第5章 單片機(jī)及接口電路設(shè)計(jì)

5.3模擬多路開關(guān)5.2A/D轉(zhuǎn)換及與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)5.1MCS-51單片機(jī)第5章單片機(jī)及接口電路設(shè)計(jì)

5.6ATmega128基礎(chǔ)實(shí)例5.5AVR單片機(jī)開發(fā)工具(ATmega128)5.4AVR單片機(jī)簡介(ATmega128)5.1MCS-51單片機(jī)5.1.1MCS-51單片機(jī)的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)圖5-1MCS-51引腳圖（1）主電源引腳Vcc和Vss。（2）外接晶體引腳XTAL1和XTAL2。（3）控制與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/、和/VPP。（4）輸入/輸出(I/O)引腳、PO、P1、P2、P3(共32根)，其中，P3口(10腳～17腳)還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。5.1.2MCS-51片內(nèi)總體結(jié)構(gòu)5.1.3MCS-51單片機(jī)基本外圍電路

1.MCS-51單片機(jī)上電復(fù)位電路2．MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘電路3．MCS-51單片機(jī)基本外圍電路圖5-6MCS-51單片機(jī)基本外圍電路

圖5-7MCS-51單片機(jī)輸入輸出控制基本電路工作例程如下：#include<REGX51.H>#include<stdio.h>#defineXTAL11.0592Mzunsignedint

x,y;voidmain(void){x=P0;y=x;P1=y;}P0口作為輸入，檢測輸入電平高低，P1口作為輸出，控制LED亮滅。其工作過程為，檢測P0口8個(gè)輸入電平，再將P0口檢測到的8個(gè)電平從P1口的8個(gè)引腳輸出。5.1.4MCS-51單片機(jī)看門狗電路(MAX6814)隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和制造工藝的日益成熟，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，但由于單片機(jī)自身的抗干擾能力較差，尤其是在一些條件比較惡劣、噪聲大的場合常會(huì)出現(xiàn)單片機(jī)因受外界干擾而導(dǎo)致死機(jī)的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不能正常工作。設(shè)置看門狗是防止單片機(jī)死機(jī)提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾性的一種重要途徑。MAX6814是低功耗看門狗電路，該器件通過監(jiān)視系統(tǒng)軟件代碼的運(yùn)行錯(cuò)誤提高系統(tǒng)的可靠性。

(a)MAX6814芯片引腳圖

(b)電源上電和掉電時(shí)序圖

(c)看門狗工作時(shí)序圖圖5-8看門狗電路(MAX6814)該器件通過監(jiān)視系統(tǒng)軟件代碼的運(yùn)行錯(cuò)誤提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)看門狗輸入檢測到一個(gè)瞬變沿WDI時(shí)，內(nèi)部看門狗定時(shí)器被清零并重新啟動(dòng)，然后重新開始計(jì)時(shí)。如果看門狗定時(shí)器超過了看門狗超時(shí)周期(tWD=1.6s典型值)，低電平有效、推挽式看門狗輸出將被觸發(fā)并維持一個(gè)看門狗脈沖（周期tPP=140ms最小值），向系統(tǒng)發(fā)出故障警報(bào)。圖5-9看門狗電路(MAX6814)在MCS-51單片機(jī)中的應(yīng)用電路工作例程如下:#include<REGX51.H>#include<stdio.h>#defineXTAL11.0592Mzunsignedintx,y,i;voidmain(void){for(;;){x=P0;y=5;……P17=0;/喂狗指令/P17=1;}}5.2A/D轉(zhuǎn)換及與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)傳感器變送器A/DCPU電量模擬電壓量數(shù)字量圖傳感器與微機(jī)的接口通道模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路稱為A/D轉(zhuǎn)換。AD571是10位逐次逼近式的單片集成A/D轉(zhuǎn)換芯片。AD571將D/A轉(zhuǎn)換電路、參考電壓、時(shí)鐘脈沖、比較器、逐次逼近寄存器及輸比緩沖器集成在一個(gè)芯片上，并有三態(tài)輸出，所以很容易與微處理器接口。圖模擬量以數(shù)字量的表示A/D變換精度（分辨率）：1LSBA/D變換位數(shù)：8位（低精度，1LSB=1/256），

10位（常用，1LSB=1/1024），

12位（常用，1LSB=1/4096），

16位（高精度，1LSB=1/16384）A/D變換滿度（模擬輸入范圍）：0~5V，0~10V，-5~+5V等。A/D變換時(shí)間：

從變換開始到變換結(jié)束的時(shí)間，各廠家采用的電路不同變換時(shí)間也不同。例1：

10位A/D變換器滿度0~5V，當(dāng)VIN=2.3V時(shí)，變換值為多少？例2：

10位A/D變換器滿度-5~+5V，當(dāng)VIN=2.3V時(shí)，變換值為多少？

AD571轉(zhuǎn)換器AN-IN：模擬電壓輸入端AN-GND：模擬地GND：電源地V-，V+：工作電源電壓輸入端（+15V，-15V）BIT1~BIT10：十位數(shù)據(jù)輸出端BPLRof：單極性輸入接地、雙極性輸入接高電平BL/CNV：接高電平不轉(zhuǎn)換，接地啟動(dòng)轉(zhuǎn)DRTrdy：轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)變?yōu)榈碗娖睫D(zhuǎn)換時(shí)間：15μs~40μs，一般為25μsAIN：模擬電壓輸入端AGND：模擬地GND：數(shù)字地V-，V+：

工作電源電壓輸入端（+15V，-15V）BIT1~BIT10：十位數(shù)據(jù)輸出端BPLRof：

單極性輸入接地、雙極性輸入接高電平B/C—（BLANK/CONVERT）：

接高電平不轉(zhuǎn)換，接地啟動(dòng)轉(zhuǎn)DATrdy：轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)變?yōu)榈碗娖睫D(zhuǎn)換時(shí)間：15μs~40μs，一般為25μs計(jì)算下列輸入電壓時(shí)的數(shù)字輸出值：AIN=2.1V(單極性輸入)AIN=7.5V(單極性輸入)AIN=-3.5V(雙極性輸入)AIN=2.5V(雙極性輸入)AD571轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路圖5-12AD1674差分輸入雙極性A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)接口電路5.3模擬多路開關(guān)圖5-13多路傳感器模擬開關(guān)切換A/D轉(zhuǎn)換

在使用CD4051或其它同類工藝制作的器件時(shí)要注意的是，當(dāng)只使用其中部分開關(guān)時(shí)，必須把其余不用的開關(guān)的控制端接到VDD或VSS，否則在懸空狀態(tài)下有可能受高壓靜電感應(yīng)而擊穿，導(dǎo)致永久性損壞。表5-1多路模擬開關(guān)CD4051真值表輸入狀態(tài)通道號(hào)INH(禁止端)CBACD4051B00000000110010200113010040101501106011171XXX不接通

X：忽視5.4AVR單片機(jī)簡介(ATmega128)5.4.1ATmega128的結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)128KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash、4KB的EEPROM、53個(gè)通用I/0口線、32個(gè)通用工作寄存器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、4個(gè)PWM功能的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C)、兩個(gè)US-ART、兩線接口TWI、8通道10位ADC、片內(nèi)看門狗、SPI串行端口、JTAG程序下載測試接口。5.4.2ATmega128的封裝和引腳端口A(PA7～PA0)：8位雙向I/O口端口B(PB7～PB0)：8位雙向I/O口端口C(PC7～PC0)：8位雙向l/O口端口D(PD7～PD0)：8位雙向l/O口端口E(PE7～PE0)：8位雙向l/O口端口F(PF7～PF0)：8位雙向1/O口端口G(PG4～PG0):5位雙向l/O口

RESET：復(fù)位輸入引腳。

XTAL1：

反向振蕩器放大器及片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入。

XTAL2：反向振蕩器放大器的輸出。

AVCC：AVCC為端口F以及ADC轉(zhuǎn)換器的電源

AREF：AREF為ADC的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。

PEN：PEN是SPI串行下載的使能引腳。5.4.3ATmega128的I/O端口描述

端口A寄存器———輸出PORTA、方向DDRA、輸入PINA位76543210PORTA7PORTA6ORTA5PORTA4PORTA3PORTA2PORTA1PORTA0讀/寫R/WR/W

R/W

R/W

R/W

R/W

R/W

R/W復(fù)位值00000000位76543210DDA7DDA6DDA5DDA4DDA3DDA2DDA1DDA0PINA7PINA6PINA5PINA4PINA3PINA2PINA1PINA0讀/寫RRRRRRRR復(fù)位值N/AN/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A讀/寫R/WR/W

R/W

R/W

R/W

R/W

R/W

R/W復(fù)位值00000000位765432105.4.4ATmega128端口的第2功能1.端口B的第2功能端口引腳第2功能PB7OC2/OC1C（1）（T/C2的輸出比較和PWM輸出，或是T/C1的輸出比較和PWM輸出C）PB6OC1B（T/C1的輸出比較和PWM輸出B）PB5OC1A（T/C1的輸出比較和PWM輸出A）PB4OC0（T/C0的輸出比較和PWM輸出）PB3MISO（SPI總線的主機(jī)的輸入/從機(jī)輸出信號(hào)）2.端口E的第2功能端口引腳第2功能PE7lNT7/IC3注（外部中斷7的輸入引腳，或是T/C3輸入捕捉的觸發(fā)引腳）PE6INT7/T3注（外部中斷6的輸入引腳，或是T/C3的時(shí)鐘輸入）PE5lNT5/OC3C注(外部中斷5的輸入引腳，或是T/C3的輸出比較和PWM輸出C引腳)PE4lNT4/OC3B注(外部中斷4的輸入引腳，或是T/C3的輸出比較和PWM輸出B引腳)PE3AlNl/0C3A注（模擬比較器負(fù)輸大端，或是T/C3的輸出比較和PWM輸出A引腳)PE2AlN0/XCKO注(模擬比較器正輸入端，或是USARTO的外部輸入/輸出時(shí)鐘)PE1PDO/TXDO(編程數(shù)據(jù)輸出，或是USARTO的發(fā)送引腳)PE0PDl/RXD0（編程數(shù)據(jù)輸出，或是USARTO的接收引腳)3.端口F的第2功能端口引腳第2功能PF7ADC7/TDI（ADC輸入通道7，或是JTAG測試數(shù)據(jù)輸入引腳)PF6ADC6/TDI（AD輸入通道6，或是JTAG測試數(shù)據(jù)輸入引腳)PF5ADC5/TMS（ADC輸入通道5，或是JTAG測試模式選擇引腳)PF4ADC4/TCK（ADC輸入通道4，或是JTAG測試時(shí))PF3ADC3（ADC輸入通道3）PF2ADC2（ADC輸入通道2）PF1ADC1（ADC輸入通道1）PF0ADC3（ADC輸入通道0）5.4.5ATmega128的時(shí)鐘系統(tǒng)圖5-18為AVR的主要時(shí)鐘系統(tǒng)及其分布1）CPU時(shí)鐘-clkcpu

2）I/0時(shí)鐘-clkI/O3）Flash時(shí)鐘-clkflash

4）定時(shí)器時(shí)鐘-clkASY5）ADC時(shí)鐘-clkADC5.5AVR單片機(jī)開發(fā)工具(ATmega128)5.6ATmega128基礎(chǔ)實(shí)例5.5.1發(fā)光二極管應(yīng)用實(shí)驗(yàn)發(fā)光二極管，簡稱LED。日常生活中經(jīng)常看到有些電器帶有LED指示燈有節(jié)奏地閃動(dòng)，通過這個(gè)LED指示燈可以了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。介紹發(fā)光二極管的器件原理和與單片機(jī)之間的應(yīng)用，了解如何通過單片機(jī)的I/O口來控制發(fā)光管的亮滅。本實(shí)例以PA口控制8個(gè)發(fā)光二極管為例說明其應(yīng)用方法。LED電壓一般是0.8V；而工作電流則一般在2～30mA之間。為了確定LED上限流串接電阻的大小，假設(shè)系統(tǒng)供電為5V，LED上串接的電阻是1kΩ如果此時(shí)LED上的電壓是0.8V，那么此時(shí)通過LED的電流則為(5V-0.8V)/1000Ω=4.2mA。如果需要提高亮度，一般將電流控制在10mA左右，則此時(shí)電阻應(yīng)該選擇(5V-0.8V)/10mA=420Ω,所以串聯(lián)電阻可以選擇470Ω。

圖5-29LED發(fā)光管應(yīng)用電路#include<iom128v.h>#include<macros.h>Voiddelay(void) ｛Unsignedintk；

For(k=0；k<5000；k++)；｝Voidmain(void)｛DDRA=Oxff；PORTA=Oxff；While(1)｛PORTA=0x00；//PA0全亮Delay()；//延時(shí)PORTA=0xff；//PA0全滅Delay()；//延時(shí)｝｝工作程序

5.5.2鍵盤電路應(yīng)用實(shí)例按鍵是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的信息輸入部件，同時(shí)也是人機(jī)對(duì)話中不可缺少的輸入設(shè)備。在和單片機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)的時(shí)候，按鍵通常有兩種接法，一種叫獨(dú)立式按鍵，另外一種叫行列式或掃描式按鍵。本實(shí)例利用獨(dú)立按鍵來獨(dú)立演示鍵盤電路的工作原理，