[工学]邹显圣《单片机原理与应用项目式教程》多媒体课件项目九

,微控制器技术应用,项目九 数字温度计的制作,微控制器技术应用,项目九 数字温度计的制作,【能力目标】,1能够掌握单片机接口中D/A及A/D转换基本含义。 2能够理解单片机接口中转换器的主要技术指标。 3能够掌握转换芯片的内部结构。4能够掌握转换芯片的应用方法并灵活运用。 5能够灵活地运用单片机与转换器接口方法。 6能够使用WAVE6000软件对汇编程序进行调试、编译等。 7能够熟练地使用伟福仿真器。 8能够熟练地使用编程器。,项目九 数字温度计的制作,【知识目标】,1掌握单片机接口中D/A转换及A/D转换的基本含义。 2掌握单片机接口各个转换器的主要技术指标。 3掌握一种各种转换芯片的内部结构。 4学会使用一种接口芯片进行D/A及A/D转换。 5熟练地使用伟福仿真器及仿真软件。 6熟练地使用编程器及烧录软件。,项目八 单片机系统中“通信与联络”的分析与实践,一、项目引入,二、相关理论知识,三、项目实施,四、拓展知识,六、自测题,五、项目小结,项目八 单片机系统中“通信与联络”的分析与实践,一、项目引入,本项目是利用AD590温度传感器与AT89C51单片机的结合，充分发挥数据处理和实时控制功能，简单地实现了对温度的测试以及显示。该设计具有体积小；测温精度高，测温精度0.1；测温范围广，温度测量范围为-55125；数 据实时显示，能随时显示测试到的温度数据，便于管理和制定相应的措施。项目要求用单片机实现对AD590温度传感器的控制。本项目必须对温度传感器的工作原理特别熟悉，才能灵活地读取其温度值。下面针对数字温度计的制 作电路与实现过程中涉及的相关知识作以介绍。,二、相关理论知识,（一）A/D转换器与AT89C51单片机的接口和应用,（二）D/A转换器与AT89C51单片机的接口应用,（三）认识温度传感器AD590,二、相关理论知识,（一）A/D转换器与AT89C51单片机的接口和应用,1A/D转换器简介,2A/D转换器接口,3A/D转换器的应用,A/D转换器用于实现模拟量向数字量的转换，按转换原理可分为4种：计数式A/D转换器；双积分式A/D转换器；逐次逼近式A/D转换器；并行式A/D转换器。,逐次逼近式A/D转换器有：ADC0801ADC0805型8位MOS型A/D转换器； ADC0808/0809型8 位MOS 型A/D转换器； ADC0816/0817型8 位MOS 型A/D转换器。,二、相关理论知识,（一）A/D转换器与AT89C51单片机的接口和应用,1）ADC0809的内部逻辑结构。ADC0809的内部逻辑结构图如图10-1所示，ADC0809引脚图如图10-2所示。,1A/D转换器简介,2A/D转换器接口,3A/D转换器的应用,二、相关理论知识,图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对ADDA、ADDB、ADDC3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，通道选择表见表10-1。,二、相关理论知识,2）信号引脚。ADC0809主要引脚的功能说明： START：启动脉冲输入线。正脉冲宽度要大于100ns； EOC：转换结束输出线。高电平时表明转换结束； OE：输出三态控制线。高电平时使转换后的数据通过三态门输出； CLOCK：外时钟输入线。提供逐次比较所需的640kHz的时钟脉冲序列； VCC：+5V电源线； IN0IN7：A/D转换器的八路模拟电压输入线；ALE：地址锁存线，高电平时锁存； D0D7：具有三态功能的数字量输出线（OE=1时，输出数据）； Vref（+）、Vref（-）：参考电压输入线。为电阻网络提供标准电源； ADDAADDC：八路模拟输入选择控制输入线。,二、相关理论知识,（一）A/D转换器与AT89C51单片机的接口和应用,（1）通道的选择,8路模拟通道选择如图10-3所示模拟通道选择信号ADDA、ADDB、ADDC 分别接最低三位地址A0、A1、A2即（P0.0、P0.1、P0.2），地址锁存允许信号ALE由P2.0控制，则8路模拟通道的地址为0FEF8H0FEFFH此外，通道地址选择以作写选通信号。,1A/D转换器简介,2A/D转换器接口,3A/D转换器的应用,二、相关理论知识,（一）A/D转换器与AT89C51单片机的接口和应用,（1）通道的选择,如图10-4所示，把ALE信号与START信号接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。启动A/D转换只需要一条MOVX指令。在此之前，要将P2.0清零并将最低三位与所选择的通道对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN0通道时，可采用如下两条指令，即可启动A/D转换：MOV DPTR ， #0FE00H ;送入ADC0809的口地址 MOVX DPTR ， A ;启动A/D转换（IN0）,1A/D转换器简介,2A/D转换器接口,3A/D转换器的应用,二、相关理论知识,（一）A/D转换器与AT89C51单片机的接口和应用,（2）转换数据的传送,1）定时传送方式。,2）查询方式。,3）中断方式。,1A/D转换器简介,2A/D转换器接口,3A/D转换器的应用,二、相关理论知识,二、相关理论知识,二、相关理论知识,1）定时传送方式。,2）查询方式。,对于一种A/D转换来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为120s，可以设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，确认转换已经完成了再进行数据读取。,A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，如果转换结束就进行数据读取。,二、相关理论知识,3）中断方式。,把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据读取。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据读取。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线。不管使用上述那种方式，只要一旦确认转换结束，便可通过指令进行数据读取。所用的指令为MOVX 读指令： MOV DPTR ， #0FE00H MOVX A ， DPTR,二、相关理论知识,（一）A/D转换器与AT89C51单片机的接口和应用,数模转换的应用非常广，一般用到接口电路中，首先由传感器把不同的信息量转换成电信号然后再经过A/D转换然后接入单片机。,例 10-1,1A/D转换器简介,2A/D转换器接口,3A/D转换器的应用,二、相关理论知识,二、相关理论知识,（二）D/A转换器与AT89C51单片机的接口应用,1D/A转换器简介,2D/A转换器工作方式,D/A转换器通常由数控开关、电阻网络和运算放大器组成，由于电阻网络的不同，分为权电阻网络DAC、T型R-2R电阻网络D/A转换器和倒T型R-2R电阻网络D/A转换器等几种形式。其中倒T型R-2R电阻网络D/A转换器是使用最多的一种，如图10-6所示。,二、相关理论知识,图10-6 8位并行数模转换器转换原理,二、相关理论知识,（二）D/A转换器与AT89C51单片机的接口应用,（1）基本R2R倒T型电阻网络D/A转换器原理,由于倒T型电阻网络只有两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成D/A转换器普遍采用这种电路 结构。,1D/A转换器简介,2D/A转换器工作方式,二、相关理论知识,（二）D/A转换器与AT89C51单片机的接口应用,（2）D/A 转换器简介,1）集成AD7520简介。,AD7520是10位D/A转换器。单一+15V 电源；一个10位输入的R2R倒T型电阻网络，其管脚图如图10-7所示。,1D/A转换器简介,2D/A转换器工作方式,二、相关理论知识,（二）D/A转换器与AT89C51单片机的接口应用,（2）D/A 转换器简介,DAC0832是一个8位D/A转换器芯片，单电源供电，从+5V+15V均可正常工作，基准电压的范围为10V，电流建立时间为1s，CMOS工艺，低功耗20mW。其内部结构如图10-9所示，它由1个8位输入寄存器、1个8位DAC 寄存器和1个8位D/A转换器引脚排列如图10-8所示，其基本组成如图10-9所示。,2）DAC0832集成A/D转换器。,1D/A转换器简介,2D/A转换器工作方式,二、相关理论知识,（二）D/A转换器与AT89C51单片机的接口应用,（2）D/A 转换器简介,3）DAC0832引脚说明。,数字量输入线：DI7DI0,控制线5条：CS,输出线:3条：,电源线：4条,1D/A转换器简介,2D/A转换器工作方式,二、相关理论知识,其中BIT1BIT10为数据输入端，IOUT1和IOUT2分别为运算放大器的反相和同相输出端。反馈电阻Rf一端接Rf，另一端接IOUT1。VREF接参考电压。要实现D/A转换，还需要与运算放大器配合使用。,二、相关理论知识,二、相关理论知识,（二）D/A转换器与AT89C51单片机的接口应用,DAC0832利用1WR 、2WR 、ILE、XFER控制信号可以构成两种不同的工作方式。,（1）单缓冲与直通方式,例10-2,1D/A转换器简介,2D/A转换器工作方式,二、相关理论知识,二、相关理论知识,（二）D/A转换器与AT89C51单片机的接口应用,DAC0832利用1WR 、2WR 、ILE、XFER控制信号可以构成两种不同的工作方式。,（2）双缓冲方式,例10-3,1D/A转换器简介,2D/A转换器工作方式,二、相关理论知识,二、相关理论知识,（三）认识温度传感器AD590,1AD590简介,2AD590的应用,二、相关理论知识,（三）认识温度传感器AD590,（1）基本应用,AD590的封装形式如图10-13a所示，AD590用于测量热力学温度的基本应用电路如图10-13b所示。,1AD590简介,2AD590的应用,二、相关理论知识,（三）认识温度传感器AD590,1AD590简介,2AD590的应用,二、相关理论知识,（三）认识温度传感器AD590,（2）摄氏温度测量,如图10-14所示，电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放LWJ95的增益。调整方法如下：在0时调整R2，使输出VO=0，然后在 100时调整R4使VO=100mV。如此反复调整多次，直至0时，VO=0mV，100时VO=100mV为止。最后在室温下进行校验。例如室温为25，那么VO 应为25mV。冰水混合物是0环境，沸水为100环境。,1AD590简介,2AD590的应用,二、相关理论知识,二、相关理论知识,（三）认识温度传感器AD590,（3）温差测量电路及其应用,利用两个AD590测量两点温度差的电路如图10-15所示。在反馈电阻为100k的情况下，设1#和2# AD590处的温度分别为t1（）和t2（），则输出电压为(t1-t2)100 mV/。图中电位器R2用于调零。电位器R4用于调整运放LWJ95的增益。,1AD590简介,2AD590的应用,二、相关理论知识,（三）认识温度传感器AD590,（3）温差测量电路及其应用,由基尔霍夫电流定律：I+I2=I1+I3+I4 （1） 由运算放大器的特性知：I3=0 （2） VA0 （3） 调节调零电位器R2使：I4=0 （4） 由式（1）、式（2）、式（4）可得：I=I1-I2 设：R4=90k 则有：V0=I(R3+R4)=(I1-I2)(R3+R4)=(t1-t2)100mV/ （5） 其中，(t1-t2)为温度差，单位为。 由式（5）知，改变(R3+R4)的值可以改变VO的大小。,1AD590简介,2AD590的应用,二、相关理论知识,三、项目实施,（一）硬件电路原理图设计,AD590传感器接线图,三、项目实施,（一）硬件电路原理图设计,数码管接线方法,三、项目实施,（一）硬件电路原理图设计,传感器与AT89C51接线方法,（二）系统所用元器件、设备及工具,三、项目实施,（三）系统所用汇编源程序的编制,三、项目实施,（四）硬件及软件的联合调试,三、项目实施,三、项目实施,（五）脱离仿真器后的独立运行,四、拓展知识,（一）DS18B20温度传感器简介,（二）温度传感器DS18B20的通信协议,（三）温度传感器DS18B20的供电方式,四、拓展知识,（一）DS18B20温度传感器简介,1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5。 6）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为05、025、0.125和0.0625，可实现高精度测温。 7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字。 8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。,1温度传感器DS18B20主要特性,四、拓展知识,（一）DS18B20温度传感器简介,2温度传感器DS18B20的外形和内部结构,DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。,图10-23 DS18B20传感器外引脚,DS18B20的外形及管脚排列如图10-23所示。 DS18B20引脚定义： DQ为数字信号输入/输出端； GND为电源地； VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）,四、拓展知识,（一）DS18B20温度传感器简介,2温度传感器DS18B20的外形和内部结构,DS18B20的内部结构如图10-24所示。,四、拓展知识,（一）DS18B20温度传感器简介,2温度传感器DS18B20的外形和内部结构,DS18B20高速暂存器共9个存储单元，见表10-3。,四、拓展知识,（一）DS18B20温度传感器简介,3温度传感器DS18B20的工作原理,DS18B20测温原理低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置254将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。如图10-25所示的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。,四、拓展知识,（一）DS18B20温度传感器简介,3温度传感器DS18B20的工作原理,四、拓展知识,（一）DS18B20温度传感器简介,4温度传感器DS18B20的控制方式,四、拓展知识,（二）温度传感器DS18B20的通信协议,1复位和应答脉冲时序,每个通信周期起始于微控制器发出的复位脉冲，其后紧跟DS18B20发出的应答脉冲，在写时序期间，主机向DS18B20器件写入数据，而在读时序期间，主机读入来自DS18B20的数据。在每一个时序，总线只能传输一位数据。时序图如图10-26所示。,四、拓展知识,（二）温度传感器DS18B20的通信协议,1复位和应答脉冲时序,四、拓展知识,（二）温度传感器DS18B20的通信协议,2写时序,当主机总线将单总线DQ从逻辑高位拉到逻辑低位时，即启动一个写时序，所有的写时序必须在60120s之间完成，且在每个循环之间至少需要1s的恢复时间。写0和写1时序如图10-27所示。在写0时序期间，微控制器在整个时序中将总线拉低；而在写1时序期间，微控制器将总线拉低，然后在时序起 始后15s之后释放总线。,四、拓展知识,（二）温度传感器DS18B20的通信协议,3读时序,DS18B20器件仅在主机发出读时序时才向主机传输数据。所以在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便DS18B20能够传输数据。所有的读时序至少需要60s，且在两次独立的读时序之间，至少需要1s的恢复时间。每个读时序都有主机发起，至少拉低总线1s。在主机发起读时序之后，DS18B20器件才开始在总线上发送0或1，若DS18B20发送1，则保持总线为高电平，若发送为0，则拉低总线。当发送0时，DS18B20在该时序结束后，释放总线，由上拉电阻将总线拉回至高电平状态。DS18B20发出的数据，在起始时序之后保持有效时间为15s。因而主机在读时序期间，必须释放总线。并且在时序起始后的15s之内采样总线的状态。时序图如图10-27所示。,四、拓展知识,（二）温度传感器DS18B20的通信协议,3读时序,四、拓展知识,1