第一章单片机接口技术1111

第一章单片机接口技术§1.1单片机与显示器接口§1.2单片机与A/D转换器接口§1.3单片机与V/F转换器接口§1.4单片机与I/O芯片接口一．LED（LightEmittingDiode）显示器LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。有共阴极与共阳极两种，如图1所示。共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地。如图中（a）所示，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接，如图中（b）所示。图中（c）为七段码显示器的实际外观与引脚连接图，另外两只没有标出的引脚是公共端，实际连接中接地（共阴）或者接+5伏（共阳）。LED显示方式分为静态和动态两种。1.静态显示方式LED显示器工作在静态显示方式下，公共端连接在一起接地或接+5V；每位的段选线（a～dp）与一个8位并行口相连。LED显示某个字符时，显示器一直显示，相应发光管导通，另一些则截止，直到显示下一个字符为止。单片机接2个LED显示器，静态显示，如图3所示。静态显示电路特点:1.每一位LED需一个锁存器，硬件电路成本高；2.软件编程容易，显示亮度较高。适用范围：一般用于显示位数较少或CPU工作任务忙的场合。这类电路中，需要在软件中将要显示的字形翻译或写入锁存器的显示字形代码，也可采用一些集成芯片进行硬件译码。2.动态显示方式在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线（数据线）并联在一起，由一个8位的I/O控制，而共阴极点或共阳极点分别由相应的I/O口线控制。图5所示就是一个6位LED动态显示电路。相对静态显示，动态显示特点：1.硬件电路简单2.软件编程稍复杂，且需要不停地刷新，占用CPU时间多，常用于显示位数较多的场合。图5中扩展了6个LED共阴极显示器，字形代码锁存器向所有显示器的a～g提供字形代码，位数选择锁存器输出至6个显示器的公共端，选择哪一个LED显示（点亮）。动态显示过程：每一时刻只有一个显示器点亮，数位选择锁存器确定显示位，字形锁存器确定内容。6个显示器分别显示字形：1207581)送8的字形代码到字形锁存器；2)数位锁存器输出，使LED0点亮；3)保持1～2mS重复以上过程，依次送5，7，0，2，1的代码，相应点亮LED1，LED2，LED3，LED4，LED5。然后，从LED0重复以上显示过程。§1.2单片机与A/D转换器接口（一）概述：只要反映外界状态的信号输入通道都可称为前向通道。A/D转换器接口是单片机最为典型的前向通道接口。前向通道中的信号检测总是针对着被测对象的，现场环境因素严重地影响着测试精度。（二）前向通道的信号类型小信号模拟电压，则首先应将该信号电压放大，放大到能满足A/D转换、V/F转换要求的输入电压。±10V,±5V,±2.5V对于以电流为输出信号的传感器或传感仪表则首先应通过I/V转换，将电流信号转换成电压信号。10mA或20mA对于频率信号，能满足TTL电平要求时可直接输入单片机的I/0口、扩展I/0口或中断I/O口；对于小频率信号则应通过放大、整形变换成TTL电平方波信号后再送入。对于开关信号，如各种参量开关信号，能满足TTL电平要求时，可直接输入到单片机的I/O口、扩展I/O口或中断入口。(三）主要内容:1.多路开关及采样-保持器1.1采样定理1.2采样保持S/H2.A/D转换器的原理和性能参数2.1A/D转换器类型2.2A/D接口2.3ADC08092.4AD5742.5串行输出A/D芯片3．模拟信号的多路输入1.多路开关及采样-保持器在微型计算机测量及控制系统中，往往需要对多路或多种参数进行采集和控制。必须通过多路模拟开关进行切换，使各路参数分时进入微型计算机。此外，在模拟量输出通道中，为了实现多回路控制，需要通过多路开关将控制量分配到各条支路上。另一方面，模拟量参数经放大、滤波等一系列处理后，尚需转变成数字量，才能进入计算机系统。同时，在模拟量输出通道中，为使各输出通道得到一个平滑的模拟量输出，也必须保持有一个恒定的值。能够完成上述两项任务的器件叫做采样一保持器。这一节里，主要介绍多路开关及采样一保持器。采样复现失真图6采样波形图（a）1.1采样定理理想每个周期采样两次零级重构数据一级重构数据相位移1/4图6采样波形图（b）从图6可以看出，一个连续变化的信号，经采样后形成一个脉冲序列。采样的频率越高，离散后的信号愈接近连续输入函数；但是如果采样频率太高，将会把许多宝贵的时间用于采样，而失去了实时控制的机会。采样定理：在理想数据采样系统中，为了使采样输出信号能无失真地复现原输入信号，采样频率ωs至少为输入信号最高有效频率ωm的两倍，即：ωs≥ωm；否则会出现频率混迭误差。即：要求在数据带宽的每个周期内至少采样两次。1.2采样保持S/H在转换过程中，如果模拟量产生变化，将直接影响转换精度。特别是在同步系统中，几个并联的参量需取自同一瞬时，而各参数的A／D转换又共享一个芯片，所得到的几个量就不是同一时刻的值，无法进行计算和比较。采样一保持器（Sample/Hold），简写为S/H。孔径时间孔径误差tAuu图7孔径误差示意图S／H有两种工作方式，一种是采样方式，另一种是保持方式。描述上述采样－保持过程的示意曲线图，如图8所示。采样保持采样保持utt图8采样－保持器的工作方式（1）保持采样信号不变，以便完成A/D转换；（2）同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；（3）减少D／A转换器的输出毛刺，从而消除输出电压的峰值及缩短稳定输出值的建立时间；（4）把一个D／A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出的稳定性。采样一保持器的主要用途是：LF398：LF398157224k1k34+12V-12V6VinVoutCC=0，关闭（保持），Vout不变；C=1，采样（打开），Vout变化§2.A/D转换器的原理和性能参数2.1A/D转换器类型1）逐次比较式种类最多，数量最大。如：ADC0801～0805，ADC0808系列，转换时间约100μs；AD574A(674、1674)转换时间约25μs。2）双积分式首先将模拟电压通过二次积分（定时积分、定值积分）转换成积分时间，然后转换成计数脉冲，以二进制或BCD码输出。转换时间长（大于40mS），使用方便，性能价格比很高。如：美国Intersil公司的ICL7109，ICL7106/7107美国Motorola公司的MC144333）量化反馈式在电荷平衡式V/F转换技术基础上改进而成的，输出技术值与输入电压成正比。不断充电、反充电，D触发器翻转。如：美Silconix公司的LD-130，31/2位4）并行式A/D转换速度最快，产品不多如：美TRW公司，TDC1007J,8位，转换速率20MSPS（每秒采样兆次数），参考电压分为256级，送至256个比较器上与输入电压比较。再通过段鉴别，编码电路输出二进制编码。2.2A/D转换接口输出状态：并行输出，串行输出，二进制编码，BCD码时钟：内部时钟，外部时钟转换结束信号与TTL、CMOS、ECL电路的兼容性分辨率：8位、10位、12位、14位、16位BCD：31/2－满量程1999，41/2－199992.3ADC0809自带多路转换器，模拟通道IN0~IN7,由ADDC，ADDB，ADDA选择，外部提供时钟，可取自ALE（分频为500kHz）(1)通道选择线A、B、C接地址A0、A1、A2或接D0、D1、D2，选通接P2.7或接译码器输出（FE00H）对IN3进行A/D转换，启动程序如下：MOVDPTR,#0FE00HMOVA,#03HMOVX@DPTR,AP2.7选通选通（高位地址线译码）由A2,A1,A0选IN3由D2,D1,D0选IN3由A2,A1,A0选IN3由D2,D1,D0选IN3MOVDPTR,#7FFBMOVX@DPTR,A1………11011MOVDPTR,#7FFFHMOVA,#03HMOVX@DPTR,A0………00011MOVDPTR,#0FE03HMOVX@DPTR,AINT3INT3(2)EOC为转换结束，EOC有效，才读取转换结果•延时等待，不接EOC，启动后软件延时100msMOVR7,#0FFH；DJNZR7,$；延时255个机器周期•中断：转换结束，EOC有效，8031响应中断后读取转换结果。•查询：启动后，查询EOC引脚，也可直接引至引脚。EOC读状态位P1.0(3)MOVXA,@DPTR；*EOC在启动后约需10μs才由1转为0(4)输入加偏置电路，进行双极性输入。2.4AD574分辨率为12位,DB11～DB0例：1000㎏拉力传感器，满量程输出为5V，(1000*9.8)/5000=1.96N/mV8位分辨率：5V/28＝19.53mV＝38.29N12位分辨率：5V/212＝1.22mV＝2.39N工作电源±15V(或±12V)，+5V单路模拟量输入，量程有4种，模拟量输入电路的连接方法：单极性输入：0～+10V；0～+20V双极性输入：-5～+5V；-10～+10V8031与AD574的接口图(12/与TTL不兼容，直接接+5V或接地)、通过与非门与CE相连，无论启动、转换、读数,CE均为高。574的，A0、在读取数据时应保持相应电平，故从锁存器后接入（分别接A7、A1、A0）转换结果为12位，分高8位，低4位两次输出，连P0口，接地，STS可供查询或中断，图中由P1.0查询，启动时，应先保持低电平，CE、后有效，否则会产生读数据操作。转换程序：结果存入30H，31HMOVDPTR,#0FF7CHMOVX@DPTR,A;启动12位A/D转换JBP1.0,$;查询STS，1正在转换MOVDPTR,#0FF7DH;MOVXA,@DPTR;读高8位MOV30H,AMOVDPTR,#0FF7FHMOVXA,@DPTR;读低4位ANLA,#0F0H;屏蔽无效位，左对齐MOV31H,A输入为单极性，10Vin：051020Vin：01020000～800～FFF输入为双极性，输出为偏置二进制码信号接10Vin：-5V～0～+5V信号接20Vin：-10～0～+10000800FFFAD674A，与AD574兼容，快速AD1674，10µs，自带采样保持器变换为补码：正：-800H负：+F800H2.5串行输出A/D芯片单通道TLC1549接口逐次比较型10位A/D，自带时钟6个工作方式：区别主要是cs是否连续为低电平快速、慢速：决定于I/OCLOCK周期I/OCLOCKREF+ANALOGINCSDATAOUTVCCGND12345678REF-TLC1549引脚功能CS引脚序号引脚名称功能说明1REF+正基准电压，通常取为VCC2ANALOGIN模拟信号输入端3REF-负基准电压，通常接地4GND模拟信号和数字信号地5片选端，低电平有效6DATAOUT串行数据输出端，当片选为低电平时，输出端有效；当片选为高电平时，输出端为高阻态7I/OCLOCK输入/输出时钟端，用于接收外部送来的时钟信号，最高频率2.1MHz8VCC正电源电压4.5～5.5VTLC1549工作原理I/OCLOCK的时钟频率为2.1MHz，则完成一次A/D转换的时间大约为26μsCS有效，I/OCLOCK控制DATAOUT输出前次转换数据，同时A/D转换器对本次转换采样。方式1工作时序CSI/OCLOCKDATAOUT12345678910A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0高阻态转换间隙上次转换的数据采样周期TLC1549与89C51接口89C51P3.0P3.1P3.2TLC1549ANALOGINCSI/OCLOCKDATAOUTREF-GNDVCCREF+89C51读取TLC1549中10位数据程序如下：CSEQUP3.0CLKEQUP3.1DATAEQUP3.2ORG0050HR1549：CLRCS；片选有效，选中TLC1549CLRAMOVR0，#2；先读取高两位数据LCAL