接口時(shí)，51單片機(jī)的數(shù)據(jù)必須分時(shí)輸出，這時(shí)必須考慮數(shù)據(jù)分時(shí)傳送的格式和輸出電壓的“毛刺”問(wèn)題；二是D/A轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部沒(méi)有輸入鎖存器時(shí)，必須在單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器之間增設(shè)鎖存器或I/O接口。最常用也是最簡(jiǎn)單的連接是8位帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器和8位單片機(jī)的接口，這時(shí)只要將單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接和D/A轉(zhuǎn)換器的8位數(shù)據(jù)輸入端一一對(duì)應(yīng)連接即可。就地址線來(lái)說(shuō)，一般的D/A轉(zhuǎn)換器只有片選信號(hào)，而沒(méi)有地址線。這時(shí)單片機(jī)的地址線采用全譯碼或部分譯碼，經(jīng)譯碼器輸出控制片選信號(hào)，也可用由某一位I/O線來(lái)控制片選信號(hào)。也有少數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器有少量的地址線，用于選中片內(nèi)獨(dú)立的寄存器或選擇輸出通道(對(duì)于多通道D/A轉(zhuǎn)換器)，這時(shí)單片機(jī)的地址線與D/A轉(zhuǎn)換器的地址線對(duì)應(yīng)連接。就控制線來(lái)說(shuō)，D/A轉(zhuǎn)換器主要有片選信號(hào)、寫(xiě)信號(hào)及啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)等，一般由單片機(jī)的有關(guān)引腳或譯碼器提供。一般來(lái)說(shuō)，寫(xiě)信號(hào)多由單片機(jī)的信號(hào)控制；啟動(dòng)信號(hào)常由片選信號(hào)與寫(xiě)信號(hào)的組合形成，當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行一條輸出指令時(shí)，傳送的地址使轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)有效，由實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。

本節(jié)只選兩種典型的8位和12位D/A轉(zhuǎn)換芯片介紹與單片機(jī)的接口方法。6.5.2

8位D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口下面以8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0830/DAC0831/DAC0832為例,來(lái)說(shuō)明8位D/A轉(zhuǎn)換器與51單片機(jī)的接口方法。

1.DAC0830/DAC0831/DAC0832的結(jié)構(gòu)與引腳功能

DAC0830/DAC0831/DAC0832內(nèi)部主要由8位輸入鎖存器、8位DAC鎖存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器和控制邏輯四部分組成,其結(jié)構(gòu)框圖如圖6.31所示。圖6.31DAC0832系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳信號(hào)

DAC0830/DAC0831/DAC0832是20腳雙列直插式封裝芯片。其引腳功能定義如下:

DI0~DI7:8位數(shù)據(jù)輸入線。

ILE:數(shù)據(jù)鎖存允許控制輸入線,高電平有效。

CS:片選信號(hào)輸入線,低電平有效。

WR1:輸入鎖存器寫(xiě)選通輸入線,負(fù)脈沖有效。輸入鎖存器的鎖存信號(hào)LE1由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生,即LE1=ILE·CS·WR1,LE1上的負(fù)跳變將使數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)鎖進(jìn)輸入鎖存器。

XFER:數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線,低電平有效。

WR2:DAC寄存器寫(xiě)選通信號(hào)輸入線,負(fù)脈沖有效。DAC寄存器的鎖存信號(hào)LE2由XFER和WR2的邏輯組合產(chǎn)生,即LE2=XFER·WR2,LE2上的負(fù)跳變將使輸入鎖存器中鎖存的數(shù)據(jù)被鎖存到DAC鎖存器中,同時(shí)進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器并開(kāi)始轉(zhuǎn)換。

IOUT1:模擬電流輸出線。

IOUT2:模擬電流輸出線。采用單極性輸出時(shí),IOUT2

常常接地。

RFB:反饋信號(hào)輸入線。反饋電阻被制作在芯片內(nèi),用作外接的運(yùn)算放大器的反饋電阻,為D/A轉(zhuǎn)換器提供電壓輸出。

VREF:參考電壓輸入線。要求外接一精密電壓源,電壓范圍為-10~+10V。通過(guò)改變VREF的符號(hào)來(lái)改變輸出極性。