【大学课件】单片机及接口电路设计PPT

1、5.3 模拟多路开关模拟多路开关5.2 a/d转换及与单片机接口电路设计转换及与单片机接口电路设计5.1 mcs-51单片机单片机第第5章章 单片机及接口电路设计单片机及接口电路设计 5.6 atmega128基础实例基础实例5.5 avr单片机开发工具单片机开发工具(atmega128)5.4 avr单片机简介单片机简介(atmega128)5.1 mcs-51单片机单片机5.1.1 mcs-515.1.1 mcs-51单片机的引脚描述及片外总线结构单片机的引脚描述及片外总线结构图5-1 mcs-51引脚图（1）主电源引脚vcc和vss。（2）外接晶体引脚xtal1和xtal2。（3）控制与

2、其它电源复用引脚rst/vpd、ale/、和/vpp。（4）输入/输出(i/o)引脚、po、p1、p2、p3(共32根)，其中， p3口(10脚17脚) 还用于专门功能，是复用双功能口。5.1.2 mcs-515.1.2 mcs-51片内总体结构片内总体结构5.1.3 mcs-515.1.3 mcs-51单片机基本外围电路单片机基本外围电路 1. mcs-51单片机上电复位电路2mcs-51单片机时钟电路3mcs-51单片机基本外围电路123456abcd654321dcbatitlenum berr evisionsizebdate:2-oct-2008 sheet of file:e:教

3、学 文 件 机 电 一 体 化 课 程 文 件 2008机 制 本 部 m ydesign.ddbdrawn b y:ea/vp31x119x218r eset9r d17w r16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11r xd10u189s51y111.0592c 130pc 230pr 1010k+c 310uvc cvc cr 3

4、 r 4 r 5 r 6 r 7 r 2 r 1 r 0 470*8d0 d1 d3 d2 d4 d5 d6 d7 vc cp10p11p12p13p14p15p16p17p10p11p12p13p14p15p16p1712345678161514131211109r p1470*8r stvc c图5-6 mcs-51单片机基本外围电路 123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:2-oct-2008 sheet of file:e:教 学 文 件 机 电 一 体 化 课 程 文 件 2008机 制 本 部 m ydesign.ddbdr

5、awn by:ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u189s51y111.0592c130pc230pr1010k+c310uvccvccr3 r4 r5 r6 r7 r2 r1 r0 470*8d0 d1 d3 d2 d4 d5 d6 d7 vccp10p11p12

6、p13p14p15p16p17p10p11p12p13p14p15p16p1712345678161514131211109rp1470*8rstvcc图5-7 mcs-51单片机输入输出控制基本电路工作例程如下：#include #include #define xtal 11.0592mzunsigned int x,y; void main(void) x=p0; y=x; p1=y; p0口作为输入，检测输入电平高低，p1口作为输出，控制led亮灭。其工作过程为，检测p0口8个输入电平，再将p0口检测到的8个电平从p1口的8个引脚输出。 5.1.4 mcs-51单片机看门狗电路(max

7、6814) 随着单片机技术的发展和制造工艺的日益成熟，单片机的应用领域不断拓宽，但由于单片机自身的抗干扰能力较差，尤其是在一些条件比较恶劣、噪声大的场合常会出现单片机因受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工作。设置看门狗是防止单片机死机提高单片机系统抗干扰性的一种重要途径。 max6814是低功耗看门狗电路，该器件通过监视系统软件代码的运行错误提高系统的可靠性。 (a)max6814芯片引脚图 (b) 电源上电和掉电时序图 (c)看门狗工作时序图图5-8 看门狗电路(max6814)该器件通过监视系统软件代码的运行错误提高系统的可靠性。当看门狗输入检测到一个瞬变沿wdi时，内部看门狗定

8、时器被清零并重新启动，然后重新开始计时。如果看门狗定时器超过了看门狗超时周期(twd=1.6s典型值)，低电平有效、推挽式看门狗输出将被触发并维持一个看门狗脉冲 （周期tpp=140ms最小值），向系统发出故障警报。 wdo1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:21-oct-2008sheet of file:e:教 学 文 件 机 电 一 体 化 课 程 文 件 2008机 制 本 部 m ydesign.ddbdrawn by:ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p11

9、2p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u189s51y112m hzcat130pcat230pvccrxdtxdrstp00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13p14p15p16p17p20p21p22p23p24p25p26p27m ax6814/wdogndn.cvccwdiu?notvcc图5-9 看门狗电路(max6814)在mcs-51单

10、片机中的应用电路工作例程如下:#include #include #define xtal 11.0592mzunsigned int x, y, i; void main(void) for(;) x=p0; y=5; p17=0;/喂狗指令/ p17=1; 5.2 a/d转换及与单片机接口电路设计转换及与单片机接口电路设计传感器变送器a/dcpu电量模 拟电压量数字量图图 传感器与微机的接口通道 模拟数字转换电路称为a/d转换。ad571是10位逐次逼近式的单片集成a/d转换芯片。ad571将d/a转换电路、参考电压、时钟脉冲、比较器、逐次逼近寄存器及输比缓冲器集成在一个芯片上，并有三态输

11、出，所以很容易与微处理器接口。 图图 模拟量以数字量的表示 a/d变换精度（分辨率）变换精度（分辨率）：1lsb a/d变换位数：8位（低精度，1lsb=1/256）， 10位（常用，1lsb=1/1024）， 12位（常用，1lsb=1/4096）， 16位（高精度，1lsb=1/16384）a/d变换满度（模拟输入范围）变换满度（模拟输入范围）：05v，010v，-5+5v等。a/d变换时间变换时间： 从变换开始到变换结束的时间，各厂家采用的电路不同变换时间也不同。例1： 10位a/d变换器满度05v，当vin=2.3v时，变换值为多少？例2： 10位a/d变换器满度-5+5v，当vin=

12、2.3v时，变换值为多少？ ad571转换器an-in：模拟电压输入端an-gnd：模拟地gnd：电源地v-，v+： 工作电源电压输入端（+15v，-15v）bit1bit10：十位数据输出端bplrof： 单极性输入接地、双极性输入接高电平bl/cnv： 接高电平不转换，接地启动转drtrdy： 转换结束时变为低电平 转换时间：15s40s，一般为25s123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:30-sep-2010sheet of file:e:教学文件机电一体化课程2010机制07教案mydesign.ddbdrawn by:gnd

13、16an-in13msbit19bit28an-gnd14bit37bit46bit55bit64bplrof15bit73bit82bit91lsb-1018+vs10datrdy17-vs12bl&cnv11 ad571ain：模拟电压输入端agnd：模拟地gnd：数字地v-，v+： 工作电源电压输入端（+15v，-15v）bit1bit10：十位数据输出端bplrof： 单极性输入接地、双极性输入接高电平b/c（blank/convert）：）： 接高电平不转换，接地启动转datrdy：转换结束时变为低电平转换时间：转换时间：15s40s，一般为25s计算下列输入电压时的数字输出

14、值：计算下列输入电压时的数字输出值：ain=2.1v(单极性输入)ain=7.5v(单极性输入)ain=-3.5v(双极性输入)ain=2.5v(双极性输入)123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:30-sep-2010sheet of file:e:教 学 文 件 机 电 一 体 化 课 程 2010机 制 07教 案 m ydesign.ddbdrawn by:gnd16an-in13msbit19bit28an-gnd14bit37bit46bit55bit64bplrof15bit73bit82bit91lsb-1018+vs1

15、0datrdy17-vs12bl&cnv11 ad571+15v-15vctrinainad571转换器应用电路123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:2-oct-2008 sheet of file:e:教 学 文 件 机 电 一 体 化 课 程 文 件 2008机 制 本 部 m ydesign.ddbdrawn by:vccrad5100rad6100+12v-12vz-ref-in10lsbdb016db117an-gnd9db218db319db420bplrof12db521db622db72310vspn13db8

16、24db92520vspn14db1026msb-1127refout8status28cs3+vs7a0/sc4r/c5-vs1112/82ce6vcc1u2ad1674a32674u7op-07z+rad11krad21k+12v-12vrad44.7krad34.7kvccea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p272

17、8psen29ale/p30txd11rxd10u189s51y112m hzcat130pcat230prat11kvccvccrxdtxdrstp00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13csa0r/-cstatusp14p15p16p17p20p21p22p23p24p25p26p27信 号 放 大 电 路信 号 12位 a/d转 换 电 路+cat34.7up00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13p20p21p22123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:2-oct-20

18、08 sheet of file:e:教 学 文 件 机 电 一 体 化 课 程 文 件 2008机 制 本 部 mydesign.ddbdrawn by:vccrad5100rad6100+12v-12vz-ref-in10lsbdb016db117an-gnd9db218db319db420bplrof12db521db622db72310vspn13db824db92520vspn14db1026msb-1127refout8status28cs3+vs7a0/sc4r/c5-vs1112/82ce6vcc1u2ad1674a32674u7op-07z+rad11krad21k+12v-

19、12vrad44.7krad34.7kvccea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u189s51y112mhzcat130pcat230prat11kvccvccrxdtxdrstp00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13csa0r/-cs

20、tatusp14p15p16p17p20p21p22p23p24p25p26p27信 号 放 大 电 路信 号 12位 a/d转 换 电 路+cat34.7up00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13p20p21p22图5-12 ad1674差分输入双极性a/d转换单片机接口电路5.3 模拟多路开关模拟多路开关图5-13 多路传感器模拟开关切换a/d转换 在使用cd4051或其它同类工艺制作的器件时要注意的是，当只使用其中部分开关时，必须把其余不用的开关的控制端接到vdd或vss，否则在悬空状态下有可能受高压静电感应而击穿，导致永久性损坏。表5-1多路模拟开关cd

21、4051真值表输入状态通道号inh(禁止端)cbacd4051b00000000110010200113010040101501106011171xxx不接通 x：忽视5.4 avr单片机简介单片机简介(atmega128)5.4.1 atmega128的结构和主要特点128kb的系统内可编程flash、4kb的eeprom、53个通用i/0口线、32个通用工作寄存器、实时时钟rtc、4个pwm功能的定时器/计数器(t/c)、两个us-art、两线接口twi、8通道10位adc 、片内看门狗、spi串行端口、jtag程序下载测试接口。5.4.2 atmega128的封装和引脚 端口a(pa7p

22、a0)：8位双向i/o口 端口b(pb7pb0)：8位双向i/o口 端口c(pc7pc0)：8位双向l/o口 端口d(pd7pd0)：8位双向l/o口 端口e(pe7pe0)：8位双向l/o口 端口f(pf7pf0)： 8位双向1/o口 端口g(pg4pg0): 5位双向l/o口 reset：复位输入引脚。 xtal1： 反向振荡器放大器及片内时钟操作电路的输入。 xtal2：反向振荡器放大器的输出。 avcc：avcc为端口f以及adc转换器的电源 aref：aref为adc的模拟基准输入引脚。 pen：pen是spi串行下载的使能引脚。5.4.3 atmega128的i/o端口描述 端口a

23、寄存器 输出porta、方向ddra、输入pina位 7 6 5 4 3 2 1 0porta7porta6orta5porta4porta3porta2porta1porta0读/写 r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w复位值 0 0 0 0 0 0 0 0 位 7 6 5 4 3 2 1 0dda7dda6dda5dda4dda3dda2dda1dda0pina7pina6pina5pina4pina3pina2pina1pina0读/写 r r r r r r r r复位值 n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a读/写 r/w r/w r

24、/w r/w r/w r/w r/w r/w复位值 0 0 0 0 0 0 0 0 位 7 6 5 4 3 2 1 05.4.4 atmega128端口的第2功能1.端口b的第2功能端口引脚第2功能pb7oc2/oc1c（1）（t/c2的输出比较和pwm输出，或是t/c1的输出比较和pwm输出c）pb6oc1b（t/c1的输出比较和pwm输出b）pb5oc1a（t/c1的输出比较和pwm输出a）pb4oc0（t/c0的输出比较和pwm输出）pb3miso（spi总线的主机的输入/从机输出信号）2.端口e的第2功能端口引脚第2功能pe7lnt7/ic3注（外部中断7的输入引脚，或是t/c3输入捕

25、捉的触发引脚）pe6int7/t3注（外部中断6的输入引脚，或是t/c3的时钟输入）pe5lnt5/oc3c注(外部中断5的输入引脚，或是t/c3的输出比较和pwm输出c引脚)pe4lnt4/oc3b注(外部中断4的输入引脚，或是t/c3的输出比较和pwm输出b引脚)pe3alnl/0c3a注（模拟比较器负输大端，或是t/c3的输出比较和pwm输出a引脚)pe2aln0/xcko注(模拟比较器正输入端，或是usarto的外部输入/输出时钟)pe1pdo/txdo(编程数据输出，或是usarto的发送引脚)pe0pdl/rxd0（编程数据输出，或是usarto的接收引脚)3.端口f的第2功能端口

26、引脚第2功能pf7adc7/tdi（adc输入通道7，或是jtag测试数据输入引脚)pf6adc6/tdi（ad输入通道6，或是jtag测试数据输入引脚)pf5adc5/tms（adc输入通道5，或是jtag测试模式选择引脚)pf4adc4/tck（adc输入通道4，或是jtag测试时)pf3adc3（adc输入通道3）pf2adc2（adc输入通道2）pf1adc1（adc输入通道1）pf0adc3（adc输入通道0）5.4.5 atmega128的时钟系统图5-18为avr的主要时钟系统及其分布1）cpu 时钟-clkcpu 2）i/0时钟 - clki/o 3）flash时钟 -clkf

27、lash 4）定时器时钟-clkasy5）adc时钟-clk adc 5.5 avr单片机开发工具单片机开发工具(atmega128)5.6 atmega128基础实例基础实例5.5.1 发光二极管应用实验 发光二极管，简称led。日常生活中经常看到有些电器带有led指示灯有节奏地闪动，通过这个led指示灯可以了解系统的工作状态。 介绍发光二极管的器件原理和与单片机之间的应用，了解如何通过单片机的i/o口来控制发光管的亮灭。本实例以pa口控制8个发光二极管为例说明其应用方法。 led电压一般是0.8v；而工作电流则一般在230ma之间。 为了确定led上限流串接电阻的大小，假设系统供电为5v，

28、led上串接的电阻是1k如果此时led上的电压是0.8v，那么此时通过led的电流则为(5v-0.8v)/1000=4.2ma。如果需要提高亮度，一般将电流控制在10ma左右，则此时电阻应该选择(5v-0.8v)/10ma=420,所以串联电阻可以选择470。 123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:4-apr-2011 sheet of file:h:机电一体化教材机电一体化课程2010机制07教案avr128参考电路avr128参考电路.ddbdrawn by:vccc10.1urstpf0pf1pf2pf3tcktmstdotdi

29、arefpe0pe1pe2pe3pe4pe5pe6pe7pb0mosimisopb4pb5pb6pb7penpg4pg3pd0pd1pd2pd3pd4pd5pd6pd7pg1pg0pc0pc1pc2pc3pc4pc5pc6pc7pg2pa0pa1pa2pa3pa4pa5pa6pa7pf0(adc0)61pf1(adc1)60pf2(adc2)59pf3(adc3)58pf4(adc4/tck)57pf5(adc5/tms)56pf6(adc6/tdo)55pf7(adc7/tdi)54aref62avcc64agnd63pe0(pdi/rxd0)2pe1(pdo/txd0)3pe2(ain0/

30、xck0)4pe3(ain1/oc3a)5pe4(int4/oc3b)6pe5(int5/oc3c)7pe6(int6/t3)8pe7(int7/icp3)9pb0(ss)10pb1(sck)11pb2(mosi)12pb3(miso)13pb4(oc0)14pb5(oc1a)15pb6(oc1b)16pb7(oc2/oc1c)17pen1reset20pg4(tosc1)19pg3(tosc2)18xtal124xtal223(scl/int0)pd025(sda/int1)pd126(rxd1/int2)pd227(txd1/int3)pd328(icp1)pd429(xck1)pd530

31、(t1)pd631(t2)pd732(wr)pg033(rd)pg134(ad0)pa051(ad1)pa150(ad2)pa249(ad3)pa348(ad4)pa447(ad5)pa546(ad6)pa645(ad7)pa744(a8)pc035(a9)pc136(a10)pc237(a11)pc338(a12)pc439(a13)pc540(a14)pc641(a15)pc742(ale)pg243vcc52gnd53gnd22vcc21u1atmega128avccsckx2x1gndled0r0 1kled1r1 1kled2r2 1kled3r3 1kled4r4 1kled5r5

32、 1kled6r6 1kled7r7 1kpa0pa1pa2pa3pa4pa5pa6pa7vcc图5-29 led发光管应用电路#include#includevoid delay(void) unsigned int k； for(k=0；k5000；k + +)； void main (void) ddra=oxff； porta=oxff； while(1) porta=0 x00； /pa0 全亮 delay( )； /延时 porta=0 xff； /pa0 全灭 delay( )； /延时 工作程序工作程序 5.5.2 键盘电路应用实例 按键是单片机系统中常用的信息输入部件，同时也

33、是人机对话中不可缺少的输入设备。在和单片机构成系统的时候，按键通常有两种接法，一种叫独立式按键，另外一种叫行列式或扫描式按键。 本实例利用独立按键来独立演示键盘电路的工作原理，用一个按键来控制一个led灯的亮灭。ki(i=1-4)按键按下时ledi(i=0-3)亮；ki(i=1-4)抬起时ledi(i=0-3)灭。123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:4-apr-2011 sheet of file:h:机电一体化教材机电一体化课程2010机制07教案avr128参考电路avr128参考电路.ddbdrawn by:vccc10.1urstpf0pf1pf2pf3tcktmstdotdiarefpe0pe1pe2pe3pe4pe5pe6pe7pb0mosimisopb4pb5pb6pb7penpg4pg3pd0pd1pd2pd3pd4pd5pd6pd7pg1pg0pc0pc1pc2pc3pc4pc5pc6pc7pg2pa0pa1pa2pa3pa4pa5pa6pa7pf0(adc0)61pf1(adc1)60pf2(adc2)59pf3(adc3)58pf4(adc4/tck)57pf5(adc5/tms)56pf6(adc6/tdo)55pf7(adc7/tdi)54aref62avcc64agnd63pe0