1、單片機原理及應用單片機原理及應用北京化工大學北京化工大學信息科學與技術學院信息科學與技術學院主講教師：郭青主講教師：郭青E-mail: 第七章第七章單片機的典型外圍接口技術單片機的典型外圍接口技術 7.1 7.1 鍵盤接口鍵盤接口單片機組成的控制系統通常需要配置鍵盤，用戶可以通單片機組成的控制系統通常需要配置鍵盤，用戶可以通過鍵盤向單片機輸入數據或命令，以便實現控制系統的過鍵盤向單片機輸入數據或命令，以便實現控制系統的人機對話。人機對話。鍵盤可以直接利用口線連接按鍵開關、開關型傳感器或鍵盤可以直接利用口線連接按鍵開關、開關型傳感器或電子線路來實現，內部程序僅通過判斷口線的電平就能電子線路來實現

2、，內部程序僅通過判斷口線的電平就能夠確定輸入的鍵值。采用這種識別方式的鍵盤稱為夠確定輸入的鍵值。采用這種識別方式的鍵盤稱為非編非編碼鍵盤碼鍵盤。非編碼鍵盤設計簡單，使用方便，但口線利用率較低，非編碼鍵盤設計簡單，使用方便，但口線利用率較低，受單片機口線數量的限制，其鍵盤規模無法做大。受單片機口線數量的限制，其鍵盤規模無法做大。鍵盤的另一種形式是鍵盤的另一種形式是編碼鍵盤編碼鍵盤，這種方式將口線與按鍵，這種方式將口線與按鍵開關連接成矩陣電路，通過軟件掃描、識別開關連接成矩陣電路，通過軟件掃描、識別I/OI/O口上的編口上的編碼，按編碼規則識別輸入鍵值。編碼鍵盤的最大優點就碼，按編碼規則識別輸入鍵

3、值。編碼鍵盤的最大優點就是口線利用率高，鍵盤規模可以做得較大。是口線利用率高，鍵盤規模可以做得較大。一、 簡易鍵盤接口 獨立連接式與門與門上拉電阻上拉電阻按鍵抖動問題按鍵抖動問題按鍵閉合時的電平變化波形按鍵閉合時的電平變化波形按鍵開關在接通或斷開瞬間并非完全可靠接觸，而是存在一按鍵開關在接通或斷開瞬間并非完全可靠接觸，而是存在一個抖動期，個抖動期，tH為開關斷開時口線上高電平存在的時間，為開關斷開時口線上高電平存在的時間，tL為開關閉合時為開關閉合時口線上低電平穩定存在的時間。口線上低電平穩定存在的時間。tW1、tW2為鍵按下和松開時的抖動期存在時間。抖動期一般為鍵按下和松開時的抖動期存在時間

4、。抖動期一般不超過不超過10 ms。在口線電平抖動期間，單片機無法準確檢測出口線電平的正在口線電平抖動期間，單片機無法準確檢測出口線電平的正確值，必須采取一定的措施進行鑒別。確值，必須采取一定的措施進行鑒別。延時消抖法延時消抖法例如遇到由高向低的電平轉換后先不急于讀取口線鍵值，而例如遇到由高向低的電平轉換后先不急于讀取口線鍵值，而是在中斷服務程序的開始執行一段是在中斷服務程序的開始執行一段101020 ms20 ms的延時程序。的延時程序。若延時程序后再次判斷口線仍為低電平則進入口線的鍵值讀若延時程序后再次判斷口線仍為低電平則進入口線的鍵值讀取程序，否則放棄鍵值讀取操作。取程序，否則放棄鍵值讀

5、取操作。 延時去抖動及讀取鍵值的中斷服務程序如下：延時去抖動及讀取鍵值的中斷服務程序如下： ORG0003HLJMPKRDKRD：MOVP1，#0FFH ；P1口置為輸入口CALLDEL20 ；調20 ms延時子程序MOV A，P1 ；讀P1口鍵值JNBACC.0，KPR0；判斷P1.0P1.7是否有鍵按下JNBACC.1，KPR1 JNB ACC.2，KPR2JNB ACC.3，KPR3 JNBACC.4，KPR4JNB ACC.5，KPR5JNB ACC.6，KPR6JNB ACC.7，KPR7RETI KPR0： ；P1.0按鍵處理程序 RETI KPR1： ；P1.1口線按鍵處理程序

6、KPR7： ；P1.7口線按鍵處理程序 DEL20： ；20 ms延時子程序二、矩陣式鍵盤接口二、矩陣式鍵盤接口 簡易鍵盤電路中每一個按鍵占用一根簡易鍵盤電路中每一個按鍵占用一根I/OI/O口線，其口線利口線，其口線利用率較低，如果將口線按照行、列排成矩陣形式則可在用率較低，如果將口線按照行、列排成矩陣形式則可在相同口線數量的條件下增大鍵盤的規模。相同口線數量的條件下增大鍵盤的規模。 例如，可以將例如，可以將P1P1口的口的8 8根根I/OI/O線排列成線排列成4 44 4矩陣形式，矩陣形式，連接連接1616只按鍵開關。只按鍵開關。 4 44 4矩陣式鍵盤電路矩陣式鍵盤電路P1口的口的8根根I

7、/O口線分成口線分成行、列線連接，行、列線連接，P1.0P1.3為行線為行線，P1.4P1.7為列線為列線。16只按鍵分別跨接在對只按鍵分別跨接在對應的行、列線節點上。應的行、列線節點上。 行線特定的行線特定的4位數據輸出位數據輸出和列線對應的和列線對應的4位數據輸位數據輸入可以組成一個入可以組成一個8位的特位的特征字，征字，該特征字即為鍵該特征字即為鍵值。值。1 1、鍵盤電路的工作原理、鍵盤電路的工作原理 矩陣式鍵盤將矩陣式鍵盤將P1P1口的口的8 8根根I/OI/O口線分成行、列線連接，圖中口線分成行、列線連接，圖中P P1.01.0P P1.31.3為行線，為行線，P P1.41.4P

8、P1.71.7為列線。為列線。1616只按鍵分別跨接只按鍵分別跨接在對應的行、列線節點上。在對應的行、列線節點上。 如果單片機在行線對應的如果單片機在行線對應的I/OI/O口線上有數據輸出，當有鍵口線上有數據輸出，當有鍵按下時，行、列線短路，單片機在列線對應的按下時，行、列線短路，單片機在列線對應的I/OI/O口線上口線上的輸入數據將由行線上的電平決定。的輸入數據將由行線上的電平決定。 行線特定的行線特定的4 4位數據輸出和列線對應的位數據輸出和列線對應的4 4位數據輸入可以組位數據輸入可以組成一個成一個8 8位的特征字，該特征字即為鍵值，代表了按下的位的特征字，該特征字即為鍵值，代表了按下的

9、鍵所在的位置鍵所在的位置。2 2、 掃描法產生鍵值掃描法產生鍵值以行線作為掃描輸出，以列線作為接收輸入。以行線作為掃描輸出，以列線作為接收輸入。依次將行線置為低電平，并在列線上逐次接收數據。依次將行線置為低電平，并在列線上逐次接收數據。如果發現接收到的某一列線有低電平，則表示該列如果發現接收到的某一列線有低電平，則表示該列線與行線連接的按鍵已經閉合。線與行線連接的按鍵已經閉合。在接收到低電平的那次掃描中，行線數據與列線數在接收到低電平的那次掃描中，行線數據與列線數據的組合便是所期望的鍵值，由該鍵值可確定閉合據的組合便是所期望的鍵值，由該鍵值可確定閉合鍵在矩陣連接中的連接位置。鍵在矩陣連接中的連

10、接位置。3 3、鍵盤掃描方式、鍵盤掃描方式1) 1) 硬件中斷識別法硬件中斷識別法將矩陣式鍵盤電路的所有列線連接至將矩陣式鍵盤電路的所有列線連接至“與與”門電路的輸門電路的輸入端，入端，“與與”門電路的輸出端與單片機外部中斷連接。門電路的輸出端與單片機外部中斷連接。把全部行線置為低電平，全部列線置為高電平，當有鍵按把全部行線置為低電平，全部列線置為高電平，當有鍵按下時列線上出現低電平，產生中斷，在中斷服務程序中掃下時列線上出現低電平，產生中斷，在中斷服務程序中掃描鍵盤。描鍵盤。2) 2) 軟件查詢識別法軟件查詢識別法將全部行線置為低電平，全部列線置為高電平，定時從將全部行線置為低電平，全部列線

11、置為高電平，定時從列線對應的列線對應的I/OI/O口線輸入數據，如果判定接收的數據中有低口線輸入數據，如果判定接收的數據中有低電平存在，則說明有按鍵按下，開始執行鍵盤掃描程序。電平存在，則說明有按鍵按下，開始執行鍵盤掃描程序。采用硬件中斷識別方式可以隨時響應鍵盤動作，具有較強采用硬件中斷識別方式可以隨時響應鍵盤動作，具有較強的實時性，而采用軟件查詢方式則可以簡化電路。的實時性，而采用軟件查詢方式則可以簡化電路。INT04 4矩陣鍵盤掃描程序舉例矩陣鍵盤掃描程序舉例P1.0P1.1P1.2P1.3P1.7P1.6P1.5P1.4行線，掃描輸出行線，掃描輸出列線，掃描輸入列線，掃描輸入接與門輸入接

12、與門輸入端，與門輸端，與門輸出接出接INT0INT0鍵盤掃描程序如下：鍵盤掃描程序如下：INT0ISR: 中斷服務程序中斷服務程序 MOV P1, #0FFH CLR P1.4 ；掃描輸出；掃描輸出 MOV A, P1 ；掃描輸入；掃描輸入 ANL A, #0FH XRL A, #0FH JZ NOKEY0 LCALL DELAY10MS MOV A, P1 ANL A, #0FH XRL A, #0FH JZ NOKEY0；判斷判斷P1.4行是否有鍵按下行是否有鍵按下；以下判斷鍵碼；以下判斷鍵碼MOV A, P1 ANL A, #0FH CJNE A, #0EH, NEXT1 MOV KEY

13、, #3 LJMP OKNEXT1:CJNE A, #0DH, NEXT2 MOV KEY, #7 LJMP OKNEXT2:CJNE A, #0BH, NEXT3 MOV KEY, #11 LJMP OKNEXT3:CJNE A, #07H, NOKEY0 MOV KEY, #15 LJMP OK7.2 7.2 顯示接口顯示接口為了實現人機交互，單片機應用系統通常配有顯示器接為了實現人機交互，單片機應用系統通常配有顯示器接口，主要顯示元件采用口，主要顯示元件采用LED(LED(發光二極管顯示器發光二極管顯示器) )或或LCD(LCD(液晶顯示器液晶顯示器) )，顯示形式有筆畫式和點陣式。，顯

14、示形式有筆畫式和點陣式。筆畫式顯示元件大多為筆畫式顯示元件大多為LEDLED數碼管，數碼管，用于顯示數字或簡用于顯示數字或簡單字母信息，適合于規模較小的單片機系統。單字母信息，適合于規模較小的單片機系統。如七段碼如七段碼LEDLED顯示器顯示器對于大信息量或圖形顯示一般使用點陣式對于大信息量或圖形顯示一般使用點陣式LCDLCD顯示器，顯示器，這種顯示器結構比較復雜，還需要考慮灰度調節、高壓背這種顯示器結構比較復雜，還需要考慮灰度調節、高壓背光的配合，電路連接及程序操作都比較繁瑣。光的配合，電路連接及程序操作都比較繁瑣。點陣式點陣式LCDLCD顯示器多采用內置控制器的模組形式，在這顯示器多采用內

15、置控制器的模組形式，在這種形式下單片機與點陣式種形式下單片機與點陣式LCDLCD的接口實際上變成了單片的接口實際上變成了單片機與單片機之間的數據通信機與單片機之間的數據通信。LCDLCD顯示屏接口顯示屏接口 LCDLCD圖形點陣顯示器通常以圖形點陣顯示器通常以LCM(LCM(液晶顯示模組液晶顯示模組) )形式出現，形式出現，模組中封裝了顯示器、驅動電路、控制電路及背光調節電模組中封裝了顯示器、驅動電路、控制電路及背光調節電路等。本節以路等。本節以MG12864 LCMMG12864 LCM為例介紹圖形點陣為例介紹圖形點陣LCDLCD顯示顯示接口的應用。接口的應用。1 1MG12864 LCMM

16、G12864 LCM模塊基本參數模塊基本參數(1) (1) LCDLCD類型：類型：STNSTN形式。形式。(2) (2) 模塊尺寸：模塊尺寸：9393707012 mm12 mm。(3) (3) 顯示區域尺寸：顯示區域尺寸：70.770.738.8 mm38.8 mm。(4) (4) 點陣間距：點陣間距：0.520.520.52 mm0.52 mm。(5) (5) 點陣分布：點陣分布：1281286464點。點。(6) (6) 每一點陣尺寸：每一點陣尺寸：0.480.480.48 mm0.48 mm。MG12864 LCMMG12864 LCM模塊內部主要組成部分模塊內部主要組成部分2 2M

17、G12864 LCMMG12864 LCM模組結構說明模組結構說明MG12864LCMMG12864LCM由以下幾部分組成：由以下幾部分組成：(1) (1) 核心部件：核心部件：12812864 LCD64 LCD點陣顯示器。點陣顯示器。(2) (2) 段驅動電路：兩路段驅動電路：兩路6464列掃描顯示驅動電路。列掃描顯示驅動電路。(3) (3) 行驅動電路：行驅動電路：6464行掃描顯示驅動電路。行掃描顯示驅動電路。(4) (4) 背光驅動電路：背光驅動電路：LEDLED發光管照明電路。發光管照明電路。MG12864 LCMMG12864 LCM內部還配置了如下部分：內部還配置了如下部分：(

18、1) (1) 顯示控制器。顯示控制器。(2) (2) 顯示存儲器顯示存儲器DDRAMDDRAM。(3) (3) 電源電路。電源電路。3 3MG12864MG12864引腳功能及說明引腳功能及說明1) 1) 數據信號數據信號DB0DB0DB7DB7：指令、數據傳送總線。：指令、數據傳送總線。2) 2) 控制信號控制信號RSRS：指令、數據選擇控制線，高電平選擇數據傳送，：指令、數據選擇控制線，高電平選擇數據傳送，低電平選擇指令傳送。低電平選擇指令傳送。R/WR/W：讀寫方式控制線，高電平為讀方式，低電平為寫方式：讀寫方式控制線，高電平為讀方式，低電平為寫方式E E：信號選通控制線，高電平有效。：

19、信號選通控制線，高電平有效。RSTBRSTB：復位信號線，低電平有效。：復位信號線，低電平有效。3 3MG12864MG12864引腳功能及說明引腳功能及說明3) 3) 地址信號地址信號CS1CS1：段驅動電路選擇線，高電平有效，選通：段驅動電路選擇線，高電平有效，選通KS0108B(1)KS0108B(1)CS2CS2：段驅動電路選擇線，高電平有效，選通：段驅動電路選擇線，高電平有效，選通KS0108B(2)KS0108B(2)4) 4) 供電電源供電電源VDDVDD：模塊的電源正端。：模塊的電源正端。VSSVSS：供電電源地。：供電電源地。5) 5) 灰度調節灰度調節VINVIN：LCDL

20、CD驅動電壓輸入端。驅動電壓輸入端。VOUTVOUT：LCDLCD背板負電壓輸出端。背板負電壓輸出端。6) 6) 背光電源背光電源SLASLA：背光源正極：背光源正極(LED(LED5 V)5 V)。SLKSLK：背光源負極：背光源負極(LED(LED0 V)0 V)。 4 4MG12864MG12864的操作指令的操作指令通過通過DB0DB0DB7DB7可以實現指令或數據的傳送操作，指令可以實現指令或數據的傳送操作，指令或數據的選擇由或數據的選擇由RSRS控制信號確定，傳送方向由控制信號確定，傳送方向由R/WR/W控制信控制信號確定。號確定。1) 1) 顯示開關指令顯示開關指令RS=0RS=

21、0，格式如下：，格式如下：功能：控制顯示狀態。功能：控制顯示狀態。S0，關顯示；，關顯示；S1，開顯示。，開顯示。2) 2) 列列(Y)(Y)地址設置地址設置RS=0，格式如下：W/R列地址的設置范圍為列地址的設置范圍為063。功能：將列地址寫入列寄存器功能：將列地址寫入列寄存器(YC)。3) 頁(X)地址設置RS=0，R/W=0，格式如下：，格式如下：頁地址的選擇范圍為頁地址的選擇范圍為07。功能：將頁地址置入頁寄存器功能：將頁地址置入頁寄存器(PR)。4) 首行設置RS=0， R/W=0， ，格式如下：，格式如下： 行地址的設置范圍為行地址的設置范圍為063。功能：設置顯示存儲器功能：設置

22、顯示存儲器(DDRAM)的首行地址。的首行地址。 5) 讀取狀態RS=0，R/W，格式如下： BUSY：忙標志，低電平表示操作就緒，高電平表示正在操作中。：忙標志，低電平表示操作就緒，高電平表示正在操作中。ON/OFF：顯示狀態，低電平表示開顯示，高電平表示關顯示。：顯示狀態，低電平表示開顯示，高電平表示關顯示。RESET：復位標志，低電平表示正常運行，高電平表示復位。：復位標志，低電平表示正常運行，高電平表示復位。6) 寫數據 RS=1，R/W0 功能：將功能：將8 8位數據寫入顯示存儲器位數據寫入顯示存儲器(DDRAM)(DDRAM)中，指令中，指令結束后列寄存器結束后列寄存器(YC)(Y

23、C)加加1 1。7) 讀數據RS=1，R/W 1 功能：讀取功能：讀取8 8位數據。位數據。MG12864 LCMMG12864 LCM模組的操作步驟包括：顯示設置、讀模組的操作步驟包括：顯示設置、讀寫數據及查詢狀態。寫數據及查詢狀態。5 5顯示存儲器顯示存儲器DDRAMDDRAM的結構的結構(1) (1) 整體地址結構如下所示：整體地址結構如下所示：(2) 以第一頁和X地址B8H為例，分頁內位與行之間的對應關系如下：MG12864與單片機的接口電路7 7顯示程序顯示程序 顯示程序主要完成對顯示程序主要完成對MG12864MG12864的控制、設定及顯示內容的的控制、設定及顯示內容的傳送等工作

24、。程序步驟包括：開關顯示控制，選取段驅動傳送等工作。程序步驟包括：開關顯示控制，選取段驅動器，設定起始行，設定起始列及傳送顯示內容等。器，設定起始行，設定起始列及傳送顯示內容等。在每次顯示開始時，如果按順序設置起始的行或列可在每次顯示開始時，如果按順序設置起始的行或列可以實現屏幕上、下滾動或左、右平移的效果。顯示內容按以實現屏幕上、下滾動或左、右平移的效果。顯示內容按頁傳送，每頁對應頁傳送，每頁對應8 8行，連續傳送行，連續傳送6464次次8 8位顯示數據完成位顯示數據完成1 1頁顯示內容。如果考慮兩個驅動器的顯示輸出，顯示整屏頁顯示內容。如果考慮兩個驅動器的顯示輸出，顯示整屏則需則需1616

25、頁內容。頁內容。整屏顯示程序流程7.3 ADC接口32計算機應用系統中的模擬量計算機應用系統中的模擬量l 模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是聲、光、模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是聲、光、壓力和溫度等隨時間連續變化的非電物理量。壓力和溫度等隨時間連續變化的非電物理量。l 非電物理量可通過合適的傳感器等轉換成電信號，模非電物理量可通過合適的傳感器等轉換成電信號，模擬量只有轉換成數字量才能被計算機采集、分析和計擬量只有轉換成數字量才能被計算機采集、分析和計算處理。算處理。A/DA/D轉換器轉換器模擬輸入模擬輸入（Vin）參考電壓參考電壓 +（Vref） -電源電源+ -數字輸出數字輸

26、出（Dn D0）7.3 ADC和DAC33信號的采集與處理信號的采集與處理ADC是“analog to digital converter”的縮寫，有時也用“A/D”表示，也就是“模數轉換器”。DAC則是“digital to analog converter”的縮寫，有時也用“D/A”表示，即“數模轉換器”。ADC和和DCA實現的是相反的功能，前者將模擬信號轉實現的是相反的功能，前者將模擬信號轉換成數字信號換成數字信號，后者則把數字信號轉換成模擬信號后者則把數字信號轉換成模擬信號ADC從模擬信號到數字信號從模擬信號到數字信號采樣：采樣：將連續變化的模擬量按一定的規律（周期性的）取出其中某一些

27、瞬時值（樣點）來代表這個連續的模擬量，這個過程就是采樣。例：把模擬信號分析一下，把這段時間分成若干份t0、t1、t2、tn可以很容易知道某一時刻的幅度值，如t3時刻信號的幅度為3.3V等。采樣采樣量化量化編碼編碼ADC從模擬信號到數字信號從模擬信號到數字信號把t0tn時刻的幅度值全部提取出來，放到一個新的坐標軸里，就會得到一串離散的幅度值A0、A1、A2、An，每一時刻對應一個幅度值，這一串離散的幅度值表示了這段模擬信號如果一定的時間內n越大，幅度值表示信號越逼真。奈奎斯特采樣定理奈奎斯特采樣定理 ADC從模擬信號到數字信號從模擬信號到數字信號36量化：量化：以一定的量化單位，把采樣值取整。量

28、化單位是輸入信號的最大值除以數字量的最大范圍。量化過程中產生的舍入誤差稱為量化誤差。 ADC從模擬信號到數字信號從模擬信號到數字信號37如果把峰值分成16份，并用4位二進制數來依次表示每一份幅度值，則任意時刻都能找到一個唯一的二進制數來代表幅度值。如t0時刻幅度值為0001，t1時刻幅度值為0100，t2時刻幅度值為1000，t3時刻幅度值為1010等。把這若干個代表幅度值的二進制數還原到坐標軸上時就得圖示的折線，它與原來的模擬信號相比，雖然分辨率降低但是還是能大體上反映模擬信號。編碼編碼將將離散后的離散后的模擬信號轉換成二進模擬信號轉換成二進制數字信號制數字信號A/DA/D轉換方法轉換方法電

29、壓頻率式：精度高電壓頻率式：精度高 價格低，但轉換速度不高價格低，但轉換速度不高積分式：抗干擾能力好，轉換速度低積分式：抗干擾能力好，轉換速度低逐次逼近式：轉換速度較快逐次逼近式：轉換速度較快并行轉換：并行轉換：串行轉換：串行轉換：A/DA/D轉換器轉換器模擬輸入模擬輸入（Vin）參考電壓參考電壓 +（Vref） -電源電源+ -數字輸出數字輸出（Dn D0）A/D轉換器原理框圖轉換器原理框圖ADCADC技術指標技術指標按照轉換精度劃分，常用的按照轉換精度劃分，常用的A/D轉換芯片分為轉換芯片分為8位、位、10位、位、12位、位、14位等位等如果按照轉換速度劃分又有超高速如果按照轉換速度劃分又

30、有超高速(轉換時間轉換時間330 ns)，次超高速次超高速(3303.3 s)，高速，高速(轉換時間轉換時間3.3333 s)，低速低速(轉換時間轉換時間330 s)等等選擇A/D轉換器首先應考慮對轉換精度、轉換速度的要求。另外，還應注意滿足其輸入電壓的范圍、輸出數字的編碼形式、工作溫度范圍及電壓穩定度等方面的要求。 ADC ADC技術指標技術指標1 1）分辨率分辨率n21A/D轉換器的分辨率以輸出二進制(或十進制)數的位數來表示，它體現了A/D轉換器對輸入信號的分辨能力。具有n位輸出的A/D轉換器能區分2個不同最小量化等級的輸入模擬電壓變化量，能區分輸入電壓的最小值為滿量程輸入的在滿量程輸入

31、值確定以后，分辨率愈高對應其輸出數字位數愈多2) 2) 量化誤差量化誤差 量化誤差通常是以輸出誤差的最大值的形式給出它表示A/D轉換器實際輸出的數字量和理論輸出數字量之間的差別，通常以最低有效位的倍數表示。例如進行量化時引起的誤差為1/2LSB就表明實際輸出的數字量和理論上應得到的輸出數字量之間的誤差小于最低位的半個字。3) 3) 偏移誤差偏移誤差( (零值誤差零值誤差) ) 偏移誤差是指輸入為零時，輸出不為零所形成的誤差。如有必要，使用時應設置零點調節電路，使輸入零點與輸出零點對應。4) 4) 滿刻度誤差滿刻度誤差( (增益誤差增益誤差) )滿刻度誤差是指A/D轉換器的滿刻度輸出數字量所對應

32、的模擬輸入量與理想的模擬輸入量之差。這種誤差體現了量程適應范圍的差別，可以通過調節模擬信號調理放大環節的增益解決。5) 轉換精度 A/D轉換器的最大量化誤差和模擬部分精度的共同體現。一般轉換器的模擬處理誤差和數字轉換誤差應盡量處于同一數量級，總誤差是這些誤差的累加和。 6) 轉換時間 轉換時間是指從轉換控制信號送入A/D轉換器開始，到A/D轉換器輸出穩定的數字信號所用時間。 不同類型的轉換器轉換速度相差甚遠。常用的并行比較A/D轉換器的轉換速度最高，逐次比較型A/D轉換器次之，雙積分A/D轉換器的轉換時間最慢。選用選用A/DA/D轉換器時應綜合考慮指標因素。轉換器時應綜合考慮指標因素。8 8位

33、單路位單路ADAD轉換器轉換器 ADC0804ADC080444外部引腳及功能外部引腳及功能 ADC0804分辨率為分辨率為8位，轉換位，轉換時間為時間為100s，輸入電壓范圍，輸入電壓范圍為為05VADC0804有有20個管腳，除了模個管腳，除了模擬信號輸入端（擬信號輸入端（6、7管腳）和管腳）和數字信號輸出端（數字信號輸出端（1118管腳）管腳）外，其他管腳的名稱和功能描外，其他管腳的名稱和功能描述如述如下下表所示。表所示。ADC0804ADC0804外部引腳外部引腳及功能及功能 45ADC0804應用于電平指示器模擬信號由一個電位器RP2的調節來產生，信號進入ADC0804的VIN(+)

34、端，通過模數轉換，轉換的結果從DB0DB7輸出，與輸出端連接的8支發光二極管用以顯示轉換的結果。不斷調節電位器RP2，可以看到8支發光二極管狀態在不斷地改變。ADC0804引腳功能l /CS（1管腳）片選信號輸入端，低電平有效 /CS端接地，表明器件始終有效。l /RD端（2管腳）讀允許信號輸入，低電平有效 如果/RD接地，數字信號輸出端DB0DB7的數據可以實時輸出模數轉換的結果。ADC0804引腳功能 轉換控制端轉換控制端l /WR（3管腳）: 寫選通信號輸入，低電平啟動A/D轉換。l /INTR（5管腳）：轉換結束標志，當ADC0804完成一次模數轉換后， /INTR輸出低電平。l /W

35、R端與電阻R1和電容C1組成的結構相連，上電時可啟動ADC0804的首次模數轉換。當ADC0804轉換完一次，則/INTR端輸出一個低電平，表明器件轉換完畢，這個低電平恰好成為/WR端的使能信號，開始ADC0804的下一次模數轉換。ADC0804引腳功能 時鐘信號l CLK IN端（4管腳）、CLK R（19管腳）為ADC0804的時鐘信號端。 圖中電阻R11、電容C2與ADC0804的CLK R端和CLK IN端組成了ADC的時鐘電路，這個結構使用的是ADC0804的內部時鐘。ADC0804引腳功能 模擬電壓輸入范圍模擬電壓輸入范圍ADC0804支持差分信號輸入，差分信號可從VIN(+)端（

36、6管腳）和VIN(-)端（7管腳）輸入。如果輸入非差分信號時，信號輸入VIN(+)端，并將VIN(-)端接地。ADC0804模擬輸入電壓范圍為 0+5V。ADC引腳功能 接地端51ADC0804采用單電源供電，一般工作電壓為+5V。ADC0804有A GND（8管腳）和D GND（10管腳）兩個接地端。A GND、D GND分別為模擬信號接地端和數字信號接地端。AGND與模擬信號的輸入接地端相連，而DGND當與數字電路部分電源的接地端相連。之所以要將AGND和DGND分別接地的原因是將模擬輸入信號與數字輸出產生的瞬間電平隔離開來，確保轉換的精度。ADC0804的參考電壓與分辨率參考電壓與分辨率

37、參考電壓的大小影響ADC的分辨率。分辨率的計算方法為：2/2256tVREFA在圖中，通過調節電位器RP1使(VREF/2) =2.0V，則分辨率為：2/22 2.0V15.6mV256256tVREFAADC0804的參考電壓與分辨率參考電壓與分辨率VREF/2端上的電壓還決定了ADC能有效轉換的最大模擬輸入電壓值，為(VREF/2)的2倍。比如再調節電位器RP1使 =1.28V，則所能有效轉換的最大模擬輸入電壓為1.282=2.56V，分辨率為2.56V/256=10mV。如果ADC0804的VREF/2端懸空則芯片內部電路會使其=2.5V，有效轉換的最大模擬輸入電壓為+5V（與工作電壓相

38、等）ADC0804與STC89C52的接口電路（實驗箱）ADC0804的的DB0DB7與單片機的與單片機的P1口口相相連，連，CS接接U2鎖存器鎖存器的的Q7（P0.7），），/WR及及/RD分別與單片機的分別與單片機的/WR和和/RD相連。相連。其轉換結束中斷輸出端其轉換結束中斷輸出端/INTR未連接未連接ADC0804轉換時序3. 檢測/INTR電平，當/INTR端出現低電平，表明轉換完成，否則循環等待。4. 使/RD端由高電平轉為低電平，使DB0DB7輸出數字信號。5. 當DB0DB7出現數據后，單片機通過I/O口讀取。1. 使能端/CS為低電平。2. /WR由高電平到低電平的跳變，啟動

39、A/D轉換。WR BIT P3.6RD BIT P3.7MAIN: SETB P2.7；U2鎖存器選通鎖存器選通 MOV P0, #7FH; P2.7=0, /CS為為0，允許，允許ADC工作工作 CLR P2.7; 鎖存鎖存/CSLOOP: SETB WR NOP CLR WR ; 啟動啟動A/D轉換，也可用轉換，也可用 MOVX NOP SETB WR MOV R6, #14H;DLAY：NOP NOP DJNZ R6, DLAY；100s延時延時延時法讀取結果延時法讀取結果 MOV P1,#0FFH;P1準備讀準備讀A/D轉換結果轉換結果 SETB RD NOP CLR RD ;/RD使

40、能使能 NOP MOV A, P1;讀讀A/D轉換結果轉換結果 SETB RD LCALL DELAY; 延時延時 SJMP LOOP; 循環采樣循環采樣 四、四、8 8位位A/DA/D轉換器轉換器 ADC0809ADC0809ADC0809ADC0809是逐次比較式的是逐次比較式的8 8路路8 8位位A/DA/D轉換器，轉換速度轉換器，轉換速度為為100 100 s s，電源電壓，電源電壓+5V+5V內部結構圖內部結構圖ADC0809引腳分配28腳腳DIP封裝封裝IN0IN7：8路模擬輸入路模擬輸入由通道選擇端由通道選擇端C，B，A選選擇其中一路的輸入進行擇其中一路的輸入進行A/D轉換轉換引

41、腳功能C、B、A：模擬通道地址選擇線，輸入：模擬通道地址選擇線，輸入ALE：地址鎖存允許信號，輸入。由低到高的正跳變有效，：地址鎖存允許信號，輸入。由低到高的正跳變有效，此時鎖存地址選擇線的狀態，從而選通相應的模擬通道，此時鎖存地址選擇線的狀態，從而選通相應的模擬通道，以便進行以便進行A/D轉換。轉換。2-8、2-72-1：數字輸出線，輸出。：數字輸出線，輸出。2-8為最低位（為最低位（D0，LSB），），2-1為最高位（為最高位（D7，MSB）。）。START：啟動信號，輸入，高電平有效。為了啟動轉換，：啟動信號，輸入，高電平有效。為了啟動轉換，應加正脈沖信號。脈沖的上升沿將內部寄存器清應加

42、正脈沖信號。脈沖的上升沿將內部寄存器清0，下降沿，下降沿開始轉換。開始轉換。EOC：轉換結束信號，輸出，高電平有效。在：轉換結束信號，輸出，高電平有效。在START的上的上升沿之后升沿之后08個時鐘期間，個時鐘期間，EOC變為低電平。當轉換結束變為低電平。當轉換結束時，時，EOC變為高電平。變為高電平。OE：輸出允許信號，輸入，高電平有效。：輸出允許信號，輸入，高電平有效。CLK：時鐘信號，輸入。：時鐘信號，輸入。ADC0809的主要性能指標分辨率為分辨率為8位位非調整誤差為非調整誤差為1 LSB具有鎖存功能的具有鎖存功能的8路模擬開關，對路模擬開關，對8路模擬電壓分別路模擬電壓分別進行轉換。

43、進行轉換。輸出與輸出與TTL兼容。兼容。可用單一電源供電，模擬電壓輸入范圍為可用單一電源供電，模擬電壓輸入范圍為05V，無，無須調零和滿刻度調整。須調零和滿刻度調整。三態鎖存輸出。三態鎖存輸出。低功耗為低功耗為15mW。ADC0809與8051的接口原理圖ADC0809與8051接口工作方式EOC:開始轉換時為低電平開始轉換時為低電平,當轉換結束時為高電平當轉換結束時為高電平.采集采集A/D轉換結果的三種方式轉換結果的三種方式 延時等待方式：執行延時等待方式：執行100s以上延時等待程序以上延時等待程序 查詢方式查詢方式: 查詢查詢EOC引腳引腳 中斷方式中斷方式: EOC經反相器接經反相器接

44、8051的外部中斷引腳的外部中斷引腳ALE=START=OE=端口地址確定應使端口地址確定應使P2.7=A15=0, A0、A1、A2給出被選給出被選擇的模擬通道地址擇的模擬通道地址設未占用地址線為設未占用地址線為1，則，則IN0IN7通道地址為通道地址為7FF8H7FFFH編程要點選通模擬量輸入通道選通模擬量輸入通道發出啟動信號發出啟動信號用延時、查詢或中斷方法等待轉換結束用延時、查詢或中斷方法等待轉換結束( (延時延時) )讀取轉換結果讀取轉換結果MAIN: MOV R1, #data；數據緩沖區首址數據緩沖區首址 MOV DPTR, #7FF8H; P2.7=0,且指向通道且指向通道O

45、MOV R7, #08H; 置通道數置通道數LOOP: MOVX DPTR, A; 啟動啟動A/D轉換轉換 MOV R6, #OAH;DLAY：NOP NOP NOP DJNZ R6, DLAY；100s延時延時 MOVX A, DPTR; 讀取轉換結果讀取轉換結果 MOV R1，A INC DPTR；指向下一個通道指向下一個通道 INC R1; 修改數據區指針修改數據區指針 DJNZ R7, LOOP; 8個通道全采樣完了嗎個通道全采樣完了嗎?延時法讀取結果延時法讀取結果中斷方式程序 主程序主程序： SETB IT1 SETB EX1 SETB EA MOV DPTR, #7FF8H MOV

46、 A，#0 MOVX DPTR，A中斷服務程序：中斷服務程序：EINT1: MOV DPTR, #7FF8HMOVX A, DPTRMOV 30H, AMOV A, #00MOVX DPTR, ARETI五、A/D采集的抗干擾措施算術平均算術平均滑動平均值法滑動平均值法( (循環隊列循環隊列) )去極值法去極值法低通濾波低通濾波7.4 D/A轉換器接口轉換器接口 用D/A轉換器把微型機輸出的數字量轉換成電壓或電流，可輸出各種波形的信號。D/AD/A轉換器轉換器+電流輸出電流輸出-參考電壓參考電壓 +（Vref） -電源電源+ -數字數字輸入輸入IoIoD/A轉換器原理框圖轉換器原理框圖一、硬件設計考慮的問題一、硬件設計考慮的問題選擇分辨率（選擇分辨率（3838位位/912/912位位/13/13位以上）位以上）確定精度（誤差范圍）確定精度（誤差范圍）D/AD/A轉換時間和路數轉換時間和路數輸入輸入/ /輸出特性和范圍輸出特性和范圍電源種類和功耗電源種類和功耗工作環境工作環境接口是否方便接口是否方便二、二、DAC0832DAC0832芯片介紹芯片介紹分辨率分辨率8 8位位電流輸出電流輸出, , 穩定時間穩定時間1 1