1、第7章 單片機的系統(tǒng)擴展,7.1 單片機的擴展原理 7.2 數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展 7.3 I/O接口的并行擴展 7.4 D/A轉(zhuǎn)換器的擴展 7.5 A/D轉(zhuǎn)換器的擴展 7.6 串行擴展簡介 7.7 顯示器與鍵盤接口,1、程序存儲器,MCS-51最小系統(tǒng),MCS-51最大系統(tǒng)：可尋址64KB單元。,2、數(shù)據(jù)存儲器,MCS-51最小系統(tǒng),MCS-51最大系統(tǒng)：可尋址64KB單元。,容量不夠時就要擴展片外數(shù)據(jù)或程序存儲器RAM（I/O）或ROM。,7.1 MCS-51系統(tǒng)擴展原理,7.1 MCS-51系統(tǒng)擴展原理,A0A7,D0D7,I/O,控 制 總 線 CB,3、片外三總線結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)總線 DB,

2、晶振 1.233MHz,地址總線 AB,進行系統(tǒng)擴展時，單片機的引腳可構(gòu)成三總線結(jié)構(gòu)。, 地址總線AB（A0A15），寬16位，片外尋址64KB。, 數(shù)據(jù)總線DB（D0D7），寬8位。, 控制總線CB。,系統(tǒng)擴展用的控制總線有：,ALE、RD、WD、PSEN、EA、RST,地址總線由P0口提供地址低8位。,地址總線由P2口提供地址高8位。,P0口是地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線，在地址有效時，ALE 鎖存到片外地址鎖存器保存;,數(shù)據(jù)總線由P0口提供，該口為三態(tài)雙向口。,7.1 MCS-51系統(tǒng)擴展原理,4、總線驅(qū)動能力,單向總線驅(qū)動器 74LS244,雙向總線驅(qū)動器 74LS245,當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)模過大，超過

3、總線的驅(qū)動能力時，,系統(tǒng)不可能可靠工作，此時應(yīng)加總線驅(qū)動器。,片外取指（片外程序存儲器讀）信號輸出端。,ALE,地址鎖存信號。,用鎖存P0口的低8位地址。,7.1 MCS-51系統(tǒng)擴展原理,RAM,I/O,ROM,CBUS,DBUS,ABUS,CBUS ：控制總線 ，方向不確定 DBUS：數(shù)據(jù)總線，雙向三態(tài) ABUS ：地址總線，單向三態(tài),利用三條總線, 可方便地進行系統(tǒng)的擴展設(shè)計。,注意:總線驅(qū)動能力,系統(tǒng)的擴展設(shè)計:,存儲器,I/O接口,7.1 MCS-51系統(tǒng)擴展原理,7.2 數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展,7.2.1 外部數(shù)據(jù)存儲器操作時序,可尋址256B 外部數(shù)據(jù)存儲器,可尋址64KB 外部數(shù)

4、據(jù)存儲器,訪問外部RAM用專門指令MOVX，共4條。,MOVX A, Ri,MOVX Ri, A,MOVX A, DPTR,MOVX DPTR, A,外部數(shù)據(jù)存儲器讀時序（a）,DPL(Ri),DPH,A,7.2.1 外部數(shù)據(jù)存儲器操作時序,外部數(shù)據(jù)存儲器寫時序（b）,DPL(Ri),DPH,（A）,7.2.1 外部數(shù)據(jù)存儲器操作時序,由圖可見：,S1P2讀到的指令為MOVX指令 （單字節(jié)雙周期指令）,在S2P1下一個ALE到來時，通過P0口、P2口送出要訪問的片外RAM的地址。,當(dāng)RD/WR有效時，實現(xiàn)對這一單元的讀/寫。,7.2.1 外部數(shù)據(jù)存儲器操作時序,7.2.2 常用數(shù)據(jù)存儲器芯片,

5、常用的靜態(tài)RAM芯片為：,地址輸入線,雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線,片選線,讀出選通線,寫允許信號輸入線,電源線,1、靜態(tài)RAM芯片,6116、6264、62128、62256等。,2 KB,8 KB,16 KB,32 KB,地線,11根,13根,14根,15根,7.2.2 常用數(shù)據(jù)存儲器芯片,常用靜態(tài)RAM芯片的技術(shù)指標(biāo)：,6116/6264/62128/62256操作方式,讀 0 0 1 輸出 DOUT,維持 1 高阻 三態(tài),寫 0 1 0 輸入 DIN,7.2.2 常用數(shù)據(jù)存儲器芯片,2、常用的地址鎖存器,常用的8位地址鎖存器有：74LS373、74LS273、8282。,74LS373是一種輸出帶有

6、三態(tài)門的8D鎖存器。,（a）74LS373結(jié)構(gòu)原理圖,輸入控制端,輸出允許端,7.2.2 常用數(shù)據(jù)存儲器芯片,（b）74LS373引腳圖,ALE,（c）74LS373電路連接圖,74LS 373,7.2.2 常用數(shù)據(jù)存儲器芯片,74LS373的功能表,0 1 直通（Qi=Di）,0 0 保持（Qi保持不變）,1 輸出高阻,工作原理：,輸入控制端G,“1” 輸出和輸入端數(shù)據(jù)相同,“0”（1D8D）數(shù)據(jù)鎖入（1Q8Q）,三態(tài)使能端E,“1” 三態(tài)門輸出呈高阻,三態(tài)門開放，其輸出為鎖存器的輸出。,“0”,真值表,7.2.2 常用數(shù)據(jù)存儲器芯片,3、常用的地址譯碼器,常用的地址譯碼器是： 3-8線譯碼

7、器74LS138,雙2-4線譯碼器74LS139,8個輸出端,3個選擇輸入端,3個允許輸入端,7.2.2 常用數(shù)據(jù)存儲器芯片,74LS138譯碼器真值表,禁止,允 許,1個允許輸入端,2個選擇輸入端,4個輸出端,74LS139譯碼器真值表,4個輸出端,1、設(shè)計要點, 了解外部數(shù)據(jù)存儲器的操作時序，以及所使用控制信號的作用。, 找出AT89S51和存儲器芯片之間引腳接線的對應(yīng)關(guān)系，將其相應(yīng)的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線正確連接。, 地址譯碼,選擇集成度高的芯片，若需多片則應(yīng)選擇容量相同的芯片，以簡化電路的設(shè)計。,選擇片選信號,7.2.3 數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展設(shè)計,7.2.3 數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展設(shè)計,

8、2、尋址方法,1）線選法尋址 直接以系統(tǒng)的幾根高位地址線作為芯片的片選信號。 2）譯碼法尋址 由譯碼器組成譯碼電路，對系統(tǒng)的高位地址線進行譯碼，譯碼電路將地址空間劃分若干塊，譯碼電路的輸出作為存儲器芯片的片選信號分別選通各芯片。 可充分利用存儲空間，避免空間分散，減少I/O口線。 3）混合片選尋址 利用138譯碼器進行地址譯碼，將尋址范圍等分。,7.2.3 數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展設(shè)計,2、尋址方法,利用138譯碼器進行地址譯碼，將尋址范圍等分，地址如下：,示例1、AT89S51擴展2KB RAM,RD,WR,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,

9、 控制信號使用WR和RD。 WR和RD分別與6116的WE和OE端相連。,結(jié)構(gòu)特點：,地址范圍：,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1, , ,0000H,0001H,07FFH,基本地址范圍： 0000H 07FFH,6116,8031,0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0,0002H,7.2.3 數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展設(shè)計,示例2、AT89S51擴展32KB RAM,A0A7,D0D7,0000H7FFFH,0000H7FFFH,示例3、AT89S51擴展32KB EPROM和32KB RAM,7.2.3 數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展設(shè)計,8000HFFFFH？,0 0 0 0 0 0

10、0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,基本地址范圍：0000H7FFFH,結(jié)構(gòu)特點：,EPROM和RAM共用地址總線和數(shù)據(jù)總線。,控制總線除ALE外， EPROM由PSEN進行讀選通，RAM由RD和WR進行讀寫控制。,地址范圍：,7.3.3 數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展設(shè)計,A0A7,D0D7,示例4、程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間的合并,8000HFFFFH,0000H7FFFH,7.3.3 數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展設(shè)計,結(jié)構(gòu)特點：,將PSEN 和RD進行讀“邏輯與”產(chǎn)生低電平有效的讀選通信號，用于合并外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間。,地址范圍：

11、,27256地址,62256地址,A15,7.3.3 數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展設(shè)計,7.3 擴展并行I/O接口,7.3.1 簡單的并行I/O擴展,簡單I/O接口擴展電路,輸入和輸出都是在P2.0為0時有效，它們占有相同的地址空間，但由于它們分別用讀和寫信號控制，因而盡管它們都直接與P0口相接，卻不可能同時被選中，這樣在總線上就不會發(fā)生沖突。,7.3 擴展并行I/O接口,7.3.1 簡單的并行I/O擴展,任意按下一個鍵，對應(yīng)的LED 亮： LOOP: MOV DPTR, #0FEFFH ;指向 I/O口地址 MOVX A, DPTR ;從244讀入數(shù)據(jù)，檢測按鈕 MOVX DPTR, A ;向273

12、輸出數(shù)據(jù)，驅(qū)動LED SJMP LOOP ;循環(huán),7.3 擴展并行I/O接口,7.3.2 8255A的結(jié)構(gòu),PA口,PB口,PC口,地址線,雙向數(shù)據(jù)總線,8255A引腳配置圖,8255A結(jié)構(gòu)框圖,7.3.2 8255A的結(jié)構(gòu),PA口：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器 一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器 PB口：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器 一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器 PC口：一個8位輸出鎖存器 一個8位輸入緩沖器,1、I/O端口PA、PB、PC,PA口和PB口作為輸入輸出口。PC口可作為輸入輸出口，也可作為PA、PB口選通方式操作時的狀態(tài)控制信號。,7.3.2 8255A的結(jié)構(gòu),2、A組和B組控制電路 根據(jù)C

13、PU命令控制8255工作方式的控制電路。A組控制PA口和PC4PC7，B組控制PB口和PC0PC3。,3、雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線緩沖器 8255和CPU數(shù)據(jù)總線的接口。 CPU和8255之間的命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)的傳送就是通過雙向三態(tài)總線緩沖器傳送的，D0D7接CPU的數(shù)據(jù)總線。,A0、A1、CS為8255的口選擇信號與片選信號，RD、WR為對 8255的讀、寫控制信號。 信號線分別和CPU的地址線、讀、寫信號線相連接，實現(xiàn)CPU對8255的口選擇和數(shù)據(jù)傳送。 控制信號的組合可以實現(xiàn)CPU對8255的PA口、PB口、PC口和控制口的尋址。,4、讀寫和控制邏輯,7.3.2 8255A的結(jié)構(gòu),8255A的端

14、口尋址,5、 RESET 復(fù)位信號，高電平有效，清除控制寄存器，8255處于基本操作狀態(tài)，置PA、PB、PC三個端口均為輸入方式。,7.3.2 8255A的結(jié)構(gòu),1、8255工作方式的選擇 有三種可通過編程來選擇的基本工作方式: 方式0: 基本輸入（或輸出）方式; 方式1: 選通輸入（或輸出）方式; 方式2: 雙向傳送方式（僅A口）,7.3.3 8255A的操作說明,工作方式的選擇由“方式選擇字”決定。,1）方式選擇控制字 8255的工作方式可由CPU向8255的控制寄存器寫入一個“方式選擇字”來確定。,可分別選擇端口A和端口B的工作方式，端口C分成兩部分，上半部PC4PC7隨端口A，下半部P

15、C0PC3隨端口B。 端口A有方式0、方式1和方式2三種，而端口B只能工作于方式0和方式1。,方式選擇字格式,7.3.3 8255A的操作說明,例1：若將方式選擇字91H寫入控制寄存器，由下表方式選擇字可知，8255被編程為PA口工作在方式0輸入，PB口工作在方式0輸出，PC口高4位為輸出，PC口低4位為輸入。,方式選擇字各位的定義,7.3.3 8255A的操作說明,2）PC口按位置/復(fù)位控制字 8255 PC口的輸出具有位控功能，PC7PC0中的任一位都可由CPU寫入控制寄存器一個置/復(fù)位控制字來置位或復(fù)位（其它位的狀態(tài)不變）。,8255的方式選擇字和PC口置/復(fù)位控制字共用一個地址（即共用

16、一個控制寄存器）。D7=1，表示該控制字為8255方式選擇字；D7=0，表示該控制字為PC口置/復(fù)位控制字。,PC口置/復(fù)位控制格式,7.3.3 8255A的操作說明,2、方式0的操作功能 一種基本的輸入（或輸出）方式。三個端口的每一個都可由程序選定作為輸入（或輸出），任一端口都可由簡單的傳送指令來讀（或?qū)懀?，用于無條件傳送十分方便。,基本功能: 兩個8位端口（A、B），和兩個4位端口（C）。 任一個端口可作輸入（或輸出）。 輸出是鎖存的。 輸入不是鎖存的。 在方式0時，各個端口的輸入、輸出可有16種不同組合。,執(zhí)行“MOVX A, DPTR”和“MOVX DPTR, A”類指令，便可完成輸入

17、和輸出操作。,7.3.3 8255A的操作說明,3、方式1的操作功能 一種選通I/O方式，PA口或PB口仍作數(shù)據(jù)端口輸入（或輸出），但同時規(guī)定PC口的某些位作為控制（或狀態(tài)）信息。,主要功能: 用作一個或兩個選通I/O端口。 每一個端口包含8位數(shù)據(jù)線，3條控制線（是固定的，不能用編程改變）提供中斷邏輯。 任一端口都可作輸入或輸出。 若只有一個端口工作于方式1，余下13位可工作在方式0（由控制字決定）。 若兩個端口都工作于方式1，PC口還剩下兩位可由程序指定為輸入或輸出，也具有置/復(fù)位功能。,7.3.3 8255A的操作說明,7.3.3 8255A的操作說明,4、方式2的操作功能 這種方式，使外

18、設(shè)可在單一的8位總線上，既能發(fā)送，也能接收數(shù)據(jù)（雙向總線I/O）。工作時可用程序查詢方式，也可工作于中斷方式。,主要功能: 方式2只用于端口A。 一個8位的雙向數(shù)據(jù)總線端口（PA），和一個5位控制端口（PC）。 輸入和輸出是鎖存的。 5位控制線用作端口A的控制和狀態(tài)信息。,7.3.3 8255A的操作說明,例2： AT89S51擴展8255A，將PA口設(shè)置成輸入方式，PB口設(shè)置成輸出方式，PCH口設(shè)置成輸入方式，PCL口設(shè)置成輸出方式。試設(shè)計擴展接口電路，并給出初始化程序（從PA口讀入數(shù)據(jù)，送PB口輸出）。,8255A的擴展接口電路,7.3.3 8255A的操作說明,PA端口的地址: 7FFC

19、H PB端口的地址: 7FFDH PC端口的地址: 7FFEH 控制寄存器的地址: 7FFFH 用“MOVX”指令來訪問這些端口。 8255A復(fù)位時，所有端口（A、B、C）均被置為基本輸入方式，如果不符合應(yīng)用系統(tǒng)的要求，就必須進行編程改變這種工作方式。（所謂編程，就是向8255A控制寄存器寫入一個控制字，以確定各端口的工作方式，I/O方向等。） 根據(jù)題目要求：A口輸入，B口輸出，兩者均采用工作方式0，則控制字為98H。,7.3.3 8255A的操作說明,MOVA, #98H;方式控制字A MOVDPTR, #7FFFH;選通控制寄存器 MOVXDPTR, A;方式控制字送入8255A MOVD

20、PTR, #7FFCH MOVXA, DPTR;讀PA口數(shù)據(jù) MOVDPTR, #7FFDH MOVXDPTR, A;送PB口輸出,7.3.3 8255A的操作說明,在微機過程控制和數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)中，經(jīng)常要對 過程參數(shù)進行測量和控制 。,連續(xù)變化的物理量,如： 溫度、濕度、流量 壓力、速度、位移 等等。,微 機,傳感器,A/D,D/A,執(zhí)行機構(gòu),物理過程,v / i,v / i,Data,Data,過程控制示意圖,模擬量,橋梁,7.4 D/A轉(zhuǎn)換器的擴展,工作原理:,Di為1時， Si與運放的反相輸入端連接。,Di為0時， Si與地連接。,7.4.1 D/A轉(zhuǎn)換原理（T形解碼網(wǎng)絡(luò)）,7.4 D

21、/A轉(zhuǎn)換器的擴展,D/ADigital to Analog Converter （DAC）,uo = -IO1 RF,倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò),R,R,R,R,IR = UR /R,7.4.1 D/A轉(zhuǎn)換原理（T形解碼網(wǎng)絡(luò)）,IO1,= D3I3+ D2I2+ D1I1+ D0I0,u0,= -IO1RF,= （D323+ D2 22 + D1 21 + D0 20）,7.4.1 D/A轉(zhuǎn)換原理（T形解碼網(wǎng)絡(luò)）,u0,=-IO1RF,= （D323+ D2 22 + D1 21 + D0 20）,若為n位二進制數(shù)，則,u0,= （Dn-12n-1+ Dn-2 2n-2 + + D0 20）,若RF=R，

22、則,u0,= （Dn-12n-1+ Dn-2 2n-2 + + D0 20）,即輸出電壓的大小正比于輸入二進制數(shù)的大小，實現(xiàn)了數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)換。,7.4.1 D/A轉(zhuǎn)換原理（T形解碼網(wǎng)絡(luò)）,7.4.2 D/A轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù),有時也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率。,1、分辨率,如10位DAC分辨率：,2、偏移誤差,它是指輸入數(shù)字量為0時，輸出模擬量對0的偏移值。,3、線性度,指D/A轉(zhuǎn)換器的實際轉(zhuǎn)換特性與理想直線之間的最大誤差或最大偏移。,4、精度,輸出模擬電壓的實際值與理想值之差。即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。,5、轉(zhuǎn)換速度,即每秒鐘可以轉(zhuǎn)換的次數(shù)，其倒數(shù)為轉(zhuǎn)換時間。,7.4.3 擴展并行D/

23、A轉(zhuǎn)換器,7.4.3.1 DAC0832的技術(shù)指標(biāo),1、分辨率8位； 2、電流穩(wěn)定時間1s； 3、可雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入； 4、只需在滿量程下調(diào)整其線性度； 5、單一電源供電（+5V+15V）； 6、低功耗，20mW；,8 位 輸 入 鎖 存 器,鎖存允許,片選,寫1,寫2,傳送,7.4.3.2 DAC0832的結(jié)構(gòu)及原理,三大部分組成：,一個8位輸入寄存器 一個8位DAC寄存器 一個8位D/A轉(zhuǎn)換器 （一個R-2R T型解碼網(wǎng)絡(luò) ）,為寄存命令。當(dāng) =1時，寄存器的輸出隨輸入變化； = 0時， 將數(shù)據(jù)鎖存在寄存器中，而不隨輸入數(shù)據(jù)的變化而變化。,原理：,當(dāng)ILE=1, =0， =0時

24、， =1，允許數(shù)據(jù)輸入，而當(dāng) =1時， =0，則數(shù)據(jù)被鎖存。,當(dāng) 和 均為低電平時， =1，此時允許D/A轉(zhuǎn)換， 否則,=0時， 將數(shù)據(jù)鎖存于DAC寄存器中。,7.4.3.2 DAC0832的結(jié)構(gòu)及原理,引腳功能：,7.4.3.3 DAC0832管腳功能,D0D7：數(shù)據(jù)線,ILE：輸入鎖存允許信號,CS：片選信號,WR1、WR2：寫控制,XFER：傳遞信號,IO1、IO2：電流輸出端,Rfb：內(nèi)部集成反饋電阻,VREF：參考電壓輸入,VCC：數(shù)字電路供電電壓,AGND：模擬地；DGND：數(shù)字地。,DAC0832引腳圖,7.4.3.4 8位D/A轉(zhuǎn)換器接口方法,1、單緩沖型接口方法（3種）,(a

25、),1）右圖(a)的接口電路是把DAC寄存器接成常通狀態(tài)；即ILE接高電平， 和 接地， 與P2.7口連接， 與單片機的 端連接。,MOVX DPTR, A,0,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,V0,VCC,(b),2）右圖(b) 的接口電路 是把輸入寄存器 接成常通狀態(tài)； 即ILE接高電平， 和 接地， 與 P2.7口 連接， 與單片機的 端連接。,VCC,MOVX DPTR, A,0,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,V0,7.4.3.4 8位D/A轉(zhuǎn)換器接口方法,(c),MOVX DPTR, A,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,V0,0,VC

26、C,7.4.3.4 8位D/A轉(zhuǎn)換器接口方法,雙緩沖型接口電路,2、雙緩沖型接口方法,VCC,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,V0,0,0,MOVX DPTR, A,MOVX DPTR, A,一級鎖存,二級鎖存,7.4.3.4 8位D/A轉(zhuǎn)換器接口方法,即將DAC0832轉(zhuǎn)換器的ILE接高電平； 將CS、WR1、WR2、XFER全部接地； 將D0D7接獨立的并行口（如P1口或8255A的PAPC口）即可。一般不能直接接數(shù)據(jù)總線P0口。,7.4.3.4 8位D/A轉(zhuǎn)換器接口方法,3、直通型接口方法,7.4.3.5 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式,1、單極性輸出,MOVX DPTR, A,

27、D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,V0,DAC0832單極性輸出電路,典型應(yīng)用電路,單極性輸出D/A關(guān)系,輸出的電壓V（絕對值），與輸入的數(shù)字量成正比。,7.4.3.5 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式,D/A驅(qū)動程序： MOV DPTR，#7FFFH ;使P27為 “0” MOV A，# data ;數(shù)字送A MOVXDPTR，A ;傳送至DAC0832輸出,00H,*,*,7.4.3.5 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式,7.4.3.5 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式,DAC0832雙極性輸出電路,2、雙極性輸出,VO2= (R2/R3)VO1+(R2/R1) VREF) 代入R1、R2、R3的值，可得

28、： VO2= (2VO1VREF) 設(shè)VREF =5V 當(dāng) VO1=0V時，VO2= 5V； 當(dāng) VO1= 2.5V時，VO2=0V； 當(dāng) VO1= 5V時， VO2=5V。,在上圖中，運算放大器U3的作用是把運算放大器U2的單向 輸出電壓轉(zhuǎn)變成雙向輸出。其原理是將U3的輸入端2通過電 阻R1與參考電壓VREF相連，因此運算放大器U3的輸出電壓：,7.4.3.5 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式,雙極性輸出D/A關(guān)系,7.4.3.5 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式,1、單極性輸出接口系統(tǒng)設(shè)計,7.4.3.6 D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)舉例,例：若在外部RAM區(qū)6000H607FH單元中存放著一個控制模型（128個8位

29、二進制數(shù)）。要求實現(xiàn)如下功能：按順序從6000H開始的存貯區(qū)域中取出一個字節(jié)的二進制數(shù)據(jù)送往D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓輸出。經(jīng)過t延時后，再取下一個字節(jié)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成電壓輸出。直到128個字節(jié)都轉(zhuǎn)換完畢。再從頭重復(fù)執(zhí)行上述過程。,V0,D/A轉(zhuǎn)換硬件接口電路,BFFFH,V0,D0 . . . D7,MOV DPTR，#6000H MOVX A，DPTR,MOV DPTR，#0BFFFH MOVX DPTR，A,完成D/A轉(zhuǎn)換任務(wù)的程序為：,ORG 0000H LJMP DA0 ； DA0：MOV R7，#128；置數(shù)據(jù)長度 MOV DPTR，#6000H；預(yù)置暫存器 MOV P2，#0BFH；置D

30、/A指針高8位 MOV R0，#0FFH；置D/A指針低8位,2. 程序設(shè)計,MOV DPTR，#0BFFF H ；選輸入寄存器 MOVX DPTR，A ；數(shù)據(jù)送輸入寄存器和DAC寄存器 ；由D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓,7.4.3.6 D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)舉例,DA1：MOVX A，DPTR ；取數(shù) MOVX R0，A ；送數(shù) INC DPTR ；指向下一個數(shù)據(jù) ACALL DLY ；調(diào)延時ts DJNER7，DA1 ；128個數(shù)未完則轉(zhuǎn) AJMP DA0 ；重新開始 SJMP $ END ；結(jié)束,7.4.3.6 D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)舉例,7.4.3.6 D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)舉例,P2口位結(jié)構(gòu),7.5

31、 A/D轉(zhuǎn)換器,7.5.1 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器原理,輸入電壓越大，反向積分時間越長。 用標(biāo)準(zhǔn)時鐘來測量這個時間，即可 到相應(yīng)于輸入電壓的數(shù)字量。,VX,數(shù)字量,A/D Analog to Digital Converter（ADC）,雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器特點：,1、抗干擾性好 （針對噪聲）,2、精度高,3、速度慢,可用于智能儀表。,7.5.1 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器原理,7.5.2 逐位逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理,逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換框圖,比較器,轉(zhuǎn)換結(jié)束,V,S,V,X,時鐘,啟動,輸出允許,D,n,-,1,D,0,D/A,轉(zhuǎn)換器,N,位寄存器,輸,出,緩,沖,器,控制邏輯,1）給N位寄存器清零

32、；,2）將N位寄存器最高位置“1”，即dn-1=1；,3）DAC將N位寄存器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量VS；,4）當(dāng)VS VX ，置數(shù)控制邏輯電路使該位“1”保留；,當(dāng)VS VX ，置數(shù)控制邏輯電路使該位“1”清除， 即該位置“0”；,5）將N位寄存器次高位置“1”； 即dn-2=1；重復(fù)步驟 3）、4）、5）。,轉(zhuǎn)換過程：,7.5.2 逐位逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理,ADC的主要技術(shù)指標(biāo),3、相對精度：,以輸出二進制代碼的位數(shù)表示分辨率。位數(shù)越多， 量化誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。,完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間。即從它接到轉(zhuǎn)換 命令起直到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需要的時間。,實際轉(zhuǎn)換值和理想特性

33、之間的最大偏差。,1、分辨率：,2、轉(zhuǎn)換速度：,4、其它：偏移誤差、線性誤差、絕對精度等基本概念。,7.5.2 逐位逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理,7.5.3 擴展A/D轉(zhuǎn)換器,7.5.3.1 ADC0809的主要功能, 分辨率為8位。 總的不可調(diào)誤差在(1/2)LSB和1LSB范圍內(nèi)。 典型轉(zhuǎn)換時間為100s。 具有鎖存控制的8路多路開關(guān)。 具有三態(tài)緩沖輸出控制。 單一+5V供電，此時輸入范圍為05V。 輸出與TTL兼容。 工作溫度范圍40+85。,7.5.3.2 ADC0809的的組成及工作原理,三 態(tài) 輸 出 鎖 存 器,VCC IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 A

34、 B C ALE GND,OE REF(-) REF(+) START CLK,ADC0808/0809原理圖及引腳,End of Conversion,Output Enable,Address Latch Enable,640kHz,通道地址, 模擬多路轉(zhuǎn)換器, A/D轉(zhuǎn)換電路,8個標(biāo)準(zhǔn)模擬開關(guān) 三態(tài)輸出鎖存器 三位地址鎖存器,控制電路與時序 D/A轉(zhuǎn)換器（8位） 逐位逼近寄存器（8位） 電壓比較器（高精度）,7.5.3.2 ADC0809的的組成及工作原理,1、ADC0809由兩大部分組成,2、工作原理（時序）,鎖存,啟動,100S,7.5.3.2 ADC0809的的組成及工作原理,(1

35、) IN0IN7：8個模擬量輸入端。,(2) VREF (+)，VREF ()：正負參考電壓，用來提供D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)參考電壓。一般VREF (+)接+5V高精度參考電源，VREF ()接模擬地。,(3)START：啟動A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)START為高電平時，A/D開始轉(zhuǎn)換。,(4) EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，由低電平轉(zhuǎn)為高電平。此信號可用作A/D轉(zhuǎn)換是否完成的查詢信號或向CPU請求中斷的信號。,7.5.3.3 引腳介紹,ADC0808/0809引腳,OE（OUTPUT ENABLE）：輸出允許信號或稱為A/D數(shù)據(jù)讀信號。當(dāng)此信號為高電平時，可從A/D轉(zhuǎn)換器中讀取數(shù)據(jù)。此信號可作

36、芯片的片選信號。 CLK：工作時鐘，最高允許值為1.2MHz，可通過外接振蕩電路改變頻率，也可用系統(tǒng)ALE分頻獲得，當(dāng)CLK為640kHz時，轉(zhuǎn)換時間為100s。 ALE：通道地址鎖存允許，上升沿有效，鎖存C、B、A通道地址，則選中的通道的模擬輸入送A/D轉(zhuǎn)換器。 C、B、A：通道地址輸入，C為最高位，A為最低位。 D0D7：數(shù)字量輸出線。 VCC、GND：電源電壓VCC接+5V，GND為數(shù)字地。,7.5.3.3 引腳介紹,ADC0808/0809引腳,7.5.3.4 ADC0809與AT89S51的接口設(shè)計,CH0 CH1 CH7 +5V 接地,0,0,0,0,MOVX DPTR，A,;令（

37、DPTR）= 7FF8H,P27= 0,MOVX A，DPTR,CBA= 000,CH0,寫,讀,ADC0809轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計方法：,2、延時方式 MOV R7，#25 ;延時常數(shù) DJNZ R7， $ ;重復(fù)執(zhí)行一次4us,7.5.3.4 ADC0809與AT89S51的接口設(shè)計,3、中斷方式,7.5.3.4 ADC0809與AT89S51的接口設(shè)計,ADC0809與AT89S51的連接,例2：要求采用查詢方式巡回采集一遍8路模擬信號。,7.5.3.4 ADC0809與AT89S51的接口設(shè)計,程序清單： MAIN: MOV R0, #040H ;數(shù)據(jù)暫存區(qū)首址存入R0 MOV R2, #0

38、8H ;8路計數(shù)初值存入R2 MOV DPTR, #0FEF8H ;指向0809首地址 MOVX DPTR, A ;啟動A/D轉(zhuǎn)換 BACK: JB P3.3, BACK ;等待轉(zhuǎn)換完畢（低電平） MOVX A, DPTR ;讀數(shù) MOVX R0, A ;存數(shù) INC DPTR ;更新通道 INC R0 ;更新暫存單元 MOVX DPTR, A ;啟動A/D轉(zhuǎn)換 DJNZ R2, BACK ;是否檢測完8路？未完繼續(xù),例3：根據(jù)右邊接口電路連接圖，采用中斷方式對IN0通道的模擬輸入量依次采樣16個點，存放在內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器70H7FH單元中待用。 程序分為三部分： 初始化程序：對中斷和各工作單元

39、初始化； 主程序：啟動A/D轉(zhuǎn)換、控制通道地址/數(shù)據(jù)存貯器地址修改； 中斷服務(wù)程序：讀取A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)、送存。,7.5.3.4 ADC0809與AT89S51的接口設(shè)計,中斷方式的程序可分為3部分 1）對中斷 及其工作單元初始化 START：MOV R0, #70H ;RAM首地址 MOV R7, #16 ;計數(shù)器，采樣16次 MOV SP, #3F ;設(shè)堆棧 SETB IT0 ;設(shè)邊沿觸發(fā) SETB EX0 ; 開中斷 SETB EA ;開CPU總中斷 ,2）主程序：啟動A/D轉(zhuǎn)換 MOV DPTR, #7FF8H ;選A/D及其0通道CH0 MOVX DPTR, A ;啟動A/D轉(zhuǎn)換 ,

40、7.5.3.4 ADC0809與AT89S51的接口設(shè)計,3）中斷服務(wù)程序 （即數(shù)據(jù)采集或者叫做采樣） INT0P：PUSH ACC ;A進棧 MOVX A, DPTR ;讀A/D數(shù)據(jù) MOV R0, A ;A/D數(shù)據(jù)送RAM INC R0 ;地址加“1” POP ACC ;A出棧 RETI ;返主,7.5.3.4 ADC0809與AT89S51的接口設(shè)計,程序清單如下： ORG 0 LJMPSTART ORG 03H LJMPINT0P ;初始化程序 START：MOV R0, #70H;RAM首地址 MOV R7, #16;計數(shù)器 MOV SP, #3FH;設(shè)堆棧區(qū)SETB IT0;邊沿觸

41、發(fā)SETB EX0 ;開中斷 SETB EA ;CPU開中斷 MAIN0：MOV DPTR, #7FF8H;通道首址MAIN： CLR F0;清F0 MOVX DPTR, A;啟動轉(zhuǎn)換 TEST: JNB F0, DONE ;測試 DJNZ R7, MAIN ;16個點未完， ;則繼續(xù) DONE： ;繼續(xù)執(zhí)行 SJMPTEST,；中斷處理程序 INT0P： PUSHACC ;進棧 SETB F0 ;置位F0 MOVX A, DPTR ;讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) MOV R0, A ;A/D數(shù)據(jù)送存RAM INC R0 ;地址加1 POP ACC ;退棧 RETI ;返回,7.5.3.4 ADC0809與AT89S51的接口設(shè)計,7.6 串行擴展簡介,由2根線實現(xiàn)串行同步通信：時鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA,典型的I2C 單主系統(tǒng)配置示意圖,7.6.1 I2C總線,7.6.2 SPI串行口,由3根線實現(xiàn)串行同步通信：MOSI