单片机原理及其应用课件--第八章-2.ppt

1 第8章MCS 51单片机的接口技术 8 1显示器及其接口8 2键盘接口8 3D A转换器及其接口8 4A D转换器及其接口8 5打印机接口 8 6拨码盘及语音接口 2 8 3D A转换器及其接口8 4A D转换器及其接口 单片机和被控实体间的接口示意图 3 8 3D A转换器及其接口 8 3 1D A转换器8 3 2MCS 51和D A的接口 4 8 3 1D A转换器 图8 3 1最简单D A转换器框图 5 关系式 Vout B VR式中 VR为常量 由参考电压VREF决定 B为数字量 常为一个二进制数 B的位数通常为8位和12位等 由D A转换器芯片型号决定 B为n位时的通式为 B bn 1bn 2 b1b0 bn 1 2n 1 bn 2 2n 2 b1 21 b0 20式中 bn 1为B的最高位 b0为最低位 6 1 D A转换器的原理 D A转换器的原理 把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟量 并通过运算放大器求和相加 如图8 3 2所示 7 图8 3 2T型电阻网络型D A转换器 根据克希荷夫定律 如下关系成立 I0 1 2 I1I1 1 2 I2I2 1 2 I3I3 VREF 2R 8 n位D A转换器 9 D A转换器的输出形式电压输出电流输出输出加运放将电流转为电压 D A转换器的输入锁存无锁存器不能与P0直接相连 有锁存器能与P0直接相连 10 2 D A转换器的性能指标 l分辨率 分辨率是指D A转换器的单位数字量引起的模拟量输出的变化 一般定义为 输出满度与2n的比值 例如 8位D A 输出满度是5V 分辨率为5 28 19 5mvl转换精度 转换精度指满度校准时 在全量程内 DAC的实际模拟输出值与理论值的最大相对误差 l线性度 线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移误差 l建立时间 建立时间是数据变化满刻度时 输出达到终值 1 2 LSB所需的时间 11 3 DAC0832 lDAC0832内部结构DAC0832内部由三部分电路组成 图8 3 3 8位输入寄存器 8位DAC寄存器 8位D A转换电路 由8位T型电阻网络和电子开关组成 图8 3 3DAC0832原理框图 12 l引脚功能DAC0832共有20条引脚 双列直插式封装 1 数字量输入线DI7 DI0 8条 2 控制线 5条 3 输出线 3条 4 电源和地线 4条 图8 3 4DAC0832原理框图 13 第一级寄存器选通 ILE 1 CE 0 WR1 0第二级寄存器选通 WR2 0 XFER 0 14 8 3 2MCS 51和D A的接口 1 DAC的应用lDAC用作单极性电压输出lDAC用作双极性电压输出 图8 3 5 表8 3 1 lDAC用作程控放大器 图8 3 6 15 图8 3 5双极性DAC的接法 16 表8 3 1双极性输出电压与输入数字量的关系 17 图8 3 6用DAC0832作程控放大器 18 19 2 MCS 51与8位DAC的接口MCS 51和DAC0832接口时 有三种连接方式 直通方式单缓冲方式 如图8 3 7所示 双缓冲方式 如图8 3 9所示 20 图8 3 7单缓冲方式下的DAC0832 MOVA 80HMOVR0 0FEHMOVX R0 A 5V 21 图8 3 8DAC产生波形 22 锯齿波ORG0000HSTART MOVR0 0FEHCLRALOOP MOVX R0 AINCASJMPLOOPEND 23 三角波ORG0000HSTART MOVR0 0FEHCLRADOWN MOVX R0 AINCAJNZDOWNUP DECAMOVX R0 AJNZUPSJMPDOWNEND 24 矩形波ORG0000HSTART MOVR0 0FEHLOOP MOVA 33HMOVX R0 AACALLDELAY1MOVA 0FEHMOVX R0 AACALLDELAY2SJMPLOOPEND 25 图8 3 98031和两片DAC0832的接口 双缓冲方式 FDH1 DAC0832输入寄存器地址FEH2 DAC0832输入寄存器地址FFH1 和2 DAC0832DAC寄存器地址 26 设8031内部RAM中有两个长度为20的数据块 其起始地址分别为20H和40H 编出能把20H和40H中的数据同步从1 和2 DAC0832输出的程序 程序设计 设0区R1寄存器指向20H单元 1区R1指向40H单元 0区R2寄存器存放数据块长度 0区和1区的R0指向DAC端口地址 27 ORG0000HDTOUT MOVR1 20H 1 DAC数据区指针MOVR2 20 数据块长度计数器SETBRS0 切换到1区MOVR1 40H 2 DAC数据区指针CLRRS0 回0区NEXT MOVR0 0FDH 1 DAC输入寄存器地址MOVA R1 取1 DAC数据指针指向单元中的数据MOVX R0 A 数据送1 DAC0832输入寄存器INCR1 修改1 数据指针SETBRS0 转1区MOVR0 0FEH 2 DAC输入寄存器地址 28 MOVA R1 取2 DAC数据指针指向单元中的数据MOVX R0 A 数据送2 DAC0832输入寄存器INCR1 修改2 数据指针INCR0 指向1 2 DAC端口地址MOVX R0 A 启动两片DAC0832同时进行转换CLRRS0 回0区DJNZR2 NEXT 数据未传送完 继续LJMPDTOUTEND 29 3 MCS 51与12位DAC的接口lDAC1208的内部结构和原理 图8 3 10 lMCS 51和DAC1208的连接 图8 3 11 30 图8 3 10DAC1208内部框图 31 高8位输入寄存器地址4001H 先送8位数据低4位输入寄存器地址4000H 再送4位数据DAC寄存器地址6000H 最后再打开DAC寄存器 图8 3 118031和DAC1208接口图 32 软件编程将存在DIGIT和DIGIT 1的12位数据送入DAC1208作D A转换 ORG100HMOVDPTR 4001H 8位输入寄存器地址MOVR1 DIGIT 高8位数据地址MOVA R1 取数据MOVX DPTR A 高8位送入DAC1208DECDPL 4位输入寄存器地址INCR1 低4位数据地址MOVA R1 取数据MOVX DPTR A 低4位送入DAC1208MOVDPTR 6000H DAC寄存器地址MOVX DPTR A 同步作D A转换 33 34 8 4A D转换器及其接口 8 4 1A D转换器概述8 4 2逐次逼近式A D转换器的工作原理8 4 3MCS 51和ADC0809的接口8 4 4MCS 51和AD574的接口 35 对于一个模拟信号转换成数字信号所要求的基本部件有 模拟多路转换器与信号调理电路 采样 保持电路 A D转换器 通道控制电路 36 8 4 1A D转换器概述 1 A D转换器的分类 37 2 A D转换器的性能指标 1 转换时间 完成一次模拟量到数字量转换所需的时间 转换时间的倒数为转换速率 2 分辨率 用二进制位数n来表示 如8位 12位 16位等 分辨率为n位表示它能对满量程输入的1 2n的增量做出反映 若n 8 满量程输入为5V 则能辨别的模拟电压增量是5V 28 19 5mV 3 转换精度 在满量程内 实际转换值与理想转换值的最大误差 38 3 A D转换器的选用 1 A D转换器位数的确定位数确定即分辨率的确定 决定精度要求 估算时至少比总精度要求的分辨率高一位 2 转换速率的确定根据实际需求确定A D的转换速率 温度 流量 压力等缓变量的采集可用慢速A D 几毫秒 上百毫秒 转速 电流等的采集用几十微秒的A D 位数速度 39 3 采样保持器的使用原则上A D转换器对模拟信号转换期间 其输入信号应保持不变 通过采样保持器完成信号保持的功能 对直流和相对A D转换速率很慢的信号可以不用采样保持器 8位100us的A D 在无采保时 能转换的最高正弦信号频率为12Hz 4 其他工作电压基准电压串行与并行 40 8 4 2逐次逼近型ADC基本原理 图8 4 1逐次逼近ADC原理电路框图 逐次逼近式A D转换器是一种采用对分搜索原理来实现A D转换的方法 逻辑框图如图8 4 1所示 41 图8 4 2四位逐次逼近型A D转换时序 42 8 4 3ADC0809逻辑框图 8 4 3MCS 51和ADC0809的接口 1 ADC0809逻辑结构图 43 2 引脚结构ADC0809采用双列直插式封装 共有28条引脚 其引脚结构如图8 4 4所示 引脚结构 1 IN7 IN0 8条模拟量输入通道 2 地址输入和控制线 4条 3 数字量输出及控制线 11条 4 电源线及其他 5条 图8 4 4ADC0809引脚图 44 被选通道和地址的关系 45 图8 4 50809工作时序图 3 时序图 实际应用中 ALE与START接在一起 启动A D转换 用MOVX DPTR A 转换结束可查询EOC状态读取结果 也可EOC产生中断 CPU响应中断后读入结果 46 4 ADC0809与MCS 51单片机的接口电路 图8 4 60809与8031接口电路 启动转换地址 0111111111111xxx 7FFXH读结果地址 0111111111111xxx 7FFXH 6MHz 47 编程 软件延时对8路模拟信号采集一次并存入数据存储区 MAIN MOVR1 30HMOVDPTR 7FF8H P2 7 0 选0通道MOVR7 08H 置通道个数LOOP MOVX DPTR AMOVR6 0AHDELAY NOPNOPNOPDJNZR6 DELZYMOVXA DPTR 读结果MOV R1 A 存结果INCDPTR 下一通道INCR1DJNZR7 LOOP 48 编程 用中断方式编写程序 硬件图在EOC和INT1之间加一个非门 INTT1 SETBEASETBIT1 下沿触发SETBEX1MOVR1 30HMOVR7 08H 置通道个数MOVDPTR 7FF8H P2 7 0 选0通道MOVX RPTR A 启动A D 49 PINT1 MOVXA RPTR 读A D结果MOV R1 A 存结果DJNZR7 NEXTCLREX1CLREASJMPEXITNEXT INCDPTR 下一通道INCR1MOVX DPTR A 启动A DEXIT RETI 50 ORG0000HAJMPSTORG0003HAJMPRDADST MOVR0 40HSETBEASETBEX0SETBIT0 INT0下降沿触发ANLP1 0F8H 准备启动IN0CLRP3 4SETBP3 4 发出START信号CLRP3 4AJMP RDAD MOVP1 0FFH P1口作输入CLRP3 5 使OE 1MOV R0 P1 读转换结果SETBP3 5 使OE 0RETI 51 8 4 4MCS 51和AD574的接口 1 AD574逻辑结构图与引脚 AD574A引脚排列图 8 4 7AD574A的原理结构图 52 2 结构特点 AD574内部集成有转换时钟 参考电压源和三态输出锁存器 因此使用方便 可直接和微机接口 不需要外接时钟电路 ADC0809的输入模拟电压为0 5V 是单极性的 而AD574的输入模拟电压既可是单极性也可是双极性 AD574的数字量的位数可以设定为12位 也可设定为8位 53 3 极性与量程设定 单极性时 BIPOFF接0V 双极性时 BIPOFF接10V 量程 10V 5V 5V 输入信号接至10VIN 20V 10V 10V 输入信号接至20VIN 54 图8 4 8AD574的输入极性转换 55 5 输出宽度选择 4 转换位数设定 转换期间 A0 0 12位转换A0 1 8位转换 读出时 A0 0 高8位数据有效 A0 1 低4位数据有效 中间4位为零 高4位为三态 若低4位接在数据总线高半字节 12位数据按左对齐原则排列 56 6 控制逻辑 57 a 启动与转换 b 转换结果输出图8 4 9AD574A控制时序图 7 时序 STS 1 正在转换 58 8 AD574A与MCS 51单片机接口 启动转换地址01111100 7CH 读结果地址高8位01111100 7CH低4位01111101 7DH 59 程序 启动一次A D转换 按左对齐原则存结果高8位于R2 低4位于R3中 MAIN MOVR0 7CH 启动地址MOVX R0 A 启动A DSETBP3 2LOOP NOPJBP3 2 LOOP 查询转换结束否MOVXA R0 读结果高8位MOVR2 A 存高8位MOVR0 7DH 设读低4位地址MOVXA R0 读结果地位MOVR3 A 存低4位 60 61 62 8 5打印机接口 8 5 1TP P 40A主要性能 接口要求及时序8 5 2字符代码及打印命令8 5 3TP P 40A 16A与MCS 51单片机接口8 5 4打印程序实例 63 8 5 1TP P 40A主要性能 接口要求及时序 1 TP P 40A的主要技术性能 1 采用单片机控制 具有2KB监控程序及标准的Centronic并行接口 2 具有较丰富的打印命令 命令代码均为单字节 格式简单 3 可产生全部标准的ASCII代码字符 以及128个非标准字符和图符 4 可打印出8 240点阵的图样 5 字符 图符和点阵图可以在高和宽的方向放大为 2 3 4倍 64 6 每行字符的点行数可用命令更换 即字符行间距空点行在0 256间任选 7 带有水平和垂直制表命令 便于打印表格 8 具有重复打印同一字符命令 以减少输送代码的数量 9 带有命令格式的检错功能 65 2 接口要求TP P 40A微型打印机与计算机通过机箱后部的20芯扁平电缆及插件相连 接插件引脚信号如图8 24所示 图8 5 1TP P 40A 16A插脚安排 从打印机背视 DB0 DB7 数据线 单向由计算机输入打印机 STROBE 数据选通信号 BUSY 打印机 忙 状态信号 ACKNOWLEGE 打印机的应答信号 ERROR 出错信号 3 接口信号时序 图8 5 2TP P 40A 16A接口信号时序 68 8 5 2字符代码及打印命令 1 字符代码字符代码串实例如下 l打印字符串 3265 37 输送代码串为 24 33 32 36 35 2E 33 37 0D l打印 ThisisMicro Printer 输送代码串为 54 68 69 73 20 69 73 20 4D 69 63 72 6F 2D 70 72 69 6E 74 65 72 2E 0D 2 打印命令 表8 5 1TP P 40A打印命令代码及功能 3 命令非法时的出错提示 图8 5 3出错代码信息打印格式 71 8 5 3TP P 40A 16A与MCS 51单片机接口 TP P 40A 16A没有读写信号线 只有一对握手线 BUSY 接口如图8 5 4所示 图8 5 5是通过单片机系统中的扩展I O口连接的打印机接口电路 图8 5 4 图8 5 5中打印机的口地址由地址线P2口线决定 使用时 口地址设为7FFFH 图8 5 4TP P 40A 16A与8031数据总线接口电路图 图8 5 5TP P 40A 16A与8031扩展I O口连接的接口电路图 74 8 5 4打印程序实例 下面以图8 29作为打印机接口 介绍一种使用TP P 16A打印机打印16 16点阵汉字 作业 的程序 程序清单如下 HZDY MOVDPTR TAB2 置字型表首址MOVR6 02HDY1 MOVB 20HLCALLSUB2 调用打印机控制子程序DJNZR6 DY1RETSUB1 PUSHDPH DPTR入栈MOVDPTR TAB1 置打印机控制字表首址 MOVR5 05H 送打印控制字串到打印机SB11 LCALLDAY2LCALLDAY1DJNZR5 SB11MOVA BLCALLDAY1MOVA 00HLCALLDAY1POPDPL DPTR出栈POPDPHRETSUB2 MOVR5 B 送由B设置个数的汉字字型码到打印机SB21 LCALLDAY2LCALLDAY1DJNZR5 SB21MOVA 0DH 回车换行LCALLDAY1RETDAY1 PUSHDPH PUSHDPLMOVDPTR 7F01H 将字型码送8155PA口MOVX DPTR AMOVDPTR 7F03H 用8155PC口模拟打印机信号MOVA 00HMOVX DPTR AMOVA 01HMOVX DPTR AJBP3 3 打印机忙等待POPDPLPOPDPHRETDAY2 CLRA 取字型码子程序MOVXA A DPTRINCDPTRRET TAB1 DB1BH 31H 00H 1BH 4BH 打印机控制字符串TAB2 DB00H 00H 00H 0FFH 0FEH 00H 00 汉字 作 的下半部字形码DB00H 0FFH 0FFH 20H 20H 20H 60H 20HDB00H 02H 02H 0E2H 0C2H 0FEH 0FEH 02H 汉字 业 下半部字形码DB02H 0FEH 0FEH 62H 0C2H 02H 06H 02HDB00H 01H 06H 1FH 0F7H 60H 02H 0CH 汉字 作 的上半部字形码DB38H 0FFH 5FH 12H 12H 16H 32H 10HDB00H 08H 07H 03H 00H 0FFH 7FH 00H 汉字 业 的上半部字形码DB00H 0FFH 7FH 00H 03H 1FH 0CH 00H 78 8 6拨码盘及语音接口 8 6 1拨码盘接口及应用实例8 6 2ISD1420语音接口芯片及其应用 79 8 6 1拨码盘接口及应用 1 十线拨盘 如图8 6 1所示 图8 6 1十线拨盘 十线拨盘接口 多个拨盘输入时 接口如图8 6 2所示 为节约I O口 采用并联连接 分时选通输入的办法 图8 6 2十线拨盘组接口 读数及自检软件 十线拨码盘便于实现自检 在正常情况下 十线中只能有一个为低电平 0 如果有一个以上的低电平 0 则为短路故障 如全为高电平 1 则为开路或接触不良故障 图8 6 3是读数自检子程序流程图 图8 6 3十线拨盘读数自检程序流程图 83 2 BCD拨码盘 如图8 6 4 8 6 5所示 l硬件接口 只用两个BCD拨码盘输入时 可把A端接 5V 8个输出脚接8个并行输出口 并通过10K 电阻接地 从8位并行口输入的数据即是两个拨盘的BCD码 多个拨盘输入时 同样要接成并联分时选通形式l读数及检测软件 BCD拨码盘不易实现故障自检 图8 6 4BCD码拨盘组接口 图8 6 5BCD码拨盘检测程序流程图 86 8 6 2ISD1420语音接口芯片及其应用 1 ISD1420芯片的特点 1 外围元件简单 仅需少量阻容元件 麦克风即可组成一完整录放系统 2 模拟信息存储重放音质极好 并有一定混响效果 3 待机时低功耗 仅0 5 A 典型放音电流15mA 4 放音时间20s 可扩充级联 87 5 可持续放音 也可分段放音 最小分段20s 160段 0 125s 段 可分段数160段 地址输入端A0 A7有效值范围为00000000 10011111 6 录放次数达10万次 7 断电信息存储 无需备用电池 信息可保10