《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》課件1第6章

第6章單片機(jī)片外接口技術(shù)6.1I/O操作指令6.2可編程鍵盤顯示器接口芯片82796.3液晶顯示接口6.4D/A轉(zhuǎn)換接口6.5A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)6.6小結(jié)習(xí)題與思考題6.1I/O操作指令6.1.1輸入/輸出方法

MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的I/O端口與片外數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，因此對I/O端口的訪問只需直接使用片外數(shù)據(jù)存儲器的操作指令，訪問的最大尋址空間為64KB，16位地址信號要用DPTR或P2:Ri(i＝0或1)存放。單片機(jī)的I/O輸入指令為：

MOVX A，＠R0 ；高8位地址在P2中或

MOVX A，＠DPTR單片機(jī)的I/O輸出指令為：

MOVX ＠R0，A或

MOVX ＠DPTR，A

【例6-1】把端口地址0F13CH的數(shù)據(jù)讀出到累加器A。解：有兩種程序段可以達(dá)到本例目的。程序段一：MOV P2，﹟0F1HMOV R0，﹟3CHMOVX A，＠R0程序段二： MOV DPTR，﹟0F13CHMOVX A，＠DPTR

【例6-2】將片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM30H單元內(nèi)容送至端口地址為24F0H的I/O設(shè)備。

解：有兩種程序段可以達(dá)到本例目的。程序段一： MOV P2，#24HMOV R0，#0F0HMOV A，30HMOVX ＠R0，A程序段二：MOV A，30HMOV DPTR，#24F0HMOVX ＠DPTR，A單片機(jī)和I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換方式有3種：程序交換、延時交換和中斷交換方式。

1)程序交換方式使用輸入/輸出指令實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)的方式，稱為程序交換方式。這種方式分為無條件交換和查詢交換兩種。無條件交換方式是單片機(jī)和I/O設(shè)備之間沒有任何條件約束、隨機(jī)交換數(shù)據(jù)的一種工作方式。單片機(jī)隨時可能向I/O設(shè)備輸出數(shù)據(jù)，I/O設(shè)備隨時可能向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送無條件進(jìn)行。這種傳送數(shù)據(jù)方式的優(yōu)點(diǎn)是傳送直接、電路簡單，缺點(diǎn)是容易丟失數(shù)據(jù)，尤其是I/O設(shè)備的工作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單片機(jī)時，這種情況顯得更嚴(yán)重。查詢交換方式是對無條件交換的修改，由單片機(jī)使用程序查詢I/O設(shè)備是否做好了準(zhǔn)備，I/O設(shè)備接收數(shù)據(jù)時，用于接收的寄存器是否空置；I/O設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，待發(fā)送的數(shù)據(jù)是否已經(jīng)位于端口寄存器內(nèi)。如果沒準(zhǔn)備好就繼續(xù)各做各的；準(zhǔn)備好了就傳送數(shù)據(jù)。

2)延時交換方式單片機(jī)發(fā)出啟動信號并延時一段時間以后再交換數(shù)據(jù)的方式，稱為延時交換方式。在交換數(shù)據(jù)前，單片機(jī)發(fā)出啟動I/O設(shè)備的信號并相應(yīng)延時，延長一段時間后再和I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)。

3)中斷交換方式單片機(jī)和I/O設(shè)備各自獨(dú)立工作，待I/O設(shè)備準(zhǔn)備好之后發(fā)出中斷申請，單片機(jī)在決定響應(yīng)時執(zhí)行中斷服務(wù)程序，數(shù)據(jù)交換就在服務(wù)程序中進(jìn)行。6.1.2I/O操作時序執(zhí)行MOVX指令的讀時序如圖6-1(a)所示。在一個機(jī)器周期內(nèi)，T1過后地址鎖存允許信號ALE由“0”變“1”，這時，隨后在P0口出現(xiàn)的低8位地址信號被片外鎖存器(常用Intel8282等)鎖存。由低電平變?yōu)楦唠娖?，表明單片機(jī)不訪問程序存儲器。在T3、T4持續(xù)期間，P2、P0地址信號有效，通過地址總線尋找到I/O端口。從T7開始，線首先由高電平轉(zhuǎn)為低電平有效，從T8到T12，數(shù)據(jù)從I/O端口經(jīng)P0線(此時已是數(shù)據(jù)線)進(jìn)入單片機(jī)，完成整個讀過程。寫時序如圖6-1(b)所示，與讀時序完全類似。

MOVX指令的執(zhí)行需要兩個機(jī)器周期：第一個機(jī)器周期共12個時鐘脈沖，用于從程序ROM中取出指令并翻譯機(jī)器碼；第二個機(jī)器周期也有12個時鐘脈沖，用于完成讀/寫。圖6-1MOVX指令讀/寫時序(a)單片機(jī)讀機(jī)器周期；(b)單片機(jī)寫機(jī)器周期6.2可編程鍵盤顯示器接口芯片82796.2.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1．內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳

8279的功能是：既能對矩陣鍵盤掃描，又能控制LED顯示器的數(shù)據(jù)及顯示方式。它是一個40腳雙列直插式芯片，由單一＋5V供電，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳如圖6-2所示。圖6-2Intel8279內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳

8279內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)由以下6部分組成：

(1)?I/O控制與數(shù)據(jù)緩沖，用于實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)三組總線的連接。

(2)控制與定時器，用于存放鍵盤和顯示器的各種操作方式。定時器使用軟件分頻，保證8279內(nèi)部所需100kHz時鐘頻率，并為鍵盤掃描提供合適的掃描頻率。

(3)掃描計(jì)數(shù)器，有兩種工作方式：編碼方式和譯碼方式。工作于編碼方式時，計(jì)數(shù)器進(jìn)行二進(jìn)制計(jì)數(shù)，由外部譯碼為鍵盤和顯示提供掃描線，外部譯碼用16選1譯碼器，SL0～SL3不起掃描作用。工作于譯碼方式時，SL0～SL3是譯碼后的輸出，且任一時刻只有一條線為低電平。

(4)回饋緩沖器、鍵盤去抖及控制，用于緩沖并鎖存來自RL0～RL7的8根回饋信號。掃描RL0～RL7的過程中，若有鍵按下，便將該鍵地址送入FIFO。在選通輸入時，回饋線的內(nèi)容在CNTL/STB的脈沖上升沿送入FIFO寄存器。

(5)?FIFO/傳感器，是一個容量為8×8bit的存儲器，不同的方式有不同的存儲功能。在鍵盤和選通輸入方式中，它是FIFO(先入先出)RAM，只要有一個新的輸入，就會寫進(jìn)連續(xù)的RAM單元，并且按輸入的順序讀出。FIFO狀態(tài)存放在FIFO的狀態(tài)寄存器內(nèi)，并且可由單片機(jī)讀取。在傳感器掃描方式中，它是傳感器RAM，存放傳感器矩陣中的每一個傳感器狀態(tài)，并且傳感器一有變化，IRQ信號便變?yōu)楦唠娖?，能向CPU提出中斷申請。

(6)顯示地址寄存器和顯示RAM，其功能是保持由單片機(jī)寫入或讀出的顯示RAM地址。顯示RAM的功能是存儲顯示數(shù)據(jù)，容量為16×8bit，顯示數(shù)據(jù)依次從顯示寄存器輸出，分為A、B兩組：OUTA0～OUTA3和OUTB0～OUTB3。這兩組可單獨(dú)送數(shù)，也可組成8位字顯示。

2．8種鍵盤工作方式和4種顯示方式

8279的鍵盤輸入方式有8種，顯示器輸出方式有4種，分別如表6-1和表6-2所示。從表6-1中可以看出，主要輸入方式有3類：掃描鍵盤、掃描傳感器矩陣和選通輸入。從表6-2中可以看出，輸出方式有1類，即顯示器輸出。掃描鍵盤輸入方式的功能為：搜索被按下鍵的地址并送CPU。其中又分編碼/譯碼選擇和雙鍵/N鍵互鎖選擇。所謂“編碼方式”，是指從SL0～SL3輸出二進(jìn)制計(jì)數(shù)信號，經(jīng)3/8譯碼器產(chǎn)生8個行掃信號逐行掃描8×8鍵盤。所謂“譯碼方式”，是指從SL0～SL3依次輸出負(fù)脈沖掃描4×8鍵盤。要注意的是：“編碼掃描”可外接8×8鍵盤或傳感器矩陣；而“譯碼掃描”只能接4×8鍵盤或傳感器矩陣。雙鍵/N鍵互鎖是兩種不同的按鍵保護(hù)方法?！半p鍵互鎖”指兩鍵同時按下后，只有當(dāng)其中一鍵彈起，另一鍵還保留在按下位置才認(rèn)可鍵的按下狀態(tài)?！癗鍵互鎖”用于N個鍵同時按下，這時鍵盤掃描將依據(jù)它們按下的先后順序把它們的狀態(tài)依次送入FIFO。掃描傳感器矩陣方式的功能為逐行掃描傳感器開關(guān)的狀態(tài)并送入FIFO中，向CPU發(fā)出中斷申請信號IRQ。這種方式也有編碼/譯碼選擇，含義同于掃描鍵盤輸入方式。選通輸入方式的特征是把CNTL/STB作為選通信號STB的輸入端，并把從RL0～RL7輸入的數(shù)據(jù)送入FIFO。顯示器輸出方式的特點(diǎn)是用SL0～SL3作位掃描信號，譯碼掃描可顯示4位，編碼掃描可顯示多于4位的數(shù)碼顯示器。被顯示數(shù)據(jù)在寫命令下經(jīng)D0～D7送入顯示RAM，OA0～OA3輸出的信息是來自D4～D7高4位數(shù)據(jù)，OB0～OB3輸出的信息是來自D0～D3低4位數(shù)據(jù)。顯示分為8字符或16字符，字符能從左端或右端送入。

3．8個控制字、2個端口和1個狀態(tài)字

8279的8個控制字如表6-3所示。

8279共使用8個控制字，每字的高3位D7D6D5為特征位，從一個控制端口寫入時就可以使用特征位加以區(qū)別。寫入過程由CPU執(zhí)行傳輸指令實(shí)現(xiàn)。輸出指令的執(zhí)行過程是：當(dāng)＝0、A0＝1時，在上升沿，CPU把8279的控制字從累加器A中取出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入8279控制寄存器。

8279有兩個端口，其中A0＝0的端口為數(shù)據(jù)口，用于接收鍵盤來的輸入字節(jié)數(shù)據(jù)或輸出字節(jié)數(shù)據(jù)到顯示器，輸入和輸出使用MOVX指令完成。來自鍵盤的數(shù)據(jù)有固定的格式，但不同的輸入方式格式不同：掃描傳感器方式或選通方式中，輸入數(shù)據(jù)為RL7～RL0的輸入狀態(tài)；鍵盤掃描方式中，發(fā)出讀FIFO命令后，從數(shù)據(jù)口讀入數(shù)據(jù)的格式為：6.2.2連接鍵盤和數(shù)字顯示

8031單片機(jī)、鎖存器74LS372(也可以使用Intel8282)、8279、譯碼器74LS138、非門7407×2的典型接口電路如圖6-3所示。單片機(jī)系統(tǒng)外接4×8鍵盤及8位顯示器，8279工作于編碼掃描方式。三條掃描信號經(jīng)SL0～SL2送譯碼器74LS138，譯碼輸出至鍵盤列線和共陰極LED顯示器的驅(qū)動電路。

8279的初始化程序如下：

MOV DPTR，#FEFFH MOV A，#0D1H ；A=11010001B MOVX@DPTR，A ；清除命令→8279LOOP1： MOVX A，@DPTR JBACC.7，LOOP1 ；讀8279狀態(tài)，為1寫入無效

MOV A，#00H MOVX@DPTR，A ；送方式命令→8279 MOV A，#34H MOVX@DPTR，A ；fosc=12MHz，編程命令送8279 MOV IE，#84H ；允許8279中斷

RET 圖6-3外接8279的單片機(jī)系統(tǒng)顯示器更新子程序如下：LEDSUB： MOV DPTR，#FEFFH MOV A，#90H MOVX@DPTR，A MOV R0，DISP ；顯示器緩沖器首地址送R0 MOV R7，#8 MOV DPTR，F(xiàn)EFEH LOOP2：MOVXA，@R0 ADD A，#5 MOVCA，@A＋PC ；查表轉(zhuǎn)換 MOVX @DPTR，A INC R0 DJNZ R7，LOOP2 RETDATADB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，

7DH，07H，7EH，6FH DB 77H，7CH，39H，5EH，79H，71H，73H，

3EH，31H，6FH DB 1CH，23H，40H，18H，38H鍵盤中斷服務(wù)程序如下：KEY： MOV DPTR，#FEFFH MOVXA，@DPTR ；讀FIFO狀態(tài)字

ANL A，#0FH JZ NEXT ；判斷FIFO中有無數(shù)據(jù)

MOV A，#40H ；將FIFO命令送8279 MOVX @DPTR，A DEC DPTR MOVXA，@DPTR ；讀數(shù)

MOV R1，A ；暫存

ANL A，#38H ；計(jì)算鍵號

RR A RR A RR A MOV B，#4 MUL AB XCH A，R1 MOV R0，#40H ；鍵號送40H單元

MOV @R0，A INC R0 MOV A，R0 ANL A，#3FH ；緩沖地址范圍為30H～3FH ORL A，#30H MOV 40H，A RETI 6.3液晶顯示接口6.3.1液晶顯示驅(qū)動器液晶顯示器是一種微電流、低功耗、字跡清晰、體積小的新型顯示器件，用LCD表示。它是一種平板型的顯示器，可以將電極做成不同的字符、數(shù)字、文字或圖形，以滿足不同的顯示需要。它的工作電壓低至3～6V，功耗僅0.3～100μW，驅(qū)動脈沖為125～150Hz的方波。圖6-4是LCD的顯示原理。液晶是一種呈液態(tài)的有機(jī)晶體化合物，它既有液體的連續(xù)性和流動性，又有晶體的光學(xué)特性，如對光的折射性、異向性等。液晶在外電場的作用下，晶體分子的排序發(fā)生變化，促使液晶整體的光折射特性發(fā)生視角變化，從而顯示出圖形。圖6-4LCD顯示原理液晶顯示受溫度和頻率的影響。當(dāng)環(huán)境溫度過低，低于液態(tài)晶體的下限溫度時，它成為晶體，而不再是液體；當(dāng)環(huán)境溫度過高，高于液態(tài)晶體的上限溫度時，它成為透明液體，失去了顯示特征。頻率對液晶的影響表現(xiàn)在：液晶分子長時間在單向電流作用下容易電解，因此液晶驅(qū)動不宜用直流；另一方面，過高的頻率也會造成LCD顯示不穩(wěn)定，頻率的最佳選擇范圍是30～150Hz。把液晶密封在兩塊玻璃片之間，在玻璃上鍍有透明的導(dǎo)電層，當(dāng)在兩個導(dǎo)電層極板上加交流電壓時，在液晶上就會形成一個交變電流。液晶顯示器的控制門由異或門構(gòu)成，當(dāng)異或門的控制信號等于0時，加在前極板和后極板的信號完全相同，使得前后極性等電位，LCD不顯示。如果控制信號等于“1”，使兩極板信號正好反相，LCD呈顯示狀態(tài)。正常工作時，液晶極板不接地，處于懸空位置。從顯示形式上劃分，液晶顯示器分為段式、點(diǎn)陣式、圖形式等，其中段式常做成與LED相同的七段形式。驅(qū)動顯示器的電路已做成專用的集成電路，常見的液晶顯示驅(qū)動器型號有CD4055、CD4056、CC14513、CC14514、CD40568B、ICM7211等。圖6-5畫出了兩種LCD驅(qū)動器的引腳線。圖6-5CD40568B和ICM7211

CD40568B是一個四輸入、七輸出的液晶顯示驅(qū)動器，引腳如下：

(1)輸入端A、B、C、D：輸入BCD碼。

(2)輸出端abcdefg：輸出七段，直接連接LCD上相應(yīng)段引腳。

(3)選通鎖存輸入端ST：選通信號，有效時將A、B、C、D輸入信號鎖存。

(4)數(shù)字脈沖輸入端DFIN：輸入50Hz交流信號，常用方波。

ICM7211是一個四輸入、4×7輸出的液晶顯示驅(qū)動器，引腳如下：

(1)輸入端包括以下引腳：

●B0～B3：BCD碼數(shù)據(jù)輸入。

●D1～D4：4組輸出是否有效的選通信號，選通信號為“1”時選通，為“0”時斷開。其中：

D1＝1時選通a1～g1輸出有效；

D2＝1時選通a2～g2輸出有效；

D3＝1時選通a3～g3輸出有效；

D4＝1時選通a4～g4輸出有效。由于每組輸出使用1條選通輸入線，因此4位可以全選通，也可以全斷開。

●OSC：片內(nèi)、外振蕩控制信號，有懸空和接地兩種接法。懸空時驅(qū)動器內(nèi)的振蕩器工作；接地時片內(nèi)振蕩器停振。

●BP：LCD驅(qū)動極，又稱背電極，既作輸入又作輸出使用。OSC懸空時作輸出線，輸出125Hz脈沖信號；OSC接地時作輸入用，輸入125Hz方波信號。

(2)輸出端包括a1～g1、a2～g2、a3～g3和a4～g4四組輸出，可以接4片LCD。

CD40568B和ICM7211的BCD碼輸入及譯碼后的a～g段數(shù)字顯示關(guān)系如表6-4所示。6.3.2接口實(shí)例單片機(jī)、液晶顯示驅(qū)動器和液晶顯示器的接口電路如圖6-6所示，其中圖6-6(a)為CD40568B驅(qū)動2片LCD顯示器，圖6-6(b)為ICM7211驅(qū)動8片LCD顯示器。圖中LCD的COM端為驅(qū)動脈沖輸入端，使用的輸入信號為50～125Hz方波。圖6-6單片機(jī)LCD接口(a)CD40568B驅(qū)動2片LCD；(b)ICM7211驅(qū)動8片LCD圖6-6單片機(jī)LCD接口(a)CD40568B驅(qū)動2片LCD；(b)ICM7211驅(qū)動8片LCD將單片機(jī)片內(nèi)RAM40H單元開始的50個壓縮BCD碼依次顯示的程序如下：BEGIN：MOV R7，#50 ；設(shè)置計(jì)數(shù)器

MOV R0，#40H ；數(shù)據(jù)區(qū)首址LOOP：MOV A，＠R0 MOV P0，A ；送P0口顯示INC R0 ；地址指針加1ACALLDELAY ；延時DJNZ R7，LOOP ；未完繼續(xù)6.4D/A轉(zhuǎn)換接口將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的技術(shù)稱為D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路稱為D/A轉(zhuǎn)換電路。目前單片機(jī)系統(tǒng)中使用的D/A轉(zhuǎn)換電路已經(jīng)普遍使用D/A集成芯片，常見的有AD7520、DAC0832等。單片機(jī)只能識別和處理數(shù)字信息，在工業(yè)控制、動態(tài)檢測、圖像語言等領(lǐng)域中，信息通常以模擬量的形式出現(xiàn)，傳感器只能把各種被測物理量，如溫度、壓力、流量、位移、速度、聲音、亮度等進(jìn)行檢測并轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，顯然需要模/數(shù)變換將其變?yōu)閿?shù)字量，經(jīng)過傳輸交單片機(jī)處理。單片機(jī)處理的結(jié)果也是數(shù)字量，還必須把它轉(zhuǎn)換成模擬量才能驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換是單片機(jī)控制必不可少的環(huán)節(jié)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)換硬件電路現(xiàn)都已制成集成電路。評價一個D/A轉(zhuǎn)換器質(zhì)量優(yōu)劣的主要技術(shù)指標(biāo)有：

(1)分辨率：指所能分辨的最小電壓增量，即能轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制位數(shù)。例如一個D/A轉(zhuǎn)換器能將8位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成最大電壓5V，則它的分辨率＝5V/256≈20mW。分辨率有時直接用二進(jìn)制位數(shù)表示，例如分辨率為8位。

(2)轉(zhuǎn)換時間：指從數(shù)字量輸入到模擬量輸出所需的時間，一般為幾納秒～幾百微秒。

(3)精度：指D/A轉(zhuǎn)換后的實(shí)際輸出電壓與物理電壓之差，可分為絕對精度和相對精度。絕對精度是指輸入端加入給定數(shù)量時，輸出端實(shí)際測量到的模擬量與理論值之間的偏差。相對精度指滿量程值已校準(zhǔn)后，輸入的任一數(shù)字量對應(yīng)的模擬輸出值與理論值之差。

(4)線性度：輸入數(shù)字量發(fā)生變化時，輸出模擬量按比例關(guān)系變化的差別。

(5)輸入碼制：D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)有單極性輸出和雙極性輸出之分，前者只能接收二進(jìn)制數(shù)碼和BCD碼，后者只能接收偏移二進(jìn)制碼和補(bǔ)碼。

(6)輸入數(shù)據(jù)寬度：允許輸入數(shù)字量8、10、12、14、16位。

(7)輸出方式：有電流(幾毫安～幾十毫安)輸出和電壓(5～10V)輸出之分，以電流型輸出的D/A芯片居多，有單極性輸出和雙極性輸出。圖6-7AD7520的引腳及單極性輸出電路(a)AD7520的引腳；(b)AD7520單極性輸出電路

2．AD7520與8031的一級緩沖接口圖6-8是AD7520與8031的一級緩沖接口電路。AD7520無片內(nèi)數(shù)據(jù)緩沖器，數(shù)據(jù)輸入又有10位，因此需要I/O擴(kuò)展口。74LS74是2D鎖存器，用P2.7選通，端口地址為7FFFH。74LS377是8D鎖存器，用P2.6選通，端口地址為BFFFH。兩個鎖存器的分工是：74LS74用于鎖存高2位，74LS377用于鎖存低8位。由于8031的數(shù)據(jù)為8位，因此10位數(shù)據(jù)分兩次輸出，先送高2位，后送低8位；或者先送低8位，后送高2位。圖6-8AD7520與8031的一級緩沖接口設(shè)待輸出的10位二進(jìn)制數(shù)放在30H、31H單元中，且30H.1和30H.0放的是高2位，31H放的是低8位，作一次D/A轉(zhuǎn)換的程序段如下：

3．AD7520與8031的二級緩沖接口一級緩沖接口在實(shí)施D/A轉(zhuǎn)換時，由于10位數(shù)據(jù)分時輸出，D/A輸出電壓將產(chǎn)生毛刺。避免毛刺的一種方法是使用二級緩沖接口電路，如圖6-9所示，該電路增加了一級74LS74。8031的P0口雖然分兩次輸出，先高2位后低8位，但由于高2位數(shù)據(jù)經(jīng)歷兩級74LS74，因此能與輸出的8位數(shù)據(jù)同時出現(xiàn)在AD7520的輸入端。圖6-9AD7520與8031的二級緩沖接口完成一次D/A轉(zhuǎn)換的程序段如下：6.4.2集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832

1．DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳

DAC0832是一種分辨率為8位的乘法型D/A轉(zhuǎn)換器，它的主要技術(shù)指標(biāo)有：電流建立時間為1μs；線性誤差為0.05%～0.2%滿刻度；差分線性度為0.1%～0.4%滿刻度；功耗為20mW；輸入方式為單緩沖器輸入和雙緩沖器輸入；輸出方式為單極性輸出和雙極性輸出。該芯片內(nèi)部由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器和門控電路4部分組成，如圖6-10所示。20條引腳分成與CPU相連、與模擬電路相連和電源引線3部分。圖6-10DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳圖6-11單緩沖輸入方式圖6-12雙緩沖輸入方式

2．單緩沖輸入方式用例設(shè)電路輸出分別為矩形波、三角波、鋸齒波和梯形波，如圖6-13所示。相應(yīng)各程序段如下。圖6-13幾種典型輸出波形

3．雙緩沖輸入方式用例設(shè)雙緩沖方式輸入寄存器端口地址為PORTIN，DAC寄存器端口地址為PORTDAC，將位于片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM30H單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)完成D/A轉(zhuǎn)換的程序段如下：

4．單極性和雙極性輸出接口在上述單緩沖輸入和雙緩沖輸入的電路圖中，從輸出一端看都屬于單極性輸出。在輸出端使用了一級反相運(yùn)算放大器，使輸出模擬信號的極性與參考電壓極性相反。輸入數(shù)字量與輸出模擬量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如表6-6所示，用式子表示就是VOUT1＝－VREF。在輸出端增加一級反相運(yùn)算放大器，構(gòu)成了雙極性輸出電路，如圖6-14所示。圖6-14雙極性輸出電路

D/A轉(zhuǎn)換的最終輸出電壓為：

UOUT2＝－[(R3/R2)×UOUT1＋(R3/R1)×VREF]

＝－(2UOUT1＋VREF)代入U(xiǎn)OUT1=－VREF(數(shù)碼/256)，得轉(zhuǎn)換關(guān)系如表6-7所示。6.5A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的技術(shù)稱為A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。A/D轉(zhuǎn)換的質(zhì)量依靠轉(zhuǎn)換時間和分辨率這兩個技術(shù)指標(biāo)來衡量。

(1)轉(zhuǎn)換時間：完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間。它反映了轉(zhuǎn)換過程的快慢。對轉(zhuǎn)換時間的要求并非越快越好，只要求能滿足整個微機(jī)系統(tǒng)的工作速度就可以了。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換需時一般為微秒級；雙積分式A/D轉(zhuǎn)換一般為毫秒級。

(2)分辨率：數(shù)字輸出量變化一個相鄰數(shù)碼所需的模擬輸入量的變化值。例如，假設(shè)10V模擬電壓轉(zhuǎn)化成8位二進(jìn)制數(shù)時所能分辨的輸入電壓最小變化值為40mV，則其分辨率為0.4%。分辨率也可以用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示。6.5.1集成A/D轉(zhuǎn)換器AD574

AD574是12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換原理采用逐次逼近式，具有轉(zhuǎn)換精度高、集成度高、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)特征如下：

●分辨率為12位；

●轉(zhuǎn)換時間為25μs；

●片內(nèi)集成有電壓基準(zhǔn)和時鐘電路；

●有兩路模擬量輸入：接成單極性方式時為0～＋10V或0～＋20V，接成雙極性方式時為－5～＋5V或－10～＋10V；

●轉(zhuǎn)換精度為0.05%；

●功耗為390mW。

1．內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能

AD574內(nèi)部結(jié)構(gòu)由5部分組成：控制邏輯部件、控制門電路及比較器、12位D/A轉(zhuǎn)換電路、12位逐次逼近寄存器和三態(tài)輸出緩沖器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如圖6-15所示。圖6-15AD574的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳(a)AD574的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；(b)AD574的引腳圖6-15AD574的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳(a)AD574的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；(b)AD574的引腳圖6-16AD574的操作時序(a)啟動轉(zhuǎn)換時序；(b)讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果時序

AD574各信號所對應(yīng)的不同操作如表6-8所示。從表中可以看出A0的作用，A0的不同取值使AD574的轉(zhuǎn)換位數(shù)不同，輸出方式也不同。在編程中一旦啟動A/D轉(zhuǎn)換后，應(yīng)維持A0的狀態(tài)不變；在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位和低4位數(shù)據(jù)時，也應(yīng)保持A0不變?；鶞?zhǔn)輸入REFIN、基準(zhǔn)輸出REFOUT及單極性補(bǔ)償BIPOFF外接不同的電路能夠構(gòu)成AD574的單極性輸入和雙極性輸入，其中單極性輸入電路可實(shí)現(xiàn)0～10V或0～20V的A/D轉(zhuǎn)換，雙極性輸入電路可實(shí)現(xiàn)－5～＋5V或－10～＋10V模擬量的轉(zhuǎn)換。圖6-17是相應(yīng)轉(zhuǎn)換電路。圖6-17AD574轉(zhuǎn)換接法(a)單極性輸入；(b)雙極性輸入圖6-18AD574與8031單片機(jī)的接口6.5.2集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809

1．ADC0809的結(jié)構(gòu)與引腳把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路叫做A/D轉(zhuǎn)換接口。A/D轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)有分辨率和絕對精度。前者的含義同于D/A轉(zhuǎn)換；后者是模擬輸入電壓實(shí)際值與理論值之差。例如，理論上輸入電壓為5V，輸出數(shù)字量為800H；實(shí)際上輸入實(shí)測得4.997～4.999V時都可以得到800H，則絕對精度為(4.997V＋4.999V)/2－5V＝－2mV。A/D轉(zhuǎn)換器的輸入級常常使用模擬運(yùn)算放大器接收模擬信號，在與模擬信號源連接時可使用單端輸入(接運(yùn)算放大器相反輸入端)或雙端輸入(差動輸入，接運(yùn)算放大器反相同相輸入法)。在與CPU連接時有輸出端帶三態(tài)門的A/D轉(zhuǎn)換器和輸出端不帶三態(tài)門的A/D轉(zhuǎn)換器。前者如ADC0809，可直接與CPU連接；后者如AD570，需外加接口才能與CPU相連。

ADC0809是一種CMOS結(jié)構(gòu)的8路8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳如圖6-19所示。

ADC0809靠CPU執(zhí)行輸出指令啟動A/D轉(zhuǎn)換；AD570靠電平啟動。芯片內(nèi)由8選1多路開關(guān)(功能是接通8個模擬輸入電壓中的1個，選中哪一個由地址譯碼器決定)、T型電阻網(wǎng)絡(luò)、比較器、逐次逼近寄存器(功能是經(jīng)模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量)、地址譯碼器、控制邏輯和三態(tài)輸出鎖存器(輸出8位二進(jìn)制數(shù))組成。圖6-19ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳

ADC0809具有28條引腳，其功能分別如下：

●IN0～I(xiàn)N7：8個模擬電壓輸入端，又稱為輸入通道。

●VREF(＋)：T型電阻網(wǎng)絡(luò)參考電壓，一般VREF(＋)＝＋5V或0V。

●VREF(－)：T型電阻網(wǎng)絡(luò)參考電壓，一般VREF(－)＝0V或－5V。

●VCC：芯片供電電壓＋5V。

●GND：電源接地。

●CLK：時鐘脈沖輸入端，頻率決定了A/D轉(zhuǎn)換速度，一般不高于640kHz。

●A、B、C：接單片機(jī)地址線，譯碼后選中IN0～I(xiàn)N7