第五章单片机单片机及接口电路设计教材课件

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1、第第1 1章章 单片机系统概述单片机系统概述主讲：袁鹏平主讲：袁鹏平本章学习要点： (1) (1) 单片机和嵌入式系统的概单片机和嵌入式系统的概念，单片机与念，单片机与PCPC机的区别和联系；机的区别和联系； (2) (2) 单片机的发展历程、趋势单片机的发展历程、趋势和应用领域；和应用领域； (3) (3) 单片机的分类、主要特性、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主要生产厂家、常用系列和主要芯片型号。型号。 第第1 1章章 单片机概述单片机概述单片机产生于单片机产生于2020世纪世纪7070年代。年代。单片机的特点：单片机的特点： 体积小，重量轻，抗干扰能力强，体积小

2、，重量轻，抗干扰能力强，对运行环境要求不高，价格低廉，可靠对运行环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好。性高，灵活性好。单片机已广泛应用在：单片机已广泛应用在：工业自动化控制、自动检测、智能工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面。机电一体化设备等方面。 1 1、什么是、什么是计算机？算机？( (CPU、 RAM、ROM、I/O) ) 2 2、什么是、什么是单片机？片机？ 剪裁计算机的功能部件后在一块半导体硅片上集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称为单片机：成如下部件的芯片称为单片机： (1)(

3、1)微处理器微处理器(CPU)(CPU) (2) (2)存储器存储器(RAM(RAM、ROMROM或或EPROM)EPROM) (3) (3)各种输入、输出接口各种输入、输出接口1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机3 3、单片机具有、单片机具有一台计算机的属性一台计算机的属性。也称为：。也称为： 微控制器微控制器 MCU(MCU(MicroController Unit)MicroController Unit) 嵌入式控制器嵌入式控制器 EMCUEMCU （Embedded Embedded icroController UniticroController Unit）在我国，习惯使用在

4、我国，习惯使用“单片机单片机”这一名称。这一名称。4 4、单片机的组成结构、单片机的组成结构1.2 1.2 单片机的发展概况单片机的发展概况五个阶段五个阶段: :第一阶段第一阶段(1974(1974年年19761976年年) )：单片机：单片机初级初级阶段。双片阶段。双片 的形式，且功能比较简单。的形式，且功能比较简单。第二阶段（第二阶段（19761976年年19781978年）年）: :低性能低性能单片机阶段。以单片机阶段。以 Intel Intel 公司制造的公司制造的MCS-48MCS-48单片机为单片机为代表。代表。第三阶段第三阶段(1978(1978年现在年现在) )：高性能高性能单

5、片机阶段。单片机阶段。 IntelIntel公司的公司的MCS-51MCS-51系列、系列、MortorolaMortorola公公司的司的68016801系列等。系列等。第四阶段第四阶段(1982(1982年现在年现在) )：8 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及1616 位单片机、位单片机、3232位单片机推出阶段。位单片机推出阶段。第五阶段第五阶段（19901990至今）：微控制器的全面发展阶段。至今）：微控制器的全面发展阶段。 IntelIntel公司单片机系列典型产品：公司单片机系列典型产品： MCS-48 MCS-48 （80358035、80488048、87488748）

6、MCS-51MCS-51（80318031、80518051、87518751） MCS-52MCS-52（80328032、80528052、87528752） MCS-96MCS-96（80988098、83988398、87988798）注意：注意： 这些产品在实际应用中已经淘汰，但其原理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。尚存，并继续发扬光大。1.3 1.3 单片机的特点：单片机的特点： 1 1小巧灵活、成本低、易于产品化小巧灵活、成本低、易于产品化 2 2面向控制，完成各种控制任务面向控制，完成各种控制任务 3 3抗干扰能力强，适应温度范围宽抗干扰能力强，适应

7、温度范围宽 4 4可以很方便地实现多机和分布式控可以很方便地实现多机和分布式控制制 1.4 81.4 8位单片机的主要生产厂家和机型位单片机的主要生产厂家和机型（1 1）美国）美国IntelIntel公司公司 MCS-51MCS-51系列及其增强型、扩展型系列及其增强型、扩展型系列。系列。 （2 2）中国）中国STCSTC宏晶科技的宏晶科技的STC89CSTC89C系列系列 和和STC12xxxxSTC12xxxx （3 3）台湾）台湾WinbondWinbond的的W78C52W78C52和和W78C54W78C54系列系列 （4 4）美国）美国AtmelAtmel公司公司AT89AT89和

8、和AT90AT90系列系列 以及以及PICPIC系列系列、MSP430MSP430系列系列、C8051FC8051F系列系列等等。等等。 51 51系列单片机在我国广泛应用；系列单片机在我国广泛应用； 80518051单片机品种多、兼容性好、性价比高；单片机品种多、兼容性好、性价比高； 5151系列的系列的软、硬件设计软、硬件设计资料资料丰富齐全；丰富齐全； 5151系列单片机及其衍生兼容机型仍将是主流产品，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、控制应用的重要机型。是现代工业检测、控制应用的重要机型。 MCS-51MCS-51系列单片机的演绎系列单片机的演绎2020世纪世纪

9、8080年代后期年代后期: :IntelIntel公司以专利的形式把公司以专利的形式把 80518051内核技术转让给厂家内核技术转让给厂家。 这些厂家生产的这些厂家生产的兼容单片机兼容单片机，与，与80518051的系统结构的系统结构（主要是指令系统）相同，采用（主要是指令系统）相同，采用CMOSCMOS工艺。工艺。如：如：AMTELAMTEL、PHILIPSPHILIPS、ANALOG DEVICESANALOG DEVICES、DALLASDALLAS公司。公司。 不应直接称不应直接称80518051单片机为单片机为MCS-51MCS-51系列系列单片机。单片机。MCSMCS只是只是特指

10、特指IntelIntel公司生产的单公司生产的单片机的片机的符号符号, ,即即MCS-51MCS-51系列。系列。8080C C5151系列：系列：所有的具有所有的具有80518051指令系统的指令系统的单片机，带单片机，带C C的是低功耗型。的是低功耗型。 按字长分：按字长分：4位、位、8位、位、16位和位和32位单片机。位单片机。在8位单片机家族中，主流产品有：（1）80C51内核（2）Motorola（(Freescale）内核（3）PIC内核的单片机。 1.5 81.5 8位单片机介绍位单片机介绍1、增强型、增强型STC单片机单片机STC是2005年推出中国本土的第一款具有全球竞争力的

11、、且与MCS-51兼容的STC单片机。主要产品型号主要产品型号：STC89C51RC、STC89C52RC、STC89C53RCSTC12C5201、STC12C5201AD、TC12C5201PWM1.5.1 80C511.5.1 80C51单片机介绍单片机介绍2、NXP增强型单片机增强型单片机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。主要产品型号主要产品型号： P89LPC9321、P89LPC936、P89LPC938 P89C51、P89C523AVR高速型单片机高速型单片机是ATMEL公司于1997年由A先生和V先生结合Flas

12、h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：C8051F120-4KRAM、128KROM、8个I/O口、12位A/D、100引脚C8051F022-4KRAM、64KROM、8个I/O口、12位A/D、100引脚C8051F023-4KRAM、64KROM、4个I/O口、10位A/D、64引脚5专用型专用型针对某一种产品或某一种控制应用

13、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（FreescaleSemiconductor）内内核的单片机核的单片机FreescaleSemiconductor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内核的单片机内核的单片机PIC系列单片机是美国Microchip微芯公司的制造的另一款8位单片机。特点：1、

14、采用RISC指令集2、33条指令，指令最短执行时间160ns3、指令系统和开发工具与8051系列不同。主要有：主要有：PIC16C5X、PIC16CXX、PIC17CXX和PIC18CXXX系列1.5.4 其他公司其他公司8位单片机位单片机1、MDT20xx系列单片机2、日本TOSHIBA的4位机、8位机3、Zilog公司的单片机Z84、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无线单无线单片机片机CC2430/CC24317、富士通单片机MB89P935C。等等1.6 16位和位和32位单片机系列介绍位单片机系列介绍 1.6

15、.1 16位单片机位单片机是高性能单片机。主要有：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：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SparcARM公司的ARM系列嵌入式处理器。1.7 单片机的发展趋势单片机的发展趋势1改进CPU结构2低电压、低功耗CMOS化3改善存储器性能4改进I/

16、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 1.8 单片机的应用单片机的应用 单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。到各个领域。使用温度：使用温度：民品民品： 0 0C C +70+70C C工业品：工业品： -40-40C C +85+85C C军品：军品： -65-65C C +125+125C C。在下述的各个领域广泛的应用：在下述的各个领域广泛的应用：1 1、测控系统测控系统2 2、智能仪器仪表、智能仪器仪表3 3消费类电子产品消费类电子产品4 4机电一体化产品机电一体化产品5 5武器装

17、备武器装备6 6终端及外部设备智能接口终端及外部设备智能接口7 7通信技术通信技术 8 8多机分布式系统多机分布式系统 1.9 1.9 单片机技术主要网站介绍单片机技术主要网站介绍STCSTC单片机（单片机（http:/http:/）周立功单片机（周立功单片机（http:/http:/）C51 BBSC51 BBS论坛（论坛（http:/www.Chttp:/www.C）中国电子网（中国电子网（http:/http:/）嵌入式公社（嵌入式公社（http:/ 第第2 2章章80518051单片机的体系结构单片机的体系结构主讲 袁鹏平本章学习要点：本章学习要点： (1) 8051单片机特点、内部结

18、构及片内各组成部件单片机特点、内部结构及片内各组成部件的功能作用；的功能作用； (2) 8051单片机引脚名称、功能和控制信号、三总单片机引脚名称、功能和控制信号、三总线的组成；线的组成； (3) 单片机的存储结构，程序存储器、数据存储器、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、程序状态字栈的特点、程序状态字PSW各位的含义；各位的含义； (4) 单片机工作时序、时钟电路、复位电路工作原单片机工作时序、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；理；机器周期、指令周期的计算方法；I

19、/O的结构的结构功能特点，单片机的工作模式。功能特点，单片机的工作模式。2.1 80512.1 8051单片机内部结构单片机内部结构八大功能部件：八大功能部件：（1 1）微处理器微处理器（8 8位位CPUCPU）（2 2）程序存储器程序存储器（ROMROM、EPROMEPROM或或FlashFlash等）等）（3 3）数据存储器数据存储器（RAMRAM、E2PROME2PROM）（4 4）四个四个8 8位并行可编程位并行可编程I/OI/O端口端口（P0P0、P1P1、P2P2、P3P3）（5 5）一个串行口一个串行口（UARTUART）（6 6）两个两个1616位定时器位定时器/ /计数器计数

20、器（T0/T1T0/T1）（7 7）中断系统中断系统（含（含8 8个中断源、个中断源、2 2个优先级）个优先级）（8 8）特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFRSFR） 还包含：还包含： 时钟振荡器、总线控制器和供电电源时钟振荡器、总线控制器和供电电源 此外，有的还有此外，有的还有其它功能部件其它功能部件，如：，如： A/D、D/A PWM、PCA WDT SPI、I2C、ISP、IAP8051单片机内部结构图单片机内部结构图2.2 80512.2 8051单片机芯片引脚功能单片机芯片引脚功能单片机芯片单片机芯片双列直插封装方式双列直插封装方式引脚图引脚图2.2 80512.2 8051单片机芯

21、片引脚功能单片机芯片引脚功能单片机芯片单片机芯片方形封装方式方形封装方式引脚图引脚图2.2 80512.2 8051单片机芯片引脚功能单片机芯片引脚功能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 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 3控制线与电源复用引脚控制线与电源复用引脚（1）RST/VPD：RSTRST是复位信号，高电平有效。 VPDVPD为第二功能，即备用电源输入端。 （2）ALE/PROG：ALEALE为地址锁存允许信号输出引脚。 PROGPROG为编程信号，第二功能，低电平有效。 （3）PSENPSEN

22、：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 4并行输入并行输入/ /输出引脚输出引脚（1）P0口：P0.0P0.7统称为P0口（2）P1口：P1.0P1.7统称为P1口（3）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 80512.3 8051中央处理器中央处理器 单片机的单片机的CPUCPU是完整的是完整的1 1位微计算

23、机。这位微计算机。这个个1 1位微计算机包含位微计算机包含CPUCPU、位寄存器、位寄存器、I/OI/O口口和指令集。和指令集。 CPUCPU内部内部包含：包含： 1 1、运算器、运算器 2 2、控制器、控制器 3 3、存储器。、存储器。2.3.1 2.3.1 运算器运算器 运算器包含： 1.算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU-算术运算、逻辑运算 2.累加器累加器A A-相当于数据加工厂 3.位处理器位处理器-位运算 4.BCDBCD码修正电路码修正电路-十进制数的运算处理 5.PSW-记录程序运行状态 2.3.2 2.3.2 控制器控制器 单片机的指挥部件，主要任务是识别指令识别指

24、令，控制各功能部件控制各功能部件，保证各部分有序工作有序工作。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 1、指令、指令译码及控制器、指令、指令译码及控制器 指令指令-就是完成某项操作的命令。 指令译码指令译码-对指令进行解析和翻译 控制器控制器-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 2、指令集和指令助记符、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

25、示。 例如，上面的加法指令的助记符为： ADD A，30H3 3、程序及程序计数器、程序及程序计数器PCPC 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 2.3.3 程序执行过程程序执行过程 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

26、令2.4 80512.4 8051单片机的存储结构单片机的存储结构 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。 3、拥有各自的寻址方式和寻址空间。2.4.1 80512.4.1 8051单片机的存储器结构单片机的存储器结构80518051单片机存储器从物理结构上分四种：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：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：从功能作用上可五种： 程序存储器

27、、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 80512.4.1 8051单片机的存储器结构图单片机的存储器结构图2.4.2 2.4.2 程序存储器：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00000FFFH，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：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

28、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 2.4.3 片内数据存储器片内数据存储器1 1、片内、片内RAMRAM编址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字节编址为80FFH （间接寻址） SFR有128字节编址为为80FFH（间接寻址）2 2、内部数据存储器的划分、内部数据存储器的划分 片内片内RAMRAM编址为编址为

29、00007FH7FH，分，分工作寄存器区工作寄存器区、位位寻址区寻址区、数据缓冲区数据缓冲区和和堆栈数据区堆栈数据区三个部分。结三个部分。结构如下图：构如下图：(1) (1) 工作寄存器区工作寄存器区 从上图中可以看到，单片机内部从上图中可以看到，单片机内部RAM的的001FH区是区是R工作寄存器区，分为四个组，由工作寄存器区，分为四个组，由RS1、RS0配置选择：配置选择：(2) (2) 位寻址区位寻址区 内部内部RAM的的20H2FH为位寻址区域为位寻址区域(见表见表2-4)。 这这16个单元个单元(共共128位位)的位地址编址范围为的位地址编址范围为00H7FH。(3)(3)数据缓冲区数

30、据缓冲区 内部内部RAMRAM的的30H30H7FH7FH是数据缓冲区，也称为用户是数据缓冲区，也称为用户RAMRAM区，区，共共8080个单元。个单元。 5252子系列内部有子系列内部有256256个单元的数据存储器，用户个单元的数据存储器，用户RAMRAM区范区范围为围为30H30HFFHFFH，共，共208208个单元。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。工作寄存器区和位寻址区的地址及单元数与上述一致。3 3、堆栈和堆栈指针、堆栈和堆栈指针 堆栈的概念：堆栈的概念：是一种数据项按序排列的数据结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构，

31、采用后进先出，这种后进先出操作的缓冲器区称为堆栈。区称为堆栈。 堆栈指针总是指向栈顶。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。兵乓球的小圆筒。 堆栈的几个名词：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：后进先出堆栈特点：后进先出堆栈有堆栈有3 3个具体功能：个具体功能： (1) (1) 保护断点保护断点 (2) (2) 现场保护现场保护 (3) (3) 临时暂存数据临时暂存数据2.4.4 2.4.4 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 单片机是通过特殊功能寄存器（单片机是通过特殊功能寄存器（SFR

32、）对各种功）对各种功能部件进行集中控制。如下表：能部件进行集中控制。如下表：2.4.5 2.4.5 外部数据存储器外部数据存储器 单片机单片机一般的内部一般的内部RAMRAM只有只有128 B128 B或或256B256B。 现在有现在有大大RAMRAM容量容量单片机或集成了单片机或集成了Data FlashData Flash的的单片机。单片机。 系统需要系统需要海量存储器海量存储器必须扩展外部存储器。必须扩展外部存储器。 扩展外部存储器方式：扩展外部存储器方式： （1 1）并行方式扩展（最大）并行方式扩展（最大64KB64KB） （2 2）串行方式扩展（最大）串行方式扩展（最大1MB1MB

33、以上）以上）存储器使用总结如下：存储器使用总结如下： (1) (1) 地址有重叠性，用不同的控制命令分开。地址有重叠性，用不同的控制命令分开。 (2) (RAM)(2) (RAM)和和 (ROM)(ROM)在操作使用上是严格区分的，在操作使用上是严格区分的，不同的操作指令不能混用。不同的操作指令不能混用。 (3) (3) 位地址空间有两个区域：位地址空间有两个区域： 20H20H2FH2FH区和区和SFRSFR区区 (4) (4) 片外数据存储器区中，片外数据存储器区中，RAMRAM存储单元与单片存储单元与单片机外部扩展的机外部扩展的I/OI/O端口是统一编址的。端口是统一编址的。2.5 并行

34、并行I/O端口端口 共有共有4 4个个8 8位双向位双向I/OI/O口，共口，共3232口线。每位均口线。每位均有自己的锁存器有自己的锁存器(SFR)(SFR)，输出驱动器和输入缓冲，输出驱动器和输入缓冲器。器。多路开关多路开关1)功能功能：用于控制选通I/O方式还是地址/数据输出方式2)方式控制方式控制：由内部控制信号产生输入锁存器输入锁存器两个输入缓冲器两个输入缓冲器(BUF1和BUF2)推拉式推拉式I/O驱动器驱动器2.5.1 P02.5.1 P0口位图内部结口位图内部结构构BUF2BUF15 5、P0R2P0R2为为读引脚读引脚信号，执行信号，执行“MOV A,P0MOV A,P0”时

35、该信号有效时该信号有效6 6、读引脚（端口）时，输出锁存器应为、读引脚（端口）时，输出锁存器应为“1 1”说明：说明：1 1、当控制信号为、当控制信号为0 0时，时，P0P0口做双口做双向向I/OI/O口，为漏极开路（三态）口，为漏极开路（三态）2 2、控制信号为、控制信号为1 1时，时，P0P0口为地址口为地址/ /数据复用总线（用于口扩展）数据复用总线（用于口扩展）3 3、P0WP0W为端口输出写信号，用于为端口输出写信号，用于锁存输出状态锁存输出状态4 4、P0R1P0R1为为读锁存器读锁存器信号，执行信号，执行“ANL P0,#0FHANL P0,#0FH”时该信号有时该信号有效效Q

36、QQ QD DC CVccVcc控制控制AD0AD0P0R1P0R1 P0R2P0R2D0D0P0WP0W图图1 1、P0P0口内部结构口内部结构读锁存器读锁存器读引脚读引脚锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器地址地址/ /数据数据P00P00多路开关多路开关102.5.2 P12.5.2 P1口内部结构口内部结构P1P1口内部结构如图口内部结构如图2 2所示所示输出部分有内部上拉电阻输出部分有内部上拉电阻R*R*约为约为20K20K。其他部分与其他部分与P0P0端口使用相类似（读引脚时先写入端口使用相类似（读引脚时先写入1 1）。）。写数据读端口2.5.3 P22.5.3 P2口内部

37、结构口内部结构2 2、当控制信号为、当控制信号为1 1时时FP2P2口输出地址信息，口输出地址信息，F此时单片机完成外部的此时单片机完成外部的取指操作或对外部数据取指操作或对外部数据存储器存储器1616位地址的读写位地址的读写操作。操作。3 3、当、当P2P2口作为普通口作为普通I/OI/O口口使用时使用时F用法和用法和P1P1口类似。口类似。说明：说明：1 1、P2P2可以作为通用的可以作为通用的I/OI/O，也可以作，也可以作为为高高8 8位地址位地址输出。输出。P0.3地址锁存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2

38、D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2MCS-51片外总线结构示意图返回返回MCS-51单片机片外总线P0.4返回返回单片机单片机 8031P2.0P2.1P2.2A8A9A10ALERD74LS373G6264A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2O3O4O5O6O7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7O

39、ECEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7D0D1D2D3D4D5D6D7WEWRP2.7P2.3P2.4A11A126264WE单片机单片机 8031P2.0:.A8.ALERD74LS373GA7.A0P0.0P0.0 :P0.7P0.7OECEQ0.Q7D0.D7A12P2.4WRD7.D02.5.4 P32.5.4 P3口内部结构口内部结构说明：说明：1、做普通端口使用时，第二、做普通端口使用时，第二功能应为功能应为“1”。2、使用第二功能时，输出端、使用第二功能时，输出端口锁存器应为口锁存器应为“1”。3、变异功能（）、变异功能（） P3.0 TXD P3.4 T0 P3.1 RXD P

40、3.5 T1 P3.2 INT0 P3.6 WR P3.3 INT1 P3.7 RD1输出输出I/O口口1读I/O口1 12.5.5 P02.5.5 P0P3P3端口功能总结端口功能总结使用中应注意的问题：使用中应注意的问题：（1 1）P0P0P3P3口口都都是是并并行行I/OI/O口口，但但P0P0口口和和P2P2口口还还可可用用来来构构建建数数据据总总线线和和地地址址总总线线，所所以以电电路路中中有有一一个个MUXMUX，进行转换。，进行转换。（2 2）而而P1P1口口和和P3P3口口无无构构建建系系统统的的数数据据总总线线和和地地址址总总线的功能，因此，线的功能，因此，无需转接开关无需转

41、接开关MUXMUX。（3 3）只只有有P0P0口口是是一一个个真真正正的的双双向向口口，P1P1P3P3口口都都是是准双向口准双向口。 原原因因: :P0P0口口作作数数据据总总线线使使用用时时，为为保保证证数数据据正正确确传传送送，需需解解决决芯芯片片内内外外的的隔隔离离问问题题，即即只只有有在在数数据据传传送送时时芯芯片片内内外外才才接接通通；否否则则应应处处于于隔隔离离状状态态。为为此此，P0P0口的输出缓冲器应为三态门。口的输出缓冲器应为三态门。（4 4）P3P3口口具具有有第第二二功功能能。因因此此在在P3P3口口电电路路增增加加了了第第二功能控制逻辑。这是二功能控制逻辑。这是P3P

42、3口与其它各口的不同之处口与其它各口的不同之处。P3P3口的第二功能口的第二功能2.6 2.6 单片机时序与复位单片机时序与复位 时时钟钟电电路路用用于于产产生生单单片片机机工工作作所所必必需需的的时时钟控制信号。钟控制信号。2.6.1 2.6.1 时钟电路时钟电路 时时钟钟频频率率直直接接影影响响单单片片机机的的速速度度，电电路路的的质质量量直直接接影影响响系系统统的的稳稳定定性性。常常用用的的时时钟钟电电路路有两种方式：有两种方式：内部时钟内部时钟方式和方式和外部时钟外部时钟方式。方式。一、内部时钟方式一、内部时钟方式 内部有一个用于构成振荡器的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器高

43、增益反相放大器，其输入端：其输入端：XTAL1XTAL1，输出端：，输出端：XTAL2XTAL2。 C1和和C2典型值通常选择典型值通常选择为为30pF左右。左右。 晶体的振荡频率晶体的振荡频率在在1.2MHz12MHz之间。之间。 某些高速单片机芯片的时某些高速单片机芯片的时钟频率已达钟频率已达40MHz。二、外部时钟方式二、外部时钟方式 常用于多片单片机同时工作。常用于多片单片机同时工作。 三、时钟信号的输出三、时钟信号的输出 为应用系统中的其它芯片提供时钟，但需增加驱为应用系统中的其它芯片提供时钟，但需增加驱动能力。动能力。 2.6.2 2.6.2 机器周期、指令周期与指令时序机器周期、

44、指令周期与指令时序一、时钟周期一、时钟周期单片机的单片机的基本时间单位基本时间单位。若时钟的晶体的振荡频率为若时钟的晶体的振荡频率为foscfosc，则时钟周期，则时钟周期Tosc=1/foscTosc=1/fosc。如。如fosc=6MHzfosc=6MHz，Tosc=166.7nsTosc=166.7ns。二、机器周期二、机器周期CPUCPU完成一个基本操作所需要的时间完成一个基本操作所需要的时间。执执行行一一条条指指令令分分为为几几个个机机器器周周期期。每每个个机机器器周周期期完完成成一一个个基基本本操操作作。MCS-51MCS-51单单片片机机每每1212个个时时钟钟周周期期为为一一个

45、机器周期，个机器周期，一个机器周期又分为一个机器周期又分为6 6个状态个状态：S1S1S6S6。每个状态每个状态又分为两拍又分为两拍：P1P1和和P2P2。因此，。因此，一个机器周期中的一个机器周期中的1212个个时钟周期表示为：时钟周期表示为：S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、SP6P1SP6P1、S6P2S6P2三、指令周期三、指令周期执行一条指令时，可分为执行一条指令时，可分为取指令阶段取指令阶段和和指令执行阶段指令执行阶段 。取指令阶段取指令阶段，PCPC中地址送到程序存储器，并从中取出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。

46、需要执行指令的操作码和操作数。指令执行阶段指令执行阶段，对指令操作码进行译码，以产生一系，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。列控制信号完成指令的执行。ALEALE信号是为地址锁存而定义的信号是为地址锁存而定义的，以时钟脉冲，以时钟脉冲1/61/6的频的频率出现，在一个机器周期中，率出现，在一个机器周期中，ALEALE信号两次有效（注意，信号两次有效（注意，在执行访问外部数据存储器的指令在执行访问外部数据存储器的指令MOVXMOVX时，将会丢失一时，将会丢失一个个ALEALE脉冲）脉冲）8051X2X2X1X1VssVssTTLTTL外接时钟源外接时钟源VccVcc时钟电

47、路时钟电路需外接晶振的频率需外接晶振的频率1.212MHZ，C1和和C2取取3010PFX1X1X2X2C2C2 C1C1X X 8051振荡电路振荡电路S1S2S3S4S5S6S1S2P1 P2 P1 P2 P1 P2P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2fosc一个状态周期一个状态周期一个机器周期一个机器周期T=12*(1/fosc)T=12*(1/fosc)X2CPU的时序（时钟周期、的时序（时钟周期、 状态周期、机器周期）状态周期、机器周期）若外接晶振为若外接晶振为12MHz时，则单片机的四个周时，则单片机的四个周期的具体值为：期的具体值为： 时钟周期时钟周期1/1

48、2MHz1/12s0.0833s 状态周期状态周期1/6s0.167s 机器周期机器周期1s 指令周期指令周期14s可用于计算指令、程序的执行时间，以及定时可用于计算指令、程序的执行时间，以及定时器的定时时间器的定时时间2.6.3 2.6.3 复位电路复位电路单片机的初始化操作，摆脱死锁状态。单片机的初始化操作，摆脱死锁状态。 引脚引脚RSTRST加上加上大于大于2 2个机器周期（即个机器周期（即2424个时钟振荡个时钟振荡周期）的高电平就可使周期）的高电平就可使MCS-51MCS-51复位。复位。复位时，复位时，PCPC初始初始化为化为0000H0000H，使，使MCS-51MCS-51单片

49、机从单片机从0000H0000H单元开始执行程单元开始执行程序。序。 除除PCPC之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，见见表表2-82-8(P43)(P43)。 SP=07H SP=07H ，P0-P3P0-P3的引脚均为高电平的引脚均为高电平。 在复位有效期间，在复位有效期间，ALEALE脚脚和和PSENPSEN* *脚脚均为高电平，均为高电平，内部内部RAMRAM的状态不受复位的影响。的状态不受复位的影响。2.7.2 2.7.2 复位电路复位电路 片内复位结构：片内复位结构： 上电自动复位上电自动复位和和按钮复位按钮复位 最简单的上电自动复位电路

50、最简单的上电自动复位电路: :按键手动复位按键手动复位，有，有电平方式电平方式和和脉冲方式脉冲方式两种。两种。 电平方式电平方式 脉冲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。两种实用的兼有上电复位与按钮复位的电路。图图2-192-19中中（b b）的的电电路路能能输输出出高高、低低两两种种电电平平的的复复位位控控制制信号，以适应外围信号，以适应外围I/OI/O接口芯片所要求的不同复位电平信号。接口芯片所要求的不同复位电平信号。74LS12274LS122为为单单稳稳电电路路，实实验验表表明明，电电容容C C的的选选择择约约为为0.10.1 F F较好。较好。Watch Dog复位电

51、路复位电路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=00x10000B。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25mA（2）空闲节电模式下功耗是6.5mA（3）掉电模式时功耗仅50A。第第8 8章章 单

52、片机与键盘、单片机与键盘、显示器、打印机接口的设计显示器、打印机接口的设计主讲：袁鹏平主讲：袁鹏平10.1 单片机与键盘的接口单片机与键盘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

53、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，就能识别出K1键是否被按下。3按键抖动的消除方法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：ORG0000LJMPMAINORG0013HLJMPKPINT1MAIN: MOVSP,#6FHSETBITSETBEX1SETBEA(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

54、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(LightEmittingDiode)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。10.2.2LED数码显示方式与接口电路设计由N个LED单

55、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。静态显示静态显示3位数字的子程序位数字的子程序(假定显示的数在假定显示的数在50H52H)：DISP：MOV R2,#03MOV R0,#50HLP0： MOV A,R0ADDA,#0BHMOVCA,A+PCMOV SBUF,ALP1： JNBTI,LP1CLRTIINCR0DJNZ R2,LP0RETTAB：DB09H,0EBH,98H,8AH,6AH,0EHDB0CH,0CBH,08H,0AH,0FFH,0FFH2动态显示动

56、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：动态显示程序如下： DISP:MOVR3,#00;显示初值MOVR4,#0E8H;循环显示次数LP0:MOVDPTR,#TAB;置笔形码表首地址MOVA,R3MOVCA,A+DPTRMOVP1,ADELAY:ACALLDISP1DJNZR4,DELAYINCR3CJNER3,#0A,LP0AJMPEXQDISP1:MOVR1,#06MOVR5,#00DISP2:MOVA,R5MOVP3,A;送位选码ACALLDEL1;每位显示15msINCR5;指向下一个LEDDJNZR1,DISP2;未显示完6位继续

57、RETDEL1:MOVR6,#250;延时1ms(6MHz晶振)LP2:DJNZR6,LP2EXQ:RETTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99HDB92H,82H,0F8H,80H,90H10.4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LiquidCrystalDisplayModule，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

58、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

59、”。“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+5V，可直接与单片机连接。OCM12864引脚功能如表10-10所示。第第1111章章 单片机与单片机与A/DA/D、D/AD/A转换器的接口设计转换器的接口设计主讲主讲：袁鹏平：袁鹏平本章学习要点：本章学习要点：(1)A/D、D/A转换器的工作原理，A/

60、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转换器的接口及编程控制。11.1 A/D转换器的接口设计转换器的接口设计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

61、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

62、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%=0.05%。(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0.4s(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/

63、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11.1.2 单片机与单片机与AD574的并行接口设计的并行接口设计 8 8位分辨率的位分辨率的ADCADC常常不够，采用常常不够，采用1010位、位、1212位、位、1616位位A/DA/D转换器。转换器。1212位位ADCADCAD574AAD574A（AD674AAD674A、AD1674AAD1674A）。）。1.AD5741.AD574简介简介 12 12位逐次比较型位逐次比较型A/DA/D转换器。转换器。转换时间为转换时间为2525 s s，转转换精度

64、为换精度为0.05%0.05%，片内有三态输出缓冲电路，可直接与，片内有三态输出缓冲电路，可直接与各种各种8 8位或位或1616位的微处理器相连，而无须附加逻辑接口位的微处理器相连，而无须附加逻辑接口电路，且能与电路，且能与CMOSCMOS及及TTLTTL电平兼容。电平兼容。2828脚双列直插式封装，引脚如图脚双列直插式封装，引脚如图11-111-1。引脚的功能如下：引脚的功能如下：CSCS* *：片选信号端。片选信号端。CECE： 片启动信号。片启动信号。R/CR/C* *：读出读出/ /转换控制信号。转换控制信号。12/812/8* *：数据输出格式选择。数据输出格式选择。 1:1: 12

65、 12条数据线同时输出转换结果，条数据线同时输出转换结果， 0: 0: 转换结果为两个单字节输出，即只有高转换结果为两个单字节输出，即只有高8 8位或位或低低4 4位有效。位有效。A0A0：字节选择控制线。分为字节选择控制线。分为转换期间、读出期间转换期间、读出期间在转换期间在转换期间: : 0: 0: 进行进行1212位转换（转换时间为位转换（转换时间为2525 s s）；）； 1:1: 进行进行8 8位转换（转换时间为位转换（转换时间为1616 s s） 。在读出期间：在读出期间：结果的高结果的高8位位结果的低结果的低4 4位位+4+4位尾位尾0 00:0:高高8 8位数据有效；位数据有效

66、；1:1:低低4 4位数据有效，中间位数据有效，中间4 4位为位为“0 0” ，高，高4 4位为三态。位为三态。 因此当两次读出因此当两次读出1212位数据时，位数据时，1212位数据遵循位数据遵循左对齐左对齐原则，如下所示：原则，如下所示：上述五个控制信号组合的真值表如表上述五个控制信号组合的真值表如表11-111-1所示所示: :CECECSCS* *R/CR/C* *12/812/8* *A0A0操操 作作0 0X X1 11 11 11 11 1X X1 10 00 00 00 00 0X XX X0 00 01 11 11 1X XX XX XX X+5V+5V地地地地X XX X0

67、 01 1X X0 01 1无操作无操作无操作无操作初始化为初始化为1212位转换位转换初始化为初始化为8 8位转换位转换允许允许1212位并行输出位并行输出允许高允许高8 8位输出位输出允许低允许低4 4位位+4+4位尾位尾0 0输出输出表表11-1 11-1 AD574AD574控制真值表控制真值表STSSTS：转换结束状态引脚。转换结束状态引脚。 转换完成时为低电平。转换完成时为低电平。可作为状态信息被可作为状态信息被CPUCPU查询，查询，也可用它的下跳沿向也可用它的下跳沿向CPUCPU发出中断申请，通知发出中断申请，通知A/DA/D转换转换已完成，可读取转换结果。已完成，可读取转换结

68、果。2. 2. AD574AD574的工作特性的工作特性 工作状态由工作状态由CECE、CSCS* *、R/CR/C* *、12/812/8* *、A0A0五个五个控制控制信号决定，当信号决定，当CE=1CE=1，CSCS* *=0=0同时满足同时满足, ,才处于才处于转换转换状态状态。 AD574 AD574处于工作状态时，处于工作状态时，R/CR/C* *=0=0, ,启动启动A/DA/D转换；转换；R/CR/C* *=1=1为数据读出。为数据读出。12/12/8 8* *和和A0A0端用来控制转换字长和数据格端用来控制转换字长和数据格式。式。A0=0A0=0按按1212位位转换方式启动转

69、换；转换方式启动转换；A0=1A0=1按按8 8位位转换方转换方式启动转换。式启动转换。 当当AD574AD574处于处于数据读出（数据读出（R/CR/C* *=1=1）状态时，状态时，A0A0和和12/812/8* *成为数据输出格式控制端。成为数据输出格式控制端。12/12/8 8* *=1=1对应对应1212位并行输出位并行输出；12/12/8 8* *=0=0对应对应8 8位的双字节输出位的双字节输出。其中。其中A0=0A0=0时输出高时输出高8 8位。位。A0=1A0=1时输出低时输出低4 4位，并以位，并以4 4个个0 0补足尾随的补足尾随的4 4位。位。 注意：注意：12/12/

70、8 8* *端与端与TTLTTL电平不兼容，故只能直接接电平不兼容，故只能直接接+5+5V V或地。另外或地。另外A0A0在数据输出期间不能变化。在数据输出期间不能变化。3. 3. AD574AD574的单极性和双极性输入特性的单极性和双极性输入特性 图图11-18(11-18(a)a)为为单极性转换电路单极性转换电路，可实现，可实现: :0 01010V V或或0 02020V V的转换。的转换。 图图11-18(11-18(b)b)为为双极性转换电路双极性转换电路，可实现，可实现: :-5-5+5+5V V或或-10-10+10+10V V的转换。的转换。 读结果时，读结果时，A1A1=0

71、=0；CECE信号由单片机的信号由单片机的WRWR* *和和A7A7经一经一级或非门提供，级或非门提供，R/CR/C* *由由RDRD* *和和A7A7经一级或非门产生，经一级或非门产生，A7A7应为低电平。输出状态信号应为低电平。输出状态信号STSSTS接接P3.2P3.2，供单片，供单片机查询机查询A/DA/D转换是否结束。转换是否结束。12/812/8* *端接端接+5+5V V，AD574AD574的的A0A0由地址总线由地址总线A0A0控制，实现全控制，实现全1212位转换，并将位转换，并将1212位位数据分两次送入数据总线上。数据分两次送入数据总线上。 1 1、输出形式、输出形式两

72、种输出形式两种输出形式: : 电压输出电压输出形式形式 电流输出电流输出形式。形式。电流输出的电流输出的D/AD/A转换器，如需模拟电压输出，转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个可在其输出端加一个I-VI-V转换转换电路。电路。一、一、 D/AD/A转换器概述转换器概述2 2、D/AD/A转换器内部是否带有锁存器转换器内部是否带有锁存器 D/A D/A转换需要一定时间，这段时间内转换需要一定时间，这段时间内输入端输入端的数字量应稳定，的数字量应稳定，为此应在数字量输入端之前为此应在数字量输入端之前设置锁存器设置锁存器, ,以提供数据锁存功能。根据芯片以提供数据锁存功能。根据芯片内是否带

73、有锁存器，可分为内是否带有锁存器，可分为内部无锁存器的内部无锁存器的和和内部有锁存器内部有锁存器的两类。的两类。* * 内部无锁存器的内部无锁存器的D/AD/A转换器转换器 可与可与P1P1、P2P2口口直接相接（因直接相接（因P1P1口和口和P2P2口的输出有口的输出有锁存功能）。但与锁存功能）。但与P0P0口口相接，需增加锁存器。相接，需增加锁存器。* * 内部带有锁存器的内部带有锁存器的D/AD/A转换器转换器 内部不但有锁存器，还包括地址译码电路，有的内部不但有锁存器，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，可与还有双重或多重的数据缓冲电路，可与MCS-51MCS-51的

74、的P0P0口直接相接。口直接相接。3 3、主要技术指标、主要技术指标(1)(1)分辨率分辨率 给给DACDAC的输入的输入单位数字量变化单位数字量变化引起的模拟量输出的引起的模拟量输出的变化，通常变化，通常定义为输出满刻度值与定义为输出满刻度值与2 2n n之比。显然，二之比。显然，二进制位数越多，分辨率越高。进制位数越多，分辨率越高。 例如，例如，若满量程为若满量程为1010V V，则分辨率为则分辨率为1010V/2V/2n n。设设8 8位位D/AD/A转换，即转换，即n=8n=8，分辨率为分辨率为1010V/2V/28 839.1mV39.1mV，该值该值占满量程的占满量程的0.391%

75、0.391%，用用1 1LSBLSB表示表示。同理：同理：1010位位 D/AD/A：1 1 LSB=9.77mVLSB=9.77mV0.1% 0.1% 满量程满量程 1212位位 D/AD/A：1 1 LSB=2.44mVLSB=2.44mV0.024% 0.024% 满量程满量程根据对根据对DACDAC分辨率的需要分辨率的需要, ,来选定来选定DACDAC的位数。的位数。 (2)(2)建立时间建立时间 描述描述DACDAC转换快慢的参数转换快慢的参数, ,表明转换速度。表明转换速度。定义：定义：从输入数字量到输出达到终值误差从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)(1/2)LSBLSB(

76、(最低有效位最低有效位) )时所需的时间。时所需的时间。快速快速DACDAC可达可达1 1 s s以下。以下。(3(3）精度）精度 理想情况，精度与分辨率基本一致，理想情况，精度与分辨率基本一致，位数越多位数越多精度越高。但由于电源电压、参考电压、电阻等各种精度越高。但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存在着误差因素存在着误差, ,精度与分辨率并不完全一致。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。换器精度会有所不同。例如例如，某型号的，某型号的8 8位位DACDAC精度为精度为0.19%0.19%，

77、另一型号的，另一型号的8 8位位DACDAC精度为精度为0.05%0.05%。单片机与单片机与DAC0832DAC0832的接口的接口1. 1. DAC0832DAC0832芯片介绍芯片介绍(1)(1)DAC0832DAC0832的特性的特性 美国国家半导体公司产品，具有美国国家半导体公司产品，具有两个输入数据寄存两个输入数据寄存器器的的8 8位位DAC,DAC,能直接与能直接与MCS-51MCS-51单片机相连。主要特性如单片机相连。主要特性如下：下： * * 分辨率为分辨率为8 8位位； * * 电流输出，电流输出，稳定时间为稳定时间为1 1 s s； * * 可双缓冲输入、单缓冲输入或直

78、接数字输入；可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入； * * 单一电源供电（单一电源供电（+5+5+15+15V V）；）；（2 2）DAC0832DAC0832的引脚及逻辑结构的引脚及逻辑结构4 4、DAC0832DAC0832的应用的应用(1) (1) 单极性电压输出单极性电压输出 单极性模拟电压输出，可采用图单极性模拟电压输出，可采用图11-511-5或图或图11-911-9所所示接线。示接线。输出电压输出电压V Voutout与与输入数字量输入数字量B B的关系的关系: : V Voutout = = （B/256B/256）*V*VRFERFE 式中，式中，B=bB=b7 72 27

79、 7+ b+ b6 62 26 6+ + b+ b1 12 21 1+ b+ b0 02 20 0； B B为为0 0时，时，V Voutout也为也为0 0，输入数字量为，输入数字量为255255时，时，V Voutout为为最大值最大值, ,单极性。单极性。 由上式，在由上式，在选选用用+ +V VREFREF时，（时，（1 1）若输入数字量）若输入数字量b7b71 1，则则V Vo o为正；（为正；（2 2）若输入数字量）若输入数字量b7b70 0，则则V Vo o为负。为负。 在选用在选用- -V VREFREF时，时，V Vo o与与+ +V VREFREF极性相反。极性相反。（2

80、2）双极性电压输出）双极性电压输出 (3) 用作程控放大器用作程控放大器 DAC0832还可以用做程控放大器使用，如图还可以用做程控放大器使用，如图11-19是是用做程控电压放大器的连接线路。用做程控电压放大器的连接线路。DAC0832内部内部IO一边和一边和T型电阻网络相接，另一边又通型电阻网络相接，另一边又通过内部反馈电阻过内部反馈电阻Rfb和和I相通，故相通，故D/A转换器转换器输入和输出之间的关系：输入和输出之间的关系： 5 5、 单片机与单片机与DAC0832DAC0832的接口电路的接口电路(1)(1)单缓冲方式单缓冲方式 DAC0832DAC0832的两个数据缓冲器有的两个数据缓

81、冲器有一个处于直通方一个处于直通方式式，另一个处于受控的锁存方式。另一个处于受控的锁存方式。 在不在不要求多路输出同步要求多路输出同步的情况下，可采用单的情况下，可采用单缓冲方式。缓冲方式。 单缓冲方式的接口如图单缓冲方式的接口如图11-11-20:20: WR2WR2和和XFERXFER接地接地，故，故DAC0832DAC0832的的“8 8位位DACDAC寄存器寄存器”处于处于直通方式直通方式。“8 8位输入寄存器位输入寄存器”受受CSCS和和WR1WR1端控端控制制，片选地址，片选地址FEHFEH。80318031执行如下两条指令就可在执行如下两条指令就可在WR1WR1和和CSCS上产生

82、低电平信上产生低电平信号，使号，使08320832接收接收80318031送来的数字量。送来的数字量。MOVMOVR0R0，#0FEH#0FEH ；DACDAC地址地址FEHR0 FEHR0 MOVX R0MOVX R0，A A ；WRWR* *和译码器和译码器FEHFEH输出端有效输出端有效（2 2）双缓冲方式）双缓冲方式 多路多路同步输出，必须采用双缓冲同步方式同步输出，必须采用双缓冲同步方式。电路如下图电路如下图 1 1# #DAC0832DAC0832因和译码器因和译码器FDHFDH相连，占有两个相连，占有两个端口地址端口地址FDHFDH和和FFHFFH。 2 2# #DAC0832D

83、AC0832的两个的两个端口地址端口地址为为FEHFEH和和FFHFFH。其中，其中，FDHFDH和和FEHFEH分别为分别为1 1# #和和2 2# #DAC0832DAC0832的数字量输入控制端口地的数字量输入控制端口地址，而址，而FFHFFH为启动为启动D/AD/A转换的端口地址。转换的端口地址。 V VX X和和V VY Y信信号同步输出，号同步输出，可控制可控制X X- -Y Y绘图仪绘制绘图仪绘制的曲线光滑，的曲线光滑，否则绘制的否则绘制的曲线是阶梯曲线是阶梯状状。第第1313章章单片机应用系统设计单片机应用系统设计主讲 袁鹏平本章学习要点：本章学习要点：(1)单片机应用系统设计

84、基本原则，单片机应用系统设计方法与步骤；(2)单片机应用系统基本结构，单片机实验系统电路设计和软件设计；(3)单片机应用系统设计方案与实现。13.1 单片机应用系统设计的基本原则单片机应用系统设计的基本原则八大功能部件：八大功能部件：1高可靠性高可靠性1)选用可靠性高的电子元器件2)采取必要的抗干扰措施3)整个系统中相关器件的性能应匹配4)当单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力4)当单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力2高性能价格比高性能价格比 3操作简单方便操作简单方便 4设计周期短。设计周期短。13.2 单片机应用系统设计及开发过程单片机应用系统设计及开发过程1产品需求分析和可行性

85、分析2确定系统的功能和性能3系统设计方案4系统硬件电路设计系统硬件电路设计5系统软件设计系统软件设计 6系统调试系统调试 7系统方案局部修改及再调试系统方案局部修改及再调试 8生成正式产品生成正式产品 13.3单片机应用系统设计的基本结构1单机结构单机结构只有一片单片机，并以单片机为核心进行设计。2多机结构多机结构面向大规模单片机应用系统而设计，在整个系统中有多个单片机同时工作。13.4单片机实验系统设计13.4.1单片机最小实验系统一个典型的单片机最小实验系统一般由时钟电路、复位电路、片外RAM、键盘、数码显示、液晶显示、ISP程序下载、外部扩展口等部分组成13.5 单片机应用系统设计实例单

86、片机应用系统设计实例13.5.1系统任务设计1设计任务试设计出有一定输出电压范围和功能的数控直流电源，要求输出电压的范围为0+9.9V，步进电压为0.1V，纹波不大于10mV，输出电流大于500mA，能够预置输出初值，输出电压值由数码管显示。2任务分析任务分析按要求，关键要设计以下三个电路：(1)输出电路设计。(2)数控电路设计(3)扩展低频信号源，能够输出方波、三角波、锯齿波、正弦波，并要求波形频率可控13.5.2 系统电路设计方案系统电路设计方案1输出电路输出电路根据数控直流稳压电源的输出电路功能：输出电压09.9V，步进电压0.1V，输出电流大于500mA，纹波小于10mV，并具有稳压功

87、能，可以采取以下设计方案：由三端集成稳压器7805、运算放大器A和DAC转换电路构成输出电路选用选用DAC0832双极性输出双极性输出2数控电路数控电路要实现数控、数字显示和数值预置，数控电路可以采取单片机、44键盘和串行显示电路组成。3输出电压扩展电路输出电压扩展电路 为产生输出多种波形可以采取MCU加DAC的设计方案，根据不同的按键输入选择输出不同的波形，并分时循环输出某一种波形的对应数据。输出的波形的频率为采用采用ICL8038函数发生器产生正弦波、方波和三角波，如图函数发生器产生正弦波、方波和三角波，如图13-9所示。所示。该电路产生的频率为：该电路产生的频率为：13.5.3 系统整体

88、电路设计系统整体电路设计通过以上考虑，采用第一种7805加DAC的设计方案，可以设计出数控直流稳压电源的整体电路原理图(fosc=12MHz)，如图13-10所示。13.5.4 系统软件设计系统软件设计1资源分配(1)P1口扩展44键盘接口，共16个键，其中10个数字键(09)用于预置输出波形的频率；2个步进键“+”、“-”用于步进微调，改变输出的波形频率；3个功能键控制选择产生三种波形输出(只要再扩展1片DAC0832，就可以用这3个功能键控制D/A转换器输出方波、三角波和正弦波)；1个确认键。(2) P0口作为数据总线，负责读口作为数据总线，负责读/写写DAC转换数据。转换数据。(3) T

89、XD、RXD作为串行口数码显示，负责数字作为串行口数码显示，负责数字化显示输出的电压值。化显示输出的电压值。(4) T0定时器定时器/计数器作为计数器作为10 ms定时中断，用于定定时中断，用于定时扫描键盘。时扫描键盘。(5) D/A转换器转换器DAC0832的片选地址为的片选地址为7FFFH。(6) 片内片内30H作为作为D/A转换寄存器，转换寄存器，31H作为显示作为显示寄存器低位，寄存器低位，32H作为显示寄存器高位，作为显示寄存器高位，33H作为键码寄存器，作为键码寄存器，34H作为键龄寄存器，作为键龄寄存器，20H作为按键的响应位。作为按键的响应位。2规范编程规范编程硬件引脚资源、外部端口、存储器和接口地址等应该统一分配常量、变量、标志位和存储器用伪指令的定义和说明标志位、I/O引脚位的资源分配可以使用BIT伪指令定义3软件功能模块设计软件功能模块设计整个软件系统可划分为如下功能模块：(1)自检与初始化模块(2)时钟模块：用于定时扫描键盘或采集数据(3)监控模块：采用定时查询方式读键，用于监控键盘。(4)控制决策模块：对按键进行判断，并做出相应的反应，控制执行相应的模块。(5)信号输出模块(6)数据显示模块实现数控直流电源的参考程序略。