大学单片机原理及应用设计-胡辉-PPT文稿资料课件PPT
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大学单片机原理及应用设计-胡辉-PPT文稿资料课件PPT,大学,单片机,原理,应用,利用,运用,设计,胡辉,ppt,文稿,资料,课件
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单片机原理及应用设计,胡辉主编 王晓 戴永成 副主编,中国水利水电出版社 ISBN 7-5084-2910-9,21世纪高等院校规划教材,一、课程的性质和目的,单片机是微型计算机应用技术的一个重要分支，近年来在工业智能仪器仪表、光机电设备、自动检测、信息处理、家电等的得到广泛应用和迅速发展。,单片机原理及应用设计是为电子信息工程、测控技术类专业及计算机应用专业学生开设的专业基础必修课或专业基础选修课，本课程的教学目的是通过理论教学与实验环节，使学生正确理解单片机的基本概念、基本原理，掌握单片机程序设计和微机接口应用的基本方法，并能综合运用单片机的软、硬件技术分析实际问题，为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用和开发打下良好的基础，也是进一步学习计算机原理和有关接口知识重要环节。,二、课程教学内容,本课程以理论教学为主要环节，以学生课堂实验为辅，同时使用计算机辅助教学，44学时理论课和28学时实验课，具体安排如下:,1.计算机基础（4学时）,（1）单片机的基本概念 主要介绍单片机的发展概况（现状、未来的发展）、特点、应用和当前单片机的系列产品。 （2）单片机的数制表示法 主要介绍数制的转换、原码、反码、补码 及计算机中常用的编码。 （3）单片机常用逻辑电路简介 包括基本门电路、触发器、寄存器、计数器、三态门与缓冲器、译码器。,2.单片机的内部结构及工作原理 （4学时）,主要内容：掌握MCS-51单片机的内部结构及基本工作原理；单片机并行I/O口的结构特点；单片机最小系统的设计方法；单片机存储器的扩展方法。,3. 单片机的指令系统 （4学时）,主要内容：MCS-51单片机指令的格式、分类和寻址方式；汇编语言的各种指令类型；伪指令的使用及汇编语言程序的完整格式。,.程序设计 (共8学时，4学时讲授，4学时实验),主要内容：MCS-51单片机汇编语言程序设计的步骤；循环程序、分支程序、延时程序、查表程序的结构及使用方法；数制的转换原理；定点数、浮点数运算程序。,5. 单片机的中断系统 （共6学时，4学时讲授，2学时实验）,主要内容：MCS-51单片机中断源的种类及工作方式；外部中断的结构及原理中断控制寄存器IE、中断优先级寄存器IP及定时器/计数器及外部中断控制寄存器TCON的使用方法；,6.单片机的定时器/计数器 (共6学时，4学时讲授，2学时实验）,主要内容：单片机定时器/计数器的结构、原理、工作方式及使用方法。,7. 单片机的串行通信 （共6学时，4学时讲授，2学时实验）,主要内容：单片机串行通信I/O接口的结构及工作方式；串行通信控制寄存器的使用方法；MCS-51单片机串行通信波特率的设置方法；MCS-51单片机的双机通信和多机通信的基本原理。,8. 单片机C51程序设计 （共14学时，6学时讲授，8学时实验）,主要内容：C51的结构及特点；C51的的数据类型；C51的常量与变量、C51的运算符及程序的格式；C51的基本语句及C51的程序设计方法。,9. 并行I/O口的应用与扩展 （共8学时，2学时讲授，6学时实验）,MCS-51单片机基本I/O口的应用与扩展 ；键盘与显示器的扩展原理及方法；常用外围电路接口芯片8255、8155、8279的性能特点及使用方法；存储器的扩展原理与方法。,10. A/D、D/A转换器的应用 （共6学时，4学时讲授，2学时实验）,主要内容： MCS-51单片机与8位A/D和D/A转换的原理；MCS-51单片机与12位A/D转换器的串、并行接口技术；MCS-51单片机与具有总线接口芯片PCF8591的使用方法。,11. 单片机的应用实例 （共6学时，4学时讲授，2学时实验）,主要内容： MCS-51单片机在步进电机控制系统中的应用；数据采集系统的设计；单片机在温度控制系统中的应用；IC卡读写器的设计。,单片机原理及应用,课程特点 知识点既分散又连贯，结构和指令系统是基础； 与电子线路尤其是数字电子线路关系密切； 学习方法 预习、复习； 多动手（硬件、软件实验）； 多看参考书(包括利用网上资料)； 其它（上课、作业、答疑）。,第1章 单片机系统基础知识,1.1 概述 1.1.1 单片机的基本概念 1.微处理器的概念 MPU是微处理器的缩写（Microprocessor），简称为MP。MPU是集成在同一块芯片上的具有运算和控制功能逻辑的中央处理器。微处理器不仅是构成微型计算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部件，而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计算机的基础。,1.1.1 单片机的基本概念,2微型计算机的概念 微型计算机（microcomputer）是指由微处理器加上采用大规模集成电路制成的程序存储器和数据存储器，以及与输入/输出设备相连接的I/O接口电路，微型计算机简称MC。,1.1.1 单片机的基本概念,3单片机的基本概念 单片机SCMC(Single Chip MicroComputer) 属于微型机的一种 具有一般微机的基本组成和功能 其它名称： 微控制器MCU（MicroController Unit） 嵌入式微控制器（embedded microcontroller） 单片机是单片微型计算机的简称，也就是把微处理器（CPU）、一定容量的程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）、输入/输出接口（I/O）、时钟及其它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成在一个芯片上，构成的微型计算机系统。,1.1.1 单片机的基本概念,4嵌入式系统的基本概念 嵌入式系统泛指嵌入于宿主设备的系统中，嵌入的目的主要是用智能化提升宿主设备的功能。 嵌入式系统是以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类传感器加入，进入Internet网络技术的连接，而适应应用环境的产品。 特点： （1）嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力； （2）嵌入式微处理器具有功能很强的存储区保护功能。 （3）嵌入式微处理器功耗很低，,1.1.1 单片机的基本概念,5SOC的基本概念 SOC是片上系统的简称。所谓SOC 是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用SOC技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。在使用SOC技术设计应用系统时，除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。,1.1.2 单片机的发展概况,1单片机的发展阶段 （1）单片机的初级阶段 （2）单片机的中级（成熟）阶段 （3）单片机的高级（发展）阶段,1.1.2 单片机的发展概况,2单片机技术的发展方向 （1）内部结构 （2）功耗和电源电压方面 （3）工艺的进步及抗干扰能力的提高 （4）存储能力和Internet连接,1.1.3 单片机的特点和应用,1.单片机的特点 （1）体积小、使用灵活、成本低、易于产业化。 （2）可靠性好，适应温度范围宽。 （3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统、控制功能强。 （4）系统内无监控或系统管理程序。,2单片机的应用,（1）测控系统 （2）智能仪器仪表 （3）通讯产品 （4）民用产品 （5）军用产品 （6）计算机外部设备,1.1.4 单片机的系列产品介绍,18051类单片机 2Motorola单片机 3Microchip单片机 4华邦单片机 5Epson单片机 6Epson单片机 7NS单片机 8其它单片机 9. AT89系列,1.2 单片机的数制表示法,1.2.1 二进制、十进制与十六进制 1二进制 以2为基数的数制叫二进制，它只包括“0”和“1”两个符号 二进制数以B作为标识符。 一个含有n位整数， m位小数的二进制数可表示为： N=Xn12n-1Xn22n2 X020X12-1X22-2 Xm2-m 或：,举例,例如：二进制数101.101B等于十进制的5.625 其各位数码代表的数值为： 122021120121022123 =5.625,2十进制,以10为基数的数制叫十进制，十进制用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9等10个符号来表示。进位规则是“逢十进一”。十进制数以D作为标识符 。 一个含有n位整数，m位小数的十进制数可表示为： N=Xn110n-1Xn210n2 X0100X110-1X210-2 Xm10-m 或：,3十六进制,以16为基数的数制叫十六进制，进位规则是“逢十六进一”。十六进制数以H作为标识符。 一个含有n位整数，m位小数的十六进制数可表示为： N=Xn116n-1Xn216n2 X0160X116-1X216-2 Xm16-m 或：,1.2.2 数制的转换,1二进制十进制的转换 例如： 1101.11B=123122021120121122=13.75 2十六进制十进制的转换 例如： 3BH=316111160=59 1A6CH=116310162616112160=6764,3十进制二进制的转换,把一个十进制整数依次除以2，并记下每次所得的余数（1或0），最后所得的余数的组合即为转换的十进制数。第一位余数为最低位（LSB），最后一个余数为最高位（MSB）。 例如： 126= 1111110B,例如：213=11010101B,十进制数转换成二进制,例如：0.318=010100010B,4十六进制二进制的转换,将每位十六进制数转换成相应的四位二进制数即可。 5二进制十六进制的转换 只需从二进制数的最低位算起，每四位一个数，到最高位不够四位填0，即可按位转换成十六进制数。,6十进制十六进制的转换,十进制转换成十六进制与十进制转换成二进制方法一样，只是除数为16而不是2。而余数是0F中的任一个数。 例如： 9168=23D0H,1.2.3 原码、反码与补码,在计算机中，为了运算的方便，数的最高位用来表示正、负数。最高位为“0”表示正数，最高位为“1”表示负数。 为了区别原来的数与它在计算机中的表示形式，我们将已经数码化了的带符号数称为机器数。而把原来的数称为机器数的真值。,机器数有三种表示方法：原码、反码、补码。 1原码 在符号位用0表示正数，在符号位用l表示负数，而数值位保持原样的数，这样的机器数称为原码。 8位二进制原码表示的数的范围为：127127。 （1）正数 正数的原码与原来的数相同。 （2）负数 负数的原码为符号位置1，而数值位不变。 （3）0的原码表示 0的原码表示法有两种，即正0和负0。 +0原00000000 -0原10000000,2反码 8位二进制反码表示的数的范围为：127127 （1）正数 正数的反码与正数的原码相同。 （2）负数 负数的反码为数值位的值按位求反后，符号位取“1”。 (3）0的反码表示 0在反码中也有两种表示法，正0和负0。 +0反00000000 -0反11111111,3补码 8位二进制补码表示的数的范围为：128127。 补码概念举例：,（1）正数 正数的补码与正数的原码相同。 （2）负数 负数的补码由它的绝对值求反加1后得到。 （3）0的补码表示 0的补码表示只有一种，其表达式为： +0补=-0补00000000B 补码的加法规则是： XY补=X补Y补 补码的减法规则是： XY补=X补-Y补,补码运算举例1：,求十进制数7628的运算 76的2进制是 01001100 28的2进制是 00011100 - 28的补码是 00011100,补码运算举例2： 求十进制数3652的运算 -16补=11110000,总结： 对于正数：x原x反x补 对于负数：x反x原数值位取反，符号位不变。 x补=x反1 采取求补运算，可以将计算机中的减法运算转换成加法运算，从而节约了计算机的硬件成本。,1.2.4 计算机中常用的编码,1BCD（8421）码 采用二进制数对每一位十进制数字编码，这种编码方式称为BCD码（Binary coded Decimal Code）。 表1-2十进制与二进制的对照,（2）BCD码的换算 （3）BCD码加法 ：“逢十进一” ，若各位的和均在09之间，则其加法运算规则完全同二进制数加法的规则一样；若相加后的低4位（或高4位）二进制数大于9，或大于15（即低4位或高4位的最高位有进位），则应对低4位（或高4位）加6修正。 例如：BCD码X=59，Y=78，求X+Y X=0101 1001，Y=0111 1000,（4）BCD码减法 BCD码进行减法时，也会出现需要修正的现象，BCD码减法修正的条件和方法是：低4位向高4位借位，或低4位出现非法码，低4位减6修正；高4位出现非法码，或高4位向更高的借位，高4位减6修正。 例如：BCD码X=55，Y=38，求X-Y X=0101 0101，Y=0011 1000,2ASC码 ASC编码表（American standard Code for information interchange美国信息交换标准代码） ASC码用7位二进制数表示，可表达128个字符，其中包括数码09，英文大小写字母，标点符号和控制字符。7位ASC码分成二组：高3位一组，低4位一组，分别表示这些符号的列序和行序， ASC码的分组如图1-3所示。,常用的与门电路有2输入与门、3输入与门、4输入与门。常用的TTL电路的与门芯片有74LS08（四2输入正与门）、74LS09（四2输入正与门）、74LS11（三3输入正与门）、74LS21（二4输入正与门）等。,1.3 单片机常用逻辑电路简介,1.3.1 基本门电路 1与门电路 电路符号：,或门电路的形式也有许多种，常用的或门电路有2输入或门。TTL电路的或门芯片有74LS32（四2输入正或门）。,1.3 单片机常用逻辑电路简介,1.3.1 基本门电路 2或门电路 电路符号：,TTL电路的非门芯片有74LS04（六反相器）、74LS05（集电极开路型六反相器）。,1.3 单片机常用逻辑电路简介,1.3.1 基本门电路 3非门电路 电路符号：,常用的TTL电路的与非门芯片有74LS00（四2输入正与非门）、74LS10（三3输入正与非门）、74LS20（二4输入正与非门）、74LS30（8输入正与非门）、74LS01/03（集电极开路型四2输入正与非门）。 或非门芯片有74LS02（四2输入正或非门）、74LS27（三3输入正或非门）、74LS25（带选通端二4输入正或非门）。,4与非门和或非门电路 电路符号：,RS触发器的工作状态,1.3.2 触发器 1基本RS触发器,电路图,D触发器真值表,2D触发器 内部结构,JK触发器真值表,3JK触发器 内部结构,常用的TTL电路JK触发器有74LS70（带预置和清除端的正边沿触发器）、74LS72（带预置和清除端的JK主从触发器）、74LS73（带清除端的双JK触发器）、74LS76（带预置和清除端的双JK触发器）,2移位寄存器,1.3.3 寄存器 1简单的寄存器 常用的这类寄存器有74LS75、74LS175、CC4076等。,常用的这类移位寄存器有74LS194、74LS195、74LS164、74LS165、74LS166等。,1.3.4 计数器,1同步计数器 4位同步二进制计数器有74161，用T触发器构成的同步十六进制加法计数器有CC4520，单时钟同步十六进制加/减计数器有74LS191和74LS193。,同步十进制加法计数器,2异步计数器 异步十进制计数器有74LS290、74LS90、异步二进制计数器有74LS293、74LS197与,1.3.5 三态门与缓冲器 三态输出门电路可以加到寄存器的输出端上，这样的寄存器就称为三态（缓冲）寄存器。使用三态输出门电路，计算机就可以通过数据总线与一组寄存器接通，而断开另外一组寄存器，从而与任意多个寄存器交换信息。,1.3.6 译码器 3 8译码器,3补码 8,3补码 8,第10章 A/D、D/A转换器的应用,北华航天工业学院 电子工程系,Prof. 胡辉 Tel:2083013,Email: huhui,中国水利水电出版社 ISBN 7-5084-2910-9,本章学习目标,MCS-51单片机与8位A/D、D/A转换器的接口技术 MCS-51单片机与12位A/D转换器的串、并行接口技术 MCS-51单片机与具有总线接口芯片PCF8591的使用方法,10.1 A/D转换器的应用,10.1.1 8位逐次比较式A/D转换器0809的应用,1ADC0809的逻辑结构,ADC0809的主要特性,ADC0809的主要特性 （1）分别率为8位。 （2）最大不可调误差小于。 （3）单一+5V电源供电，模拟输入范围为05V。 （4）具有锁存控制的8路模拟开关。 （5）功耗为15mW。 （6）可锁存三态输出，输出与TTL兼容。 （7）不必进行零点和满度调整。 （8）转换速度取决于芯片的时钟频率，时钟频率 范围：101280kHz。,2ADC0809的引脚,地址与通道对应关系,（1）IN0IN7：8路模拟通道的输入端。 （2）D0D7：8位数字量输出端。 （3）VREF（+）、VREF（-）：正、负参考电压输入端。一般情况下VREF（+）与VCC相连接，VREF（-）与GND相连接 （4）CLOCK：时钟输入信号。 （5）START：转换启动信号，高电平有效。 （6）ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道选择输入端。 （7）ALE：地址锁存信号。 （8）EOC：A/D转换结束信号，此信号常被用来作为中断请求信号。 （9）OE：允许输出信号。,3ADC0809与8051接口电路,ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0013H SJMP INT1 ORG 0030H MAIN:MOV R1，#30H ；置数据区首址 MOV R7，#08H ；置通道数 MOV DPTR，#7FFF8H ；P2.70，指向IN0 SETB IT1 ；开中断 SETB EX1 SETB EA READ：MOVX DPTR，A ；启动A/D HERE：SJMP HERE ；等待中断 DJNZ R7，READ ；巡回未完继续, INT1：MOVX A，DPTR ；读取转换结果 MOVX R1，A ；存放数据 INC R1 ；指向下一存储单元 INC DPTR ；指向下一通道 RETI ；中断返回 END,（2）利用查询方式对8路模拟信号进行采集,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN：MOV DPTR，#7FF8H；P2.7=0，且指向IN0 MOV R1，#30H ；置数据区首地址 MOV R7，#08H ；置通道数 READ：MOVX DPTR，A ；启动A/D HERE：JB P3.3，HERE ；查询转换完否 MOVX A，DPTR ；读取转换结果 MOVX R1，A ；存放数据 INC R1 ；指向下一个存储单元 INC DPTR ；指向下一通道 DJNZ R7，READ ；巡回未完继续 END,10.2 D/A转换器的应用,10.2.1 8位D/A转换器0832的应用 1DAC0832的逻辑结构与引脚功能,其主要特性参数如下：,（1）分辨率：8位； （2）增益温度系数：0.02； （3）单电源供电：电源范围为+5V+15V； （4）转换速度：约1us； （5）数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式。,各引脚功能如下：,（1）DI0DI7：数字量输入端； （2）：片选信号输入端，低电平有效； （3）ILE ：允许输入锁存信号，高电平有效； （4）：输入锁存器写选通信号；,（5）：8位DAC寄存器写选通信号； （6）：传送控制信号，低电平有效； （7）IOUT1：DAC电流输出1端。当8位输入数字量全为1时，此电流最大；当8位输入数字量全为0时，此电流为0； （8）IOUT2：DAC电流输出2端。IOUT1+ IOUT2=常数； （9）：反馈电阻； （10）：参考电压输入端，可在-10V+10V范围内选择； （11）AGND、DGND：模拟地和数字地。 （12）VCC：电源，可在+5V+15V间选择。,2D/A转换器的输出方式,D/A转换器输出分为单极性和双极性两种输出形式。,单极性输出 双极性输出,3DAC0832与8051的接口电路,MCS-51与DAC0832接口时，可以有三种连接方式：单缓冲方式、双缓冲方式和直通方式。,单缓冲方式,产生锯齿波的程序如下：,DAADR EQU 7FFFH ； DAC0832端口地址 ORG 1000H STAR： MOV DPTR，#DAADR ；选中DAC0832 MOV A，#00H LP： MOVX DPTR，A ；向DAC0832输出数据 INC A SJMP LP,10.2.2 总线接口芯片PCF8591的应用,1串行总线概述 总线进行数据传输时只需两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。 总线是一个多主机总线，即一个总线可以有一个或多个主机，总线运行由主机控制。,总线的基本结构,2总线数据传送的模拟,（1）总线数据传送的时序要求 为了保证数据传送的可靠性，标准的总线数据传送有着严格的时序要求，如总线上时钟信号的最小低电平周期为4.7us，最小的高电平周期为4us等。 用单片机的普通I/O口模拟总线的数据传送时，单片机的时钟信号都能满足SDA、SCL上升沿、下降沿的时间要求，因此，在时序模拟时，最重要的是保证典型信号。,I2C总线数据传送典型信号时序,(2) 总线典型信号的模拟子程序,启动信号子程序STA STA： SETB P1.0 ；总线启动子程序 SETB P1.1 NOP NOP CLR P1.1 NOP NOP CLR P1.0 RET,终止信号子程序STOP,STOP： NOP ；停止子程序 CLR P1.1 SETB P1.0 NOP NOP SETB P1.1 NOP NOP CLR P1.0 RET,发送应答位子程序MACK,MACK： CLR P1.1 ；应答子程序 SETB P1.0 ；准备发送 NOP NOP CLR P1.0 SETB P1.1 RET,发送非应答位子程序MNACK,MNACK： CLR P1.0 CLR P1.1 SETB P1.1 ；非应答子程序 SETB P1.0 NOP NOP CLR P1.0 CLR P1.1 RET,（3）总线模拟传送的通用子程序,总线数据模拟传送的通用软件包除了上述基本的启动、停止、发送应答位和发送非应答位子程序外，还有应答位检查（CACK）、发送一个字节数据（WRBYT）、接收一个字节数据（RDBYT）、发送n个字节数据（WRNBYT）、接收n个字节数据（RDNBYT）子程序。, 应答位检查子程序CACK,在应答位检查子程序（CACK）中，设置了标志位，CACK中用F0作标志位，当检查到正常应答位后，F0=0，否则F0=1。 CACK： SETB P1.1 ；设P1.1为输入 SETB P1.0 ；准备读 CLR F0 MOV A，P1；读P1.1 JNB ACC.1，GEND ；判断有无应答 SETB F0 ；P1.1为“1”，无应答，F0=1 GEND： CLR P1.0 ；P1.1为“0”，有应答，F0=0 NOP RET, 发送一个字节数据（WRBYT）子程序,占用资源：R0，C。 WRBYT：MOV R0，#08H CLR P1.0 CLR C WLP： RLC A JC WR1 AJMP WR2 WLP1： DJNZ R0，WLP RET,WR1：SETB P1.1 SETB P1.0 NOP NOP CLR P1.0 CLR P1.1 AJMP WLP1 WR2：CLR P1.1 SETB P1.0 NOP NOP CLR P1.0 AJMP WLP1, 接收一个字节数据（RDBYT）子程序,RDBYT： MOV R0，#08H RLP： SETB P1.1 SETB P1.0 MOV A，P1 JNB ACC.1，RD0 AJMP RD1 RLP1： DJNZ R0，RLP RET RD0： CLR C MOV A，R2 RLC A MOV R2，A CLR P1.0 AJMP RLP1,RD1： SETB MOV A，R2 RLC A MOV R2，A CLR P1.0 AJMP RLP1, 发送n个字节数据（WRNBYT）子程序,WRNBYT：PUSH PSW MOV PSW，#18H MOV R3，NUMBYT LCALL STA MOV A，SLA LCALL WRBYT LCALL CACK JB F0，WRNBYT MOV R1，MTD WRDA： MOV A，R1 LCALL WRBYT LCALL CACK,LCALL WRBYT LCALL CACK JB F0，WRNBYT INC R1 DJNZ R3，WRDA LCALL STOP POP PSW RET, 读取n个字节数据（RDNBYT）子程序,RDNBYT：PUSH PSW MOV PSW，#18 MOV R3，NUMBYT LCALL STA MOV A，SLA LCALL WRBYT JB F0，RDNBYT RDN：MOVR1，#MRD RDN1：LCALL RDBY MOV R1，A DJNZ R3，ACK LCALL MNACK LCALL STOP,POP PSW RET ACK: LCALL MACK INC R1 SJMP RDN1,3PCF8591的主要特性与引脚功能,（1）AIN0AIN3：模拟输入端； （2）VSS：电源地线； （3）A0A2：地址输入端； （4）SDA：总线数据线； （5）SCL：总线的时钟输入端； （6）OSC：外部时钟输入端/内部时钟输出端； （7）EXT：时钟选择端。为1时，用外部时钟；为0时，用内部时钟； （8）AGND：模拟信号地； （9）VREF：基准电源输入端； （10）AOUT：D/A转换模拟,4PCF8591的结构与应用原理,控制寄存器其控制字格式如下： D1、D0=00时：模拟量输入通道选择0通道 D1、D0=01时：模拟量输入通道选择1通道 D1、D0=10时：模拟量输入通道选择2通道 D1、D0=11时：模拟量输入通道选择3通道,D2：自动增量选择位，此位有效，A/D转换通道自动循环递增，每次A/D转换结束都自动选择下一通道。 D3、D7：标志位，必须设置为“0”。 D5、D4：模拟量输入方式选择，分别为4路单端输入、3路差分输入、单端与差分混合、两路差分输入4种方式。,D6：模拟量输出允许位，D6=1时激活模拟量输出,5PCF8591的数据操作格式,（1）DAC数据操作格式 S：总线的启始信号（电平由高到低）； SLAW：总线的8位寻址字节（写）； A：应答信号（低电平）； CONBYT：PCF8591的控制字，D/A转换时控制字D6位置1； DATA0DATAn：待转换的二进制数； P：总线的终止信号（电平由低到高）。,（2）ADC数据操作格式,S：总线的启始信号； SLAW：总线的8位寻址字节（写）； A：应答信号； CONBYT：PCF8591的控制字； SLAR：总线的8位寻址字节（读）； DATA0DATAn：A/D转换的结果； ：非应答信号（高电平）； P：总线的终止信号。,6PCF8591与8051的接口电路,利用PCF8591的A/D转换器从通道0采集信号，再通过D/A转换器将信号输出的程序如下,SLAW0 EQU 90H SLAR0 EQU 91H COMMAND0EQU 40H ORG 0100H MAIN： MOV SP，#70H MOV SLA，#SLAR0 MOV NUMBYT，#01H LCALL RDNBYT MOV 31H，MRD MOV MTD，#COMMAND0 MOV SLA，#SLAW0 MOV NUMBYT，#02H LCALL WRNBYT LJMP MAIN,END,第10章 A/D、D/A转换器的应用 北华航天工业学院 电子工程系Prof. 胡辉 Tel:2083013Email: huhui中国水利水电出版社ISBN 7-5084-2910-9本章学习目标 MCS-51单片机与8位A/D、D/A转换器的接口技术MCS-51单片机与12位A/D转换器的串、并行接口技术MCS-51单片机与具有总线接口芯片PCF8591的使用方法 10.1 A/D转换器的应用 10.1.1 8位逐次比较式A/D转换器0809的应用 1ADC0809的逻辑结构ADC0809的主要特性 ADC0809的主要特性 （1）分别率为8位。 （2）最大不可调误差小于。 （3）单一+5V电源供电，模拟输入范围为05V。 （4）具有锁存控制的8路模拟开关。 （5）功耗为15mW。 （6）可锁存三态输出，输出与TTL兼容。 （7）不必进行零点和满度调整。 （8）转换速度取决于芯片的时钟频率，时钟频率 范围：101280kHz。2ADC0809的引脚 地址与通道对应关系 （1）IN0IN7：8路模拟通道的输入端。（2）D0D7：8位数字量输出端。（3）VREF（+）、VREF（-）：正、负参考电压输入端。一般情况下VREF（+）与VCC相连接，VREF（-）与GND相连接（4）CLOCK：时钟输入信号。（5）START：转换启动信号，高电平有效。（6）ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道选择输入端。（7）ALE：地址锁存信号。（8）EOC：A/D转换结束信号，此信号常被用来作为中断请求信号。（9）OE：允许输出信号。3ADC0809与8051接口电路 ORG0000H SJMPMAIN ORG0013H SJMPINT1 ORG0030HMAIN:MOVR1，#30H；置数据区首址 MOVR7，#08H；置通道数 MOVDPTR，#7FFF8H；P2.70，指向IN0 SETBIT1；开中断 SETBEX1 SETBEAREAD：MOVX DPTR，A；启动A/DHERE：SJMPHERE；等待中断 DJNZR7，READ；巡回未完继续 INT1：MOVXA，DPTR；读取转换结果 MOVXR1，A；存放数据 INCR1；指向下一存储单元 INCDPTR；指向下一通道 RETI；中断返回 END（2）利用查询方式对8路模拟信号进行采集 ORG0000H AJMPMAIN ORG0030HMAIN：MOVDPTR，#7FF8H；P2.7=0，且指向IN0 MOVR1，#30H；置数据区首地址 MOVR7，#08H；置通道数READ：MOVX DPTR，A ；启动A/DHERE：JBP3.3，HERE；查询转换完否 MOVXA，DPTR ；读取转换结果 MOVXR1，A；存放数据 INCR1；指向下一个存储单元 INCDPTR；指向下一通道 DJNZR7，READ ；巡回未完继续 END10.2 D/A转换器的应用10.2.1 8位D/A转换器0832的应用 1DAC0832的逻辑结构与引脚功能 其主要特性参数如下：（1）分辨率：8位；（2）增益温度系数：0.02；（3）单电源供电：电源范围为+5V+15V；（4）转换速度：约1us；（5）数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式。各引脚功能如下： （1）DI0DI7：数字量输入端；（2）：片选信号输入端，低电平有效；（3）ILE ：允许输入锁存信号，高电平有效；（4）：输入锁存器写选通信号；（5）：8位DAC寄存器写选通信号；（6）：传送控制信号，低电平有效；（7）IOUT1：DAC电流输出1端。当8位输入数字量全为1时，此电流最大；当8位输入数字量全为0时，此电流为0；（8）IOUT2：DAC电流输出2端。IOUT1+ IOUT2=常数；（9）：反馈电阻； （10）：参考电压输入端，可在-10V+10V范围内选择；（11）AGND、DGND：模拟地和数字地。（12）VCC：电源，可在+5V+15V间选择。 2D/A转换器的输出方式 D/A转换器输出分为单极性和双极性两种输出形式。 单极性输出 双极性输出3DAC0832与8051的接口电路 MCS-51与DAC0832接口时，可以有三种连接方式：单缓冲方式、双缓冲方式和直通方式。单缓冲方式产生锯齿波的程序如下：DAADREQU7FFFH； DAC0832端口地址ORG1000HSTAR：MOVDPTR，#DAADR；选中DAC0832MOVA，#00HLP：MOVXDPTR，A；向DAC0832输出数据INCASJMPLP10.2.2 总线接口芯片PCF8591的应用1串行总线概述 总线进行数据传输时只需两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。总线是一个多主机总线，即一个总线可以有一个或多个主机，总线运行由主机控制。 2总线数据传送的模拟 （1）总线数据传送的时序要求 为了保证数据传送的可靠性，标准的总线数据传送有着严格的时序要求，如总线上时钟信号的最小低电平周期为4.7us，最小的高电平周期为4us等。 用单片机的普通I/O口模拟总线的数据传送时，单片机的时钟信号都能满足SDA、SCL上升沿、下降沿的时间要求，因此，在时序模拟时，最重要的是保证典型信号。I2C总线数据传送典型信号时序 (2) 总线典型信号的模拟子程序 启动信号子程序STASTA：SETBP1.0 ；总线启动子程序 SETB P1.1 NOP NOP CLRP1.1 NOP NOP CLRP1.0 RET终止信号子程序STOPSTOP：NOP；停止子程序 CLRP1.1SETBP1.0 NOP NOP SETBP1.1 NOP NOP CLR P1.0 RET发送应答位子程序MACKMACK：CLR P1.1；应答子程序 SETB P1.0；准备发送 NOP NOP CLR P1.0 SETB P1.1 RET发送非应答位子程序MNACKMNACK： CLRP1.0 CLRP1.1 SETBP1.1；非应答子程序 SETBP1.0 NOP NOP CLRP1.0 CLRP1.1 RET（3）总线模拟传送的通用子程序总线数据模拟传送的通用软件包除了上述基本的启动、停止、发送应答位和发送非应答位子程序外，还有应答位检查（CACK）、发送一个字节数据（WRBYT）、接收一个字节数据（RDBYT）、发送n个字节数据（WRNBYT）、接收n个字节数据（RDNBYT）子程序。 应答位检查子程序CACK在应答位检查子程序（CACK）中，设置了标志位，CACK中用F0作标志位，当检查到正常应答位后，F0=0，否则F0=1。CACK：SETBP1.1；设P1.1为输入 SETBP1.0；准备读 CLRF0 MOVA，P1；读P1.1 JNBACC.1，GEND ；判断有无应答 SETBF0；P1.1为“1”，无应答，F0=1GEND：CLRP1.0；P1.1为“0”，有应答，F0=0 NOP RET 发送一个字节数据（WRBYT）子程序占用资源：R0，C。WRBYT：MOVR0，#08H CLRP1.0 CLRCWLP： RLCA JCWR1 AJMPWR2WLP1： DJNZR0，WLP RETWR1：SETBP1.1 SETBP1.0 NOP NOP CLRP1.0 CLRP1.1 AJMPWLP1WR
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