单片机课件 单片机典型外围接口技术优秀PPT.ppt

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1、单片机课件单片机课件 单片机单片机典型外围接口技术典型外围接口技术第1页，本讲稿共23页内内 容容 提提 要要 A/D、D/A接口技术接口技术 A/D接口技术接口技术 D/A接口技术接口技术 第2页，本讲稿共23页 8.1 A/D、D/A接口技术接口技术 在前一章并行接口的扩展中，解决了数字量或开关量的检测和控制，在前一章并行接口的扩展中，解决了数字量或开关量的检测和控制，然而很多应用系统中，然而很多应用系统中，测控的对象是模拟量，计算机只能处理数字量，测控的对象是模拟量，计算机只能处理数字量，因此必须进行数字量和模拟量之间的转换，因此必须进行数字量和模拟量之间的转换，这就需要使用这就需要使用

2、A/D或或D/A接口。接口。A/D和和D/A接口又有串行接口和并行接口之分。本章主要介绍并行接口又有串行接口和并行接口之分。本章主要介绍并行D/A和和A/D转换接口。转换接口。第3页，本讲稿共23页8.1.1 A/D接口技术接口技术8.1.1.1 A/D8.1.1.1 A/D概述概述模数模数AD转换器是一种用来将连续的模拟信号转换成二进转换器是一种用来将连续的模拟信号转换成二进制数的器件。一个完整的制数的器件。一个完整的A/D变换器通常包括这样的一些输变换器通常包括这样的一些输入、输出信号：模拟输入信号和参考电压；数字输出信号；入、输出信号：模拟输入信号和参考电压；数字输出信号；启动转换信号；

3、转换结束信号；数据输出允许信号等。高速启动转换信号；转换结束信号；数据输出允许信号等。高速A/D一般还应有采样保持电路，以减少孔径误差（在一般还应有采样保持电路，以减少孔径误差（在A/D转转换的孔径时间内，因输入模拟量的变动所引起输出的不确定换的孔径时间内，因输入模拟量的变动所引起输出的不确定性误差）。性误差）。第4页，本讲稿共23页A/D转换器的主要技术指标有转换器的主要技术指标有：分辨率分辨率 输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。通常用位数表示变化量。通常用位数表示,对对n位的位的A/D转换器转换器,分辨率为满分辨率为满刻度电压的

4、刻度电压的1/2n。转换误差转换误差 指一个实际的指一个实际的A/D转换器量化值与一个理想的转换器量化值与一个理想的A/D转换器量化值之间的最大偏差，通常以最低有效位的倍数给转换器量化值之间的最大偏差，通常以最低有效位的倍数给出。转换误差和分辨率一起共同描述出。转换误差和分辨率一起共同描述A/D转换器的转换精度。转换器的转换精度。值得一提的是，转换误差或转换精度的概念在国内外不同的值得一提的是，转换误差或转换精度的概念在国内外不同的参考文献上含义或形式可能会有所不一样，读者在阅读时应参考文献上含义或形式可能会有所不一样，读者在阅读时应该注意类别区别。该注意类别区别。转换时间与转换速率转换时间与

5、转换速率 A/D转换器完成一次转换所需要的时转换器完成一次转换所需要的时间为间为A/D的转换时间。转换时间的倒数为转换速率，即的转换时间。转换时间的倒数为转换速率，即1秒秒种完成转换的次数种完成转换的次数。第5页，本讲稿共23页 ADC0809ADC0809是逐次逼近型八位是逐次逼近型八位A/DA/D转换器，片内有八转换器，片内有八路模拟开关，可对八路模拟电压量实现分时转换。路模拟开关，可对八路模拟电压量实现分时转换。典型转换速度典型转换速度100100s 。片内带有三态输出缓冲器，。片内带有三态输出缓冲器，可直接与单片机的数据总线相连接可直接与单片机的数据总线相连接 。ADC0809 ADC

6、0809的的引脚见图，其信号意义如下：引脚见图，其信号意义如下：CLKCLK 时钟信号时钟信号，典型值为，典型值为500500640KHZ640KHZVREF+、VREF-基准电压输入，通常基准电压输入，通常 VREF+接接5V、VREF-接地接地 ALE ALE 地址锁存允许地址锁存允许，其上升缘锁存，其上升缘锁存 ADDC ADDCADDAADDA的地址信号的地址信号 8.1.1.2 ADC08098.1.1.2 ADC0809的扩展接口的扩展接口ALEADDAADDBADDCSTARTEOCD0D7OECLK VREF+VREF-VCCIN0IN7GNDADC0809第6页，本讲稿共23

7、页 START START A/DA/D转换启动信号转换启动信号，上升缘启动，上升缘启动A/DA/D转换。转换。EOC EOC 转换完成信号转换完成信号，启动转换后，启动转换后，EOCEOC输出低电平，转换完成后输出高输出低电平，转换完成后输出高电平。该信号可用作向单片机提出中断申请，或者作为查询信号。电平。该信号可用作向单片机提出中断申请，或者作为查询信号。OE OE 数字量输出允许信号数字量输出允许信号，该引脚输入高电平时，转换后的数，该引脚输入高电平时，转换后的数字量从字量从D0D0D7D7脚输出。脚输出。IN0IN0IN7IN7 模拟电压模拟电压输入输入，八个引脚可分别接八路模拟信号。

8、，八个引脚可分别接八路模拟信号。ADDAADDA、ADDBADDB、ADDC ADDC 通道选择信号通道选择信号，其输入电平的组合选择模拟通道，其输入电平的组合选择模拟通道IN0IN0IN7IN7之一之一 ：ADDC ADDC、ADDB ADDB、ADDA ADDA 模拟通道模拟通道 0 0 0 0 0 0 IN0 IN0 0 0 1 IN1 0 0 1 IN1 1 1 1 IN7 1 1 1 IN7第7页，本讲稿共23页 转换结束信号转换结束信号EOCEOC根据不同的方式和单片机的连结方式不同：根据不同的方式和单片机的连结方式不同：采用延时方式采用延时方式 EOC EOC悬空，在启动转换后延

9、时悬空，在启动转换后延时 100 100 s，再读转换结果；，再读转换结果；采用查询方式采用查询方式，可将，可将EOCEOC接并行口接并行口(P1(P1或或P3)P3)的的 某线，检测某线，检测EOCEOC变高后，再读入转换结果。变高后，再读入转换结果。采用中断方式采用中断方式，可将，可将EOCEOC经非门反相接到单片机的经非门反相接到单片机的 中断请求端，一旦转换完成中断请求端，一旦转换完成EOCEOC变为高电平，向变为高电平，向 8XX51 8XX51提出中断请求，进入中断服务后读入转换提出中断请求，进入中断服务后读入转换 结果。如图结果。如图10.1210.12是一个中断方式的接口电路。

10、是一个中断方式的接口电路。第8页，本讲稿共23页图图8.3 ADC08098.3 ADC0809和和8XX518XX51的连结的连结ALE2731D0D7Q0Q1Q2373G1INT1P08XX51RDWRCLKQALEDQALEADDAADDBADDCSTARTEOCD0D7OECLKIN0IN7VREF+VREF-VCCGNDADC080988P2.7+5V11第9页，本讲稿共23页 主程序：主程序：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0013H ；INT1中断入口地址中断入口地址 LJMP INT1 ORG 0030H MAIN：MOV R0，#60H ；置数据存储区首址；置

11、数据存储区首址 MOV R2，#08H ；置八路数据采集初值；置八路数据采集初值 SETB IT1 ；设置边延触发中断；设置边延触发中断 SETB EA 第10页，本讲稿共23页 SETB EX1 SETB EX1 ；开放外部中断；开放外部中断1 1 MOV DPTR MOV DPTR，#7FF8H#7FF8H ；指向；指向08090809通道通道0 0RDRD：MOVX MOVX DPTRDPTR，A A ；启动；启动A/DA/D转换转换HEHE：MOV A MOV A，R2 R2 ；八路巡回检测数送；八路巡回检测数送A A JNZ HE JNZ HE ；等待中断，八路未完继续；等待中断，八

12、路未完继续中断服务程序：中断服务程序：INT1INT1：MOVX AMOVX A，DPTR DPTR ；读取读取A/DA/D转换结果转换结果 MOV MOV R0R0，A A ；向指定单元存数；向指定单元存数 INC DPTR INC DPTR ；输入通道数加；输入通道数加1 1 INC R0 INC R0 ；存储单元地址加；存储单元地址加1 1 MOVX MOVX DPTRDPTR，A A ；启动新通道；启动新通道A/DA/D转换转换 DEC R2 DEC R2 ；待检通道数减；待检通道数减1 1 RETI RETI ；中断返回；中断返回第11页，本讲稿共23页8.1.1.3 AD5748.

13、1.1.3 AD574的扩展接口的扩展接口AD574是逐位比较式是逐位比较式12位模数转换器，转换时位模数转换器，转换时间小于间小于25微秒，可以方便地与微秒，可以方便地与8位或位或16位单片机位单片机接口。其内部结构框图和引脚如图接口。其内部结构框图和引脚如图8.3所示。所示。1）芯片引脚）芯片引脚与外围器件接口的引脚与外围器件接口的引脚10VIN：0V+10V的单极性或的单极性或-5V+5V的的双极性输入线。双极性输入线。20VIN：0V+20V的单极性或的单极性或-10V+10V双极性输入线。双极性输入线。REFOUT：片内基准电压输出线。：片内基准电压输出线。第12页，本讲稿共23页R

14、EFIN：片内基准电压输入线。：片内基准电压输入线。BIPOFF：极性调节线。：极性调节线。模拟量从模拟量从10VIN或或20VIN输入，输入极性由输入，输入极性由REFIN，REFOUT和和BIPOFF的外部电路确定。如图的外部电路确定。如图8.3所示，不论所示，不论输入模拟量是单极性还是双极性，均按从小到大的顺序将输入模拟量是单极性还是双极性，均按从小到大的顺序将输入模拟量变换为数字量输入模拟量变换为数字量000HFFFH。对单极性的模拟量，对单极性的模拟量，0伏对应伏对应000H,最大电压值对应最大电压值对应FFFH；对双极性的模拟量，负幅值对应对双极性的模拟量，负幅值对应0，0伏对应伏

15、对应800H，正幅值对，正幅值对应应FFFH如果把转换结果减去如果把转换结果减去800H，可以得到与模拟量极性与大小对，可以得到与模拟量极性与大小对应的数字量。应的数字量。0-800H=800H(负幅值负幅值)，800H-800H=0（零值）（零值）FFFH-800H=7FFH（正幅值）（正幅值）第13页，本讲稿共23页与单片机接口的引脚与单片机接口的引脚 ：12位转换或位转换或8位转换线。位转换线。，12位转换结果同时输出到数据线上；位转换结果同时输出到数据线上；，则根据，则根据A0的状态来确定输出是高的状态来确定输出是高8位或低位或低4位有效。位有效。当当A00，读出高，读出高8位数据；当

16、位数据；当A01，读出低，读出低4位数据。通常数据线低位数据。通常数据线低4位连接到数据位连接到数据线高线高4位上位上 ：片选线，低电平选通芯片。：片选线，低电平选通芯片。A0：端口地址线。：端口地址线。启动转换时：启动转换时：A00 启动启动12位转换；位转换；A01，启动，启动8位转换；位转换；输出转换数据时：输出转换数据时：A00 输出高输出高8位数据；位数据；A01输出低输出低4位数据。位数据。：读结果：读结果/启动转换线，高电平读结果，低电平启动转换。启动转换线，高电平读结果，低电平启动转换。CE：芯片允许线，高电平允许转换。这：芯片允许线，高电平允许转换。这5个控制信号之间的逻辑关

17、系如表个控制信号之间的逻辑关系如表8-1 所示。所示。STS：转换状态指示，转换开始变为高电平，转换结束后输出变为低电平。：转换状态指示，转换开始变为高电平，转换结束后输出变为低电平。第14页，本讲稿共23页图图8.4 AT89C51与与AD574A的接口电路的接口电路第15页，本讲稿共23页以中断方式为例，编程如下。以中断方式为例，编程如下。ORG0003HLJMPINTS0ORG0100H；主程序；主程序MOVR0,#30H；设定数据缓冲区首地址；设定数据缓冲区首地址MOVDPTR,#5FFFH；AD574A的启动地址的启动地址SETBIE.2；外部中断；外部中断1允许允许SETBIE.7

18、；开；开CPU中断中断MOVXDPTR,A；启动；启动12位转换位转换 第16页，本讲稿共23页ORG 1000HINTS0:MOV DPTR，#5FFEH；准备数据高；准备数据高8位地址位地址MOVX A,DPTR；读入；读入A/D转换值的高转换值的高8位位MOVR0,A；存；存A/D转换值的高转换值的高8位数据位数据INCDPTR；准备数据低；准备数据低4位地址位地址INCR0；调整数据缓冲区指针；调整数据缓冲区指针MOVXA,DPTR；读入；读入A/D转换值的低转换值的低4位位MOVR0,A；保存低；保存低4位数据位数据RETI；中断返回；中断返回第17页，本讲稿共23页8.1.2 D/

19、A接口技术接口技术8.1.2.1 D/A8.1.2.1 D/A概述概述数模数模D/A转换器是一种将数字信号转换成模拟信号的器转换器是一种将数字信号转换成模拟信号的器件，为计算机系统的数字信号和模拟环境的连续信号之间件，为计算机系统的数字信号和模拟环境的连续信号之间提供了一种接口。提供了一种接口。D/A转换器的输出是由数字输入和参考转换器的输出是由数字输入和参考电压组合进行控制的。大多数常用的电压组合进行控制的。大多数常用的D/A转换器的数字输转换器的数字输入是二进制或入是二进制或BCD码形式的，输出可以是电流也可以是电码形式的，输出可以是电流也可以是电压，而多数是电流压，而多数是电流。第18页

20、，本讲稿共23页D/A转换器的主要性能指标有转换器的主要性能指标有：分辨率。指最小输出电压与最大输出电压之比。或用数字分辨率。指最小输出电压与最大输出电压之比。或用数字输入信号的有效位表示，如输入信号的有效位表示，如8位、位、12位等。位等。转换精度。以最大的静态转换误差的形式给出，用来描述转换精度。以最大的静态转换误差的形式给出，用来描述转换后的实际转换特性与理想转换特性之间的最大偏差。转换后的实际转换特性与理想转换特性之间的最大偏差。该项指标在不同的参考文献中有可能定义的含义或形式不该项指标在不同的参考文献中有可能定义的含义或形式不一样，读者在阅读时应该注意区别。一样，读者在阅读时应该注意

21、区别。建立时间。描述建立时间。描述D/A转换速率快慢的一个重要参数，一般转换速率快慢的一个重要参数，一般是指输入数字量变化后，输出模拟量稳定到相应数值范围是指输入数字量变化后，输出模拟量稳定到相应数值范围内所经历的时间。内所经历的时间。第19页，本讲稿共23页 8.1.2.2 DAC08328.1.2.2 DAC0832的扩展接口的扩展接口 DAC0832DAC0832是八位的是八位的D/AD/A转换器，片内有两个数据缓冲器：输入寄存器和转换器，片内有两个数据缓冲器：输入寄存器和 DAC DAC 寄存器，两控制端寄存器，两控制端LE1LE1和和LE2LE2分别受分别受I LEI LE、CSCS

22、、WR1WR1和和WR2WR2、XFERXFER的控制。的控制。DI0DI0DI7DI7为数据输入线，转换结果为数据输入线，转换结果 从从IOUT1IOUT1、IOUT2IOUT2以模拟电流形式输出。以模拟电流形式输出。当输入数字为全当输入数字为全“1 1”，IOUT1IOUT1最大，全最大，全“0 0”其其IOUT1IOUT1值最小，值最小，IOUT1IOUT1和和IOUT2IOUT2之和为常数，当希望输出模拟电压时需外接运算放大之和为常数，当希望输出模拟电压时需外接运算放大 器器进行进行 I/V I/V转换。下图中转换。下图中DAC0832DAC0832接成单缓冲形式和单片机接口，运算接成

23、单缓冲形式和单片机接口，运算放大器组成的模拟电压输出电路，完成电流到电压的转换。放大器组成的模拟电压输出电路，完成电流到电压的转换。第20页，本讲稿共23页tP0P2.7P2.7IOUT1IOUT2VREFREF+-XFERCSCSWR1WR2VCCILEILED0-D7V0WRAGNDDGND+5V-5V89C5189C51DAC0832 MOV DPTR，#7FFFHDA1：MOV R0，#00H DA2：MOV A，R0 MOVX DPTR，A INC R0 ACALL TIMER AJMP DA2TIMER为延时子程序为延时子程序 单片机执行以下汇编程序可在输出端得到锯齿波电压信号单片

24、机执行以下汇编程序可在输出端得到锯齿波电压信号,图图中中0832地址为地址为7FFFH;。第21页，本讲稿共23页8.1.2.3 DAC12108.1.2.3 DAC1210的扩展接口的扩展接口DAC1210逻辑结构与逻辑结构与DAC0832类似，所不同的是类似，所不同的是DAC1210具有十二位数据输入端，一个八位输入寄存器和一具有十二位数据输入端，一个八位输入寄存器和一个四位输入寄存器组成十二位数据输入寄存器。两个输入寄个四位输入寄存器组成十二位数据输入寄存器。两个输入寄存器的输入允许控制都要求存器的输入允许控制都要求CS和和WR1为低电平，八位输入为低电平，八位输入寄存器的数据输入还同时

25、要求寄存器的数据输入还同时要求B1/端为高电平。端为高电平。DAC1210与八位数据线的与八位数据线的8XX51单片机接口方法如图单片机接口方法如图8.11所示，将所示，将DAC1210输入数据线的高八位输入数据线的高八位DI11DI4与与8XX51单片机的数据总线单片机的数据总线DB7DB0相连，低四位相连，低四位DI3DI0接至接至8XX51数据线的高四位数据线的高四位DB7DB4。十二位数据输入经。十二位数据输入经两次写入操作完成，首先输入高八位，然后输入低四位。两次写入操作完成，首先输入高八位，然后输入低四位。第22页，本讲稿共23页程序如下程序如下：图图8.11 DAC1210与与8XX51的接口的接口MOV DPTR，#7FFFH MOV A,#DATA1 MOVX DPTR,A ；数据；数据DATA1写入写入 DAC1210的高八位的高八位DI11DI4MOV DPTR,#5FFFHMOV A,#DATA2MOVX DPTR,A ；数据；数据DATA2写入写入 DAC1210的低四位的低四位DI3DI0 MOV DPTR,#0BFFFH ；指向；指向1210DAC 寄存器寄存器 MOVX DPTR,A ；12位数据写入位数据写入DAC寄存器寄存器 第23页，本讲稿共23页