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1、单片机实训模拟量输入输单片机实训模拟量输入输出设计与实现出设计与实现第1页，共28页，编辑于2022年，星期五教学目的教学目的u掌握模掌握模/数、数数、数/模转换芯片与单片机的连接模转换芯片与单片机的连接方法及典型应用。方法及典型应用。u掌握用查询方式、中断方式完成模掌握用查询方式、中断方式完成模/数、数数、数/模转换程序的编写方法。模转换程序的编写方法。第2页，共28页，编辑于2022年，星期五模模/数、数数、数/模转换模转换u模拟量模拟量I/OI/O接口的作用接口的作用接口的作用接口的作用n n实际工业生产环境实际工业生产环境实际工业生产环境实际工业生产环境连续变化的连续变化的连续变化的连
2、续变化的模拟量模拟量模拟量模拟量 例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 n n计算机内部计算机内部计算机内部计算机内部离散的离散的离散的离散的数字量数字量数字量数字量二进制数、十进制数二进制数、十进制数二进制数、十进制数二进制数、十进制数n n工业生产过程的闭环控制工业生产过程的闭环控制工业生产过程的闭环控制工业生产过程的闭环控制模拟量模拟量模拟量模拟量D/AD/A传感器传感器传感器传感器执行元件执行元件执行元件执行元件A/DA/D数字量数字量数字量数字量数字量数字量数字
3、量数字量模拟量模拟量模拟量模拟量模拟量输入模拟量输入模拟量输入模拟量输入(数据采集数据采集数据采集数据采集)模拟量输出模拟量输出模拟量输出模拟量输出(过程控制过程控制过程控制过程控制)计算机计算机计算机计算机第3页，共28页，编辑于2022年，星期五模拟量模拟量I/O通道的组成通道的组成模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务00101101001011011010110010101100工工业业生生产产过过程程传传传传感感感感器器器器放大放大放大放大滤波滤波滤波滤波多路转换多路转换多路转换多路转换&采样保
4、持采样保持采样保持采样保持A/DA/D转换转换转换转换放大放大放大放大驱动驱动驱动驱动D/AD/A转换转换转换转换输出输出输出输出接口接口接口接口 计计计计算算算算机机机机执行执行执行执行机构机构机构机构输入输入输入输入接口接口接口接口物理量物理量物理量物理量变换变换变换变换信号信号信号信号处理处理处理处理信号信号信号信号变换变换变换变换I/OI/O接口接口接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道第4页，共28页，编辑于2022年，星期五ADC0809模数转换器模数转换器 uuADC0809ADC0809ADC0809ADC0809是是是是8 8 8 8通道通道通道通道8 8 8 8位的，以位
5、的，以位的，以位的，以逐次逼近逐次逼近逐次逼近逐次逼近原理进行模原理进行模原理进行模原理进行模数转换数转换数转换数转换 的器件；的器件；的器件；的器件；uu内部有一个内部有一个内部有一个内部有一个8 8 8 8通道模拟多路开关通道模拟多路开关通道模拟多路开关通道模拟多路开关，它可以根据地址码锁存，它可以根据地址码锁存，它可以根据地址码锁存，它可以根据地址码锁存 译码后的信号，译码后的信号，译码后的信号，译码后的信号，只选通只选通只选通只选通8 8 8 8路模拟输入信号中的一个进行路模拟输入信号中的一个进行路模拟输入信号中的一个进行路模拟输入信号中的一个进行A/DA/DA/DA/D 转换转换转换
6、转换；uuA/DA/DA/DA/D转换后的数据转换后的数据转换后的数据转换后的数据由由由由 三态锁存器输出三态锁存器输出三态锁存器输出三态锁存器输出；uu片内没有时钟，片内没有时钟，片内没有时钟，片内没有时钟，需需需需 外接时钟信号外接时钟信号外接时钟信号外接时钟信号。第5页，共28页，编辑于2022年，星期五ADC0809主要特性主要特性8 8路路8 8位位A AD D转换器，即分辨率转换器，即分辨率8 8位；位；具有转换起停控制端；具有转换起停控制端；转换时间为转换时间为100s100s；单个单个5V5V电源供电；电源供电；模拟输入电压范围模拟输入电压范围0 05V5V，不需零点和满，不需
7、零点和满刻度校准；刻度校准；工作温度范围为工作温度范围为-40-408585摄氏度；摄氏度；低功耗，约低功耗，约15mW15mW。第6页，共28页，编辑于2022年，星期五ADC0809外部特性一外部特性一uADC0809ADC0809芯片有芯片有芯片有芯片有2828条引脚，采用双列直插式封装条引脚，采用双列直插式封装IN0IN0IN0IN0IN7IN7IN7IN7：8 8 8 8路模拟量输入端；路模拟量输入端；路模拟量输入端；路模拟量输入端；D0D0D0D0D8D8D8D8：8 8 8 8位数字量输出端；位数字量输出端；位数字量输出端；位数字量输出端；ADDAADDAADDAADDA、ADD
8、BADDBADDBADDB、ADDCADDCADDCADDC：3 3 3 3位地址输位地址输位地址输位地址输 入线，用于选通入线，用于选通入线，用于选通入线，用于选通8 8 8 8路模拟输入中路模拟输入中路模拟输入中路模拟输入中 的一路；的一路；的一路；的一路；CLKCLKCLKCLK：时钟脉冲输入端；：时钟脉冲输入端；：时钟脉冲输入端；：时钟脉冲输入端；REF(+)REF(+)REF(+)REF(+)、REF(-)REF(-)REF(-)REF(-)：基准电压；：基准电压；：基准电压；：基准电压；VccVccVccVcc：电源，单一：电源，单一：电源，单一：电源，单一5V5V5V5V；GND
9、GNDGNDGND：地；：地；：地；：地；第7页，共28页，编辑于2022年，星期五通道选择表通道选择表 地址码CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7第8页，共28页，编辑于2022年，星期五ADC0809外部特性二外部特性二ALEALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。地址锁存允许信号，输入，高电平有效。STARTSTART：A A A AD D D D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少少少少10
10、0ns100ns100ns100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使宽）使其启动（脉冲上升沿使宽）使其启动（脉冲上升沿使宽）使其启动（脉冲上升沿使0809080908090809复位，下降复位，下降沿启动沿启动A/DA/DA/DA/D转换）。转换）。EOCEOC：A A A AD D转换结束信号，输出，当转换结束信号，输出，当A AD D D D转换结束时，转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OEOE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A A A AD D D D转换结束时，此端输入一个高电平
11、，才能打开输出转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。三态门，输出数字量。第9页，共28页，编辑于2022年，星期五ADC0809工作过程工作过程首先输入首先输入首先输入首先输入3 3 3 3位地址，并使位地址，并使位地址，并使位地址，并使ALE=1ALE=1ALE=1ALE=1，将地址存入地址锁存器中；，将地址存入地址锁存器中；，将地址存入地址锁存器中；，将地址存入地址锁存器中；此地址经译码选通此地址经译码选通此地址经译码选通此地址经译码选通8 8 8 8路模拟输入之一到比较器；路模拟输入之一到比较器；路模拟输入之一到比较器；路模拟输入之一到比较器；STARTSTAR
12、TSTARTSTART上升沿将逐次逼近寄存器复位；上升沿将逐次逼近寄存器复位；上升沿将逐次逼近寄存器复位；上升沿将逐次逼近寄存器复位；下降沿启动下降沿启动下降沿启动下降沿启动 A A A AD D D D转换，之后转换，之后转换，之后转换，之后EOCEOCEOCEOC输出信号变低，指示转换正在进行；输出信号变低，指示转换正在进行；输出信号变低，指示转换正在进行；输出信号变低，指示转换正在进行；直到直到直到直到A A A AD D D D转换完成，转换完成，转换完成，转换完成，EOCEOCEOCEOC变为高电平，指示变为高电平，指示变为高电平，指示变为高电平，指示A A A AD D D D转换
13、结束，结果转换结束，结果转换结束，结果转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请；数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请；数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请；数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请；当当当当OEOEOEOE输入高电平输入高电平输入高电平输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。据总线上。据总线上。据总线上。第10页，共28页，编辑于2022年，星期五模数转换显示程序模数转换显示程序uu模数转换显示流程图
14、模数转换显示流程图模数转换显示流程图模数转换显示流程图uu模数转换显示程序模数转换显示程序模数转换显示程序模数转换显示程序开始初始化启动A/D转换A/D转换完 成？数据输出延时结束第11页，共28页，编辑于2022年，星期五工作模块工作模块1数字电压表设计与实现数字电压表设计与实现 n n使用使用使用使用AT89S52单片机，采用动态显示的方式，把单片机，采用动态显示的方式，把单片机，采用动态显示的方式，把单片机，采用动态显示的方式，把8通道模通道模通道模通道模数转换器数转换器数转换器数转换器ADC0808采样的电压值的大小经单片机处理后采样的电压值的大小经单片机处理后采样的电压值的大小经单片
15、机处理后采样的电压值的大小经单片机处理后由数码管显示出来，量程为由数码管显示出来，量程为由数码管显示出来，量程为由数码管显示出来，量程为0-5V0-5V，显示格式：，显示格式：X.XXXX.XXX。第12页，共28页，编辑于2022年，星期五数字电压表电路设计数字电压表电路设计 n n由于需要显示多位，因此数码管采用了较节省由于需要显示多位，因此数码管采用了较节省由于需要显示多位，因此数码管采用了较节省由于需要显示多位，因此数码管采用了较节省I/O口线口线口线口线的动态显示方式。的动态显示方式。的动态显示方式。的动态显示方式。第13页，共28页，编辑于2022年，星期五认识数码管认识数码管(P
16、132)数码管结构图数码管结构图数码管结构图数码管结构图ABCDEFGDP第14页，共28页，编辑于2022年，星期五数码管电路图数码管电路图u共阴数码管共阴数码管u共阳数码管共阳数码管第15页，共28页，编辑于2022年，星期五数码管的编码规则第16页，共28页，编辑于2022年，星期五第17页，共28页，编辑于2022年，星期五数字电压表程序设计数字电压表程序设计 n n数码管显示电压值实现分析数码管显示电压值实现分析数码管显示电压值实现分析数码管显示电压值实现分析n n模数转换采用的是模数转换采用的是模数转换采用的是模数转换采用的是8 8位的位的位的位的ADC0808ADC0808，因此
17、其分辨力为，因此其分辨力为，因此其分辨力为，因此其分辨力为5*1/25*1/28 8 V V，即，即，即，即19.6mV19.6mV。为了得到各位待显示的数字的大小，采取了除。为了得到各位待显示的数字的大小，采取了除。为了得到各位待显示的数字的大小，采取了除。为了得到各位待显示的数字的大小，采取了除法和取余相结合的方式：法和取余相结合的方式：法和取余相结合的方式：法和取余相结合的方式：n ndat3=tmp/10000;dat3=tmp/10000;/最高位最高位最高位最高位n ndat2=tmp/1000%10;dat2=tmp/1000%10;n ndat1=tmp/100%10;dat1
18、=tmp/100%10;n ndat0=tmp/10%10;dat0=tmp/10%10;/最低位最低位最低位最低位 n数字电压表控制数字电压表控制C C语言程序语言程序 第18页，共28页，编辑于2022年，星期五C语言结构体类型语言结构体类型 n n结构体与前面介绍过的数组一样，是一种构造类型的数结构体与前面介绍过的数组一样，是一种构造类型的数结构体与前面介绍过的数组一样，是一种构造类型的数结构体与前面介绍过的数组一样，是一种构造类型的数据，它是将若干个不同类型的数据变量有序地组合在一据，它是将若干个不同类型的数据变量有序地组合在一据，它是将若干个不同类型的数据变量有序地组合在一据，它是将
19、若干个不同类型的数据变量有序地组合在一起而形成的一种数据的集合体。起而形成的一种数据的集合体。起而形成的一种数据的集合体。起而形成的一种数据的集合体。n组成该集合体的各个数据变量称为结构成员。组成该集合体的各个数据变量称为结构成员。n整个集合体使用一个单独的结构变量名。整个集合体使用一个单独的结构变量名。n n一般来说结构中的各个变量之间是存在某些关系的，如时一般来说结构中的各个变量之间是存在某些关系的，如时一般来说结构中的各个变量之间是存在某些关系的，如时一般来说结构中的各个变量之间是存在某些关系的，如时间数据中的时、分、秒等。间数据中的时、分、秒等。间数据中的时、分、秒等。间数据中的时、分
20、、秒等。第19页，共28页，编辑于2022年，星期五结构体类型的定义结构体类型的定义 n定义一个结构体类型的一般形式为：定义一个结构体类型的一般形式为：struct struct 结构体名结构体名结构体名结构体名 成员项列表成员项列表成员项列表成员项列表;n n其中其中其中其中“structstruct”是关键字，作为定义结构体类型的标志；是关键字，作为定义结构体类型的标志；是关键字，作为定义结构体类型的标志；是关键字，作为定义结构体类型的标志；n n“结构体名结构体名结构体名结构体名”由用户自行定义；由用户自行定义；由用户自行定义；由用户自行定义；n n“成员列表成员列表成员列表成员列表”为
21、该结构体中的各个成员，由于结构体可以为该结构体中的各个成员，由于结构体可以为该结构体中的各个成员，由于结构体可以为该结构体中的各个成员，由于结构体可以由不同类型的数据组成，因此对结构体中各成员都要进行由不同类型的数据组成，因此对结构体中各成员都要进行由不同类型的数据组成，因此对结构体中各成员都要进行由不同类型的数据组成，因此对结构体中各成员都要进行数据类型的说明。数据类型的说明。数据类型的说明。数据类型的说明。第20页，共28页，编辑于2022年，星期五结构体类型变量的定义结构体类型变量的定义 n结构体定义好以后，就可以指明该结构体的具体对象，结构体定义好以后，就可以指明该结构体的具体对象，即
22、定义该种类型的变量，结构体类型变量的定义主要即定义该种类型的变量，结构体类型变量的定义主要有如下三种方式：有如下三种方式：n n先定义结构体类型，再定义变量名先定义结构体类型，再定义变量名先定义结构体类型，再定义变量名先定义结构体类型，再定义变量名 n n在定义结构体类型的同时定义结构体变量名在定义结构体类型的同时定义结构体变量名在定义结构体类型的同时定义结构体变量名在定义结构体类型的同时定义结构体变量名 n n直接定义结构体变量直接定义结构体变量直接定义结构体变量直接定义结构体变量 第21页，共28页，编辑于2022年，星期五先定义结构体类型，再定义变量名先定义结构体类型，再定义变量名n n
23、定义一个表示时间的结构体类型。定义一个表示时间的结构体类型。定义一个表示时间的结构体类型。定义一个表示时间的结构体类型。struct timestruct time unsigned char hour;unsigned char hour;unsigned char minute;unsigned char minute;unsigned char second;unsigned char second;n n定义好一个结构体后，就可以用它来定义结构体变量。定义好一个结构体后，就可以用它来定义结构体变量。定义好一个结构体后，就可以用它来定义结构体变量。定义好一个结构体后，就可以用它来定义结构
24、体变量。n n一般格式为：一般格式为：一般格式为：一般格式为：struct struct 结构体名结构体名结构体名结构体名 结构体变量名结构体变量名结构体变量名结构体变量名1 1，结构体变量名，结构体变量名，结构体变量名，结构体变量名2 2，.结构体变量名结构体变量名结构体变量名结构体变量名n n；n n用结构体用结构体用结构体用结构体timetime来定义时间的结构体变量：来定义时间的结构体变量：来定义时间的结构体变量：来定义时间的结构体变量：struct time time1;struct time time1;n n结构体变量结构体变量结构体变量结构体变量time1time1具有具有具有
25、具有struct timestruct time类型的结构，可以使用该结构体中的数据。类型的结构，可以使用该结构体中的数据。类型的结构，可以使用该结构体中的数据。类型的结构，可以使用该结构体中的数据。第22页，共28页，编辑于2022年，星期五定义结构体类型的同时定义结构体变量名定义结构体类型的同时定义结构体变量名n n一般格式为：一般格式为：一般格式为：一般格式为：struct struct 结构体名结构体名结构体名结构体名 成员列表成员列表成员列表成员列表 结构体变量名结构体变量名结构体变量名结构体变量名1 1，结构体变量名，结构体变量名，结构体变量名，结构体变量名2 2，.结构体变量名结
26、构体变量名结构体变量名结构体变量名n n；第23页，共28页，编辑于2022年，星期五直接定义结构体变量直接定义结构体变量 n n一般格式如下：一般格式如下：一般格式如下：一般格式如下：structstruct 成员列表成员列表成员列表成员列表 结构体变量名结构体变量名结构体变量名结构体变量名1 1，结构体变量名，结构体变量名，结构体变量名，结构体变量名2 2，.结构体变量名结构体变量名结构体变量名结构体变量名n;n;n n第三种方法直接省略了结构体名，一般不提倡。第三种方法直接省略了结构体名，一般不提倡。第三种方法直接省略了结构体名，一般不提倡。第三种方法直接省略了结构体名，一般不提倡。第2
27、4页，共28页，编辑于2022年，星期五结构体变量的引用结构体变量的引用 n定义了一个结构体变量之后，就可以对它进行引用，定义了一个结构体变量之后，就可以对它进行引用，既可以进行赋值、存取和运算。既可以进行赋值、存取和运算。n n结构体变量的引用是通过对其成员的引用来实现的。结构体变量的引用是通过对其成员的引用来实现的。结构体变量的引用是通过对其成员的引用来实现的。结构体变量的引用是通过对其成员的引用来实现的。n n引用结构体变量中的成员引用结构体变量中的成员引用结构体变量中的成员引用结构体变量中的成员格式为：格式为：格式为：格式为：结构体变量名结构体变量名结构体变量名结构体变量名.成员名成员
28、名成员名成员名n n其中其中其中其中“.”是引用结构体成员的运算符。例如：是引用结构体成员的运算符。例如：是引用结构体成员的运算符。例如：是引用结构体成员的运算符。例如：n ntime1.hour=20,time1.hour=20,表示给结构体变量表示给结构体变量表示给结构体变量表示给结构体变量time1time1中的成员中的成员中的成员中的成员hourhour赋值。赋值。赋值。赋值。n n对结构体变量中的各个成员可以像普通变量一样进行赋值、对结构体变量中的各个成员可以像普通变量一样进行赋值、对结构体变量中的各个成员可以像普通变量一样进行赋值、对结构体变量中的各个成员可以像普通变量一样进行赋值
29、、存取和运算。存取和运算。存取和运算。存取和运算。第25页，共28页，编辑于2022年，星期五结构体变量的初始化结构体变量的初始化 n对结构体变量可以在定义的时候进行初始化；对结构体变量可以在定义的时候进行初始化；n n也可以在定义后对各个成员单独进行初始化。也可以在定义后对各个成员单独进行初始化。也可以在定义后对各个成员单独进行初始化。也可以在定义后对各个成员单独进行初始化。n n例如：例如：例如：例如：n ntime1.hour=20;time1.hour=20;/结构体成员赋初值结构体成员赋初值结构体成员赋初值结构体成员赋初值n ntime1.minute=35;time1.minute
30、=35;n ntime1.second=55;time1.second=55;第26页，共28页，编辑于2022年，星期五结构体变量需要注意的地方结构体变量需要注意的地方 n n结构体类型与结构体变量是两个不同的概念。结构体类型与结构体变量是两个不同的概念。结构体类型与结构体变量是两个不同的概念。结构体类型与结构体变量是两个不同的概念。n n定义一个结构体类型时只给出了该结构体的组织形式，并没有定义一个结构体类型时只给出了该结构体的组织形式，并没有定义一个结构体类型时只给出了该结构体的组织形式，并没有定义一个结构体类型时只给出了该结构体的组织形式，并没有给出具体的组织成员，因此结构体不占用任何
31、存储空间。给出具体的组织成员，因此结构体不占用任何存储空间。给出具体的组织成员，因此结构体不占用任何存储空间。给出具体的组织成员，因此结构体不占用任何存储空间。n n结构体变量则是一个结构体中的具体对象，会给结构体变量分结构体变量则是一个结构体中的具体对象，会给结构体变量分结构体变量则是一个结构体中的具体对象，会给结构体变量分结构体变量则是一个结构体中的具体对象，会给结构体变量分配存储空间，因此可以对结构体变量名进行赋值、存取和运算。配存储空间，因此可以对结构体变量名进行赋值、存取和运算。配存储空间，因此可以对结构体变量名进行赋值、存取和运算。配存储空间，因此可以对结构体变量名进行赋值、存取和
32、运算。n一个结构体中的成员还可以是另外一个结构体类型一个结构体中的成员还可以是另外一个结构体类型中的变量，既可以形成结构体的嵌套。中的变量，既可以形成结构体的嵌套。第27页，共28页，编辑于2022年，星期五结构体数组结构体数组 n一个结构体变量中可以存放一组数据（如：字符显示一个结构体变量中可以存放一组数据（如：字符显示数据结构有显示内容、段码数据等数据）。如果显示数据结构有显示内容、段码数据等数据）。如果显示为为09，就要有，就要有，就要有，就要有0 09 9的段码数据，显然应该用数组，的段码数据，显然应该用数组，这就是结构体数组。这就是结构体数组。n n结构体数组与以前介绍过的数值型数组不同之处在于每个结构体数组与以前介绍过的数值型数组不同之处在于每个结构体数组与以前介绍过的数值型数组不同之处在于每个结构体数组与以前介绍过的数值型数组不同之处在于每个数组元素都是一个结构体类型的数据，它们都分别包括各数组元素都是一个结构体类型的数据，它们都分别包括各数组元素都是一个结构体类型的数据，它们都分别包括各数组元素都是一个结构体类型的数据，它们都分别包括各个成员项。个成员项。个成员项。个成员项。第28页，共28页，编辑于2022年，星期五