第五章单片机单片机及接口电路设计教材课件.ppt

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1、第1章 单片机系统概述主讲：袁鹏平,本章学习要点：(1)单片机和嵌入式系统的概念，单片机与PC机的区别和联系；(2)单片机的发展历程、趋势和应用领域；(3)单片机的分类、主要特性、主要生产厂家、常用系列和主要芯片型号。,第1章 单片机概述,单片机产生于20世纪70年代。单片机的特点：体积小，重量轻，抗干扰能力强，对运行环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好。,单片机已广泛应用在：,工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面。,1、什么是计算机？(CPU、RAM、ROM、I/O)2、什么是单片机？剪裁计算机的功能部件后在一块半导体硅片上集成如下部件的芯片

2、称为单片机：(1)微处理器(CPU)(2)存储器(RAM、ROM或EPROM)(3)各种输入、输出接口,1.1 什么是单片机,3、单片机具有一台计算机的属性。也称为：微控制器 MCU(MicroController Unit)嵌入式控制器 EMCU（Embedded icroController Unit）,在我国，习惯使用“单片机”这一名称。,4、单片机的组成结构,1.2 单片机的发展概况,五个阶段:,第一阶段(1974年1976年)：单片机初级阶段。双片 的形式，且功能比较简单。第二阶段（1976年1978年）:低性能单片机阶段。以 Intel 公司制造的MCS-48单片机为代表。第三阶段

3、(1978年现在)：高性能单片机阶段。Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。,第四阶段(1982年现在)：8位单片机巩固发展及16 位单片机、32位单片机推出阶段。第五阶段（1990至今）：微控制器的全面发展阶段。,Intel公司单片机系列典型产品：MCS-48（8035、8048、8748）MCS-51（8031、8051、8751）MCS-52（8032、8052、8752）MCS-96（8098、8398、8798）注意：这些产品在实际应用中已经淘汰，但其原理尚存，并继续发扬光大。,1.3 单片机的特点：1小巧灵活、成本低、易于产品化 2面向控制，完成

4、各种控制任务 3抗干扰能力强，适应温度范围宽 4可以很方便地实现多机和分布式控制,1.4 8位单片机的主要生产厂家和机型,（1）美国Intel公司 MCS-51系列及其增强型、扩展型系列。（2）中国STC宏晶科技的STC89C系列 和STC12xxxx（3）台湾Winbond的W78C52和W78C54系列（4）美国Atmel公司AT89和AT90系列 以及PIC系列、MSP430系列、C8051F系列等等。,51系列单片机在我国广泛应用；8051单片机品种多、兼容性好、性价比高；51系列的软、硬件设计资料丰富齐全；51系列单片机及其衍生兼容机型仍将是主流产品，是现代工业检测、控制应用的重要机

5、型。,MCS-51系列单片机的演绎,20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把 8051内核技术转让给厂家。,这些厂家生产的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺。,如：AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。,不应直接称8051单片机为MCS-51系列单片机。MCS只是特指Intel公司生产的单片机的符号,即MCS-51系列。,80C51系列：所有的具有8051指令系统的单片机，带C的是低功耗型。,按字长分：4位、8位、16位和32位单片机。在8位单片机家族中，主流产品有：（1）80C51内核（2）Motorola

6、（(Freescale）内核（3）PIC内核的单片机。,1.5 8位单片机介绍,1、增强型STC单片机 STC是2005年推出中国本土的第一款具有全球竞争力的、且与MCS-51兼容的STC单片机。主要产品型号：STC89C51RC、STC89C52RC、STC89C53RCSTC12C5201、STC12C5201AD、TC12C5201PWM,1.5.1 80C51单片机介绍,2、NXP增强型单片机 Philips公司的P89LPC900系列是采用了增强型80C51内核制造而成的增强高档型单片机。主要产品型号：P89LPC9321、P89LPC936、P89LPC938 P89C51、P89

7、C52,3AVR高速型单片机 是ATMEL 公司于1997年由A先生和V先生结合Flash技术，推出全新配置的精简指令集（RISC）8位单片机。主要产品型号有：ATtiny13，ATtiny24、AT90S8535、ATmega8。,4C8051Fxxx系列高速单片机 是Cygnal公司推出的、与8051指令集兼容的单片机，弥补了8051系列单片机的速度慢、内部资源少的不足。如：C8051F120-4K RAM、128K ROM、8个I/O口、12位A/D、100引脚C8051F022-4K RAM、64K ROM、8个I/O口、12位A/D、100引脚C8051F023-4K RAM、64K

8、 ROM、4个I/O口、10位A/D、64引脚,5专用型 针对某一种产品或某一种控制应用而专门设计的，设计时已使结构最简，软硬件应用最优，可靠性及应用成本最佳。例如：电子表、电话机、电视机和空调里的就嵌入了一种专用型单片机。,1.5.2 Motorola（Freescale Semiconductor）内核的单片机 Freescale Semiconductor公司是世界上最大的单片机厂商之一。1、MC68HC05采用HCMOS工艺制造，是一种高性能、低功耗的8位单片机。2、MC68HC08系列单片机是在MC68HC05的基础上进行改进后的8位单片机。,1.5.3 PIC内核的单片机 PIC系

9、列单片机是美国Microchip微芯公司的制造的另一款8位单片机。特点：1、采用RISC指令集 2、33条指令，指令最短执行时间160ns 3、指令系统和开发工具与8051系列不同。主要有：PIC16C5X、PIC16CXX、PIC17CXX和PIC18CXXX系列,1.5.4 其他公司8位单片机 1、MDT20 xx系列单片机 2、日本TOSHIBA的4位机、8位机 3、Zilog公司的单片机Z8 4、EPSON公司的单片机 5、NS公司的 COP8单片机 6、先锋Chipcon公司推出了全新概念的新一代ZigBee无线单片机CC2430/CC2431 7、富士通单片机MB89P935C。等

10、等,1.6 16位和32位单片机系列介绍 1.6.1 16位单片机 是高性能单片机。主要有：1、凌阳16位单片机 2、TI公司的MSP430C系列（极低功耗的单片机）3、PIC18CXXX系列单片机。,1.6.2 32位单片机 32位单片机又称嵌入式处理器，是面向特定应用，隐藏于应用系统或电子产品内部的专用计算机。主要有：Philips公司的LPC2220系列 SAMSUNG公司的S3C44B0X系列 IBM公司的PowerPC系列 MIPS公司的MIPS系列 Sun公司的Sparc ARM公司的ARM系列嵌入式处理器。,1.7 单片机的发展趋势 1改进CPU结构 2低电压、低功耗CMOS化

11、3改善存储器性能 4改进I/O口性能 5外围电路内装化 6主流与多品种共存 7片内ROM中固化应用软件和系统软件,1.8 单片机的应用,单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。,使用温度：,民品：0C+70C,工业品：-40C+85C,军品：-65C+125C。,在下述的各个领域广泛的应用：,1、测控系统2、智能仪器仪表3消费类电子产品4机电一体化产品5武器装备6终端及外部设备智能接口7通信技术 8多机分布式系统,1.9 单片机技术主要网站介绍,STC单片机（http:/）周立功单片机（http:/）C51 BBS论坛（http:/www.C）中国电子网（http:/）嵌入式公社

12、（http:/,第2章8051单片机的体系结构 主讲 袁鹏平,本章学习要点：(1)8051单片机特点、内部结构及片内各组成部件的功能作用；(2)8051单片机引脚名称、功能和控制信号、三总线的组成；(3)单片机的存储结构，程序存储器、数据存储器、特殊功能寄存器的编址和地址空间分配，单片机堆栈的特点、程序状态字PSW各位的含义；(4)单片机工作时序、时钟电路、复位电路工作原理；机器周期、指令周期的计算方法；I/O的结构功能特点，单片机的工作模式。,2.1 8051单片机内部结构八大功能部件：（1）微处理器（8位CPU）（2）程序存储器（ROM、EPROM或Flash等）（3）数据存储器（RAM、

13、E2PROM）（4）四个8位并行可编程I/O端口（P0、P1、P2、P3）（5）一个串行口（UART）（6）两个16位定时器/计数器（T0/T1）（7）中断系统（含8个中断源、2个优先级）（8）特殊功能寄存器（SFR）,还包含：时钟振荡器、总线控制器和供电电源 此外，有的还有其它功能部件，如：A/D、D/A PWM、PCA WDT SPI、I2C、ISP、IAP,8051单片机内部结构图,2.2 8051单片机芯片引脚功能单片机芯片双列直插封装方式引脚图,2.2 8051单片机芯片引脚功能单片机芯片方形封装方式引脚图,2.2 8051单片机芯片引脚功能单片机芯片引脚功能1主电源引脚（1）GND

14、 接地（2）VCC正常操作时为十5V电源。2时钟电路引脚（1）XTAL1：（2）XTAL2：,3控制线与电源复用引脚（1）RST/VPD：RST是复位信号，高电平有效。VPD为第二功能，即备用电源输入端。（2）ALE/PROG：ALE为地址锁存允许信号输出引脚。PROG为编程信号，第二功能，低电平有效。（3）PSEN：片外ROM选通信号输出端，低电平有效。（4）EAVPP：EA为内部和外部ROM控制端 当EA1时，从内ROM开始访问 当EA0时，只访问外部ROM VPP是编程电源输入端,4并行输入/输出引脚（1）P0口：P0.0P0.7统称为P0口（2）P1口：P1.0P1.7统称为P1口（3

15、）P2口：P2.0P2.7统称为P2口（4）P3口：P3.0P3.7统称为P3口 P3口每一位可用作第二功能，而且P3口的每一条引脚都可以独立设置为第一功能的I/O口功能和第二功能。,2.3 8051中央处理器 单片机的CPU是完整的1位微计算机。这个1位微计算机包含CPU、位寄存器、I/O口和指令集。CPU内部包含：1、运算器 2、控制器 3、存储器。,2.3.1 运算器 运算器包含：1.算术逻辑运算单元ALU-算术运算、逻辑运算 2.累加器A-相当于数据加工厂 3.位处理器-位运算 4.BCD码修正电路-十进制数的运算处理 5.PSW-记录程序运行状态,2.3.2 控制器 单片机的指挥部件

16、，主要任务是识别指令，控制各功能部件，保证各部分有序工作。主要包括指令寄存器、指令译码器、程序计数器、程序地址寄存器、条件转移逻辑电路、时序控制逻辑电路。,1、指令、指令译码及控制器 指令-就是完成某项操作的命令。指令译码-对指令进行解析和翻译 控制器-发出相应的控制信息，指挥运算器和存储器协同完成指令所要求的操作。例如：下面是单片机的一条指令：00100101 00110000(A)+(30H)该指令是加法指令,指令占2字节,2、指令集和指令助记符 指令译码器所能解析系统在设计时规定的。为直观表达，用指令助记符表示。例如，上面的加法指令的助记符为：ADD A，30H,3、程序及程序计数器PC

17、 什么叫计算机程序：为完成一个完整的运算任务，按照执行步骤用计算机指令编写的指令集合。执行程序指示：地址由PC指示。执行程序时，在计算机控制器的控制下，取指令装置会按PC的指向从存储器中读出第一条指令并译码，执行指令所要求的操作。,2.3.3 程序执行过程 执行程序线路实际上按PC的指取指令运行，PC就象引路人，称为程序指针。执行流程如下图：,程序指令取指执行过程,1、复位PC=00002、从PC取指，PC+13、取数据4、执行指令5、取下一条指令,2.4 8051单片机的存储结构 8051单片机存储器采用冯诺依曼结构：1、有一根地址和数据总线。2、程序存储器空间和数据存储器空间采用独立编址。

18、3、拥有各自的寻址方式和寻址空间。,2.4.1 8051单片机的存储器结构8051单片机存储器从物理结构上分四种：1、片内程序存储器 2、片外程序存储器 3、片内数据存储器 4、片外数据存储器,从寻址空间分布上分三种：程序存储器、内部数据存储器外部数据存储器。从功能作用上可五种：程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间存储器和外部数据存储器。,2.4.1 8051单片机的存储器结构图,2.4.2 程序存储器：可寻址的地址空间为64KB，从0000H开始编址，最大地址可至FFFFH。用EA信号选择片内、片外程序存储器：对于STC89C51单片机（片内有4 KB），编址为00000F

19、FFH，EA 接高电平，从片内0000H开始执行程序。对于8031单片机无内部程序存储器，EA接低电平，从片外读取程序执行。,中断向量：单片机至少有5个中断地址，在0000002FH程序存储器地址之间占5个特殊地址，被固定用于5个中断源的中断服务程序入口地址。中断地址如下：,2.4.3 片内数据存储器1、片内RAM编址片内数据存储器(RAM)，128B/256B)，用来存放程序运行时所需要的常数或变量。编址如下：51子系列片内RAM有128字节编址为007FH 特殊功能寄存器块有128字节编址为为80FFH 52子系列片内RAM有256字节 低128字节编址为007FH（直接寻址）高128字节

20、编址为80FFH（间接寻址）SFR有128字节编址为为80FFH（间接寻址）,2、内部数据存储器的划分 片内RAM编址为007FH，分工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区和堆栈数据区三个部分。结构如下图：,(1)工作寄存器区 从上图中可以看到，单片机内部RAM的001FH区是R工作寄存器区，分为四个组，由RS1、RS0配置选择：,(2)位寻址区 内部RAM的20H2FH为位寻址区域(见表2-4)。这16个单元(共128位)的位地址编址范围为00H7FH。,(3)数据缓冲区 内部RAM的30H7FH是数据缓冲区，也称为用户RAM区，共80个单元。52子系列内部有256个单元的数据存储器，用户RAM

21、区范围为30HFFH，共208个单元。工作寄存器区和位寻址区的地址及单元数与上述一致。,3、堆栈和堆栈指针 堆栈的概念：是一种数据项按序排列的数据结构，采用后进先出，这种后进先出操作的缓冲器区称为堆栈。堆栈指针总是指向栈顶。堆栈就好比水桶或手枪中的弹匣，更象一个装兵乓球的小圆筒。堆栈的几个名词：满堆栈、空堆栈、递增堆栈和递减堆栈,堆栈特点：后进先出堆栈有3个具体功能：(1)保护断点(2)现场保护(3)临时暂存数据,2.4.4 特殊功能寄存器 单片机是通过特殊功能寄存器（SFR）对各种功能部件进行集中控制。如下表：,2.4.5 外部数据存储器 单片机一般的内部RAM只有128 B或256B。现在

22、有大RAM容量单片机或集成了Data Flash的单片机。系统需要海量存储器必须扩展外部存储器。扩展外部存储器方式：（1）并行方式扩展（最大64KB）（2）串行方式扩展（最大1MB以上）,存储器使用总结如下：(1)地址有重叠性，用不同的控制命令分开。(2)(RAM)和(ROM)在操作使用上是严格区分的，不同的操作指令不能混用。(3)位地址空间有两个区域：20H2FH区和SFR区(4)片外数据存储器区中，RAM存储单元与单片机外部扩展的I/O端口是统一编址的。,2.5 并行I/O端口,共有4个8位双向I/O口，共32口线。每位均有自己的锁存器(SFR)，输出驱动器和输入缓冲器。,多路开关功能：用

23、于控制选通I/O方式还是地址/数据输出方式方式控制：由内部控制信号产生,输入锁存器,两个输入缓冲器(BUF1和BUF2),推拉式I/O驱动器,2.5.1 P0口位图内部结构,5、P0R2为读引脚信号，执行“MOV A,P0”时该信号有效6、读引脚（端口）时，输出锁存器应为“1”,说明：1、当控制信号为0时，P0口做双向I/O口，为漏极开路（三态）2、控制信号为1时，P0口为地址/数据复用总线（用于口扩展）3、P0W为端口输出写信号，用于锁存输出状态4、P0R1为读锁存器信号，执行“ANL P0,#0FH”时该信号有效,1,0,2.5.2 P1口内部结构,P1口内部结构如图2所示输出部分有内部上

24、拉电阻R*约为20K。其他部分与P0端口使用相类似（读引脚时先写入1）。,写数据,读端口,2.5.3 P2口内部结构,2、当控制信号为1时P2口输出地址信息，此时单片机完成外部的取指操作或对外部数据存储器16位地址的读写操作。3、当P2口作为普通I/O口使用时用法和P1口类似。,说明：1、P2可以作为通用的I/O，也可以作为高8位地址输出。,MCS-51片外总线结构示意图,返回,MCS-51单片机片外总线,P0.4,返回,6264,WE,单片机 8031,P2.0,:,.,A8,.,ALE,RD,74LS373,G,A7.A0,P0.0:P0.7,OE,CE,Q0.Q7,D0.D7,A12,P

25、2.4,WR,D7.D0,2.5.4 P3口内部结构,说明：1、做普通端口使用时，第二功能应为“1”。,2、使用第二功能时，输出端口锁存器应为“1”。3、变异功能（）P3.0 TXD P3.4 T0 P3.1 RXD P3.5 T1 P3.2 INT0 P3.6 WR P3.3 INT1 P3.7 RD,2.5.5 P0P3端口功能总结使用中应注意的问题：（1）P0P3口都是并行I/O口，但P0口和P2口还可用来构建数据总线和地址总线，所以电路中有一个MUX，进行转换。（2）而P1口和P3口无构建系统的数据总线和地址总线的功能，因此，无需转接开关MUX。,（3）只有P0口是一个真正的双向口，P

26、1P3口都是准双向口。原因:P0口作数据总线使用时，为保证数据正确传送，需解决芯片内外的隔离问题，即只有在数据传送时芯片内外才接通；否则应处于隔离状态。为此，P0口的输出缓冲器应为三态门。（4）P3口具有第二功能。因此在P3口电路增加了第二功能控制逻辑。这是P3口与其它各口的不同之处。,P3口的第二功能,2.6 单片机时序与复位 时钟电路用于产生单片机工作所必需的时钟控制信号。2.6.1 时钟电路 时钟频率直接影响单片机的速度，电路的质量直接影响系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。,一、内部时钟方式 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，其输入端：XTAL

27、1，输出端：XTAL2。,C1和C2典型值通常选择为30pF左右。晶体的振荡频率在1.2MHz12MHz之间。某些高速单片机芯片的时钟频率已达40MHz。,二、外部时钟方式 常用于多片单片机同时工作。,三、时钟信号的输出 为应用系统中的其它芯片提供时钟，但需增加驱动能力。,2.6.2 机器周期、指令周期与指令时序一、时钟周期单片机的基本时间单位。若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。二、机器周期CPU完成一个基本操作所需要的时间。执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作。MCS-51单片机每12个时

28、钟周期为一个机器周期，,一个机器周期又分为6个状态：S1S6。每个状态又分为两拍：P1和P2。因此，一个机器周期中的12个时钟周期表示为：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、SP6P1、S6P2,三、指令周期执行一条指令时，可分为取指令阶段和指令执行阶段。取指令阶段，PC中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行指令的操作码和操作数。指令执行阶段，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信号完成指令的执行。ALE信号是为地址锁存而定义的，以时钟脉冲1/6的频率出现，在一个机器周期中，ALE信号两次有效（注意，在执行访问外部数据存储器的指令MOVX时，将会丢失一个ALE脉冲）,时钟电路需外接晶振

29、的频率1.212MHZ，C1和C2取3010PF,CPU的时序（时钟周期、状态周期、机器周期）,若外接晶振为12MHz时，则单片机的四个周期的具体值为：时钟周期1/12MHz1/12s0.0833s 状态周期1/6s0.167s 机器周期1s 指令周期14s可用于计算指令、程序的执行时间，以及定时器的定时时间,2.6.3 复位电路单片机的初始化操作，摆脱死锁状态。引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使MCS-51复位。复位时，PC初始化为0000H，使MCS-51单片机从0000H单元开始执行程序。除PC之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，见表2-8(P43)

30、。SP=07H，P0-P3的引脚均为高电平。在复位有效期间，ALE脚和PSEN*脚均为高电平，内部RAM的状态不受复位的影响。,2.7.2 复位电路 片内复位结构：,上电自动复位和按钮复位 最简单的上电自动复位电路:,按键手动复位，有电平方式和脉冲方式两种。电平方式 脉冲方式,两种实用的兼有上电复位与按钮复位的电路。,图2-19中（b）的电路能输出高、低两种电平的复位控制信号，以适应外围I/O接口芯片所要求的不同复位电平信号。74LS122为单稳电路，实验表明，电容C的选择约为0.1F较好。,Watch Dog复位电路,2.6.4 复位和复位状态 单片机复位后，各个特殊功能寄存器的复位状态如表

31、2-8所示,2.7 单片机的省电工作模式单片机工作方式：（1）正常工作方式（2）空闲模式（3）掉电模式空闲模式和掉电模式由PCON中的IDL和PD位设置。,PCON电源控制寄存器格式如下：PCON的字节地址为87H，不能位寻址，系统复位时PCON=00 x1 0000B。,IDL=1进入空闲模式。(1)用中断方式退出空闲模式。(2)用硬件复位方式退出空闲模式。PD=1进入掉电模式。STC89C51单片机的功耗：（1）正常工作时功耗为25 mA（2）空闲节电模式下功耗是6.5 mA（3）掉电模式时功耗仅50 A。,第8章 单片机与键盘、显示器、打印机接口的设计主讲：袁鹏平,10.1 单片机与键盘

32、的接口 键盘是由若干按键组成的开关阵列。键盘有编码键盘和非编码键盘之分。单片机系统中通常采用非编码键盘，非编码键盘主要由软件来识别闭合键，具有结构简单、使用灵活等特点，因此被广泛应用于单片机系统。,10.1.1 键盘的工作原理1按键特点键盘是一组按键开关的集合，组成键盘的按键有触点式和非触点式两种。常用的键盘一般采用由机械触点构成的键盘开关，在按键接触过程中通常会产生抖动，如下图：,2按键的识别 图10-1中，当按键开关K1没有按下时，K1键的2个触点是断开的，这时P1.0输入为高电平；当K1键被按下时，K1键的2个触点是接通的，P1.0输入为低电平。通过对连接按键的I/O端口的电平检测，就能

33、识别出K1键是否被按下。,3按键抖动的消除方法 有两种：硬件去抖和软件延时去抖。硬件去抖电路如图10-2所示。,10.1.2 键盘的接口方式 单片机系统中采用非编码键盘，非编码键盘分为独立式键盘和行列式矩阵键盘。1独立式键盘接口 按键处理子程序：ORG 0000 LJMP MAIN ORG 0013H LJMP KPINT1MAIN:MOV SP,#6FH SETB IT SETB EX1 SETB EA,(2)查询方式独立键盘接口这种键盘接口方式适用于键盘操作实时性要求不高的系统。接口电路如图10-4：,(3)缓冲方式独立键盘接口 这种键盘接口方式适用于键盘操作实时性要求不高的系统。接口电路

34、如图10-5：按键处理程序见课本。,10.2 单片机与显示器接口设计 LED(Light Emitting Diode)是发光二极管，常作为指示器，其导电特性与普通二极管类似。由8个LED按照规定的排列安装就可构成LED数码管，能够显示各种数字及部分英文字母，是单片机应用系统中普遍被使用的显示器。,10.2.1 显示器结构与工作原理 数码管只能显示一个数字或字符，其内部结构如图10-10所示。LED显示器有共阳极和共阴极2种。,10.2.2 LED数码显示方式与接口电路设计由N个LED单字数码管可接成N位数码显示，如图10-12是四位LED显示的电路原理图。,1静态显示 静态显示是指每一个显示

35、器都要占用单独的、具有锁存功能的I/O接口，以用于锁存字形代码。,静态显示3位数字的子程序(假定显示的数在50H52H)：DISP：MOV R2,#03 MOV R0,#50HLP0：MOV A,R0 ADD A,#0BH MOVC A,A+PC MOV SBUF,ALP1：JNB TI,LP1 CLR TI INC R0 DJNZ R2,LP0 RETTAB：DB 09H,0EBH,98H,8AH,6AH,0EH DB0CH,0CBH,08H,0AH,0FFH,0FFH,2动态显示 动态显示是指一位一位地轮流点亮各位数码显示器，即每隔一段时间点亮一个数码管。,动态显示程序如下：DISP:MO

36、V R3,#00;显示初值 MOV R4,#0E8H;循环显示次数LP0:MOV DPTR,#TAB;置笔形码表首地址MOV A,R3MOVC A,A+DPTRMOV P1,ADELAY:ACALL DISP1DJNZ R4,DELAYINC R3CJNE R3,#0A,LP0AJMP EXQDISP1:MOV R1,#06MOV R5,#00DISP2:MOV A,R5MOV P3,A;送位选码ACALL DEL1;每位显示15msINC R5;指向下一个LEDDJNZ R1,DISP2;未显示完6位继续RETDEL1:MOV R6,#250;延时1ms(6MHz晶振)LP2:DJNZ R6

37、,LP2EXQ:RETTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99HDB 92H,82H,0F8H,80H,90H,10.4 单片机与液晶显示器的接口设计 液晶显示器是一种将液晶显示屏、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源和结构件装配在一起的组件。英文名称为Liquid Crystal Display Module，简称为LCD，称为液晶显示模块。,10.4.1 液晶显示器类型与工作原理1字段型模块 字段型是以长条状组成的字符显示，主要用于显示数字和部分英文字母及字符，广泛应用于电子仪器、数字仪表和计算器中。2点阵字符型模块点阵字符型模块由行、列驱动器，控制器及必要的连接件，结

38、构件装配而成，内部固化了192个字模的字符库，可以显示数字、英文字母和字符。,3点阵图形型模块这种点阵图形型模块点阵像素连续排列，行和列在排布中均没有空隔，可以显示连续、完整的图形。由于它由X-Y矩阵像素构成，所以除显示图形外，也可以显示字符。,3、TC1602E液晶显示器接口设计 单片机与TC1602E液晶显示器接口方法有两种：一种为直接访问方式；另一种为间接控制方式。接口电路如图10-25所示。,10.4.3 点阵图形液晶显示器接口设计 有图形显示功能的液晶显示器，其里面包含一个“图形显示缓冲区”。“图形显示缓冲区”的内容按点阵对应方式进行显示。液晶显示屏中的“显示缓冲区”通常不能被CPU

39、直接访问，一字节的操作需要先传送地址，再传送数据，需要若干条指令才能完成。,1OCM12864引脚功能与接口电路设计 OCM12864是12864蓝模、CCFL背光、带KS0108控制器的图形液晶显示器，有20个引脚，工作电压为+5 V，可直接与单片机连接。OCM12864引脚功能如表10-10所示。,第11章 单片机与A/D、D/A转换器的接口设计主讲：袁鹏平,本章学习要点：(1)A/D、D/A转换器的工作原理，A/D、D/A转换器主要技术指标；(2)A/D、D/A转换器分辨率的计算与选型；(3)单片机与并行A/D、串行A/D转换器的接口及数据采集方法；(4)单片机与并行D/A、串行D/A转

40、换器的接口及编程控制。,11.1 A/D转换器的接口设计 A/D转换器作用是在特定的电路下将输入的模拟信号转换为数字量 一次A/D转换一般需要经过采样、保持、量化及编码四个步骤。A/D转换器是数据采集的重要通道 是信号转换的主要方式。,A/D转换器分成四种：计数式、双积分式、逐次逼近式、并行式A/D转换器。比较常见的A/D：双积分式-主要优点为转换精度高、抗干扰性能好、价格相对低廉；缺点是转换速度慢。逐次逼近式的A/D转换器-逐次逼近式A/D转换器在精度、速度和价格上都适中，转换速度在几微秒到几百微妙之间。,按接口方式不同可将A/D转换器分为串行接口和并行接口A/D转换器。单片机片内有A/D转

41、换器。如果要求高精度、高分辨率，一般要选择片外A/D转换器。如果要求分辨率不高(如10位或8位)，可以选择片内带A/D转换器的单片机，以使降低设计成本。,1A/D转换器的主要技术指标(1)分辨率-输出二进制位数或BCD码位数表示，是满刻度电压值与2n的比值 例1 一个12位的A/D转换器的分辨率：满刻度=1/212，百分数表示=0.0244%用212的级数进行量化，其分辨率为1LSB。如果满刻度为10V，则可分辨的最小电压变化值=10V0.0244%=2.4mV，即1LSB2.4mV。例2 三位半BCD码A/D转换器分辨率：满数字值为1999，用百分数表示其分辨率=1/1999100%=0.0

42、5%。,(2)转换时间和转换速率 完成一次转换所需要的时间就是A/D转换器的转换时间。A/D转换器转换速率级数：超高速-转换时间1ns 高速-转换时间1s 中速-转换时间1ms 低速-转换时间1s 并行式A/D转换时间最短的约为2050ns 双极性逐次比较式转换时间约为0.4 s,(3)转换精度 将连续的模拟信号转换成离散的数字量产生的误差。(4)量化误差 由A/D转换器的有限分辨率引起的误差。,2A/D转换器的选择(1)根据检测精度要求选择A/D转换器(2)根据采样频率要求选择A/D转换器(3)采样保持器(4)工作电压和基准电压(5)其它选择考虑条件 片内A/D 串行A/D 封装,11.1.

43、2 单片机与AD574的并行接口设计,8位分辨率的ADC常常不够，采用10位、12位、16位A/D转换器。12位ADCAD574A（AD674A、AD1674A）。,1.AD574简介,12位逐次比较型A/D转换器。转换时间为25s，转换精度为0.05%，片内有三态输出缓冲电路，可直接与各种8位或16位的微处理器相连，而无须附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL电平兼容。,28脚双列直插式封装，引脚如图11-1。,引脚的功能如下：,CS*：片选信号端。,CE：片启动信号。,R/C*：读出/转换控制信号。,12/8*：数据输出格式选择。,1:12条数据线同时输出转换结果，,0:转换结果为两个单

44、字节输出，即只有高8位或低4位有效。,A0：字节选择控制线。分为转换期间、读出期间,在转换期间:,0:进行12位转换（转换时间为25s）；,1:进行8位转换（转换时间为16s）。,在读出期间：,0:高8位数据有效；,1:低4位数据有效，中间4位为“0”，高4位为三态。,因此当两次读出12位数据时，12位数据遵循左对齐原则，如下所示：,上述五个控制信号组合的真值表如表11-1所示:,表11-1 AD574控制真值表,STS：转换结束状态引脚。,转换完成时为低电平。可作为状态信息被CPU查询，也可用它的下跳沿向CPU发出中断申请，通知A/D转换已完成，可读取转换结果。,2.AD574的工作特性,工

45、作状态由CE、CS*、R/C*、12/8*、A0五个控制信号决定，当CE=1，CS*=0同时满足,才处于转换状态。,AD574处于工作状态时，R/C*=0,启动A/D转换；R/C*=1为数据读出。12/8*和A0端用来控制转换字长和数据格式。A0=0按12位转换方式启动转换；A0=1按8位转换方式启动转换。当AD574处于数据读出（R/C*=1）状态时，A0和12/8*,成为数据输出格式控制端。12/8*=1对应12位并行输出；12/8*=0对应8位的双字节输出。其中A0=0时输出高8位。A0=1时输出低4位，并以4个0补足尾随的4位。,注意：12/8*端与TTL电平不兼容，故只能直接接+5V

46、或地。另外A0在数据输出期间不能变化。,3.AD574的单极性和双极性输入特性,图11-18(a)为单极性转换电路，可实现:010V或020V的转换。,图11-18(b)为双极性转换电路，可实现:-5+5V或-10+10V的转换。,读结果时，A1=0；CE信号由单片机的WR*和A7经一级或非门提供，R/C*由RD*和A7经一级或非门产生，A7应为低电平。输出状态信号STS接P3.2，供单片机查询A/D转换是否结束。12/8*端接+5V，AD574的A0由地址总线A0控制，实现全12位转换，并将12位数据分两次送入数据总线上。,1、输出形式,两种输出形式:电压输出形式 电流输出形式。电流输出的D

47、/A转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个I-V转换电路。,一、D/A转换器概述,2、D/A转换器内部是否带有锁存器,D/A转换需要一定时间，这段时间内输入端的数字量应稳定，为此应在数字量输入端之前设置锁存器,以提供数据锁存功能。根据芯片内是否带有锁存器，可分为内部无锁存器的和内部有锁存器的两类。,*内部无锁存器的D/A转换器,可与P1、P2口直接相接（因P1口和P2口的输出有锁存功能）。但与P0口相接，需增加锁存器。,*内部带有锁存器的D/A转换器,内部不但有锁存器，还包括地址译码电路，有的还有双重或多重的数据缓冲电路，可与MCS-51的P0口直接相接。,3、主要技术指标,(1)分辨率

48、,给DAC的输入单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2n之比。显然，二进制位数越多，分辨率越高。,例如，若满量程为10V，则分辨率为10V/2n。设8位D/A转换，即n=8，分辨率为10V/2839.1mV，该值占满量程的0.391%，用1LSB表示。,同理：10位 D/A：1 LSB=9.77mV0.1%满量程 12位 D/A：1 LSB=2.44mV0.024%满量程,根据对DAC分辨率的需要,来选定DAC的位数。,(2)建立时间,描述DAC转换快慢的参数,表明转换速度。定义：从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)LSB(最低有效位)时所需的时间。快速DAC可达

49、1s以下。,(3）精度,理想情况，精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存在着误差,精度与分辨率并不完全一致。,位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器精度会有所不同。例如，某型号的8位DAC精度为0.19%，另一型号的8位DAC精度为0.05%。,单片机与DAC0832的接口,1.DAC0832芯片介绍,(1)DAC0832的特性,美国国家半导体公司产品，具有两个输入数据寄存器的8位DAC,能直接与MCS-51单片机相连。主要特性如下：,*分辨率为8位；,*电流输出，稳定时间为1s；,*可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入；,*单一电源供电（

50、+5+15V）；,（2）DAC0832的引脚及逻辑结构,4、DAC0832的应用,(1)单极性电压输出,单极性模拟电压输出，可采用图11-5或图11-9所示接线。输出电压Vout与输入数字量B的关系:,Vout=（B/256）*VRFE 式中，B=b727+b626+b121+b020；,B为0时，Vout也为0，输入数字量为255时，Vout为最大值,单极性。,由上式，在选用+VREF时，（1）若输入数字量b71，则Vo为正；（2）若输入数字量b70，则Vo为负。在选用-VREF时，Vo与+VREF极性相反。,（2）双极性电压输出,(3)用作程控放大器 DAC0832还可以用做程控放大器使用