C51单片机应用设计与技能训练（第2版）课件 任务8 设计舵机控制系统

单片机应用技术QQ群号：100352443（单片机之家）网址::8/suite/wv/683931QQ群号：100352443（单片机之家）网址::8/suite/wv/683931A/D转换01.情境导入02.教学内容03.练习总结04.分享讨论PART1情境导入额温枪大家都熟悉吧？他是利用红外线来测量人体温度，再进行显示的。Part1情境引入2020年的新冠疫情改变了我们很多生活学习方式，我们到超市、到学校、到人口密集的地方都要用额温枪测量我们体温，他是利用红外线来测量人的体温的工具，但是红外线测量到是模拟信号，我们看到的却是数字信息，显然额温枪要将模拟信号转换为数字信号，即A/D转换。额温枪已经成为家喻户晓的工具了PART2教学内容A/D转换基本知识ADC0831的特点ADC0831的引脚ADC0831的时序单片机与ADC0831的连接1.

A/D转换基本知识传感器单片机01逐次逼近式02双积分式03V/F变换式04并行式类别类别传感器单片机A/D转换器的作用是将模拟量转换为数字量，以便计算机接收处理。A/D转换A/D转换2.ADC0831的特点最大功耗0.8W电源电压最大6.3V、最小4.5V最大工作温度+70℃输入电压和参考电压均5V一款8位的模数转换器可通过三线串行总线与单片机连接单通道的A/D转换器单端输入，也可差分输入ADC0831是美国国家半导体公司生产的8位逐次逼近式单极性A/D转换器，自带时钟发生器，具有单通道输入方式，它的串行输出接口容易与单片机相连。输入、输出可与TTL和MOS电路兼容3.ADC0831的引脚功能引脚名称引脚性质、类型引脚功能CS片选输入端

IN+正输入端

IN-负输入端接地时，ADC0831为单端工作，IN+为输入CLK时钟信号输入端时钟信号频率为250kHzDO串行数据输出端转换一字节时间为32μsREF基准电压输入端通常REF接VCC，典型值为+5VVCC、GND电源、地VCC通常取+5V单端输入：IN-引脚接地，此时IN+为输入。差分输入：将信号差分后输入到IN+和IN-之间。4.ADC0831的时序5．ADC0831与单片机的接口电路PART3练习总结A/D转换基本知识ADC0831的特点ADC0831的引脚ADC0831的时序单片机与ADC0831的连接Part3：练习总结ADC0831连接单片机后，当CS信号变为低后，经过多长时间将转换的数据从DO口输入到单片机，最先输入单片机的是哪一位？A、1个时钟周期，D7B、2个时钟周期，D7C、1个时钟周期，D0D、2个时钟周期，D702利用ADC0831将模拟信号转换成数字信号的应用中，应该将ADC0831的哪一个引脚与模拟信号源相连接？A、DO，属于串行输入B、IN+，此时IN-必须接地C、IN-，此时IN+必须接高电平D、IN+和IN-,采用差分输入01PART4分享讨论请你们以小组为单位讨论如下问题，如果要差分输入方式与模拟信号源连接，则要如何连接？单片机与D/A转换器的连接一、D/A转换基本知识

D/A转换器的基本工作原理是：通过电阻网络将n位数字量逐位转换成模拟量，经运算器相加，从而得到一个与n位数字量成比例的模拟量。由于计算机输出的数据（数字量）是断续的，D/A转换过程也需要一定时间，因此转换输出的模拟量也是不连续的。单片机控制对象D/A转换D/A转换器的分类按数据输入方式，D/A转换器有串行和并行两类，输入数据包括8位、10位、12位、14位、16位等多种规格，输入数据位数越多，分辨率也越高；按输出模拟量的性质，D/A转换器分电流输出型和电压输出型两种。电压输出又有单极性和双极性之分，如0～+5V、0～+10V、±2.5V、±5V、±10V等，可以根据实际需要进行选择。二、8位通用D/A转换器DAC0832是并行输入、电流输出型的通用8位D/A转换器，它具有与微机连接简便、控制方便、价格低廉等优点，被广泛应用于微机系统中。1．结构输出为模拟电流，可转换为电压。LE1或LE2=1，当前寄存器的输出跟随输入LE1或LE2=0，锁存数据Iout1Iout2DI0DI78位寄存器DAC8位D/A转换器8位输入锁存器...≥1&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2VREFRFBAGNDDGNDVCC≥12.引脚功能ILE：输入锁存允许信号，高电平有效。：输入寄存器选择信号，低电平有效。：写信号1，输入寄存器写选通信号，低电平有效。输入锁存器的锁存信号LE1由ILE、、的逻辑组合产生。当ILE为高电平，和同时为低电平时，LE1为正脉冲，输入寄存器的输出随输入变化；当变成高电平时，LE1变为低电平，输入数据被锁存在输入锁存器中。：写信号2，即DAC寄存器的写选通信号，低电平有效。：数据传送控制信号，低电平有效。DAC寄存器的锁存信号LE2由、的逻辑组合产生，当和同时为低电平时，LE2为1，DAC寄存器的输出随它的输入而变化；当变为高电平后，LE2变为0，LE2的负跳变将输入寄存器中的数据锁存在DAC寄存器中。2.引脚功能DI0～DI7：8位数字输入端，DI0为最低端，DI7为最高端。Iout1：DAC电流输出端1，为数字输入端逻辑电平为1的各位输出电流之和。DAC寄存器内容随输入端代码线性变化，DAC寄存器的内容为全1时，Iout1最大；全为0时，Iout1最小。Iout2：电流输出端2。Iout2等于常数减去Iout1，即Iout1+Iout2=常数。此常数对应于一固定基准电压的满量程电流。RFB：反馈电阻。反馈电阻被制作在芯片内部，用作DAC提供输出电压的运放的反馈电阻。Vref：基准电源输入端。Vref一般在-10～10V范围内，由外电路提供。Vcc：逻辑电源输入端，取值范围为+5～+15V，+15V最佳。AGND：模拟地，为芯片模拟电路接地点。DGND，数字地，为芯片数字电路接地点。ILE，WR1：控制输入锁存器

ILE=1，WR1=0时：直通

ILE=1，WR1=1时：锁存DAC0832可以有三种工作形式：直通、单级缓冲、双缓冲。XFER，WR2：控制DAC寄存器

XFER=0，WR2=0时：直通

XFER=1orWR2=1时：锁存3．DAC0832与单片机的连接

DI0DI78位寄存器DAC8位D/A转换器8位输入锁存器...≥1&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2Iout1Iout2VREFRFBAGNDDGNDVCC≥1（1）直通方式直通方式是指两个数据输入寄存器都处于开通状态，即所有有关的控制信号都处于有效，输入寄存器和DAC寄存器中的数据随DI0～DI7的变化而变化，也就是说，输入的数据会被直接转换成模拟信号输出。这种方式在微机控制系统中很少采用。(2)单缓冲方式

单缓冲方式是指两个数据输入寄存器中只有一个处于受控选通状态，而另一个则处于常通状态，或者虽然是两级缓冲，但将两个寄存器的控制信号连在一起，一次同时选通。单缓冲方式适用于单路D/A转换或多路D/A转换而不必同步输出的系统中。单缓冲方式的接口——两个输入寄存器同时受控的方式“同时”做何解释?+5VAVout8051P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7

P2.7WRDAC0832VccILEVrefRfbIout1Iout2AGNDDGNDDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7CSXFERWR1WR2+转换程序DAC0832作为了8031的一个并行输出口，若假设无关地址线为1，那么其地址为7FFFH。如果把一个8位数据data写入7FFFH，也就实现了一次D/A转换，输出一个与#data对应的模拟量。

#defineADDR0832XBYTE[0X7FFF]//P2.7=0，定义DAC0832芯片的地址

ADDR0832=data；//写入0832，进行一次转换输出案例单片机控制锯齿波输出由于DAC0832典型的输出稳定时间是1μs，因此输出信号的变化频率必须小于1MHz，亦即单片机的两次数字量输出之间的间隔必须大于1μs。因为晶振频率为12MHz，程序中for语句和向DAC0832送数的语句的执行时间已足以达到1μs的要求，所以程序中没有必要再进行额外的延时。案例24单片机控制锯齿波输出#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineDAC0832XBYTE[0X7FFF]voiddelay();voidmain(){unsignedchari;while(1){for(i=0;i<=255;i++){DAC0832=i;delay();}}}voiddelay(){unsignedinti;for(i=100;i>0;i--);}

1/282/283/28254/28255/280产生的锯齿波的过程（3）双缓冲方式双缓冲方式是指由单片机两次发送控制信号，分时选通DAC0832内部的两个寄存器。第一次将待转换数据输入并锁存于输入锁存器中，第二次再将数据从前一级缓冲器写入DAC寄存器并送到D/A转换器完成一次转换输出。在要求多路模拟信号同步输出的系统中，必须采用双缓冲方式。按双缓冲方式的要求，设计电路必须能够实现以下两点：一是各路D/A转换器能分别将要转换的数据锁存在自己的输入寄存器中；二是各路D/A转换器的DAC寄存器能够同时锁存由输入寄存器送出的数据，也就实现了同步转换。——两个锁存器都接成受控锁存方式输入寄存器（1）地址：7FF8H输入寄存器（2）地址：7FF9HDAC寄存器地址：7FFAH将两个8位数字量data1和data2同时转换为模拟量的程序：#include<reg51.h>#include<absacc.h>unsignedchardata1,data2；intxdata*ad_int；main(){ad_int=0x7ff8；//指向0832（1）的输入寄存器

ad_int=data1；//data1→0832（1）输入寄存器

ad_int++;//指向0832（2）的输入寄存器

ad_int=data2;//data2→0832（2）输入寄存器

ad_int++;//指向两个0832的DAC寄存器

ad_int=0;//启动转换

while(1);}案例空调制冷系统环境温度检测控制选用热敏电阻式温度传感器和ADC0809转换器。温度传感器产生的模拟信号转换为数字信号后，由P0口输入。ADC0809由P3.0启动转换，由P3.1控制输出。（1）工作原理当温度在中间某一范围时，温度传感器特性曲线为线性关系，可以用以下公式表示：

T=T0—KVT考虑到空调制冷控制系统所在环境温度一般在0~40℃之间，本案例选用的热敏电阻是NTSD0WB203，根据按图8-26对热敏电阻在0~50℃取一定温度值进行测量，得到测量温度与ADC0809转换的数据P1有如下关系：

T=100-P1+1（2）程序

在空调制冷控制系统案例中，80C51单片机定时从P0口读取环境温度值，该温度是温度传感器采样的信号经ADC0809转换的值，再根据读取的环境温度值与预置温度进行比较启动或停止压缩机，因此该功能可以通过中断方式实现，即把该案例程序设计成定时器（T0）的中断服务程序。源程序#include<reg51.h>sbitST=P3^0;sbitOE=P3^1;unsignedcharcount=10;voidmain(){TMOD=0x01;TH0=-50000>>8;TL0=-50000;ET0=1;EA=1;TR0=1;ST=1;ST=0;//启动A/D转换

while(1);}知识梳理与总结本任务通过温度报警器中环境温度定时检测的实现，让读者掌握A/D、D/A的基本知识、常用的A/D、D/A转换器的结构和引脚功能以及与单片机的接口。本任务的重点内容如下：（1）ADC0809的结构、引脚功能、与单片机的接口，包括与单片机间的数据传送方式的处理；（2）AD1674的结构、引脚功能、与单片机的接口；（3）DAC0832的结构、引脚功能、与单片机的接口，包括DAC0832的单缓冲方式和双缓冲方式的应用。任务作业P281~P282T8-7~T8-9单片机与DS18B20的连接

李法春2015年10月一、DS18B20引脚及内部结构1．DS18B20引脚DS18B20的常用封装有3脚、8脚等几种形式。各脚含义如下：DQ：数字信号输入／输出端。GND：电源地端。VDD：外接供电电源输入端(在寄生电源接线时此脚应接地)。

2．DS18B20内部结构64位ROM和一线接口存储和控制逻辑高速暂存器8位CRC生成器温度传感器低温触发器TL高温触发器TH配置寄存器电源检测DQVDD二、DS18B20的读写操作1．ROM操作命令

（1）读命令(33H)：通过该命令主机可以读出DS18B20的ROM中的8位系列产品代码、48位产品序列号和8位CRC校验码。该命令仅限于单个DS18B20在线的情况。（2）选择定位命令(55H)：当多片DS18B20在线时，主机发出该命令和一个64位数，DS18B20内部ROM与主机一致者，才响应命令。该命令也可用于单个DS18B20的情况。（3）查询命令(0F0H)：该命令可查询总线上DS18B20的数目及其64位序列号。（4）跳过ROM序列号检测命令(0CCH)：该命令允许主机跳过ROM序列号检测而直接对寄存器操作，该命令仅限于单个DS18B20在线的情况。（5）报警查询命令(0ECH)：只有报警标志置位后，DS18B20才相应该命令。2．存储器操作命令（1）写入命令(4EH)：该命令可写入寄存器的第2、3、4字节，即高低温寄存器和配置寄存器。复位信号发出之前，三个字节必须写完。（2）读出命令(0BEH)：该命令可读出寄存器中的内容，复位命令可终止读出。（3）开始转换命令(44H)：该命令使DS18B20立即开始温度转换，当温度转换正在进行时，主机这时读总线将收到0；当温度转换结束时，主机这时读总线将收到1。若用信号线给DS18B20供电，则主机发出转换命令后，必须提供至少相应于分辨率的温度转换时间的上拉电平。2．存储器操作命令（4）回调命令(088H)：该命令把EEROM中的内容写到寄存器TH、TL及配置寄存器中。DS18B20上电时能自动写入。（5）复制命令(48H)：该命令把寄存器TH、TL及配置寄存器中的内容写到EEROM中。（6）读电源标志命令(084H)：主机发出该命令后，DS18B20将进行响应，发送电源标志，信号线供电发0，外接电源发1。三、DS18B20的复位及读写时序1．复位对DS18B20操作之前，首先要将它复位。（1）主机将信号线置为低电平，时间为480～960μs。（2）主机将信号线置为高电平，时间为15～60μs。（3）DS18B20发出60～240μs的低电平作为应答信号。单片机收到此信号后，表明复位成功，才能对DS18B20作其它操作，否则可能发生器件不存在、器件损坏或其他故障。480μs~960μs15μs~60μs60～240μs≥480μsDQ2．写字节单片机将DQ设置为低电平，延时15μs产生写起始信号。将待写的数据以串行形式送一位至DQ端，DS18B20在15～60μs的时间内对DQ检测，如DQ为高电平，则写1，如DQ为低电平，则写0，从而完成了一个写周期。在开始另一个写周期前，必须有1μs以上的高电平恢复期。15μs15μs~60μs>1μsDQ>60μs15μs15μs~60μs>1μsDQ>60μs写“0”时序写“1”时序3．读字节当单片机准备从DS18B20温度传感器读取每一位数据时，应先发出启动读时序脉冲，即将DQ设置低电平1μs以上，再使DQ上升为高电平，产生读起始信号。启动后等待15μs，以便DS18B20能可靠地将温度数据送至DQ总线上，然后单片机开始读取DQ总线上的结果，单片机在完成取数据操作后，要等待至少45μs，从而完成了一个读周期。在开始另一个读周期前，必须有1μs以上的高电平恢复期。15μs>1μsDQ>60μs>45μs>1μs>1μs15μs>60μs>45μs>1μs案例单片机与DS18B20传感器连接用单片机AT89C52的P0.7口线经上拉后接至DS18B20的引脚2数据端，引脚1接电源地端，引脚3接+5V电源端。源程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>sbitLE=P2^5;sbitDQ=P0^7;bitDS_IS_OK=1;unsignedcharseg[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x00};//字段数组定义了12个元素，其中第11个元素是负号“-”的字//段码第12个元素为不显示的字段码，用于显示正温度值unsignedcharbuf[4];unsignedinttemperature;voiddelay(unsignedinttime)//延时函数{while(time--);}源程序（初始化函数）unsignedcharInit_Ds18b20(){unsignedcharstatus;DQ=1;delay(8);DQ=0;delay(60);//延时约600μsDQ=1;delay(5););//延时约50μsstatus=DQ;delay(20);//延时约200μsreturnstatus;}源程序（读字节函数）unsignedcharread(){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;DQ=1;_nop_();for(i=8;i>0;i--){DQ=0;dat>>=1;DQ=1;delay(2);//延时约15μsif(DQ)dat|=0x80;delay(5);//延时约50μsDQ=1;}return(dat);}15μs>1μsDQ>60μs>45μs>1μs>1μs15μs>60μs>45μs>1μs源程序（写字节函数）voidwrite(unsignedchardat){unsignedchari;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;delay(2)//延时约15μsDQ=dat&0x01;delay(5);//延时约50μsDQ=1;dat>>=1;}}源程序（采样温度函数）voidReadTemperature(){unsignedchartempL=0;unsignedchartempH=0;if(Init_Ds18b20()==1)//DS18B20故障

DS_IS_OK=0;else{DS_IS_OK=1;write(0xcc);write(0x44);//发出温度转换命令

Init_Ds18b20();write(0xcc);write(0xbe);//读出温度值

tempL=read();tempH=read();temperature=(tempH<<8)|tempL;}}//温度值显示处理函数voiddispute(){unsignedinttemp,temp1;//用于中途的数据转换

//以下if语句用于处理负温度值，因为保存的是温度值的补码

if((temperature&0xf80