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第7章 单片机接口技术7.1 单片机与键盘接口单片机与键盘接口 7.1.1 键盘工作原理键盘工作原理 1按键的分类按键的分类 按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。 第7章 单片机接口技术第7章 单片机接口技术第7章 单片机接口技术第7章 单片机接口技术第7章 单片机接口技术第7章 单片机接口技术第7章 单片机接口技术 电路工作过程如下：按键未按下时，a = 0，b = 1，输出Q = 1。按键按下时，因按键的机械弹性作用的影响，使按键产生抖动。当开关没有稳定到达b端时，因与非门2输出为0反馈到与非门1的输入端，封锁了与非门1，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为1，输出Q不会产生抖动的波形。当开关稳定到达b端时，因a = 1，b = 0，使Q = 0，双稳态电路状态发生翻转。当释放按键时，在开关未稳定到达a端时，因Q = 0，封锁了与非门2，双稳态电路的状态不变，输出Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到达a端时，因a = 0，b = 0，使Q = 1，双稳态电路状态发生翻转，输出Q重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双稳态电路之后，输出已变为规范的矩形方波。 第7章 单片机接口技术 软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10 ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。 4. 按键编码按键编码 一组按键或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。第7章 单片机接口技术 5. 编制键盘程序编制键盘程序 一个完善的键盘控制程序应具备以下功能： (1) 检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。 (2) 有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。 (3) 准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。第7章 单片机接口技术 7.1.2 独立式按键独立式按键 单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。 1. 独立式按键结构独立式按键结构 独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图7.4所示。 独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。第7章 单片机接口技术图7.4 独立式按键电路P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.78031VCC第7章 单片机接口技术 2. 独立式按键的软件结构独立式按键的软件结构 独立式按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。图7.4中的I/O口采用P1口，请读者自行编制相应的软件。 第7章 单片机接口技术 7.1.3 矩阵式按键矩阵式按键 单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。 1. 矩阵式键盘的结构及原理矩阵式键盘的结构及原理 矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图7.5所示。 由图可知，一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。第7章 单片机接口技术图7.5 矩阵式键盘结构0123456789101112131415001231235 V第7章 单片机接口技术 矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。第7章 单片机接口技术 2. 矩阵式键盘按键的识别矩阵式键盘按键的识别 识别按键的方法很多，其中，最常见的方法是扫描法。下面以图7.5中8号键的识别为例来说明扫描法识别按键的过程。 按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键按下时处在高电平。显然，如果让所有的列线也处在高电平，那么，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此，必须使所有列线处在低电平。只有这样，当有键按下时，该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。CPU根据行电平的变化，便能判定相应的行有键按下。8号键按下时，第2行一定为低电平。然而，第2行为低电平时，能否肯定是8号键按下呢？第7章 单片机接口技术 回答是否定的，因为9、10、11号键按下，同样会使第2行为低电平。为进一步确定具体键，不能使所有列线在同一时刻都处在低电平，可在某一时刻只让一条列线处于低电平，其余列线均处于高电平，另一时刻，让下一列处在低电平，依此循环，这种依次轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。采用键盘扫描后，再来观察8号键按下时的工作过程，当第0列处于低电平时，第2行处于低电平，而第1、2、3列处于低电平时，第2行却处在高电平，由此可判定按下的键应是第2行与第0列的交叉点，即8号键。 第7章 单片机接口技术 3. 键盘的编码键盘的编码 对于独立式按键键盘，因按键数量少，可根据实际需要灵活编码。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号惟一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。如图7.5中的8号键，它位于第2行，第0列，因此，其键盘编码应为20H。采用上述编码对于不同行的键离散性较大，不利于散转指令对按键进行处理。因此，可采用依次排列键号的方式对按排进行编码。以图7.5中的44键盘为例，可将键号编码为：01H、02H、03H、0EH、0FH、10H等16个键号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。 第7章 单片机接口技术 4. 键盘的工作方式键盘的工作方式 对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。 1) 编程扫描方式编程扫描方式 编程扫描方式是利用CPU完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。第7章 单片机接口技术键盘扫描程序一般应包括以下内容：(1) 判别有无键按下。(2) 键盘扫描取得闭合键的行、列值。(3) 用计算法或查表法得到键值。(4) 判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。(5) 将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。第7章 单片机接口技术 图7.6是一个48矩阵键盘电路，由图可知，其与单片机的接口采用8155扩展I/O芯片，键盘采用编程扫描方式工作。8155C口的低4位输入行扫描信号，A口输出8位列扫描信号，二者均为低电平有效。8155的IO/ 与P2.0相连， 与P2.1相连， 、 分别与单片机的 、 相连。由此可确定8155的口地址为 命令/状态口：0100H（P2未用口线规定为0） A 口：0101H B口：0102H C口：0103H MCSWRRDWRRD第7章 单片机接口技术图7.6 8155扩展I/O口组成的矩阵键盘01234567891617182425262728293031P2.7P2.0RDWRALECSIO/MRDWRALEPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PC0PC1PC2PC3+5 V8155D0D7P0.0P0.7MCS-51单片机1920212223151413121110第7章 单片机接口技术 图7.6中，A口为基本输出口，C口为基本输入口，因此，方式命令控制字应设置为43H。在编程扫描方式下，键盘扫描子程序应完成如下几个功能： (1) 判断有无键按下。其方法为：A口输出全为0，读C口状态，若PC0PC3全为1，则说明无键按下；若不全为1，则说明有键按下。 (2) 消除按键抖动的影响。其方法为：在判断有键按下后，用软件延时的方法延时10 ms后，再判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一个按键按下，否则当作按键抖动来处理 第7章 单片机接口技术 (3) 求按键位置。根据前述键盘扫描法，进行逐列置0扫描。图7.6中，32个键的键值分布如下（键值由4位十六进制数码组成，前两位是列的值，即A口数据，后两位是行的值，即C口数据，X为任意值）：FEXE FDXE FBXE F7XE EFXE DFXE BFXE7FXE FEXD FDXD FBXD F7XD EFXD DFXD BFXD 7FXD FEXB FDXB FBXB F7XB EFXB DFXB BFXB 7FXB FEX7 FDX7 FBX7 F7X7 EFX7 DFX7 BFX7 7FX7第7章 单片机接口技术 按键键值确定后，即可确定按键位置。相应的键号可根据下述公式进行计算：键号=行首键号+列号。图7.6中，每行的行首可给以固定的编号0（00H），8（08H），16（10H），24（18H），列号依列线顺序为07。 (4) 判别闭合的键是否释放。按键闭合一次只能进行一次功能操作，因此，等按键释放后才能根据键号执行相应的功能键操作。 键盘扫描程序流程图请参阅图7.1中的主程序流程图。 键盘扫描程序请参阅实训7源程序中的键盘查询程序、键盘扫描程序和按键查询子程序三部分。第7章 单片机接口技术 实训7是矩阵式键盘的一种典型应用，与图7.6相比，8155入口地址不同，矩阵键盘列数不同，再就是为兼顾键盘和显示，防抖所用的延时子程序由显示子程序替代。 2) 定时扫描方式定时扫描方式 定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间（例如10 ms）的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断。CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键按下时识别出该键，再执行该键的功能程序。定时扫描方式的硬件电路与编程扫描方式相同，程序流程图如图7.7所示。 第7章 单片机接口技术图7.7 定时扫描方式程序流程图开始有键闭合标志11标志21标志21识别按键执行按键功能返回标志10标志20标志11NYNYYN第7章 单片机接口技术 图7.7中，标志1和标志2是在单片机内部RAM的位寻址区设置的两个标志位，标志1为去抖动标志位，标志2为识别完按键的标志位。初始化时将这两个标志位设置为0，执行中断服务程序时，首先判别有无键闭合，若无键闭合，将标志1和标志2置0后返回；若有键闭合，先检查标志1，当标志1为0时，说明还未进行去抖动处理，此时置位标志1，并中断返回。由于中断返回后要经过10 ms后才会再次中断，相当于延时了10 ms，因此，程序无须再延时。第7章 单片机接口技术 下次中断时，因标志1为1，CPU再检查标志2，如标志2为0说明还未进行按键的识别处理，这时，CPU先置位标志2，然后进行按键识别处理，再执行相应的按键功能子程序，最后，中断返回。如标志2已经为1，则说明此次按键已做过识别处理，只是还未释放按键。当按键释放后，在下一次中断服务程序中，标志1和标志2又重新置0，等待下一次按键。 3) 中断扫描方式中断扫描方式 采用上述两种键盘扫描方式时，无论是否按键，CPU都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此，CPU经常处于空扫描状态。第7章 单片机接口技术 为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下：当无键按下时，CPU处理自己的工作，当有键按下时，产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。 图7.8是一种简易键盘接口电路，该键盘是由8051 P1口的高、低字节构成的44键盘。键盘的列线与P1口的高4位相连，键盘的行线与P1口的低4位相连，因此，P1.4P1.7是键输出线，P1.0P1.3是扫描输入线。图中的4输入与门用于产生按键中断，其输入端与各列线相连，再通过上拉电阻接至+5 V电源，输出端接至8051的外部中断输入端。 第7章 单片机接口技术 具体工作如下：当键盘无键按下时，与门各输入端均为高电平，保持输出端为高电平；当有键按下时，端为低电平，向CPU申请中断，若CPU开放外部中断，则会响应中断请求，转去执行键盘扫描子程序。图7.8 中断扫描键盘电路P1.0P1.1P1.3P1.2P1.4P1.5P1.6P1.7INT08031&第7章 单片机接口技术7.2 单片机与显示器接口单片机与显示器接口 7.2.1 LED显示和接口显示和接口 常用的LED显示器有LED状态显示器（俗称发光二极管）、LED七段显示器（俗称数码管）和LED十六段显示器。发光二极管可显示两种状态，用于系统状态显示；数码管用于数字显示；LED十六段显示器用于字符显示。本节重点介绍LED七段显示器。 第7章 单片机接口技术1.数码管结构数码管结构 数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符号“”及小数点“”。数码管的外形结构如图7.10（a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图7.10（b）和图7.01（c）所示。第7章 单片机接口技术图7.10 数码管结构图（a） 外型结构；（b） 共阴极；（c）共阳极agdfecb10 9876gf GND abedGND c dp12345VDVD5 V(a)(b)(c)dp第7章 单片机接口技术 共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。 2. 数码管工作原理数码管工作原理第7章 单片机接口技术 共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。 如果采用共阳极数码管与单片机P1口直接连接，其电路连接如下图所示。数码管公共阳极接+5 V电源，其它管脚分别接P1口的8个端口，限流电阻为510 ，数码管字段导通电流约为6 mA（额定字段导通电流一般为5 20 mA）。第7章 单片机接口技术 共阳极数码管与单片机P1口 直接连接显示电路第7章 单片机接口技术 要使数码管显示出相应的数字或字符，必须使段数据口输出相应的字形编码。对照图7.10（a），字型码各位定义为：数据线D0与a字段对应，D1与b字段对应，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0”，共阳极数码管的字型编码应为：11000000B（即C0H）；共阴极数码管的字型编码应为：00111111B（即3FH）。依此类推，可求得数码管字形编码如表7.1所示。3.数码管字形编码数码管字形编码第7章 单片机接口技术表7.1 数码管字型编码表显显示示字字符符字字型型共共 阳阳 极极共共 阴阴 极极dpgfedcba字型字型码码dpGfedcba字型字型码码0011000000C0H001111113FH1111111001F9H0000011006H2210100100A4H010110115BH3310110000B0H010011114FH441001100199H0110011066H551001001092H011011016DH661000001082H011111017DH7711111000F8H0000011107H881000000080H011111117FH991001000090H011011116FHAA1000100088H0111011177HBB1000001183H011111007CHCC11000110C6H0011100139H第7章 单片机接口技术 续表显示显示字符字符字字型型共共 阳阳 极极共共 阴阴 极极 dpgfedcba字型字型码码dpGfedcba字型字型码码DD10100001A1H010111105EHEE1000011086H0111100179HFF100011108EH0111000171HHH1000100189H0111011076HLL11000111C7H0011100038HPP100011008CH0111001173HRR11001110CEH0011000131HUU11000001C1H001111103EHYY1001000191H011011106EH 10111111BFH0100000040H.011111117FH1000000080H熄熄灭灭灭灭11111111FFH0000000000H第7章 单片机接口技术n例：MCS-51单片机的P1口接了一个共阳极的数码管，要求编制程序让数码管从09重复显示。第7章 单片机接口技术n解：根据题意可设计出硬件电路如图所示。第7章 单片机接口技术其源程序可设计如下： ORG0000H ；程序初始化 AJMP MAINMAIN: MOV R0, #00HMOVDPTR, #TABLE ；基址初始化LOOP:MOVA, R0 ；计数显示初始化 MOVC A, A+DPTR ；查表获取数码管显示值第7章 单片机接口技术MOV P1, A ；数码管显示查表值LCALL DELAY ；调用延时子程序INC R0 ；R0值加1CJNE R0, #0AH, LOOP； 10次不到继续计数AJMP MAIN第7章 单片机接口技术 TAB： DB 0C0H，0F9H，0A4H；0，1，2 DB 0B0H，99H，92H ；3，4，5 DB 82H，0F8H，80H ；6，7，8 DB 90H，88H，83H， ；9，A，B DB 0C6H，0A1H，86H ；C，D，E DB 8EH ；F第7章 单片机接口技术DELAY: MOV R0, #100 ；1s延时DEL2: MOV R1, #10DEL1: MOV R2, #7DHDEL0: NOP NOP DJNZ R2, DEL0 DJNZ R1, DEL1 DJNZ R0, DEL2 RETEND第7章 单片机接口技术小结n数码管从结构上可以分为几类n怎样让数码管显示相对应的字符n在用单片机控制数码管的编程过程中主要用到了那些主要的语句第7章 单片机接口技术 作业：设计一个由单片机控制的数码管显示和按键电路。（包括软硬件设计）所给器件：89S52单片机（1片）、按键（1个）、LED七段数码管（1个）要求：数码管初始显示值为“5”，按键每按下一次，数码管显示数值加1（例如，按一次按键，数码管显示“6”），当显示为“9”时，再按一次按键，显示“0”，如此循环。 第7章 单片机接口技术7.3 D/A转换器接口转换器接口 7.3.1 D/A转换器概述转换器概述 D/A转换器输入的是数字量，经转换后输出的是模拟量。有关D/A转换器的技术性能指标很多，例如绝对精度、相对精度、线性度、输出电压范围、温度系数、输入数字代码种类（二进制或BCD码）等。 1) 分辩率分辩率 分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n，则D/A转换器的分辨率为2-n。这就意味着数/模转换器能对满刻度的2-n输入量作出反应。第7章 单片机接口技术 例如，8位数的分辨率为1/256，10位数的分辨率为1/1024等。因此，数字量位数越多，分辨率也就越高，亦即转换器对输入量变化的敏感程度也就越高。使用时，应根据分辨率的需要来选定转换器的位数。DAC常可分为8位、10位、12位三种。 2) 建立时间建立时间建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出达到终值误差（1/2）LSB（最低有效位）时所需的时间。通常以建立时间来表示转换速度.第7章 单片机接口技术 转换器的输出形式为电流时，建立时间较短；输出形式为电压时，由于建立时间还要加上运算放大器的延迟时间，因此建立时间要长一点。但总的来说，D/A转换速度远高于A/D转换速度，快速的D/A转换器的建立时间可达1 s。 3) 接口形式接口形式 D/A转换器与单片机接口方便与否，主要决定于转换器本身是否带数据锁存器。有两类D/A转换器，一类是不带锁存器的，另一类是带锁存器的。对于不带锁存器的D/A转换器，为了保存来自单片机的转换数据，接口时要另加锁存器，因此这类转换器必须在口线上；而带锁存器的D/A转换器，可以把它看作是一个输出口，因此可直接在数据总线上，而不需另加锁存器。第7章 单片机接口技术 7.3.2 典型典型D/A转换器芯片转换器芯片DAC0832 DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5 V+15 V均可正常工作。基准电压的范围为10 V；电流建立时间为1 s；CMOS工艺，低功耗20 mW。 DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，其引脚排列图如图7.29所示。DAC0832内部结构框图如图7.30所示。 该转换器由输入寄存器和DAC寄存器构成两级数据输入锁存。使用时，数据输入可以采用两级锁存（双锁存）形式，或单级锁存（一级锁存，一级直通）形式，或直接输入（两级直通）形式。 第7章 单片机接口技术图7.29 DAC0832引脚图 DAC083212345678910CSVCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7Iout2Iout1WR1AGNDDI3DI2DI1DI0VrefRfbDGND11121314151617181920第7章 单片机接口技术图7.30 DAC0832内部结构框图DI0DI78位寄存器DAC8位D/A转换器8位输入寄存器&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2Iout1Iout2VrefRfbAGNDDGNDVCC第7章 单片机接口技术 此外，由三个与门电路组成寄存器输出控制逻辑电路，该逻辑电路的功能是进行数据锁存控制，当=0时，输入数据被锁存；当=1时，锁存器的输出跟随输入的数据。 D/A转换电路是一个R-2R T型电阻网络，实现8位数据的转换。对各引脚信号说明如下： (1)DI7DI0：转换数据输入。 (2) ：片选信号（输入），低电平有效。 (3) ILE：数据锁存允许信号（输入），高电平有效。 (4) ：第1写信号（输入），低电平有效。1WRCS第7章 单片机接口技术 上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式，当ILE=1和 =0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和 =1时，为输入寄存器锁存方式。 (5) ：第2写信号（输入），低电平有效。 (6) ：数据传送控制信号（输入），低电平有效。 上述两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式，当 =0和 =0时，为DAC寄存器直通方式；当 =1和 =0时，为DAC寄存器锁存方式。1WR1WR2WRXFER2WRXFER2WRXFER第7章 单片机接口技术 (7) Iout1：电流输出1。 (8) Iout2：电流输出2。 DAC转换器的特性之一是：Iout1+Iout2=常数。 (9) Rfb：反馈电阻端。 DAC 0832是电流输出，为了取得电压输出，需在电压输出端接运算放大器，Rfb即为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图7.31所示。 (10) Vref：基准电压，其电压可正可负，范围是-10 V+10 V。 (11) DGND：数字地。 (12) AGND：模拟地。 第7章 单片机接口技术图7.31 运算放大器接法Iout2Iout1Rfb电平输出第7章 单片机接口技术 7.3.3 单缓冲方式的接口与应用单缓冲方式的接口与应用 1. 单缓冲方式连接单缓冲方式连接 所谓单缓冲方式就是使DAC 0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式，或者说两个输入寄存器同时受控的方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽有几路模拟量但并不要求同步输出时，就可采用单缓冲方式。单缓冲方式的两种连接如图7.32和图7.33所示。 第7章 单片机接口技术图7.32 DAC 0832单缓冲方式接口74LS373GDI7DI0VCCILEVrefRfbACSXFERWR1WR2P0ALEP2.7WR8051DAC0832 5 VVoutIout1Iout2AGNDDGND第7章 单片机接口技术图7.33 用DAC产生锯齿波 CSDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7P0.7P0.0W R1W R2VCCILEVrefXFER10 k10 k10 k 10 V 10 VRfbIout1Iout2DAC0832 5 VW R地 址 译 码 输 出第7章 单片机接口技术 图7.33中, =0和 =0，因此DAC寄存器处于直通方式。而输入寄存器处于受控锁存方式， 接8051的 ，ILE接高电平，此外还应把 接高位地址或译码输出，以便为输入寄存器确定地址。 其它如数据线连接及地址锁存等问题不再赘述。 2. 单缓冲方式应用举例单缓冲方式应用举例产生锯齿波产生锯齿波 在许多控制应用中，要求有一个线性增长的电压（锯齿来控制检测过程，移动记录笔或移动电子束等。对此可通过在DAC0832的输出端接运算放大器，由运算放大器产生锯齿波来实现，电路连接如图7.33所示。图中的DAC8032工作于单缓冲方式，其中输入寄存器受控，而DAC寄存器直通。2WRXFER1WRWRCS第7章 单片机接口技术 假定输入寄存器地址为7FFFH，产生锯齿波的源程序清单如下： ORG 0200HDASAW：MOV DPTR，#7FFFH ；输入寄存器地址，假定P2.7接 MOV A，#00H ；转换初值 WW: MOVX DPTR，A ；D/A转换 INC A NOP ；延时 NOP NOP AJMP WW第7章 单片机接口技术 执行上述程序，在运算放大器的输出端就能得到如图7.34所示的锯齿波。 对锯齿波的产生作如下几点说明： (1) 程序每循环一次，A加1，因此实际上锯齿波的上升边是由256个小阶梯构成的，但由于阶梯很小，所以宏观上看就是如图7.34中所表示的线性增长锯齿波。 (2) 可通过循环程序段的机器周期数计算出锯齿波的周期，并可根据需要，通过延时的办法来改变波形周期。当延迟时间较短时，可用NOP指令来实现（本程序就是如此）；当需要延迟时间较长时，可以使用一个延时子程序。延迟时间不同，波形周期不同，锯齿波的斜率就不同。第7章 单片机接口技术图7.34 D/A转换产生的锯齿波 第7章 单片机接口技术 (3) 通过A加1，可得到正向的锯齿波；如要得到负向的锯齿波，改为减1指令即可实现。 (4) 程序中A的变化范围是0255，因此得到的锯齿波是满幅度的。如要求得到非满幅锯齿波，可通过计算求得数字量的初值和终值，然后在程序中通过置初值判终值的办法即可实现。 用同样的方法也可以产生三角波、矩形波、梯形波，请读者自行编写程序。 第7章 单片机接口技术 7.3.4 双缓冲方式的接口与应用双缓冲方式的接口与应用 1. 双缓冲方式连接双缓冲方式连接 所谓双缓冲方式，就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲DAC0832的连接如图7.35所示。 为了实现寄存器的可控，应当给寄存器分配一个地址，以便能按地址进行操作。图7.35采用地址译码输出分别接和来实现，然后再给和提供写选通信号，这样就完成了两个锁存器都可控的双缓冲接口方式。 第7章 单片机接口技术图7.35 DAC 0832的双缓冲方式连接锁存器译码器WRP0.7P0.08031ALEEAWR1WR2XFERCSILEDI7DI0DAC08325 V第7章 单片机接口技术 2. 双缓冲方式应用举例双缓冲方式应用举例 双缓冲方式用于多路D/A转换系统，以实现多路模拟信号同步输出的目的。例如使用单片机控制X-Y绘图仪。X-Y绘图仪由X、Y两个方向的步进电机驱动，其中一个电机控制绘图笔沿X方向运动，另一个电机控制绘图笔沿Y方向运动，从而绘出图形。因此，对X-Y绘图仪的控制有两点基本要求：一是需要两路D/A转换器分别给X通道和Y通道提供模拟信号，二是两路模拟量要同步输出。第7章 单片机接口技术 两路模拟量输出是为了使绘图笔能沿X-Y轴作平面运动，而模拟量同步输出则是为了使绘制的曲线光滑，否则绘制出的曲线就是台阶状的，绘出的曲线如图7.36所示。为此就要使用两片DAC0832，并采用双缓冲方式连接，如图7.37所示。 图7.37电路中，以译码法产生地址，两片DAC0832共占据三个单元地址，其中两个输入寄存器各占一个地址，而两个DAC寄存器则合用一个地址。 编程时，先用一条传送指令把X坐标数据送到X向转换器的输入寄存器；再用一条传送指令把Y坐标数据送到Y向转换器的输入寄存器；最后再用一条传送指令同时打开两个转换器的DAC寄存器，进行数据转换，即可实现X、Y两个方向坐标量的同步输出。 第7章 单片机接口技术图7.36 单片机控制X-Y绘图仪 (a) 同步输出；(b) 先X后Y；(c) 先Y后X (a) b) (c) 第7章 单片机接口技术图7.37 控制X-Y绘图仪的双片DAC 0832 接口锁存器译码器CSXFERDI7DI0WR1WR2RfbIout1Iout2CSXFERDI7DI0RfbIout1Iout208320832P0.7P0.0WR0831VxVy第7章 单片机接口技术 假定X方向DAC 0832输入寄存器地址为F0H，Y方向DAC 0832输入寄存器地址为F1H，两个DAC寄存器公用地址为F2H；X坐标数据存于DATA单元中，Y坐标数据存于DATA+1单元中，则绘图仪的驱动程序为 MOV R1，#DATA ；X坐标数据单元地址 MOV R0，#0F0H ；X向输入寄存器地址 MOV A，R1 ；X坐标数据送A第7章 单片机接口技术MOVX R0，A ；X坐标数据送输入寄存器INC R1 ；指向Y坐标数据单元地址INC R0 ；指向Y向输入寄存器地址MOV A，R1 ；Y坐标数据送A MOVXR0，A ；Y坐标数据送输入寄存器INCR0 ；指向两个DAC寄存器地址MOVXR0，A ；X、Y转换数据同步输出第7章 单片机接口技术7.4 A/D转换器接口转换器接口 7.4.1 A/D转换器概述转换器概述 D转换器用于实现模拟量数字量的转换，按转换原理可分为4种，即：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。 目前最常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。双积分式A/D转换器的主要优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜。其缺点是转换速度较慢，因此，这种转换器主要用于速度要求不高的场合。 第7章 单片机接口技术 另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式的，逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快，精度较高的转换器，其转换时间大约在几s到几百s之间。通常使用的逐次逼近式典型A/D转换器芯片有： (1)ADC0801ADC0805型8位MOS型A/D转换器（美国国家半导体公司产品）。 (2)ADC0808 / 0809型8位MOS型A/D转换器。 (3) ADC0816 / 0817。这类产品除输入通道数增加至16个以外，其它性能与ADC0808 /0809型基本相同。 第7章 单片机接口技术 7.4.2 典型典型A/D转换器芯片转换器芯片ADC0809 ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺。 1. ADC0809的内部逻辑结构的内部逻辑结构 ADC0809内部逻辑结构如图7.38所示。 图7.38中，多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，如表7.6所示。 第7章 单片机接口技术图7.38 ADC0809内部逻辑结构ST CLKEOCD0D7IN0IN78位转换器A/D三态输出锁存器VCCGNDOEVR(+)VR(-)388路模拟量开关ABCALE地址锁存与译码第7章 单片机接口技术表7.6 通道选择表C B A 选择的通道选择的通道0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 1 1 1 0 1 1 1 IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7 8位A/D转换器是逐次逼近式，由控制与时序电路、逐次逼近寄存器、树状开关以及256R电阻阶梯网络等组成。 输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量。 第7章 单片机接口技术图7.39 ADC0809 引脚图 2. 信号引脚信号引脚 ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列见图7.39。D0ADC080912345678910111213141516171819202122232425262728D2Vref(-)D4D5D6D7ALEADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCVref(+)GNDD1第7章 单片机接口技术 对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下： (1) IN7IN0：模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围05 V，若信号过小还需进行放大。另外，在A/D转换过程中，模拟量输入的值不应变化太快，因此，对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。 (2) A、B、C：地址线。A为低位地址，C为高位地址，用于对模拟通道进行选择。图7.39中为ADDA、ADDB和ADDC，其地址状态与通道相对应的关系见表7.6。 (3) ALE：地址锁存允许信号。在对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。第7章 单片机接口技术 (4)START：转换启动信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。 (5)D7D0：数据输出线。其为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。 (6)OE：输出允许信号。其用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数据。 (7)CLK：时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500kHz的时钟信号。第7章 单片机接口技术 (8)EOC：转换结束状态信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。 (9)VCC：+5 V电源。 (10)Vref：参考电源。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5 V（Vref (+) =+5 V，Vref(-) =0 V）第7章 单片机接口技术图7.40 ADC0809与8031单片机的连接74LS373GCLK2D0D7EOC11111STALEOEP0ALEINT1WRP2.0RDABCVref()Vref()IN0IN1IN2IN