(工學(xué))單片機(jī)接口技術(shù)專題講座課件

1、單片機(jī)接口技術(shù)專題講座外部總線的擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展I/O口的擴(kuò)展A/D和D/A接口功能的擴(kuò)展綜合實(shí)例分析鍵盤(pán)和數(shù)碼顯示人機(jī)交互的C語(yǔ)言編程第1頁(yè)，共71頁(yè)。1 外部總線的擴(kuò)展 一、 外部總線的擴(kuò)展 圖 1 MCS - 51外部三總線示意圖 第2頁(yè)，共71頁(yè)。圖 2 地址鎖存器的引腳和接口 第3頁(yè)，共71頁(yè)。第4頁(yè)，共71頁(yè)。二、總線驅(qū)動(dòng) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中, 擴(kuò)展的三總線上掛接很多負(fù)載, 如存儲(chǔ)器、并行接口、A/D接口、顯示接口等, 但總線接口的負(fù)載能力有限, 因此常常需要通過(guò)連接總線驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行總線驅(qū)動(dòng)。 總線驅(qū)動(dòng)器對(duì)于單片機(jī)的I/O口只相當(dāng)于增加了一個(gè)TTL負(fù)載, 因此驅(qū)動(dòng)器除了對(duì)后級(jí)電路

2、驅(qū)動(dòng)外,還能對(duì)負(fù)載的波動(dòng)變化起隔離作用。 在對(duì)TTL 負(fù)載驅(qū)動(dòng)時(shí), 只需考慮驅(qū)動(dòng)電流的大小; 在對(duì)MOS負(fù)載驅(qū)動(dòng)時(shí), MOS負(fù)載的輸入電流很小, 更多地要考慮對(duì)分布電容的電流驅(qū)動(dòng)。 第5頁(yè)，共71頁(yè)。 1 常用的總線驅(qū)動(dòng)器 系統(tǒng)總線中地址總線和控制總線是單向的, 因此驅(qū)動(dòng)器可以選用單向的, 如74LS244。 74LS244還帶有三態(tài)控制, 能實(shí)現(xiàn)總線緩沖和隔離。 . 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)總線是雙向的, 其驅(qū)動(dòng)器也要選用雙向的, 如74LS245 。74LS245 也是三態(tài)的, 有一個(gè)方向控制端DIR, DIR=1時(shí)輸出(AnBn), DIR=0時(shí)輸入(AnBn)。 第6頁(yè)，共71頁(yè)。圖 3 總線驅(qū)動(dòng)

3、器芯片管腳(a) 單向驅(qū)動(dòng)器；(b) 雙向驅(qū)動(dòng)器 第7頁(yè)，共71頁(yè)。2. 總線驅(qū)動(dòng)器的接口 圖 4 8051與總線驅(qū)動(dòng)器的接口(a) P2 口的驅(qū)動(dòng); (b) P0 口的驅(qū)動(dòng) 第8頁(yè)，共71頁(yè)。2 外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 圖 5 MCS - 51 單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理 2.1 外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（1）外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理及時(shí)序 第9頁(yè)，共71頁(yè)。（2） EPROM擴(kuò)展電路 圖 6 2716的引腳圖 第10頁(yè)，共71頁(yè)。2716 有五種工作方式, 見(jiàn)表 1。 表 1 2716工作方式選擇 第11頁(yè)，共71頁(yè)。圖 7 2716與8031的連接圖 第12頁(yè)，共71頁(yè)。 由圖 7.7可確定271

4、6芯片的地址范圍。方法是A10A0從全0開(kāi)始, 然后從最低位開(kāi)始依次加 1, 最后變?yōu)槿?, 相當(dāng)于211=2 048個(gè)單元地址依次選通, 稱為字選。即 第13頁(yè)，共71頁(yè)。2.2 靜態(tài)RAM擴(kuò)展 圖 8 6264 管腳圖 第14頁(yè)，共71頁(yè)。表 2 6264的工作方式 第15頁(yè)，共71頁(yè)。圖 9 擴(kuò)展6264 靜態(tài)RAM第16頁(yè)，共71頁(yè)。 6264的8 KB地址范圍不唯一（因?yàn)锳14A13可為任意值）, 6000H7FFFH是一種地址范圍。當(dāng)向該片6000H單元寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)DATA時(shí), 可用如下指令: MOV A, DATA MOV DPTA, 6000H MOVX DPTR, A從FFFH

5、單元讀一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí), 可用如下指令: MOV DPTR, 7FFFH MOVX , DPTR 第17頁(yè)，共71頁(yè)。2.3 多片存儲(chǔ)器芯片的擴(kuò)展 （1） 線選法尋址 圖 10 用線選法實(shí)現(xiàn)片選 第18頁(yè)，共71頁(yè)。各芯片的地址范圍如下: 第19頁(yè)，共71頁(yè)。 （2） 譯碼法尋址 譯碼法尋址就是利用地址譯碼器對(duì)系統(tǒng)的片外高位地址進(jìn)行譯碼, 以其譯碼輸出作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào), 將地址劃分為連續(xù)的地址空間塊, 避免了地址的間斷。 譯碼法仍用低位地址線對(duì)每片內(nèi)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址, 而高位地址線經(jīng)過(guò)譯碼器譯碼后輸出作為各芯片的片選信號(hào)。常用的地址譯碼器是 3/8 譯碼器 74LS138。 譯碼法又分為完

6、全譯碼和部分譯碼兩種。 第20頁(yè)，共71頁(yè)。 例 要求用 2764 芯片擴(kuò)展 8031 的片外程序存儲(chǔ)器空間, 分配的地址范圍為 0000H3FFFH。 本例采用完全譯碼方法。 (1） 確定片數(shù)。 因0000H 3FFFH的存儲(chǔ)空間為16 KB, 則 所需芯片數(shù)=實(shí)際要求的存儲(chǔ)容量/單個(gè)芯片的存儲(chǔ)容量 = 16 KB/ 8 KB = 2（片） 第21頁(yè)，共71頁(yè)。(2) 分配地址范圍。 第22頁(yè)，共71頁(yè)。(3) 存儲(chǔ)器擴(kuò)展連接如圖 11 所示。 圖 11 采用地址譯碼器擴(kuò)展存儲(chǔ)器的連接圖 第23頁(yè)，共71頁(yè)。3 I/O口的擴(kuò)展 51系列單片機(jī)有32個(gè)I/O口，且大多數(shù)情況下不能完全提供給用戶

7、，因此在需要大量I/O口時(shí)，我們必須對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展。 從功能上看，單片機(jī)的I/O口有兩種類型：基本I/O和可編程I/O?；綢/O結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但功能單一，僅適用于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)輸入和輸出；可編程I/O功能豐富但成本較高，使用較靈活。簡(jiǎn)單I/O口的擴(kuò)展 I/O口的擴(kuò)展原則為“輸入三態(tài)、輸出鎖存”，因此利用TTL或MOS電路可進(jìn)行簡(jiǎn)單I/O口的擴(kuò)展。 利用片選信號(hào)對(duì)外部I/O進(jìn)行編址，對(duì)其訪問(wèn)就象訪問(wèn)外部RAM一樣。第24頁(yè)，共71頁(yè)。1G2G 其I/O口地址為0FEFFH，即保證P2.0為“0”即可。其輸入和輸出共用一個(gè)地址，不會(huì)發(fā)生沖突。273244圖 12 基本I/O擴(kuò)展 第25頁(yè)，共71頁(yè)。CLKC

8、LRD7D0Q7Q0001保持1D7D0鎖存74LS273功能表74LS244功能表GD7D0Q7Q01高阻態(tài)0D7D0D7D0第26頁(yè)，共71頁(yè)。LOOP：MOVDPTR,#0FEFFHMOVX A,DPTRCPLAMOVX DPTR,ASJMPLOOP執(zhí)行如下程序后，試說(shuō)明工作情況：第27頁(yè)，共71頁(yè)。4 A/D和D/A接口功能的擴(kuò)展 4.1 A/D轉(zhuǎn)換器接口A/D轉(zhuǎn)換器用以實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 按轉(zhuǎn)換原理可分為 4 種: 計(jì)數(shù)式、 雙積分式、逐次逼近式以及并行式A/D轉(zhuǎn)換器。 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種速度較快, 精度較高的轉(zhuǎn)換器, 其轉(zhuǎn)換時(shí)間大約在幾微秒到幾百微秒之間。常用的這

9、種芯片有: （1） ADC0801ADC0805型 8 位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器; （2） ADC0808/0809 型 8 位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器; （3） ADC0816/0817 型 8 位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器; 第28頁(yè)，共71頁(yè)。4.2 典型A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809 簡(jiǎn)介 圖 13 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 第29頁(yè)，共71頁(yè)。圖 14 ADC0809引腳圖 第30頁(yè)，共71頁(yè)。表 2 地址碼與輸入通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系 第31頁(yè)，共71頁(yè)。圖 15 ADC0809時(shí)序圖 第32頁(yè)，共71頁(yè)。MCS-51數(shù)據(jù)采集的C語(yǔ)言編程示例例 ADC0809與8031接口的數(shù)據(jù)采集程序舉例。圖16

10、ADC0809與8031的接口電路第33頁(yè)，共71頁(yè)。程序如下： # include # include # define uchar unsigned char # define IN0 XBYTE 0 x7ff8 /* 設(shè)置AD0809的通道0地址 */ sbit ad_busy =P33 ； /* 即EOC狀態(tài) */ void ad0809 ( uchar idata *x ) /* 采樣結(jié)果放指針中的A/D采集函數(shù) */ uchar i ； uchar xdata *ad_adr ； ad_adr= & IN0 ； for ( i=0 ； i8 ；i+ ) /* 處理8通道 */ *a

11、d_adr=0 ； /* 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 */第34頁(yè)，共71頁(yè)。 i=i ； /* 延時(shí)等待EOC變低 */ i=i ； while (ad_busy = =0 ) ； /* 查詢等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 */ xi = * ad_adr ； /* 存轉(zhuǎn)換結(jié)果 */ ad_adr + ； /* 下一通道 */ void main ( void ) static uchar idata ad 10 ； ad0809 ( ad ) ； /* 采樣AD0809通道的值 */ 第35頁(yè)，共71頁(yè)。例 AD574與8031接口的數(shù)據(jù)采集程序舉例。圖17 AD574與8031的接口電路第36頁(yè)，共71頁(yè)。源程序如下：#

12、include # inlucde # define uint unsigned int # define ADCOM XBYTE 0 xff7c /* 使A0=0 ，R/C=0， CS=0 */# define ADLO XBYTE 0 xff7f /* 使 R/C =1，A0=1， CS=0 */# define ADHI XBYTE 0 xff7d /* 使R/C=1，A0=0，CS =0 */sbit r = P3 7 ；sbit w = P3 6 ；sbit adbusy = P1 0 ；第37頁(yè)，共71頁(yè)。uint ad574 ( void ) /* AD574轉(zhuǎn)換器 */ r =

13、 0 ； /* 產(chǎn)生CE=1 */ w = 0 ； ADCOM = 0 ； /* 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 */ while ( adbusy = =1 ) ； /* 等待轉(zhuǎn)換*/ return ( ( uint )(ADHI4 )+( ADLO &0 x0f ) )； /* 返回12位采樣值*/ main ( ) uint idata result ； result =ad574 ( ) ； /* 啟動(dòng)AD574進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，得轉(zhuǎn)換結(jié)果 */ 第38頁(yè)，共71頁(yè)。4.3 D/A轉(zhuǎn)換器接口 （1） D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) （1） 分辨率。分辨率是D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量變化敏感程度的描述, 與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)

14、。如果數(shù)字量的位數(shù)為n, 則D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為 2-n。 （2） 建立時(shí)間。建立時(shí)間是描述 D/A轉(zhuǎn)換速度的一個(gè)參數(shù), 具體是指從輸入數(shù)字量變化到輸出達(dá)到終值誤差1/2LSB（最低有效位）時(shí)所需的時(shí)間。通常以建立時(shí)間來(lái)表明轉(zhuǎn)換速度。 （3） 接口形式。 D/A轉(zhuǎn)換器有兩類: 一類不帶鎖存器, 另一類則帶鎖存器。對(duì)于不帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器, 為保存單片機(jī)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù), 在接口處要加鎖存器。 第39頁(yè)，共71頁(yè)。（2） 典型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832簡(jiǎn)介 圖 18 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 第40頁(yè)，共71頁(yè)。圖 19 第41頁(yè)，共71頁(yè)。圖20 DAC0832的引腳圖 第42頁(yè)，共71頁(yè)。

15、例 8031與DAC0832雙緩沖接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序舉例。圖21 DAC 0832的雙緩沖接口電路第43頁(yè)，共71頁(yè)。將data1和data2數(shù)據(jù)同時(shí)轉(zhuǎn)換為模擬量的C51程序如下：# include # include # define INPUTR1 XBYTE 0 x8fff # define INPUTR2 XBYTE 0 xa7ff# define DACR XBYTE 0 x2fff # define uchar unsigned char void dac2b (data1 ,data2 )uchar data1 , data2 ； INPUTR1 = data1 ； /* 送數(shù)據(jù)

16、到一片0832 */ INPUTR2 = data2 ； /* 送數(shù)據(jù)到另一片0832 */ DACR= 0 ； /* 啟動(dòng)兩路D/A 同時(shí)轉(zhuǎn)換 * /第44頁(yè)，共71頁(yè)。例 8031與DAC0832單緩沖區(qū)接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換舉例。圖22 DAC0832與8031 的單緩沖接口 第45頁(yè)，共71頁(yè)。 按片選線確定FFFEH為DAC0832的端口地址。使運(yùn)行輸出端輸出一個(gè)鋸齒波電壓信號(hào)的C51程序如下：# include # include # define DA0832 XBYTE 0 xfffe # define uchar unsigned char # define uint unsigne

17、d int void stair (void ) uchar i ； while ( 1 ) for ( i=0 ； i=255 ； i=I+ ) /* 形成鋸齒波輸出值，最大值為255 */ DA0832 = i ； /* D/A轉(zhuǎn)換輸出 */ 第46頁(yè)，共71頁(yè)。例 8031與AD7521接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序舉例。圖23 AD7521與8031的接口 第47頁(yè)，共71頁(yè)。使AD7521輸出梯形波的C51程序如下：# include # include # define DA7521L XBYTE0 x7fff # define DA7521H XBYTE0 xbfff # define UP

18、 0 x010# define T 1000# define uint unsigned int 第48頁(yè)，共71頁(yè)。void dlms ( uint a );void stair(void) uint i ； for ( i=0 ； i=4095 ； i=i+UP ) /* 以階高增量增值，形成梯形波輸出值，最大4095*/ DA7521L= i % 256 ； /* 送低8位數(shù)據(jù)到第一級(jí)緩沖器 */ DA7521H= i /256 ； /* 送高4位數(shù)據(jù)到高4位緩沖器，同時(shí)送低8位到第二級(jí) /* 緩沖轉(zhuǎn)換 */ dlms ( T ) ； /* 延時(shí) */ 第49頁(yè)，共71頁(yè)。5 綜合實(shí)例分

19、析第50頁(yè)，共71頁(yè)。A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換RAM擴(kuò)展測(cè)試程序第51頁(yè)，共71頁(yè)。第52頁(yè)，共71頁(yè)。第53頁(yè)，共71頁(yè)。第54頁(yè)，共71頁(yè)。# include / 絕對(duì)地址訪問(wèn)# include / MCS-51寄存器符號(hào)定義# define TLC7524 XBYTE 0 x3FFF # define ADC0820 XBYTE 0 x5FFF # define uchar unsigned char# define uint unsigned intvoid ADC (void ) return ( ADC0820 )； void DAC (uchar x ) TLC7524 =x ； v

20、oid main(void)uchar ad; while(1) ad=ADC0820(); TLC7524 (ad)； 第55頁(yè)，共71頁(yè)。6 鍵盤(pán)和數(shù)碼顯示人機(jī)交互的C語(yǔ)言編程6.1 行列式鍵盤(pán)與8031的接口 鍵盤(pán)輸入信息的主要過(guò)程是： (1) 單片機(jī)判斷是否有鍵按下。 (2) 確定按下的是哪一個(gè)鍵。 (3) 把此步驟代表的信息翻譯成計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的代碼，如ASCII或其它特征碼。第56頁(yè)，共71頁(yè)。圖24 8031與行列式鍵盤(pán)的接口 第57頁(yè)，共71頁(yè)。 例 44鍵盤(pán)的掃描程序。 掃描程序查詢的內(nèi)容為： (1) 查詢是否有鍵按下。首先單片機(jī)向行掃描P1.0 P1.3輸出全為0掃描碼F0

21、H，然后從列檢查口P1.4 P1.7輸入列掃描信號(hào)，只要有一列信號(hào)不為1，即P1口不為F0H，則表示有鍵按下。接著要查出按下鍵所在的行、列位置。第58頁(yè)，共71頁(yè)。 (2) 查詢按下鍵所在的行列位置。單片機(jī)將得到的信號(hào)取反，P1.4P1.7中的為1的位便是鍵所在的列。接下來(lái)要確定鍵所在的行，需要進(jìn)行逐行掃描。單片機(jī)首先使P1.0為0，P1.1P1.7為1，即向P1口發(fā)送掃描碼FEH，接著輸入列檢查信號(hào)，若全為1，表示不在第一行。接著使P1.1接地，其余為1，再讀入列信號(hào)這樣逐行發(fā)0掃描碼，直到找到按下鍵所在的行，將該行掃描碼取反保留。當(dāng)各行都掃描以后仍沒(méi)有找到，則放棄掃描，認(rèn)為是鍵的誤動(dòng)作。第

22、59頁(yè)，共71頁(yè)。 (3) 對(duì)得到的行號(hào)和列號(hào)譯碼，得到鍵值。 (4) 鍵的抖動(dòng)處理。當(dāng)用手按下一個(gè)鍵時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)所按鍵在閉合位置和斷開(kāi)位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況。在釋放一個(gè)鍵時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)類似的情況，這就是鍵抖動(dòng)，抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間不一，通常不會(huì)大于10 ms，若抖動(dòng)問(wèn)題不解決，就會(huì)引起對(duì)閉合鍵的多次讀入，對(duì)于鍵抖動(dòng)最方便的解決方法就是當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下后，不是立即進(jìn)行逐行掃描，而是延時(shí)10 ms后再進(jìn)行。由于鍵按下的時(shí)間持續(xù)上百毫秒，延時(shí)后再也不遲。第60頁(yè)，共71頁(yè)。掃描函數(shù)的返回值為鍵特征碼，若無(wú)鍵按下，返回值為0。程序如下：# include # define uchar unsi

23、gned char # define uint unsigned int void dlms( void )void kbscan( void ) ；void main ( void ) uchar key ；while( 1 ) key =kbscan ( ) ； dlms( ) ； 第61頁(yè)，共71頁(yè)。void dlms( void ) uchar i ； for ( i=200 ； i0 ； i- -) uchar kbscan ( void ) /* 鍵掃描函數(shù) */ uchar scode ,recode ； P1=oxf0 ； if ( (P1 & 0 xf0 ) ! =0 xf0

24、 ) /* 若有鍵按下 */ dlms ( ) ； /* 延時(shí)去抖動(dòng) */ if ( P1 & 0 xf0 )! = 0 xf0 ) scode =0 xfe ； /* 逐行掃描初值 */ while ( scode & 0 x10 ) !=0 ) P1=scode ； /* 輸出掃描碼 */第62頁(yè)，共71頁(yè)。if ( P1 & 0 xf0 )! =0 xf0 ) /* 本行有鍵按下 */ recode= ( P1 & 0 xf0 ) | 0 x0f ； return ( scode ) + ( recode ) ) ； /* 返回特征字節(jié)碼 */ else scode = ( scode

25、1) | 0 x01 ； /* 行掃描左移一位 */ return ( 0 ) ； 第63頁(yè)，共71頁(yè)。6.2 七段數(shù)碼顯示與8031的接口 數(shù)碼顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。 數(shù)碼顯示器有發(fā)光管的LED和液晶的LCD兩種。 LED顯示器工作在靜態(tài)方式時(shí)，其陰極(或其陽(yáng)極)點(diǎn)連接在一起接地(或+5 V)，每一個(gè)的端選線(a，b，c，d，e，f，g，dp)分別與一個(gè)8位口相連。LCD數(shù)碼顯示只能工作在靜態(tài)顯示，并要求加上專門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片4056。 LED顯示器工作在動(dòng)態(tài)顯示方式時(shí)，段選碼端口I/O1用來(lái)輸出顯示字符的段選碼，I/O2輸出位選碼。I/O1不斷送待顯示字符的段選碼，I/O2不

26、斷送出不同的位掃描碼，并使每位顯示字符停留顯示一段時(shí)間，一般為15 ms，利用眼睛的視覺(jué)慣性，從顯示器上便可以見(jiàn)到相當(dāng)穩(wěn)定的數(shù)字顯示。第64頁(yè)，共71頁(yè)。例 8155控制的動(dòng)態(tài)LED顯示。圖 25 經(jīng)8155擴(kuò)展端口的6位LED動(dòng)態(tài)顯示 第65頁(yè)，共71頁(yè)。確定的8155片內(nèi)4個(gè)端口地址如下：命令/狀態(tài)口 ： FFF0H口A： FFF1H口B： FFF2H口C： FFF3H第66頁(yè)，共71頁(yè)。 6位待顯示字符從左到右依次放在dis_buf數(shù)組中，顯示次序從右向左順序進(jìn)行。程序中的table 為段選碼表，表中段選碼表存放的次序?yàn)?F等。以下為循環(huán)動(dòng)態(tài)顯示6位字符的程序，8155命令字為07H。# include # include #define uchar unsigned char# define CO