1、第七章、单片机应用系统接口技术,7.1、显示器及其接口技术,3,1 LED数码管显示器,1.1 LED 显示器的工作原理 1.2 LED显示器的显示方式 1.3 LED显示器接口电路,4,LED-（Light Emitting Diode的英文缩写）,是利用PN结把电能 转换成 光能的固体发光器件，根据制造材料的不同可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见光来。 伏安特性-类似普通二极管，正向压降约为2伏左右，工作电流一般在10 -20 mA。 结构形式- 8段方形LED常用来显示设备的运行状态， 可以显示各种数字和字符。,图 LED显示器,1.1 LED 显示器工作原理,5,结构形式 共阴极：
2、发光管的阴极并接成公共端COM，加高电平灯亮;共阳极：发光管的阳极并接成公共端COM，加低电平灯亮.,6,8段LED段选码原理,图 8段LED段选码原理,实现方法 CPU的数据线与LED各段引脚相连，控制输出的数据，点亮8段LED不同段的组合，显示等十六进制数。,7,1.2、 单个LED驱动实例,前面介绍了LED数码管的结构及其显示方式。LED数码管主要用于显示数字和一些特定的字符。这里通过一个具体的实例介绍一下，如何使用51系列单片机来进行数字和字母的显示本例主要用来使用共阳极LED数码管显示数字或字符，完整的电路原理图，如图所示。,8,#include /头文件 #include void
3、 Delay(); /子函数声明 void LEDShow(); void main() /主函数 P1=0x00; /LED全亮Delay(); /延时P1=0xFF; /LED全灭Delay(); /延时P1=0x00; /LED全亮Delay(); /延时P1=0xFF; /LED全灭Delay();while(1) /循环 LEDShow(); /扫描按键，显示数字或字符 void Delay() /延时子函数 int i;for(i=0;i1000;i+) /循环_nop_(); ,void LEDShow() if(P2=0xFE) /S0按下P1=0xC0; /显示字符“0”el
4、se if(P2=0xFD) /S1按下P1=0xF9; /显示字符“1”else if(P2=0xFB) /S2按下P1=0xA4; /显示字符“2”else if(P2=0xF7) /S3按下P1=0xB0; /显示字符“3”else if(P2=0xEF) /S4按下P1=0x99; /显示字符“4”else if(P2=0xDF) /S5按下P1=0x92; /显示字符“5”else if(P2=0xBF) /S6按下P1=0x82; /显示字符“6”else if(P2=0x7F) /S7按下P1=0xF8; /显示字符“7”else if(P2=0xFC) /S2、S1同时按下P1
5、=0x80; /显示字符“8”,9,（1）静态显示接口电路（2）动态显示接口电路,整个显示部分正常工作必须有：显示部分、锁存器、译码、驱动电路。,1.3 多个LED驱动方式,10,（1）. 静态显示方式,LED数码管静态显示方式是指，当数码管显示某个字符的时候，相应字段的发光二极管恒定地导通或者截止，即亮灭是完全不变的。在这种情况下，多个LED是同时显示的。这里以4个共阴极LED数码管为例，如图所示。其公共端接GND，每个LED数码管的字段引脚分别接单片机的P0、P1、P2、P3端口，这样便可以为每个数码管单独赋值操作。,11,但是由上图可见。4个数码管几乎占据了单片机所有输入输出接口。 因此
6、实际上采用外部扩展的方法实现数码管的静态显示,12,采用串行口模式0扩展LED显示,13,#include “reg51.h” Sbit STB0=P10; Sbit STB1=P11; Sbit STB2=P12; Sbit STB3=P13; Void main () Scon=0x00; ES-0; STB0=0; STB1=0; STB2=0; STB3=0;SBUF=0xc0; While(TI=0) STB0=1; TI=0; STB0=0;,SBUF=0xF9; While(TI=0) STB1=1; TI=0; STB1=0;SBUF=0xA4; While(TI=0) STB
7、2=1; TI=0; STB2=0;SBUF=0xB0; While(TI=0) STB3=1; TI=0; STB3=0; While（1） ,14,2. 动态显示方式,所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。,15,LED数码管动态显示硬件结构电路原理分析 单片机1个并口P1口作为6个数码管公共的段码输入端； 单片机的P3.0P3.5作为数码管的6个位选信号控制端； 7407和7406分别作为段码和位选的驱动信号； LED数码动态扫描原理 首先点亮LED1,其于5个LED熄灭,保持3mS左右,消隐
8、； 其次点亮LED2,其于5个LED熄灭,保持3mS左右,消隐； 最后点亮LED6,其于5个LED熄灭,保持3mS左右,消隐; 扫描完1次大约需要24mS(每一次消隐1mS),扫描周期为50HZ左右；又由于人眼的“视觉暂留”现象,则认为所有的数码管是恒定点亮的。,16,10-1. LED数码管显示原理,流程图：,17,案例分析（2位学号显示）,硬件电路原理图,18,流程图：,19,程序清单ORG 0000H MOV P0,#0FFH ;段码清零MOV 30H，#39H ;写入需要显示的数据“39”MOV DPTR,#TAB ;共阳极数码管的段码表 LOOP: CLR P3.4 ;选中LED1S
9、ETB P3.5MOV A, 30H ANL A,#0FH ;高4位清0，保留低4位MOVC A,A+DPTR ;查表取出低4位的段码 MOV P0,A ;段码送P0口 LCALL DELAY3ms ;延时3msMOV P0,#0FFHLCALL DELAY1ms ;消隐1msCLR P3.5 ;选中LED2SETB P3.4MOV A,30H ;取显示数据ANL A,#0F0H ;低4位清0，保留高4位SWAP A ;累加器高低4位交换,20,程序清单（续）MOVC A,A+DPTR ;查表取出段码 MOV P0,A ;段码送P0口LCALL DELAY3ms ;延时3msMOV P0,#0
10、FFHLCALL DELAY1ms ;消隐1msLJMP LOOP TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82HDB 0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1HDB 86H,8EH ;“0F”的共阳极段码表END,思考:如果是共阴数码管呢?,单片机A/D和D/A应用接口技术,22,本讲主要内容：,1. A/D转换器基本知识 2. ADC0809基本应用方法 3. D/A转换器基本知识 4. DAC0832基本使用方法,23,1. A/D转换器基本知识,具有A/D和D/A的单片机控制系统构成,24,A/D转换器的主要技术指标 分辨率使输出数字量
11、变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二进制的位数表示。例如:12位ADC的分辨率就是12位，一个10V满刻度的12位ADC能分辨输入电压变化最小是:10V1/212=2.4mV 量化误差ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。,25,A/D转换器的主要技术指标 偏移误差指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。 满刻度误差满刻度误差又称为增益误差。指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。 线性度线性度有时又称为非线性度，指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。,
12、26,A/D转换器的主要技术指标 绝对精度在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输入与理论模拟输入之差的最大值，称为绝对精度。对于ADC而言，可以在每一个阶梯的水平中点进行测量，它包括了所有的误差。 转换速率指ADC能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。,27,8位转换芯片ADC0809,ADC0809是逐次逼近型8位A/D转换器，片内有八路模拟开关，可对八路模拟电压量实现分时转换。典型转换速度100s 。片内带有三态输出缓冲器，可直接与单片机的数据总线相连接 。,28,CLK：时钟信号，典型值为500640KHZ
13、 VREF+、VREF-：基准电压输入， ALE：地址锁存允许，其上升缘锁存ADDCADDA的地址信号 START：A/D转换启动信号，上升缘启动A/D转换。 EOC：转换完成信号，启动转换后，EOC输出低电平，转换完成后输出高电平。该信号可用作向单片机提出中断申请，或者作为查询信号。,ADC0809的引脚见图，其信号意义如下：,29,OE：数字量输出允许信号，该引脚输入高电平时，转换后的数字量从D0D7脚输出。 IN0IN7：模拟电压输入，八个引脚可分别接八路模拟信号。 ADDA、ADDB、ADDC：通道选择信号，其输入电平的组合选择模拟通道IN0IN7之一,30,AT89C51与ADC08
14、09接口,ADC0809与AT89C51单片机的一种连接如图所示。电路连接主要涉及两个问题，一是8路模拟信号通道选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。,31,AT89C51与ADC0809接口图,32,例8.4 用查询方式分别对8路模拟信号轮流采样次，并依次把结果存到以片内RAM 30H为首地址的数据存储区。A/D转换程序流程图如图所示。,ADC0809应用举例,33,A/D转换程序流程图,34,参考程序如下： MAIN： MOV R1，#30H ；置数据区首址MOV DPTR，#0FEF8H ；指向IN0 MOV R7，#08H ；置通道数 LOOP：MOVX DPTR, A ；启动A/
15、D转换MOV R6, #05H ；软件延时 DALY：NOP DJNZ R6, DALY WAIT：JB P3.2, WAIT ；查询是否转换结束MOVX A, DPTR ；读取转换结果MOV R1, A ；存取数据INC DPTR ；指向下一个通道INC R1 ；指向下一个单元 DJNZ R7, LOOP ；巡回检测8个通道RET,35,输入：数字量，输出：模拟量。转换过程：送到DAC的各位二进制数按其权的大小转换为相应的模拟分量，再把各模拟分量叠加，其和就是D/A转换的结果。,使用D/A转换器时，要注意区分:D/A转换器的输出形式;内部是否带有锁存器。,(1) 输出形式,两种输出形式:电压
16、输出形式与电流输出形式。电流输出的D/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。,二、 D/A转换器1、概述,36,（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-
17、51的P0口直接相接。,37,2.主要技术指标,(1)分辨率,输入给DAC的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，根据定义则分辨率为10V/2n。设8位D/A转换，即n=8，分辨率为10V/2n =39.1mV，该值占满量程的0.391%，用1LSB表示。,同理：10位 D/A：1 LSB=9.77mV=0.1% 满量程12位 D/A：1 LSB=2.44mV=0.024% 满量程,根据对DAC分辨率的需要,来选定DAC的位数。,38,(2)建立时间,描述DAC转换快慢的参数,表明转换速度。定义：为从
18、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。电流输出时间较短，电压输出的，加上I-V转换的时间，因此建立时间要长一些。快速DAC可达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%。,39,3. 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-5
19、1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（+5+15V）；,40,（2）DAC0832的引脚及逻辑结构,41,DAC0832的逻辑结构：,42,引脚功能：,DI0DI7：8位数字信号输入端 CS*： 片选端。 ILE： 数据锁存允许控制端，高电平有效。 WR1*：输入寄存器写选通控制端。当CS*=0、ILE=1、WR1*=0时，数据信号被锁存在输入寄存器中。,43,XFER*：数据传送控制。 WR2* ：DAC寄存器写选通控制端。当XFER*=0，WR2* =0时，输入寄存器 状态传入DAC寄存器中。,44
20、,“8位输入寄存器”用于存放CPU送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由LE1*控制； “8位DAC寄存器” 存放待转换的数字量，由LE2*控制； “8位D/A转换电路”由T型电阻网络和电子开关组成，T型电阻网络输出和数字量成正比的模拟电流。,45,IOUT1：电流输出1端，输入数字量全“1”时，IOUT1最大， 输入数字量全为“0”时，IOUT1最小。,IOUT2：D/A转换器电流输出2端，IOUT2+IOUT1=常数。 Rfb： 外部反馈信号输入端， 内部已有反馈电阻Rfb，根据需要也可外 接反馈电阻。 Vcc： 电源输入端，可在+5V+15V范围内。 DGND： 数字信号地。 AG
21、ND： 模拟信号地。,46,4.DAC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。,47,双极性电压输出，采用图11-3接线：,Vout =（B128）*（VREF/128）,由上式，在选用+VREF时， （1）若输入数字量b71，则Vout为正； （2）若输入数字量b70，则Vout为负。在选用-VREF时，Vout与+VREF时极性相反。,（2）双极性电
22、压输出,48,（3）DAC用作程控放大器,DAC还可作程控放大器，见图11-4。,DAC的输出和输入之间的关系:,Vout = -Vin*(256/B）,256/B看作放大倍数。但输入数字量B不得为“0”。,49,5. MCS-51与DAC0832的接口电路,(1)单缓冲方式,DAC0832的两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个处于受控的锁存方式。在不要求多路输出同步的情况下，可采用单缓冲方式。,单缓冲方式的接口如图11-5:,50,(1) 锯齿波的产生,ORG 2000H,START:MOV DPTR，#7FFFH ；DAC地址7FFFHDPTR,MOV A，#00H ；数字量A,LOO
23、P: MOVX DPTR，A ；数字量D/A转换器,INC A ；数字量逐次加1,SJMP LOOP,51,#include #include /* 定义DAC0832端口地址 */ #define DAC0832 XBYTE0x7fff #define uchar unsigned char void juchiw(void) uchar i;for (i=0;i255;i+) DAC0832=i;delay（）； DAC0832=0; ,void main(void)saw(); ,52,(2) 三角波的产生,ORG 2000H,START: MOV DPTR，#7FFFH,MOV A，#
24、00H,UP: MOVX DPTR，A ；三角波上升边,INC A,JNZ UP,DOWN: DEC A ；A=0时再减1又为FFH,MOVX DPTR，A,JNZ DOWN ；,三角波下降边,SJMP UP,53,#include #include /* 定义DAC0832端口地址 */ #define DAC0832 XBYTE0x7fff #define uchar unsigned char void saw(void) uchar i;for (i=0;i=0;i+) DAC0832=i; delay（）； ,void main(void)saw(); ,54,(3) 矩形波的产生,
25、ORG 2000H,START: MOV DPTR，#7FFFH,LOOP: MOV A，#data1,MOVX DPTR，A ；置矩形波上限电平,LCALL DELAY1 ；调用高电平延时程序,MOV A，#data2,MOVX DPTR，A ；置矩形波下限电平,LCALL DELAY2 ；调用低电平延时程序,SJMP LOOP ；重复进行下一个周期,55,#include #include /* 定义DAC0832端口地址 */ #define DAC0832 XBYTE0x7fff #define uchar unsigned char void saw(void) uchar i;DA
26、C0832=0xff;delay（）；DAC0832=0x00;delay（）； ,void main(void)saw(); ,56,（2）双缓冲方式的接口与应用 在多路D/A转换的情况下，若要求同步转换输出，必须采用双缓冲方式。DAC0832采用双缓冲方式时，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步进行的。第一， CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中。第二，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各路输入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出。 下图为两片DAC0832与8051接实现的双缓冲方式连接电路，能实现两路同步输出。,57,8051与DAC0832的双缓冲方式接口,58,实现两路同步输出的程序如下：MOV DPTR，#0DFFFH；送0832（1）输入锁存器地址MOV A，#data1 ；data1送0832（1）输入锁存器MOVX DPTR，A ；MOV DPTR，#0BFFFH；送0832（2）输入锁存器地址MOV A，#data2 ；data2送0832（2）输入锁存器MOVX DPTR，A ；MOV DPTR，#7FFFH ；送两路DAC寄存器地址MOVX DPTR，A ；两路数据同步转换输出,
