第7章白底黑字新

第7章單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展與接口技術(shù)7.1外部總線的擴(kuò)展

7.2外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.3輸入/輸出接口的擴(kuò)展7.4管理功能部件的擴(kuò)展7.5A/D和D/A接口功能的擴(kuò)展資源與擴(kuò)展

單片機(jī)集成的CPU、I/O口、定時(shí)器、中斷系統(tǒng)、存儲(chǔ)器等部件稱為系統(tǒng)資源。比較復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)中,當(dāng)以上資源中的一種或幾種不夠用時(shí)，就需要在單片機(jī)芯片外加上相應(yīng)的芯片、電路，使得有關(guān)功能得以擴(kuò)充，稱為系統(tǒng)擴(kuò)展。

接口的含義：接口是連接單片機(jī)與外圍電路、芯片、設(shè)備（如I/O設(shè)備、A/D、D/A設(shè)備）的中間環(huán)節(jié)。

接口牽涉到外圍電路、設(shè)備、芯片的結(jié)構(gòu)、使用方法、時(shí)序要求；以及單片機(jī)本身的硬件、軟件資源等很多問題。接口技術(shù)要解決系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)單片機(jī)與相應(yīng)芯片的接口與編程問題。系統(tǒng)擴(kuò)展和接口技術(shù)的內(nèi)容：外部總線的擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展輸入、輸出接口的擴(kuò)展管理功能部件（如定時(shí)/計(jì)數(shù)器、鍵盤/顯示器等）的擴(kuò)展A/D和D/A的接口技術(shù)

單片機(jī)最小系統(tǒng)使單片機(jī)能運(yùn)行的最少器件構(gòu)成的系統(tǒng)，就是最小系統(tǒng)。無ROM芯片（8031）必須擴(kuò)展ROM，復(fù)位、晶振電路。有ROM芯片不必?cái)U(kuò)展ROM，只要有復(fù)位、晶振電路即可。7.1外部總線的擴(kuò)展一、外部三總線的形成圖7.2地址鎖存器的引腳和接口二、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,更多地要考慮電平兼容。一般TTL電平和CMOS電平是不兼容的，CMOS電路能驅(qū)動(dòng)TTL電路，而TTL電路一般不能驅(qū)動(dòng)CMOS電路，在TTL電路和CMOS電路混用的系統(tǒng)中，應(yīng)特別注意。

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(An→Bn),DIR=0時(shí)輸入(An←Bn)。圖7.3總線驅(qū)動(dòng)器芯片管腳(a)單向驅(qū)動(dòng)器；(b)雙向驅(qū)動(dòng)器1G，2G為H時(shí)，Y為高阻；1G，2G為L時(shí)，Y=AG為H時(shí)，Y為高阻；G＝L，DIR＝0；B→AG＝L，DIR＝1；A→B2.總線驅(qū)動(dòng)器的接口圖7.48051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)7.2外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

MCS－51系列單片機(jī)具有64K的程序存儲(chǔ)器尋址空間和64K的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）和程序存儲(chǔ)器（ROM）的地址空間是相互獨(dú)立的。如果系統(tǒng)需要用到的存儲(chǔ)器超過了單片機(jī)本身具有的容量，就要進(jìn)行片外程序存儲(chǔ)器或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。幾個(gè)問題：程序存儲(chǔ)器的作用：存放程序代碼或常數(shù)表格擴(kuò)展時(shí)所用芯片：一般用ROM芯片（可以是EPROM、

E2PROM、FLASH芯片等）。

存儲(chǔ)器地址分析：單片機(jī)輸出什么地址值時(shí)，可以指向存儲(chǔ)器中的某一單元。7.2.1外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展圖7.5MCS-51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理1.外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理與時(shí)序分析圖2.8讀外部程序ROM時(shí)序2.EPROM擴(kuò)展芯片（2716容量：2K×8位）圖7.62716的引腳圖

2716有五種工作方式,見表7.1。表7.12716工作方式選擇2716與8031的連接圖由圖7.7可確定2716芯片的地址范圍。方法是A10～A0從全0開始,然后從最低位開始依次加

1,最后變?yōu)槿?,相當(dāng)于211=2048個(gè)單元地址依次選通,稱為字選。即地址與單元是多對(duì)一的關(guān)系27128與MCS51的連接只有一片ROM時(shí)，CE可以接地

OE接PSEN3.E2PROM2864A的擴(kuò)展圖7.82864A管腳7.2.2外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展1.外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法及時(shí)序圖7.10MCS-51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展示意圖圖2-9讀外部數(shù)據(jù)RAM時(shí)序2.靜態(tài)RAM芯片

I/O0~7：數(shù)據(jù)線A0～A12：地址線CE、CE：片選線OE：輸出使能WE：寫入使能VCC、GND：電源NC：未使用圖7.12擴(kuò)展6264靜態(tài)RAM

6264的8KB地址范圍不唯一（因?yàn)锳14A13可為任意值）,6000H~7FFFH是一種地址范圍。當(dāng)向該片6000H單元寫一個(gè)數(shù)據(jù)DATA時(shí),可用如下指令:MOVA,＃DATAMOVDPTA,＃6000HMOVX@DPTR,A從7FFFH單元讀一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí),可用如下指令:MOVDPTR,＃7FFFHMOVXＡ,@DPTR擴(kuò)展一片SRAM62128同時(shí)擴(kuò)展ROM和RAM7.2.3多片存儲(chǔ)器芯片的擴(kuò)展1.線選法尋址線選法使用低位地址線對(duì)每個(gè)芯片內(nèi)的統(tǒng)一存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址，稱為字選。字選所需地址線數(shù)由每片的存儲(chǔ)單元數(shù)（存儲(chǔ)容量）決定，對(duì)于8K×8bit容量的芯片需要13根地址線A12~A0。然后將余下的高位地址線分別接到個(gè)存儲(chǔ)芯片的片選端CS，稱為線選（線選法由此得名）。圖7.13用線選法實(shí)現(xiàn)片選下圖是利用線選法，用3片2764A擴(kuò)展24K×8位EPROM的電路圖：各芯片的地址范圍如下:下圖是用線選法擴(kuò)展3片6264

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0A7A6A5A4A3A2A1A0Ⅰ：1100000000000000=C000H

～1101111111111111

～DFFFHⅡ：1010000000000000=A000H

～1011111111111111

～BFFFHⅢ：0110000000000000～0111111111111111=6000H～7FFFH

2.譯碼法尋址使用線選法會(huì)造成地址空間不連續(xù)，造成了尋址能力的浪費(fèi)。多片存儲(chǔ)器芯片組成大容量存儲(chǔ)器時(shí)常使用譯碼法。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)過譯碼器譯碼后輸出作為各芯片的片選信號(hào)。譯碼法將地址劃分為連續(xù)的地址空間塊。常用的地址譯碼器是3/8譯碼器

74LS138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0000H~3FFFH。本例采用完全譯碼（用完所有地址線）的方法。

(1）確定片數(shù)。因0000H~3FFFH的存儲(chǔ)空間為16KB,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

=16KB/8KB =2（片）(2)分配地址范圍。(3)存儲(chǔ)器擴(kuò)展連接如圖7.14所示。圖7.14采用地址譯碼器擴(kuò)展存儲(chǔ)器的連接圖7.3輸入/輸出接口的擴(kuò)展7.3.18255A可編程并行I/O接口

8255A具有3個(gè)8位并行I/O口,稱為PA口、PB口和PC口。其中PC口又分為高4位和低4位,通過控制字設(shè)定可以選擇三種工作方式:①基本輸入/輸出;②選通輸入/輸出;③PA口為雙向總線。

7.3.28155可編程并行I/O接口

8155芯片內(nèi)具有256個(gè)字節(jié)的RAM，兩個(gè)8位、一個(gè)6位的可編程并行I/O接口和一個(gè)14位的計(jì)數(shù)器，與MCS-51單片機(jī)接口簡單，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的芯片。7.3.3簡單的I/O接口擴(kuò)展電路這種I/O口一般都是通過P0口擴(kuò)展。由于P0口是雙向數(shù)據(jù)線，圖中74LS244作為輸入口、74LS273作為輸出口，它們都可以通過P0口輸入、輸出數(shù)據(jù)。輸出控制信號(hào)由P2.0和WR反合成，當(dāng)二者同時(shí)為０電平時(shí)，“或”門輸出０電平，273的Ｑ＝Ｄ，數(shù)據(jù)進(jìn)入273，當(dāng)ＷＲ反無效（升為０）時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存在Ｑ端并輸出。輸入控制信號(hào)由Ｐ２.０和ＲＤ反合成，當(dāng)二者同時(shí)為０電平時(shí)，“或”門輸出０電平，244的Ｑ＝Ｄ（直通），當(dāng)ＲＤ反無效時(shí)，ＣＰＵ已讀走數(shù)據(jù)，244的Ｑ端不鎖存輸入的數(shù)據(jù)。注意使用時(shí)P2.0（A8）必須為0。7.4管理功能部件的擴(kuò)展7.4.1鍵盤接口鍵盤實(shí)際上是由排列成矩陣形式的一系列按鍵開關(guān)組成,用戶通過鍵盤可以向CPU輸入數(shù)據(jù)、地址和命令。鍵盤按其結(jié)構(gòu)形式可分為:編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩類。單片機(jī)系統(tǒng)中普遍使用非編碼式鍵盤,這類鍵盤使用中主要解決以下問題:①鍵的識(shí)別;②鍵抖動(dòng)的消除;

獨(dú)立式鍵盤行列式鍵盤

1.非編碼式鍵盤工作原理非編碼式行列式鍵盤識(shí)別按鍵的方法有兩種:一是行掃描法,二是線反轉(zhuǎn)法。

1)行掃描法

通過行線發(fā)出低電平信號(hào),如果該行線所連接的鍵沒有按下的話,則列線所接的端口得到的是全“1”信號(hào),如果有鍵按下的話,則得到非全“1”信號(hào)。為了防止雙鍵或多鍵同時(shí)按下,往往從第0行一直掃描到最后1行,若只發(fā)現(xiàn)1個(gè)閉合鍵,則為有效鍵,否則全部作廢。找到閉合鍵后,讀入相應(yīng)的鍵值,再轉(zhuǎn)至相應(yīng)的鍵處理程序。

2)線反轉(zhuǎn)法線反轉(zhuǎn)法也是識(shí)別閉合鍵的一種常用方法,該法比行掃描速度快,但在硬件上要求行線與列線外接上拉電阻。先將行線作為輸出線,列線作為輸入線,行線輸出全“0”信號(hào),讀入列線的值,然后將行線和列線的輸入輸出關(guān)系互換,并且將剛才讀到的列線值從列線所接的端口輸出,再讀取行線的輸入值。那么在閉合鍵所在的行線上值必為0。這樣,當(dāng)一個(gè)鍵被按下時(shí),必定可讀到一對(duì)唯一的行列值。在一次按鍵過程中，由于人手或機(jī)械裝置的抖動(dòng)，單片機(jī)輸入管腳上得到的電平實(shí)際上是振動(dòng)了多次的（如圖所示），在與按鍵次數(shù)有關(guān)的應(yīng)用中必須去掉這些抖動(dòng)，使操作者感到系統(tǒng)反應(yīng)靈敏、操作方便。圖中標(biāo)記為T1的為抖動(dòng)期，時(shí)間一般為5～10ms；標(biāo)記為T2的是穩(wěn)定期，時(shí)間一般為數(shù)百到數(shù)千ms。按鍵抖動(dòng)鍵盤去抖可以使用硬件去抖電路，也可以使用軟件去抖，專用鍵盤控制芯片（如8279中）中一般都集成了硬件去抖功能。

軟件去抖的原理是當(dāng)發(fā)現(xiàn)有按鈕按下時(shí)，并不立即去執(zhí)行相應(yīng)的操作，而是在一定時(shí)間內(nèi)多次檢測該按鍵的狀態(tài)，如果這個(gè)狀態(tài)穩(wěn)定了，則執(zhí)行操作，否則就認(rèn)為是按鍵的抖動(dòng)或者誤動(dòng)作，不予理會(huì)。7.4.2LED顯示器接口1.LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理圖7.277段LED數(shù)碼顯示器各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:

LED在正向?qū)òl(fā)光時(shí)通過的電流一般為10～40mA，電流越大，亮度越高。當(dāng)單片機(jī)的IO引腳不能提供LED發(fā)光所需的電流時(shí)，需要在單片機(jī)的IO口和數(shù)碼管之間加上功率驅(qū)動(dòng)模塊，以達(dá)到所需要的亮度，并保護(hù)單片機(jī)的引腳不因電流過大而損壞。表7.8十六進(jìn)制數(shù)及空白與P的顯示段碼2.LED顯示器接口電路

LED動(dòng)態(tài)顯示接線采取軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示的缺點(diǎn)是計(jì)算機(jī)必須每隔非常小的時(shí)間間隔（小于0.1s）就要把所有數(shù)碼管都刷新顯示一次，對(duì)軟件實(shí)時(shí)性的要求較高，占用CPU時(shí)間也比較多。

如果希望擴(kuò)展更多位的LED數(shù)碼管顯示器、占用更少的IO口數(shù)，同時(shí)減少對(duì)CPU時(shí)間的占用，可以采用專用的LED顯示器控制芯片。常用的LED顯示控制芯片如MAX7219/MAX7221，這兩款芯片均通過類似SPI總線的方式與微控制器相連，只占用3個(gè)IO口，一個(gè)芯片可以擴(kuò)展8位數(shù)碼管，且可以多個(gè)芯片級(jí)聯(lián)使用；區(qū)別在于MAX7219配合共陰極LED顯示器使用，MAX7221配合共陽極LED顯示器使用。這兩款芯片的具體使用方法請(qǐng)參考Maxim（美信）公司的相關(guān)電子文檔。LED顯示器、鍵盤接口電路例一：三個(gè)按鈕分別控制三個(gè)指示燈。按鈕按下時(shí)燈亮，按鈕松開燈滅。此例中僅要求指示燈的狀態(tài)按照按鈕的狀態(tài)變化，對(duì)按鍵的按下次數(shù)的次數(shù)并不敏感，所以可以不做鍵盤去抖處理。ORG0000HSTART:MOVC,P1.0;讀取P1.0的狀態(tài)

MOVP2.0,C;根據(jù)P1.0的狀態(tài)打開或關(guān)閉led1MOVC,P1.3;MOVP2.4,C;MOVC,P1.6;MOVP2.7,C;SJMPSTART;循環(huán)處理END例二：紅綠燈控制。點(diǎn)亮綠燈，LED數(shù)碼管顯示9~0倒計(jì)時(shí)（間隔3s），當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束時(shí)亮黃燈，再延時(shí)1s點(diǎn)亮紅燈,然后又開始倒計(jì)時(shí)。此例中沒有用到鍵盤，用到的只是LED數(shù)碼顯示和延時(shí)。ORG0000HAJMPMAINORG0100HLED_REQUP2.0LED_GEQUP2.4LED_YEQUP2.7MAIN:MOVDPTR,#SEG_CODE;賦值表格首地址LOOP:CLRLED_G;點(diǎn)亮綠燈

ACALLCOUNT_DOWN;倒計(jì)時(shí)

SETBLED_G;關(guān)滅綠燈

CLRLED_Y;點(diǎn)亮黃燈

ACALLDELAY;延時(shí)1秒

SETBLED_Y;關(guān)滅黃燈

CLRLED_R;點(diǎn)亮紅燈

ACALLCOUNT_DOWN;倒計(jì)時(shí)

SETBLED_R;關(guān)滅紅燈

CLRLED_Y;點(diǎn)亮黃燈

ACALLDELAY;延時(shí)1秒

AJMPLOOP;循環(huán)COUNT_DOWN:MOVR2,#10;倒計(jì)時(shí)子程序

LOOP_CD:MOVA,R2DECA;顯示0～9MOVCA,@A+DPTR;查段碼表

MOVP0,A;顯示在LED數(shù)碼管上

ACALLDELAY;延時(shí)3秒

ACALLDELAY ACALLDELAY DJNZR2,LOOP_CD;倒計(jì)時(shí)控制

RET

DELAY:MOVR7,#10;延時(shí)1秒子程序

DEL0:MOVR6,#200DEL1:MOVR5,#250DEL2:DJNZR5,DEL2DJNZR6,DEL1DJNZR7,DEL0RETSEG_CODE:DB03H,9Fh,25H,0dH,99HDB49H,41H,1fH,01H,09HEND圖6-7計(jì)數(shù)器程序框圖例三：計(jì)數(shù)器。按下key1后，LED顯示值加1；按下key2后，LED值減1；按下key3后LED顯示內(nèi)容清0。,LED值變化范圍為0~9。本例中按照按鈕的輸入改變數(shù)碼管顯示的值，為避免出現(xiàn)一次按鍵顯示內(nèi)容加了多次的情況，需要對(duì)按鍵進(jìn)行去抖處理。ORG0000HAJMPMAINORG0100HLED_REQUP2.0LED_GEQUP2.4LED_YEQUP2.7

MAIN:MOVDPTR,#SEG_CODE;賦值表格首地址

MOVR2,#00H;存儲(chǔ)計(jì)數(shù)器值

MOVP0,#03H;初試化時(shí)LED顯示"0"LP1:MOVA,P1CPLAJZLP1;如果P1全為高，則說明無鍵按下

ACALLDELAY;如果有鍵按下了，延時(shí)10msMOVR3,P1ADDA,R3INCAJNZLP1;如果新P1與原P1的取反值相加不為FFH，；說明按鍵不穩(wěn)定，重新讀鍵MOVA,R3;如果按鍵已經(jīng)穩(wěn)定，則

JNBACC.0,ADD1JNBACC.3,SUB1JNBACC.6,CLR0AJMPLP1ADD1:MOVA,R2;如果當(dāng)前計(jì)數(shù)器值＜9,則加1CLRCSUBBA,#9JNCLP1;INCR2;

AJMPDPLY;

SUB1:MOVA,R2;如果當(dāng)前計(jì)數(shù)器值＞0,則減1JZLP1;DECR2;

AJMPDPLY;CLR0:MOVR2,#00H;計(jì)數(shù)器值清0

AJMPDPLY;

DPLY:MOVA,R2;查表顯示LED的內(nèi)容

MOVCA,@A+DPTRMOVP0,A

LP2:MOVA,P1;等鍵全部松開

CPLAJNZLP2AJMPLP1;返回等新按鍵輸入DELAY:MOVR6,#20;延時(shí)10ms子程序DEL1:MOVR5,#250DEL2:DJNZR5,DEL2DJNZR6,DEL1RET

SEG_CODE:DB03H,9Fh,25H,09H,99HDB49H,41H,1fH,01H,09HEND7.5A/D和D/A接口功能的擴(kuò)展自然界和控制系統(tǒng)中的很多參數(shù)是以模擬量的形式存在的，如溫度、壓力、速度、流量等。這些模擬量要想輸入數(shù)字計(jì)算機(jī)，作為控制的依據(jù)，必須首先把它們轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。很多實(shí)際的執(zhí)行元件如伺服電機(jī)、伺服閥等，需要用模擬量進(jìn)行控制，對(duì)它們進(jìn)行控制時(shí)就要把數(shù)字計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果從數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量。實(shí)現(xiàn)從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)化功能的器件叫做模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analogdigitalconverter，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器、ADC）。實(shí)現(xiàn)從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)化功能的器件叫做數(shù)模轉(zhuǎn)換器（digitalanalogconverter，簡稱D/A轉(zhuǎn)換器、DAC）。器件選用原則

選擇ADC或DAC芯片時(shí)，首先要考慮選用的器件的性能指標(biāo)能否滿足要求，其次要考慮系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)簡便，工作可靠，成本低廉。為確保系統(tǒng)運(yùn)算和處理結(jié)果的精確度，ADC和DAC必須有足夠高的精度；要實(shí)現(xiàn)快速變化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和檢測，ADC與DAC必須有足夠快的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是ADC和DAC的主要技術(shù)指標(biāo)。一．性能指標(biāo)1．分辨率分辨率一般用二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)來表示，位數(shù)越多，分辨率越高。對(duì)于ADC來說，分辨率表示能引起輸出數(shù)字量變化的輸入模擬量的最小變化量。例如對(duì)于量程為0~5V的8位ADC來說，能夠分辨的最小電壓變化量為5V/28≈0.02V。A/D轉(zhuǎn)換器常見的分辨率有4位、6位、8位、10位、14位、16位和BCD碼的3位半、5位半等。對(duì)于DAC，分辨率則表示輸入數(shù)字量變化為相鄰數(shù)碼時(shí)引起的輸出模擬量的變化量。對(duì)于一個(gè)輸出電壓范圍為0~5V的10位DAC來說，當(dāng)輸入數(shù)字量變化一個(gè)LSB（LeastSignificantBit,最低有效位）時(shí)，輸出模擬電壓值的變化量為5V/210≈4.88mV。D/A轉(zhuǎn)換器常見的分辨率有8位、10位、14位、16位等。2.

量化間隔和量化誤差量化間隔由下式計(jì)算:其中n為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)（分辨率）。

量化誤差有兩種表示方法:一種是絕對(duì)量化誤差;另一種是相對(duì)量化誤差。相對(duì)量化誤差絕對(duì)量化誤差3．量程對(duì)于ADC量程指能夠輸入的模擬電壓（或電流）的范圍，對(duì)于DAC則指輸出的模擬電壓（電流）的范圍。單極性、雙極性。電壓型、電流型。常見的量程有0~3V、0~5V、0~10V、-5~5V、-10~10V、0~40mA等。4．精度精度與分辨率密切相關(guān)，但有所不同。精度指轉(zhuǎn)換后的結(jié)果相對(duì)于實(shí)際值的準(zhǔn)確度，而分辨率指能夠?qū)D(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)生影響的最小變化量。影響精度的因素除了分辨率以外，還有零值誤差、增益誤差、線性度等。分辨率很高的A/D可能由于溫度漂移，線性不良等原因并不具有很高的精度。精度指標(biāo)可從絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩個(gè)方面進(jìn)行度量。5．轉(zhuǎn)換時(shí)間指啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換完成的時(shí)間。按照轉(zhuǎn)換速度可分為

超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤330ns），

次超高速（330~3.3μS），

高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間3.3~333μS），

低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間＞330μS）等。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)(Hz)稱為轉(zhuǎn)換速率（ConversionRate），指每秒鐘能夠重復(fù)進(jìn)行的轉(zhuǎn)換的次數(shù)，用SRS表示。二．選擇器件的其他考慮因素在選擇ADC器件時(shí)，除了上述性能指標(biāo)必須滿足系統(tǒng)的要求之外，還有一些因素要考慮。

1.與微控制器的接口：首先要考慮電平和邏輯是否匹配，其次要考慮并行接口還是串行接口，是否有三態(tài)輸出，采用何種編碼形式等。

2.工作溫度范圍：能夠保證精度的工作溫度范圍。

3.對(duì)電源、參考電壓的要求：單電源還是多電源，內(nèi)部參考電壓源還是外部參考電壓源。

4.功耗：如果用于手持設(shè)備等電池供電的場合，必須要考慮功耗的問題。（散熱）7.5.1A/D轉(zhuǎn)換器接口

1.概述

A/D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。

2.典型A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809簡介

ADC0809是采用CMOS工藝制造的逐次逼近式單片8位A/D轉(zhuǎn)換器。分辨率8位，精度7位，帶8個(gè)模擬量輸入通道，有通道地址譯碼鎖存器，輸出帶三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器。啟動(dòng)信號(hào)為脈沖啟動(dòng)方式，最大可調(diào)節(jié)誤差為±1LSB，ADC0809內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，故CLK時(shí)鐘需由外部輸入，fclk

允許范圍為500kHz~1MHz，典型值為640kHz。每通道的轉(zhuǎn)換需66~73個(gè)時(shí)鐘脈沖，大約100~110μs。

工作溫度范圍為-40℃~+85℃。功耗為15mW，輸入電壓范圍為0~5V，單一+5V電源供電。它可以直接與Z80、8085、8080、8031等CPU相連，也可以獨(dú)立使用。圖7.32ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖7.33ADC0809引腳圖各引腳功能為：

IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入引腳

2-1～2-8：模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量的并行輸出口（8位寬）

ADDA、ADDB、ADDC：輸入通道地址線。ADC0809內(nèi)部包含一個(gè)8通道的模擬信號(hào)多路開關(guān)，通過這三個(gè)管腳狀態(tài)進(jìn)行譯碼選中8個(gè)通道中的一個(gè)。地址線與通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表7-9所示。

ALE：輸入通道地址鎖存信號(hào)。當(dāng)ALE信號(hào)發(fā)生從低到高的跳變（正跳變）時(shí)，輸入通道地址線上的數(shù)據(jù)被鎖存進(jìn)地址譯碼器。

START：AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。在START信號(hào)的上升沿AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的逐次比較寄存器（SAR）被重置。從SATRT信號(hào)的下降沿開始進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

EOC：AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端。當(dāng)開始轉(zhuǎn)換后EOC變低電平，轉(zhuǎn)換完成后EOC變高電平。

OE：輸出使能信號(hào)輸入端

CLOCK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端

VREF（＋）：參考電壓輸入正端

VREF（－）：參考電壓輸入負(fù)端

Vcc：＋5V電源

GND：地

表7.9地址碼與輸入通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系選中通道地址線CBAIN0000IN1001IN2010IN3011IN4100IN5101IN6110IN7111

ADC0809的工作時(shí)序如圖7-34所示。從圖中可以看出，使用ADC0809進(jìn)行采樣時(shí)，首先把要選擇的通道地址輸出到三條地址線上，然后令A(yù)LE信號(hào)上出現(xiàn)一個(gè)正脈沖，鎖存地址信息。然后在START上出現(xiàn)一個(gè)正脈沖啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中EOC信號(hào)保持低電平，EOC信號(hào)由低變高說明轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成。轉(zhuǎn)換完成后令OE變高，ADC0809將轉(zhuǎn)換結(jié)果由并行輸出口輸出。圖7.34ADC0809時(shí)序圖二．ADC0809與MCS-51單片機(jī)的接口MCS51單片機(jī)通過ADC0809進(jìn)行模擬采樣有三種接口方式，即中斷方式、查詢方式和延時(shí)方式。

中斷方式即模數(shù)轉(zhuǎn)換完成信號(hào)EOC和51單片機(jī)的一個(gè)中斷源相連，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時(shí)ADC0809通過向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，在該中斷服務(wù)程序中完成轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀?。ㄈ绻沁B續(xù)采樣還要完成下一個(gè)轉(zhuǎn)換任務(wù)的啟動(dòng)），工作在這種方式，單片機(jī)可以在轉(zhuǎn)換進(jìn)行的過程中轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他的操作，工作效率較高，缺點(diǎn)是需要占用單片機(jī)的一個(gè)外部中斷。

查詢方式即單片機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程后，主動(dòng)查詢ADC0809的EOC信號(hào)的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)EOC由低變高，就說明轉(zhuǎn)換工作已經(jīng)完成，可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。使用查詢方式時(shí)，EOC引腳可以和單片機(jī)的任何一個(gè)IO口相連，而不要求接在外部中斷上。使用查詢方式的優(yōu)點(diǎn)是不牽涉中斷操作，編程較為簡單，缺點(diǎn)是單片機(jī)需要多次的查詢同一信號(hào)，執(zhí)行效率較低。所謂延時(shí)方式是指單片機(jī)啟動(dòng)了模數(shù)轉(zhuǎn)換工作后，延時(shí)一段足夠長的時(shí)間，這段時(shí)間足以完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后直接讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并不去查詢EOC的狀態(tài)，這種工作方式的優(yōu)點(diǎn)是占用的單片機(jī)資源（如外部中斷、IO口數(shù)量等）最少，缺點(diǎn)是執(zhí)行效率最低。3.ADC0809與8031的中斷方式接口電路這里將ADC0809作為一個(gè)外部擴(kuò)展的并行I/O口,直接由8031的P2.0和WR脈沖進(jìn)行啟動(dòng)。因而其端口地址為0FEF8H。用中斷方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量,模擬量輸入通道選擇端ADDA、ADDB、ADDC分別與8031的P0.0、P0.1、P0.2直接相連,CLK由8031的ALE提供。其讀取通道0

轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量程序段如下:

ORG1000HINADC:SETBIT1;INT1設(shè)為邊沿觸發(fā)

SETBEA;開中斷INT1

SETBEX1MOVDPTR,＃0FEF8H

;端口地址送DPTR,選擇0通道輸入

MOVX@DPTR,A;啟動(dòng)輸入

…ORG0013HAJMPPINT1…PINT1:MOVDPTR,＃0FEF8H;端口地址送DPTRMOVXA,@DPTR;讀取IN0的轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV50H,A;存入50H單元MOVA,＃00HMOVX@DPTR,A;啟動(dòng)A/D,IN0通道輸入并轉(zhuǎn)換RETI;返回使用查詢方式與ADC0809進(jìn)行接口的電路如圖所示。從圖中可以看出，8051單片機(jī)使用并行總線與ADC0809相連，ADC0809被配置在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，占用8個(gè)連續(xù)的地址7FF8～7FFF。使用單片機(jī)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的WR信號(hào)與P2.7相或并取反后作為ADC0809的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換START信號(hào)，RD信號(hào)與P2.7相或并取反后作為ADC0809的OE信號(hào)。當(dāng)最高位地址線P2.7為高電平時(shí)，WR和RD信號(hào)被或非門屏蔽，不能到達(dá)ADC0809。

ADC0809工作時(shí)需要外加典型值為640K的時(shí)鐘信號(hào)，在本圖中這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)是通過對(duì)單片機(jī)的ALE輸出進(jìn)行二分頻后得到的。ALE信號(hào)在一個(gè)機(jī)器中期中出現(xiàn)兩次，所以ALE脈沖的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6，當(dāng)采用6MHz的晶振時(shí)，ALE的頻率約為1MHz，再經(jīng)過2分頻，剛好可以滿足ADC0809的時(shí)鐘要求。如果單片機(jī)的運(yùn)算量很小，或者對(duì)運(yùn)算時(shí)間要求不高，單片機(jī)可采用3M左右的晶振，其ALE輸出可以直接作為ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)輸入。

ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志EOC信號(hào)和單片機(jī)的IO口P1.0相連，供單片機(jī)查詢使用。使用查詢方式連續(xù)采樣ADC0809的8個(gè)通道，將采樣結(jié)果放置在VALUE開頭的8個(gè)內(nèi)存單元中的子程序如下：

VALUEEQU70HADADDREQU7FF8HGetAD：movDPTR,#ADADDR；給DPTR賦值第一個(gè)通道的地址

MovR0,#VALUE；采樣結(jié)果數(shù)據(jù)區(qū)首地址

MovR2,#8；通道數(shù)

LOOP:Movx@DPTR,A;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

JBP1.0,$；等待EOC變低

JNBP1.0,$；等待EOC變高

MovxA,@DPTR；讀取采樣結(jié)果

Mov@R0,A；保存采樣結(jié)果

IncR0：指向下個(gè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址

IncDPTR；指向下個(gè)通道

DJNZR2,LOOP；判斷是否采樣完畢

RET7.5.2D/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