绝对经典！单片机外部器件的应用项目实例

主要介绍数字温度传感器DS18B20、AT24C04、DS1302以及单片机常用的A-D转换器、D-A转换器等，进一步掌握复杂单片机系统的构成和程序设计。...

项目总览

项目12  数字温度计设计
项目13  AT24C04的应用

项目14  实时时钟DS1302的应用

项目15-1  A-D转换器ADC0832的应用

项目15-2  A-D转换器TLC549的应用

项目16  D-A转换器TLC5615的应用

项目17  驱动器ULN2003的应用

由于内容较多，此文只介绍其中三个项目实例，全部内容建议大家进行下载，文末会给出下载方式。A-D转换器ADC0832的应用

1.功能原理ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8位逐次比较型COMS双通道A-D转换器。该器件有8和14引脚两种封装，采用5V电源供电，模拟电压输入范围为0~5V，内部时钟250kHz时转换速度为32μs。封装图见图7所示。由于ADC0832采用串行通信，占用单片机I/O资源少，一般用于简单的模拟电压检测系统中。引脚功能见表1。ADC0832 与单片机的连接应为4条信号线，分别是/CS、CLK、DO、DI。由于DO端与DI端在通信时并不是同时有效，且与单片机的接口是双向的，所以应用中可以将ADC0832的DO和DI 线并在一起接单片机的I/O。见图8所示。ADC0832未工作时，/CS端应为高电平，此时芯片被禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A-D转换时，须先将使能端/CS置于低电平，并且保持直到转换完全结束。开始转换工作时，由单片机向ADC0832的CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用输入通道功能选择的信号。在第1个时钟脉冲的下降沿DI端必须是高电平，表示启始信号。在CLK第2、3个脉冲下降沿DI端应输入两位数据，用于选择通道。当此两位数据分别为1、0时，只对CH0进行单通道转换；当两位位数据为1、1时，只对CH1进行单通道转换；当2位数据为0、0时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入；当2位数据为0、1时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+。

CLK第3个脉冲的下降沿来到之后，DI端的输入电平就失去作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下降沿开始，由DO端输出8位转换数据的最高位，随后每一个脉冲下降沿，DO端输出一位数据。直到第11个脉冲时送出最低位数据，完成一次A-D转换。

2. ADC0832应用

由于ADC0832操作简单，因此ADC0832驱动只需依照该器件的工作情况设计即可。在图8所示的仿真电路中，调节电位器OP1可以产生一个模拟的0~5V电压源，输入ADC0832的CH0端口，ADC0832转换后的数据范围为0~255，由3位数码管输出。ADC0832的DI与DO线与后接单片机的P3.2接口，/CS接P3.0接口，CLK接P3.1接口。为了得到CH0通道转换得到的数据，程序中需要在CLK第2、3个下降沿来到时向DI发送1、0，然后才能接收ADC0832的转换数据，每次转换结束时让/CS 无效。

本例程序分主程序和子程序两部分。子程序为ADC0832驱动程序，主程序主要显示转换的数据，用来验证子程序的正确性。

（1）ADC0832驱动程序

ADC0832驱动程序包含对ADC0832的初始化函数、读取ADC0832数据函数，在读取数据的函数中，要对所用的A-D通道进行选择。ADC0832的驱动程序如下：

/*预处理*/

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define nop _nop_()

sbit CS = P3^0;

sbit CLK = P3^1;

sbit DIDO = P3^2;

/****对ADC0832初始化****/

void dac0832_init(void)

{

     CS = 1;nop;

     CLK = 1;

     CS = 0;

}

/*****对转换CH0通道的模拟信号*****/

uchar dac0832_ch0(void)//包含11个CLK下降沿

{                

         uchari,dat1;

         dac0832_init();

         DIDO= 1;CLK = 0;nop;CLK = 1;nop;//SCK第1个下降沿来到时，DI = 1启动DAC0832

         DIDO= 1;CLK = 0;nop;CLK = 1;nop;//SCK第2个下降沿

         DIDO= 0;CLK = 0;nop;CLK = 1;nop;//SCK第3个下降沿,发送1、0选择通道ch0

         DIDO= 1;//释放总线         for(i= 0;i < 8;i++)//SCK第4个下降沿到第11个下降沿,

     {

             

              CLK = 0;nop;

              if(DIDO)dat1 =dat1 | 0x01;

              CLK = 1;nop;

              dat1 = dat1= 100)                                                         //0.5秒

        {

                    cp1 = 0;

                    dat_ad =dac0832_ch0();//0.5秒让ADC0832转换一次

           }

           P0 = 0xff;

           switch(cp2)

           {

                    case0:P0 = seven_seg[dat_ad  % 10];P2 =0x01;break;

                    case1:P0 = seven_seg[dat_ad % 100 / 10];P2 = 0x02;break;

                    case2:P0 = seven_seg[dat_ad / 100];P2 = 0x04;break;

           }

           cp2++;

           if(cp2 >= 3)

           cp2 = 0;

}

/*主函数*/

void main(void)

{

           timer0_init();

           dac0832_init(); 

           while(1);

}

在子程序的基础上，改变CLK第2、3下降沿到来时输入的DI数值，可以实现CH1通道数据转换。作为单通道模拟信号输入时，ADC0832的输入电压是0~5V， 8位分辨率，电压精度为19.53mV。如果由IN+与IN-输入时，可将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压，则转换后的结果始终为00H。A-D转换器TLC549的应用

1. TLC549工作原理TLC549有片内系统时钟，该时钟与I/O_CLOCK是独立工作的，无须特殊的速度或相位匹配。TLC549工作时序如图9所示。当CS为高时，数据输出(DATA _OUT)端处于高阻状态，此时I/O_CLOCK不起作用。这种CS控制作用允许在同时使用多片TLC549时，共用I/O_CLOCK，以减少多路A-D转换器并用时占用的单片机I/O资源。TLC549一次转换操作过程如下：

（1）将CS置低。内部电路在测得CS下降沿后，再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后，然后确认这一变化，最后自动将前一次转换结果的最高位(D7)位输出到DATA_OUT端上。

（2）前四个I/O_CLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5位(D6、D5、D4、D3)，片上采样保持电路在第4个I/O_CLOCK下降沿开始采样模拟输入。

（3）接下来的3个I/O_CLOCK周期的下降沿移出第6、7、8(D2、D1、D0)个转换位。

（4）最后，片上采样保持电路在第8个I/O_CLOCK周期的下降沿将移出第6、7、8(D2、D1、D0)个转换位。保持功能将持续4个内部时钟周期，然后开始进行32个内部时钟周期的A-D转换。第8个I/O_CLOCK后，CS必须为高电平，或I/O_CLOCK保持低电平，这种状态需要维持36个内部系统时钟周期，以等待保持和转换工作的完成。如果CS为低时I/O_CLOCK上出现一个有效干扰脉冲，则微处理器/控制器将与器件的I/O时序失去同步；若CS为高时出现一次有效低电平，则将使引脚重新初始化，从而脱离原转换过程。

在36个内部系统时钟周期结束之前，实施步骤（1）~（4），可重新启动一次A-D转换，正在进行的转换终止，此时的输出是前一次的转换结果而不是正在进行的转换结果。

若在特定的时刻采样模拟信号，应使第8个I/O_CLOCK时钟的下降沿与该时刻对应，因为芯片虽在第4个I/O_CLOCK时钟下降沿开始采样，却在第8个I/O_CLOCK的下降沿开始保存。

2.TLC549应用子程序

（1）测试电路

TLC549可方便地与具有串行外围接口(SPI)的单片机或微处理器配合使用，也可与MCS-51系列通用单片机连接使用。为了验证TLC549驱动程序的可靠性，可以在ADC0832应用电路显示部分基础上连接TLC549，TLC549与MCS-51系列单片机的接口如图10所示。其中TLC549的CS、DATA_OUT(SDO)、I/O_CLOCK分别连接单片机的P3.4、P3.5、P3.7接口。模拟电压利用一个电位器OP1产生，当调节电位器中心抽头的位置时，模拟电压变换范围我0~5V，经过TLC549转换后的8位数据通过串行传输方式给单片机，单片机显示数据范围为0~255，为了得到一个电压数字检测目的，本例中使数码管显示电压值，共通过程序计算得到检测结果。（2）TLC549子程序

TLC549程序依照TLC549的时序和操作过程设计，包含器件初始化函数和数据转换函数，具体程序如下：

/*预处理*/

#include

#define uchar unsigned char

sbit sd = P3^5;          //数据线

sbit cs = P3^4;                              //片选

sbit scl = P3^7;                   //I/O口时钟

/*对TLC549初始化*/

void tlc549_init(void)

{

         cs= 1;                                    //初始化，启动

       scl = 0;

       cs = 0;       

}

/*对TLC549数据转换*/

uchar tlc549_ad(void)                       //TLC549处理

{

       uchar i,dat_temp = 0;

         tlc549_init();

       for(i = 0;i < 8;i++)       //读取采集数据，读取的是上一次采集数据

   {        

                scl= 1;

                   dat_temp= dat_temp = 100) //0.5秒

         {

                   cp1= 0;

                   dat_ad= tlc549_ad();

                   dat_ad= dat_ad * 1.96;//数据255对应模拟电压5V

         }

         P0= 0xff;//仿真时用于消隐

         switch(cp2)

         {

                   case0: P0 = seven_seg[dat_ad % 10];P2 = 0x01; break;     

                   case1: P0 = seven_seg[dat_ad / 10 ];P2 = 0x02; break;        

                   case2: P0 = seven_seg[dat_ad / 100]&0x7f;P2= 0x04; break;//加上小数点         }               

         cp2++;

         if(cp2>= 3)

         cp2= 0;

}

/*T0中断服务函数*/

void timer0_init (void)                         //timer0中断初始化函数

{                  

         TMOD= 0x01;                                 

         TL0= (65536 - 5000)%256;

         TH0= (65536 - 5000)/256;                                    

         ET0= 1;                    

         EA= 1;                     

         TR0= 1;                     

}

/*主函数*/                                                      

void main(void)                              //主程序

{ 

         timer0_init();

         tlc549_init();

         while(1);

}

由于TLC549只有1路A-D转换器，因此程序相比DAC8032简单一些。以上两种A-D转换芯片都是串行接口，减少了器件与MCU之间的连线数，同时占用了较少的单片机I/O资源，缺点是比同类并行A-D转换器速度慢。A-D转换器的时序比较简单，因此程序设计有较大的灵活性。D-A转换器TLC5615的应用

1.TLC5615工作时序TLC5615的工作时序如图11所示。从图中可以看出，只有当片选端CS为低电平时,串行输入数据才能被移入16位TLC5615移位寄存器，期间每一个SCLK时钟的上升沿将 DIN的一位数据移入移位寄存器。注意,先发送数据的最高位。10位数据发送完毕后，CS的上升沿将16位移位寄存器的10位有效数据锁存于10位DAC寄存器,供DAC电路进行转换；当片选端CS为高电平时，数据禁止发送。注意,CS的上升和下降都必须发生在SCLK为低电平期间。TLC5615有两种工作方式。第一种为单片工作方式，16位移位寄存器分为高4位虚拟位、低2位填充位以及10位有效位。单片TLC5615工作时，只需要向16位移位寄存器按先后发送10位有效数据位和低2位填充位，2位填充位数据任意。单芯片应用时，发送数据需要12个SCLK脉冲。

第二种方式为级联方式，将一片TLC5615的DOUT接到下一片TLC5615的DIN，需要向16位移位寄存器按先后输入高4位虚拟位、10位有效位和低2位填充位，由于增加了高4位虚拟位，所以需要16个SCLK脉冲。

2.应用程序

（1）仿真测试电路

图12所示为TLC5615与单片机的连接电路，通过编辑Ptoteus仿真电路，可以验证TLC5615的应用程序。图12中TLC5615的/CS、DIN、SCLK分别连接单片机的P3.4、P3.6、P3.7接口。TLC5615转换输出的模拟电压信号可以通过电压表测试。基准电压REFIN接电源电压5V的一半，当TLC5615接收10位数据全为1时，理论上，OUT端输出电源电压5V，但实际应用时最高输出4.7V。即当TLC5615输入数据超过961时，输出电压将不再增加。因此在设计TLC5615应用程序时需要调整输入数据范围。（2）应用程序

下面编写TLC5615应用程序来完成一个随时间变化的数据转换，同时数据在数码管上显示出来。具体程序如下：

/*预处理*/

include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

const uchar seven_seg[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; 

uchar j;

uint moni,dat,i;

sbit din = P1^5;

sbit scl = P1^1;

sbit cs = P1^6;

tlc5615_init(void)

{

cs = 1;

scl = 0;

cs = 0;

}

/* TLC5615转换函数*/

void tlc5615(uint dat) //由于TLC5615是十位转换，定义一个16位的变量

{

uchar i;

[b]dat

    关注 机械工业出版社E视界