單片機接口技術(shù)

1、MCS-51單片機接口技術(shù)前向通道接口技術(shù)后向通道接口技術(shù)人機通道接口技術(shù)單片機與外圍單元的關(guān)系：前向通道；后向通道；人機通道和相互通道。受控對象單片機系統(tǒng)操作員其它系統(tǒng)前向通道接口技術(shù)前向通道的作用是采集被控對象的狀態(tài)信息，所采集的數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，主要有： 非電量數(shù)據(jù) 強電信號強度 電量數(shù)據(jù) 弱電信號 模擬信號 形式 數(shù)字信號 頻率信號前向通道的主要工作：信號變換：非電信號到電信號，使用變換器(傳感器)。強電信號到弱電信號，使用變送器或衰減器。模擬信號到數(shù)字信號，使用A/D變換器。信號調(diào)理：濾波，非線性處理?？垢蓴_：信號隔離處理。A/D變換器的使用：保持器1保持器2保持器n多路開關(guān)A/D805

2、1P0通道選擇啟動轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換器接轉(zhuǎn)換器接 口口A/D轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述 在設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換器與單片機接口之前，往往要根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標選擇A/D轉(zhuǎn)換器。為此，先介紹一下A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標。 量化間隔和量化誤差是A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標之一。量化間隔可用下式表示。其中n為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。nn212滿量程輸入電壓滿量程輸入電壓 量化誤差有兩種表示方法：一種是絕對誤差，另一種是相對誤差。22量化間隔絕對誤差%100211n相對誤差 A/D轉(zhuǎn)換器芯片種類很多，按其轉(zhuǎn)換原理可分為逐次比較式、雙重積分式、量化反饋式和并行式A/D轉(zhuǎn)換器；按其分辨率可分為816位的A/D轉(zhuǎn)換器芯

3、片。目前最常用的是逐次逼近式和雙重積分式。 逐次逼近式轉(zhuǎn)換器的常用產(chǎn)品有ADC0801ADC0805型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器、ADC0808/0809型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器、ADC0816/0817型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器、AD574型快速12位A/D轉(zhuǎn)換器。 雙重積分式轉(zhuǎn)換器的常用產(chǎn)品有ICL7106/ICL7107/ICL7126、MC14433/5G14433、ICL7135等。 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機接口具有硬、軟件相依性。一般來說，A/D轉(zhuǎn)換器與單片機的接口主要考慮的是數(shù)字量輸出線的連接、ADC啟動方式、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號處理方法以及時鐘的連接等。 一個一個ADC開始轉(zhuǎn)換時，必須加一

4、個啟動轉(zhuǎn)換信號，這一啟開始轉(zhuǎn)換時，必須加一個啟動轉(zhuǎn)換信號，這一啟動信號要由單片機提供。動信號要由單片機提供。不同型號的ADC，對于啟動轉(zhuǎn)換信號的要求也不同，一般分為脈沖啟動和電平啟動兩種。對于脈沖啟動型ADC，只要給其啟動控制端上加一個符合要求的脈沖信號即可，如ADC0809、ADC574等。通常用WR和地址譯碼器的輸出經(jīng)一定的邏輯電路進行控制。對于電平啟動型ADC，當把符合要求的電平加到啟動控制端上時，立即開始轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中，必須保持這一電平，否則會終止轉(zhuǎn)換的進行。因此，在這種啟動方式下，單片機的控制信號必須經(jīng)過鎖存器保持一段時間，一般采用D觸發(fā)器、鎖存器或并行I/O接口等來實現(xiàn)。AD5

5、70、AD571等都屬于電平啟動型ADC。 當當ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束時，轉(zhuǎn)換結(jié)束時，ADC輸出一個轉(zhuǎn)換結(jié)束標志信號，通知輸出一個轉(zhuǎn)換結(jié)束標志信號，通知單片機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機檢查判斷A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束的方法一般有中斷和查詢兩種。對于中斷方式，可將轉(zhuǎn)換結(jié)束標志信號接到單片機的中斷請求輸入線上或允許中斷的I/O接口的相應(yīng)引腳，作為中斷請求信號；對于查詢方式，可把轉(zhuǎn)換結(jié)束標志信號經(jīng)三態(tài)門送到單片機的某一位I/O口線上，作為查詢狀態(tài)信號。 A/D轉(zhuǎn)換器的另一個重要連接信號是時鐘，其頻率是決定芯轉(zhuǎn)換器的另一個重要連接信號是時鐘，其頻率是決定芯片轉(zhuǎn)換速度的基準。片轉(zhuǎn)換速度的基準。整個A/D轉(zhuǎn)換

6、過程都是在時鐘的作用下完成的。A/D轉(zhuǎn)換時鐘的提供方法有兩種：一種是由芯片內(nèi)部提供(如AD574)，一般不需外加電路；另一種是由外部提供，有的用單獨的振蕩電路產(chǎn)生，更多的則把單片機輸出時鐘經(jīng)分頻后，送到A/D轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)時鐘端。A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC0809與單片機的接與單片機的接 口口1ADC0809芯片簡芯片簡 介介圖 1 ADC0809芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)與引腳圖 表 1 ADC0809通道地址選擇表 ADDC ADDB ADDA選通的通道0 0 0IN00 0 1IN10 1 0IN20 1 1IN31 0 0IN41 0 1IN51 1 0IN61 1 1IN7圖 2 ADC0809

7、轉(zhuǎn)換工作時序 ADC0809與單片機接口與單片機接口 圖 3 ADC0809與8051的接口連接圖 A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序舉例轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序舉例 設(shè)圖3接口電路用于一個8路模擬量輸入的巡回檢測系統(tǒng)，使用中斷方式采樣數(shù)據(jù)，把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi)RAM的30H37H單元中。采樣完一遍后停止采集。 其數(shù)據(jù)采集的初始化程序和中斷服務(wù)程序如下：初始化程序： MOV R0，#30H ；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針 MOV R2，#08H ；設(shè)置8路采樣計數(shù)值 SETB IT0 ；設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式 SETB EA ；CPU開放中斷 SETB EX0 ；允許外部中斷0中斷 MOV DPTR，#FEF8

8、H ；送入口地址并指向IN0 LOOP： MOVX DPTR，A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換，A的值無意義 HERE： SJMP HERE ；等待中斷中斷服務(wù)程序： MOVX A，DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 MOV R0，A ；存入片內(nèi)RAM單元 INC DPTR ；指向下一模擬通道 INC R0 ；指向下一個數(shù)據(jù)存儲單元 DJNZ R2，INT0 ；8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù) CLR EA ；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷 CLR EX0 ；禁止外部中斷0中斷 RETI ；中斷返回INT0： MOVX DPTR，A ；再次啟動A/D轉(zhuǎn)換 RETI ；中斷返回后向通道接口技術(shù)后向通道的特點： 小信號輸出、大功率控制

9、與信號采集通道交叉，是干擾的來源 接近受控對象，環(huán)境干擾嚴重輸出信號的形式：開關(guān)量、數(shù)字量、頻率量 需要的變換： 功率放大、隔離、D/A變換、F/V變換D/A變換器的使用數(shù)字輸入特性：并行、串行二進制輸出特性：電流輸出，需進行電流-電壓轉(zhuǎn)換，當有多路D/A輸出時，有的D/A器件具有鎖存功能，在外部信號控制下才開始D/A轉(zhuǎn)換參考源：有的D/A器件內(nèi)部具有高精度低漂移參考電壓源輸出電壓極性：單極性、雙極性DAC0832的使用8位輸入鎖存器8位DAC鎖存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDVccDGNDDI0DI7ILE CS WR1 WR2 XFER DAC0832結(jié)構(gòu)圖D

10、AC0832引腳圖CSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VREFRFBDGNDVccILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT2IOUT11234567891020191817161514131211DAC0832管腳圖DI0DI7:8位數(shù)據(jù)輸入線； ILE:數(shù)據(jù)鎖存允許信號，一般接Vcc； /CS:片選信號；/WR1:輸入鎖存器寫控制信號；/XFER:DAC鎖存器選擇信號；/WR2:DAC鎖存器寫控制信號.一旦數(shù)據(jù)進入DAC鎖存器，D/A轉(zhuǎn)換即開始；Vref:基準參考電源輸入。一般接Vcc;Rfb：電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器反饋信號輸入端；Iout1:電流輸出端1，其值隨DAC鎖存器

11、內(nèi)容線性變化；Iout2:電流輸出端2，Iout1+Iout2=常數(shù)；Vcc:電源輸入端；AGND:模擬地；DGND：數(shù)字地。單緩沖方式下單片機與DAC0832的接口電路case 16: ; case 16: ; / /* *處理處理4 4號鍵號鍵* */ /break;break;case 32: ; case 32: ; / /* *處理處理5 5號鍵號鍵* */ /break;break;case 64: ; case 64: ; / /* *處理處理6 6號鍵號鍵* */ /break;break;case 128: ; case 128: ; / /* *處理處理7 7號鍵號鍵* *

12、/ /break;break;default:default:break; break; / /* *無效按鍵，如多個鍵同時按下無效按鍵，如多個鍵同時按下* */ / key_flag=0;key_flag=0; void int0_srv( ) void int0_srv( ) interrupt 0interrupt 0 uchar reread_key;uchar reread_key;IE=0 x80;IE=0 x80;/ /* *屏蔽中斷屏蔽中斷* */ /key_flag=0; key_flag=0; / /* *設(shè)置中斷標志設(shè)置中斷標志* */ /P1=0 xff; P1=0 x

13、ff; / /* * P1 P1口鎖存器置口鎖存器置1 1* */ /key_value=P1; key_value=P1; / /* *讀入讀入P1P1口的狀態(tài)口的狀態(tài)* */ /delay_10ms(void); delay_10ms(void); / /* *延時延時10ms10ms，去抖動，去抖動* */ /reread_key=P1&0 x07; reread_key=P1&0 x07; / /* *再次讀取再次讀取P1P1口的狀態(tài)口的狀態(tài)* */ /if(key_value=reread_key)if(key_value=reread_key) key_flag=1

14、; key_flag=1; / /* *設(shè)置中斷標志為設(shè)置中斷標志為1 1* */ / IE=0 x81; IE=0 x81; / /* *中斷允許中斷允許* */ / 2. 矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤矩陣式（也稱行列式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多場合，由行線矩陣式（也稱行列式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多場合，由行線和列線組成，一組為行線，另一組為列線，按鍵位于行、列的和列線組成，一組為行線，另一組為列線，按鍵位于行、列的交叉點上。交叉點上。如如下下圖圖所示，一個所示，一個4 4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個16個按鍵的鍵盤。在按鍵數(shù)目較多的場合，與獨立式鍵盤相比，個按鍵的鍵盤。在按鍵數(shù)目較多

15、的場合，與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省較多的要節(jié)省較多的I/O口線?？诰€。（1）查詢方式的矩陣式鍵盤程序）查詢方式的矩陣式鍵盤程序【例例4】對對下下圖圖所示的矩陣式鍵盤，編寫查詢式的鍵盤處理所示的矩陣式鍵盤，編寫查詢式的鍵盤處理程序。程序。 矩陣式鍵盤接口首先判鍵盤首先判鍵盤有無鍵按下有無鍵按下，即，即把所有行線把所有行線P1.0P1.3均置為均置為低電平，然后檢查各列線的狀態(tài)低電平，然后檢查各列線的狀態(tài)，若列線不全為高電平，則，若列線不全為高電平，則表示鍵盤中有鍵被按下；若所有列線列均為高電平，說明鍵表示鍵盤中有鍵被按下；若所有列線列均為高電平，說明鍵盤中無鍵按下。盤中無鍵按下。在確認有鍵按下后，

16、即可進入確定具體閉合鍵的過程。判在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。判斷閉合鍵所在的位置，其方法是斷閉合鍵所在的位置，其方法是依次將行線置為低電平，再依次將行線置為低電平，再逐行檢查各列線的電平狀態(tài)逐行檢查各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與行線。若某列為低，則該列線與行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。判斷有無鍵按下，以及按下交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。判斷有無鍵按下，以及按下鍵的位置的參考程序如下。鍵的位置的參考程序如下。 #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid main(void)uch

17、ar key;while(1)key= keyscan( ); /*調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)，返回的鍵值送變量調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)，返回的鍵值送變量key*/delay( );/*延時延時*/void delay(void); /*延時函數(shù)延時函數(shù)*/ uchar i;for(i=0;i200;i+) uchar keyscan(void)/*鍵盤掃描函數(shù)鍵盤掃描函數(shù)*/uchar code_h; /*行掃描值行掃描值*/uchar code_l; /*列掃描值列掃描值*/P1=0 xf0;/*P1.0P1.3輸出都為輸出都為0，準備讀列狀態(tài)，準備讀列狀態(tài)*/if(P1&f0)!=0 xf0)/*

18、如果如果P1.4P1.7不全為不全為1，可能有鍵按下，可能有鍵按下*/delay( );/*延時去抖動延時去抖動*/if(P1&f0)!=0 xf0) /*重讀重讀P1.4P1.7，若還是不全為，若還是不全為1，定有鍵按下，定有鍵按下*/code_h=0 xfe;/* P1.0置為置為0，開始行掃描，開始行掃描*/while(code_h&0 x10)!=0 xf0); /*判斷是否為最后一行，若不是，繼續(xù)掃判斷是否為最后一行，若不是，繼續(xù)掃描描*/P1= code_h;/*P1口輸出行掃描值口輸出行掃描值*/if(P1&f0)!=0 xf0);/*如果如果P1.4P1

19、.7不全為不全為1，該行有鍵按下，該行有鍵按下*/code_l=(P1&0 xf0|0 x0f); /*保留保留P1高高4位，低位，低4位變?yōu)槲蛔優(yōu)?，作為列值，作為列值*/return(code_h)+(code_l); /*鍵掃描值鍵掃描值=行掃描值行掃描值+列掃描值，列掃描值， 返回主程序返回主程序*/else/*若該行無鍵按下，往下執(zhí)行若該行無鍵按下，往下執(zhí)行*/code_h=(code_h1)|0 x01; /*行掃描值左移，掃描下一行行掃描值左移，掃描下一行*/ return(0) ; /*無鍵按下，返回?zé)o鍵按下，返回0*/鍵盤掃描方式的選取鍵盤掃描方式的選取單片機忙于其他

20、各項工作任務(wù)時，如何兼顧鍵盤的輸入，這單片機忙于其他各項工作任務(wù)時，如何兼顧鍵盤的輸入，這取決于鍵盤的工作方式。鍵盤工作方式選取原則是，既要保證取決于鍵盤的工作方式。鍵盤工作方式選取原則是，既要保證及時響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用單片機的工作時間。通常，及時響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用單片機的工作時間。通常，鍵盤工作方式有鍵盤工作方式有3種：查詢掃描、定時掃描和中斷掃描。種：查詢掃描、定時掃描和中斷掃描。1查詢掃描查詢掃描查詢方式（也稱編程掃描方式）是利用單片機空閑時，調(diào)用查詢方式（也稱編程掃描方式）是利用單片機空閑時，調(diào)用鍵盤掃描子程序，反復(fù)掃描鍵盤，來響應(yīng)鍵盤的輸入請求。鍵盤掃描子程序，反復(fù)掃描鍵盤，來響應(yīng)鍵盤的輸入請求。采用本掃描方式，如單片機查詢頻率過高，雖能及時響應(yīng)鍵采用本掃描方式，如單片機查詢頻率過高，雖能及時響應(yīng)鍵盤的輸入，但也會影響其他任務(wù)的進行。如查詢的頻率過低，盤的輸入，但也會影響其他任務(wù)的進行。如查詢的頻率過低，可能出現(xiàn)鍵盤輸入漏判。所以要根據(jù)單片機系統(tǒng)的繁忙程度和可能出現(xiàn)