單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用A

Microcontroller’sPrinciple

andApplications課程主講：訾學(xué)博第1章:微機(jī)原理概述第2章:單片機(jī)概述第3章:MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)(*)第4章:MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)(*)第5章:MCS-51單片機(jī)程序設(shè)計(jì)(*)第7章:MCS-51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(*)第6章:MCS-51的中斷系統(tǒng)(*)第8章:MCS-51的串行口(*)第9章:系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)第10章:模擬接口第11章:人機(jī)交互接口課程內(nèi)容2本講主要內(nèi)容D/A轉(zhuǎn)換器及其與單片機(jī)的接口Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器及其與單片機(jī)的接口第10章模擬接口3DAC0832主要特性10.1.1DAC0832芯片主要特性與結(jié)構(gòu)分辨率８位；電流建立時(shí)間１μS；數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式；輸出電流線性度可在滿量程下調(diào)節(jié)；輸入邏輯電平與TTL兼容；單電源供電（＋5V～＋15V）；低功耗，20mＷ。10.1D/A轉(zhuǎn)換器及其與單片機(jī)的接口4----D/A電路一般是作成集成電路芯片，轉(zhuǎn)換出來(lái)的模擬量是電壓量。

----D/A有8位\10位\12位\16位,位數(shù)越多分辨率就越高;但其它誤差（如溫度漂移、線性不良等）影響仍會(huì)使精度變差----D/A轉(zhuǎn)換即是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，常用于控制系統(tǒng)中。如單片機(jī)輸出不同的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后加給直流電機(jī)，即可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。D/A轉(zhuǎn)換器原理5DAC0832引腳圖

IOUT2電流輸出2

CS選片

WR1輸入寫DI0~DI7數(shù)據(jù)線DAC寫

WR2IOUT1電流輸出1數(shù)據(jù)鎖存

ILE數(shù)據(jù)傳送

XFER0832----8位D/ACSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VREFRFRDGNDVccILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT2IOUT1DAC083210.1.2DAC0832芯片結(jié)構(gòu)6高電平：數(shù)據(jù)進(jìn)入負(fù)跳變：鎖存ILE與CS有效，WR1低時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)入與WR1控制作用類似適于一路輸出，或幾路輸出不要求同步的系統(tǒng)。----將兩級(jí)寄存器的控制信號(hào)并接在一起，相當(dāng)于控制一級(jí)寄存器（線選譯碼地址7FFFH）。

10.1.3DAC0832與80C51單片機(jī)的接口1、單緩沖工作方式采用單緩沖方式輸出鋸齒波、矩形波、三角波、梯形波等的D/A轉(zhuǎn)換程序鋸齒波ORG2000HSTART：MOVDPTR，#7FFFH；選中0832MOVA，#00H；D/A數(shù)據(jù)初值LP：MOVX@DPTR，A；轉(zhuǎn)換INCA；修改D/A數(shù)據(jù)SJMPLP；循環(huán)，輸出連續(xù)模擬量A=00A=0FFH9三角波ORG2000HSTART：MOVDPTR，#7FFFH；選中0832MOVA，#00H；D/A數(shù)據(jù)初值UP：MOVX@DPTR，A；轉(zhuǎn)換INCA；修改D/A數(shù)據(jù)（上升）JNZUP；未上升到最大值，繼續(xù)DOWN：DECA；否則，修改D/A數(shù)據(jù)（下降）

MOVX@DPTR，A；轉(zhuǎn)換JNZDOWN；未下降到最小值，繼續(xù)SJMPUP；一個(gè)周期結(jié)束，繼續(xù)A=00A=0FFHA=00A=0FFH10雙極性輸出：（偏移碼：補(bǔ)碼符號(hào)位取反）

分辨率比單極性時(shí)降低1/2（最高位作為符號(hào)位，只有7位數(shù)值位）?？赏瞥觯篤OUT＝（D－27）×VREF/27當(dāng)D＝127，偏移碼為11111111，VOUT＝VREF－1LSB當(dāng)D＝-127，偏移碼為00000001，VOUT＝-(VREF－1LSB)11多路D/A轉(zhuǎn)換輸出，且要求同步輸出時(shí)。2、雙緩沖工作方式12完成兩路D/A同步輸出的程序：MOV

DPTR，#0DFFFH；指向0832（１）輸入鎖存器MOVA，#data1MOVX@DPTR，A；data1送入0832（１）輸入鎖存器MOVDPTR，#0BFFFH；指向DAC0832（２）輸入鎖存器MOVA，#data2MOVX@DPTR，A；data2送入0832（2）輸入鎖存器MOVDPTR，#7FFFH；同時(shí)啟動(dòng)0832(1)、0832(2)MOVX@DPTR，A；完成D/A轉(zhuǎn)換輸出13DAC0832的片選CS、寫信號(hào)WR1、WR2及傳送控制信號(hào)XFER全部接地，允許鎖存ILE接+5V。直通方式，數(shù)字量一旦輸入，就直接進(jìn)入DAC寄存器，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。3、直通工作方式141）ADC結(jié)構(gòu)：ADC芯片上集成有A/D轉(zhuǎn)換電路和輔助電路。2）ADC的參數(shù)：主要關(guān)心的指標(biāo)是分辨率、轉(zhuǎn)換速度以及輸入電壓的范圍。

分辨率主要由位數(shù)來(lái)決定。轉(zhuǎn)換時(shí)間的差別很大，可以在100微秒到幾個(gè)微秒之間選擇。位數(shù)增加，轉(zhuǎn)換速率提高，A／D轉(zhuǎn)換器的價(jià)格也急劇上升。故應(yīng)從實(shí)際需要出發(fā)、慎重選擇。3）ADC芯片的引腳模擬量輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)數(shù)字量輸出信號(hào)ADC芯片10.2A/D轉(zhuǎn)換器及其與單片機(jī)的接口10.2.1ADC介紹15最高位先置1，其余全0VIN與80H對(duì)應(yīng)的VN比較VIN大，本位D7置1，下位置1VIN小，本位D7置0，下位置1如此類推。。。。8位比較完，輸出結(jié)果164）ADC分類A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）的作用就是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。目前應(yīng)用較廣泛的主要有以下幾種類型：逐次比較式轉(zhuǎn)換器、雙積分式轉(zhuǎn)換器、Σ-Δ式A/D轉(zhuǎn)換器和V/F轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型:精度、速度和價(jià)格上都適中，是最常用的A/D轉(zhuǎn)換器件。雙積分型:精度高、抗干擾性好、價(jià)格低廉,但轉(zhuǎn)換速度慢，在單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中也得到廣泛應(yīng)用。Σ-Δ型:具有積分式與逐次比較式ADC的雙重優(yōu)點(diǎn)。它對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的串模干擾具有較強(qiáng)的抑制能力，不亞于雙積分ADC，它比雙積分ADC有較高的轉(zhuǎn)換速度，與逐次比較式ADC相比，有較高的信噪比，分辨率高，線性度好，不需要采樣保持電路。由于上述優(yōu)點(diǎn)，Σ-Δ式ADC得到了重視。V/F轉(zhuǎn)換型:適于轉(zhuǎn)換速度要求不太高，須進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)腁/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。5）A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)(1)轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率A/D完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。并行式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間最短約為20~50ns，速率為50~20M次/s（1M=106）；雙極性逐次比較式轉(zhuǎn)換時(shí)間約為0.4

s，速率為2.5M次/s。(2)分辨率習(xí)慣上用輸出二進(jìn)制位數(shù)或BCD碼位數(shù)表示。例如AD574A/D轉(zhuǎn)換器，可輸出二進(jìn)制12位即用212個(gè)數(shù)進(jìn)行量化，其分辨率為1LSB，用百分?jǐn)?shù)表示為1/212=0.24‰。又如雙積分式輸出BCD碼的A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，其分辨率為三位半。若滿字位為1999，用百分?jǐn)?shù)表示其分辨率為1/1999×100%=0.05%。量化過(guò)程引起的誤差為量化誤差，是由于有限位數(shù)字量對(duì)模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。量化誤差理論上規(guī)定為一個(gè)單位分辨率，提高分辨率可減少量化誤差。（3）轉(zhuǎn)換精度定義為一個(gè)實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器與一個(gè)理想A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上的差值?？捎媒^對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示。

ADC0809是一種8路模擬輸入8路數(shù)字輸出的逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。目前在8位單片機(jī)系統(tǒng)中有著廣泛的使用。地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCK10.2.2ADC0809的結(jié)構(gòu)地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-ADC0809芯片為28引腳雙列直插式封裝。CLOCKADC0809的引腳地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCKADC0809的引腳IN7～I(xiàn)N0：模擬量輸入通道。ADC0809對(duì)輸入模擬量的要求主要有：信號(hào)單極性，電壓范圍0～5V，若信號(hào)過(guò)小還需進(jìn)行放大。另外，在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，模擬量輸入的值不應(yīng)變化太快，因此，對(duì)變化速度快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路。地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-ADDA、ADDB、ADDC：地址線。ADDA為低位地址，ADDC為高位地址，用于對(duì)模擬通道進(jìn)行選擇CLOCKADC0809的引腳ADDCADDBADDA選擇的通道000001010011100101110111IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7通道選擇表地址狀態(tài)與通道相對(duì)應(yīng)的關(guān)系表地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCKSTART：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清0；START下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。ADC0809的引腳地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-D7~D0：數(shù)據(jù)輸出線。其為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。CLOCKADC0809的引腳地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-OE：輸出允許信號(hào)。其用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。CLOCKADC0809的引腳地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。EOC=0，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。該狀態(tài)信號(hào)既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。CLOCKADC0809的引腳地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCK：時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500kHz的時(shí)鐘信號(hào)。CLOCKADC0809的引腳地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-Vref：參考電源。參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V（Vref(+)=+5V，Vref(-)=0V）CLOCKADC0809的引腳

ADC0809與80C51單片機(jī)的連接方式很多。電路連接主要涉及兩個(gè)問(wèn)題，一是8路模擬信號(hào)通道選擇，二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCK10.2.3ADC0809與80C51單片機(jī)的接口

8路模擬信號(hào)通道選擇線的連接方法有2種：與DB連接和與AB連接。地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCKADC0809的接口方法AB0AB1AB2ADC0809的接口方法單片機(jī)如何控制ADC?首先選擇ADC0809的一個(gè)模擬輸入通道，然后產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)給0809的START腳，對(duì)選中通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC0809發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC，該信號(hào)可供查詢，也可作為向單片機(jī)發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)；EOC信號(hào)有效后，執(zhí)行讀操作：MOVXA，@DPTR，單片機(jī)發(fā)出RD*信號(hào)加到OE端，把轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)字量讀到單片機(jī)中。

A/D轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進(jìn)行傳送。為此，可采用下述三種方式。

1)定時(shí)傳送方式

2)查詢方式

3)中斷方式地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器輸出鎖存與緩沖IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-CLOCK對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如,ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)R64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用這個(gè)延時(shí)子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在這種方式下，EOC引腳懸空。定時(shí)傳送方式單片機(jī)啟動(dòng)0809后，延遲10us，檢測(cè)EOC，若EOC=0則A/D轉(zhuǎn)換沒(méi)有結(jié)束，繼續(xù)檢測(cè)EOC，直到EOC=1。當(dāng)EOC=1時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。在這種方式下，EOC必須接到8051的一條I/O線上。P1.0查詢傳送方式單片機(jī)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后可以做其它工作，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC由0---1經(jīng)過(guò)非門傳到INT端，8051收到中斷請(qǐng)求信號(hào)，若8051開(kāi)著中斷，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。在這種方式下，EOC必須經(jīng)過(guò)非門接到8051的中斷請(qǐng)求輸入線INT0或INT1上，89C51的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。INT0中斷傳送方式ADC芯片主要用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。定時(shí)方式單路數(shù)據(jù)采集查詢方式單路數(shù)據(jù)采集中斷方式單路數(shù)據(jù)采集定時(shí)方式多路數(shù)據(jù)采集10.2.4ADC0809的應(yīng)用定時(shí)方式單路數(shù)據(jù)采集用ADC0809的IN7通道連續(xù)采集40個(gè)數(shù)據(jù)，存于內(nèi)RAM中以50H為起始地址的單元中。試編程。MOVR0，#50H；內(nèi)RAM首地址MOVR7，#40；采集40個(gè)數(shù)據(jù)MOVR2,#07H；通道IN7地址號(hào)MOVDPTR,#0000H；0809的地址UP:MOVA,R2MOVX@DPTR,A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換LCALLD1MS；等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束MOVXA,@DPTR；讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV@R0,A；存入內(nèi)RAMINCR0；修改內(nèi)RAM單元地址DJNZR7,UPSJMP$用ADC0809的IN7通道連續(xù)采集40個(gè)數(shù)據(jù)，存于內(nèi)RAM中以50H為起始地址的單元中。試編程。

MOVR0，#50H；內(nèi)RAM首地址

MOVR7，#40；采集40個(gè)數(shù)據(jù)

MOVR2,#07H；通道IN7地址號(hào)

MOVDPTR,#0000H；0809的地址UP:MOVA,R2MOVX@DPTR,A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

JNBP1.0,$；查詢A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束

MOVXA,@DPTR；讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV@R0,A；存入內(nèi)RAMINCR0；修改內(nèi)RAM單元地址

DJNZR7,UPSJMP$查詢方式單路數(shù)據(jù)采集用ADC0809的IN7通道連續(xù)采集40個(gè)數(shù)據(jù)，存于內(nèi)RAM中以50H為起始地址的單元中。試編程。ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPAINTMAIN:MOVIE,#81HMOVR0，#50HMOVR7，#40MOVR2,#07HMOVDPTR,#0000HMOVA,R2MOVX@DPTR,A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換SJMP$