單片機(jī)接口技術(shù)

MCS-51單片機(jī)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(jī)通道接口技術(shù) 單片機(jī)與外圍單元的關(guān)系： 前向通道；后向通道；人機(jī)通道和相互通道。受控對(duì)象單片機(jī)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(duì)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(qiáng)電信號(hào) 強(qiáng)度電量數(shù)據(jù)弱電信號(hào)模擬信號(hào)形式數(shù)字信號(hào)頻率信號(hào) 前向通道的主要工作： 信號(hào)變換： 非電信號(hào)到電信號(hào)，使用變換器(傳感器)。 強(qiáng)電信號(hào)到弱電信號(hào)，使用變送器或衰減器。 模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)，使用A/D變換器。 信號(hào)調(diào)理： 濾波，非線性處理。 抗干擾： 信號(hào)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/D8051P0通道選擇啟動(dòng)轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換器接口A/D轉(zhuǎn)換器概述在設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口之前，往往要根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)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(biāo)。量化間隔和量化誤差是A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)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)。量化誤差有兩種表示方法：一種是絕對(duì)誤差，另一種是相對(duì)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8~16位的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。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ADC0801~ADC0805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(jī)接口具有硬、軟件相依性。一般來(lái)說，A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口主要考慮的是數(shù)字量輸出線的連接、ADC啟動(dòng)方式、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)處理方法以及時(shí)鐘的連接等。

一個(gè)ADC開始轉(zhuǎn)換時(shí)，必須加一個(gè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，這一啟動(dòng)信號(hào)要由單片機(jī)提供。不同型號(hào)的ADC，對(duì)于啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)的要求也不同，一般分為脈沖啟動(dòng)和電平啟動(dòng)兩種。對(duì)于脈沖啟動(dòng)型ADC，只要給其啟動(dòng)控制端上加一個(gè)符合要求的脈沖信號(hào)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(jìn)行控制。對(duì)于電平啟動(dòng)型ADC，當(dāng)把符合要求的電平加到啟動(dòng)控制端上時(shí)，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(huì)終止轉(zhuǎn)換的進(jìn)行。因此，在這種啟動(dòng)方式下，單片機(jī)的控制信號(hào)必須經(jīng)過鎖存器保持一段時(shí)間，一般采用D觸發(fā)器、鎖存器或并行I/O接口等來(lái)實(shí)現(xiàn)。AD570、AD571等都屬于電平啟動(dòng)型ADC。

當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，ADC輸出一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)，通知單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機(jī)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(duì)于中斷方式，可將轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)接到單片機(jī)的中斷請(qǐng)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(qǐng)求信號(hào)；對(duì)于查詢方式，可把轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)經(jīng)三態(tài)門送到單片機(jī)的某一位I/O口線上，作為查詢狀態(tài)信號(hào)。

A/D轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)重要連接信號(hào)是時(shí)鐘，其頻率是決定芯片轉(zhuǎn)換速度的基準(zhǔn)。整個(gè)A/D轉(zhuǎn)換過程都是在時(shí)鐘的作用下完成的。A/D轉(zhuǎn)換時(shí)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(dú)的振蕩電路產(chǎn)生，更多的則把單片機(jī)輸出時(shí)鐘經(jīng)分頻后，送到A/D轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)時(shí)鐘端。A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809與單片機(jī)的接口1．ADC0809芯片簡(jiǎn)介圖1ADC0809芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)與引腳圖表1ADC0809通道地址選擇表

ADDCADDBADDA選通的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7圖2ADC0809轉(zhuǎn)換工作時(shí)序ADC0809與單片機(jī)接口圖3ADC0809與8051的接口連接圖A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序舉例設(shè)圖3接口電路用于一個(gè)8路模擬量輸入的巡回檢測(cè)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30H~37H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：

MOVR0，#30H ；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針

MOVR2，#08H ；設(shè)置8路采樣計(jì)數(shù)值

SETBIT0 ；設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式

SETBEA ；CPU開放中斷

SETBEX0 ；允許外部中斷0中斷

MOVDPTR，#FEF8H；送入口地址并指向IN0LOOP：MOVX@DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，A的值無(wú)意義

HERE：SJMPHERE ；等待中斷中斷服務(wù)程序：

MOVXA，@DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量

MOV@R0，A ；存入片內(nèi)RAM單元

INCDPTR ；指向下一模擬通道

INCR0 ；指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元

DJNZR2，INT0 ；8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù)

CLREA ；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷

CLREX0 ；禁止外部中斷0中斷

RETI ；中斷返回INT0：MOVX@DPTR，A ；再次啟動(dòng)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(diǎn)： 小信號(hào)輸出、大功率控制 與信號(hào)采集通道交叉，是干擾的來(lái)源 接近受控對(duì)象，環(huán)境干擾嚴(yán)重輸出信號(hào)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(jìn)制 輸出特性：電流輸出，需進(jìn)行電流-電壓轉(zhuǎn)換，當(dāng)有多路D/A輸出時(shí)，有的D/A器件具有鎖存功能，在外部信號(hào)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：?jiǎn)螛O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VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDVccDGNDDI0~DI7ILECSWR1WR2XFER

DAC0832結(jié)構(gòu)圖DAC0832引腳圖CSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VREFRFBDGNDVccILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT2IOUT11234567891020191817161514131211DAC0832管腳圖DI0~DI7:8位數(shù)據(jù)輸入線；

ILE:數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)，一般接Vcc；

/CS:片選信號(hào)；/WR1:輸入鎖存器寫控制信號(hào)；/XFER:DAC鎖存器選擇信號(hào)；/WR2:DAC鎖存器寫控制信號(hào).一旦數(shù)據(jù)進(jìn)入DAC鎖存器，D/A轉(zhuǎn)換即開始；Vref:基準(zhǔn)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(hào)輸入端；Iout1:電流輸出端1，其值隨DAC鎖存器內(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(jī)與DAC0832的接口電路case16:……; /*處理4號(hào)鍵*/break;case32:……; /*處理5號(hào)鍵*/break;case64:……; /*處理6號(hào)鍵*/break;case128:……; /*處理7號(hào)鍵*/break;default:break; /*無(wú)效按鍵，如多個(gè)鍵同時(shí)按下*/ } key_flag=0; }}}voidint0_srv()interrupt0{ ucharreread_key; IE=0x80; /*屏蔽中斷*/ key_flag=0; /*設(shè)置中斷標(biāo)志*/P1=0xff; /*P1口鎖存器置1*/key_value=P1; /*讀入P1口的狀態(tài)*/delay_10ms(void); /*延時(shí)10ms，去抖動(dòng)*/reread_key=P1&0x07; /*再次讀取P1口的狀態(tài)*/if(key_value==reread_key) { key_flag=1; /*設(shè)置中斷標(biāo)志為1*/}IE=0x81; /*中斷允許*/}2.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(chǎng)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、列的交叉點(diǎn)上。如下圖所示，一個(gè)44的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)16個(gè)按鍵的鍵盤。在按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省較多的I/O口線。（1）查詢方式的矩陣式鍵盤程序【例4】對(duì)下圖所示的矩陣式鍵盤，編寫查詢式的鍵盤處理程序。矩陣式鍵盤接口首先判鍵盤有無(wú)鍵按下，即把所有行線P1.0～P1.3均置為低電平，然后檢查各列線的狀態(tài)，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，說明鍵盤中無(wú)鍵按下。在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。判斷閉合鍵所在的位置，其方法是依次將行線置為低電平，再逐行檢查各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。判斷有無(wú)鍵按下，以及按下鍵的位置的參考程序如下。

#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar #defineuintunsignedint voidmain(void){ ucharkey; while(1){key=keyscan();/*調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)，返回的鍵值送變量key*/ delay(); /*延時(shí)*/}voiddelay(void); /*延時(shí)函數(shù)*/{ uchari; for(i=0;i<200;i++){}}

ucharkeyscan(void) /*鍵盤掃描函數(shù)*/{ ucharcode_h; /*行掃描值*/ ucharcode_l; /*列掃描值*/ P1=0xf0; /*P1.0～P1.3輸出都為0，準(zhǔn)備讀列狀態(tài)*/ if((P1&f0)!=0xf0) /*如果P1.4～P1.7不全為1，可能有鍵按下*/ { delay(); /*延時(shí)去抖動(dòng)*/if((P1&f0)!=0xf0)/*重讀P1.4～P1.7，若還是不全為1，定有鍵按下*/code_h=0xfe; /*P1.0置為0，開始行掃描*/while((code_h&0x10)!=0xf0);/*判斷是否為最后一行，若不是，繼續(xù)掃描*/{ P1=code_h; /*P1口輸出行掃描值*/ if((P1&f0)!=0xf0); /*如果P1.4～P1.7不全為1，該行有鍵按下*/{ code_l=(P1&0xf0|0x0f);/*保留P1高4位，低4位變?yōu)?，作為列值*/

return((～code_h)+(～code_l));/*鍵掃描值=行掃描值+列掃描值，返回主程序*/ }else /*若該行無(wú)鍵按下，往下執(zhí)行*/

code_h=(code_h<<1)|0x01;/*行掃描值左移，掃描下一行*/

} } }