電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真-第11講接口技術(shù)

1、電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真鄧炳光通信學(xué)院 信號處理教研中心 第11課 微控制器接口技術(shù) 1. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的一般過程和其他應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)過程也有規(guī)律可循。設(shè)計(jì)者首先必須明確自己所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)完成什么功能，達(dá)到什么樣的性能。其次必須考慮如何以最少的資源、以最快的開發(fā)速度、以可靠的性能完成設(shè)計(jì)任務(wù)。第11課 微控制器接口技術(shù) 1. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的一般過程 (1) 確定設(shè)計(jì)任務(wù)書，分析系統(tǒng)功能指標(biāo)，擬定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案(2) 硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試(3) 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，性能測試(4) 編制設(shè)計(jì)文件單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的一般過程大體上可以分為以下幾個(gè)階段:第11

2、課 微控制器接口技術(shù) 2. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是數(shù)字電路的核心第11課 微控制器接口技術(shù) 2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì) 復(fù)位電路設(shè)計(jì)MCS-51單片機(jī)復(fù)位電路主要有上電復(fù)位電路和其他復(fù)位（如手動復(fù)位和專用復(fù)位電路復(fù)位）電路。第11課 微控制器接口技術(shù) 復(fù)位電路設(shè)計(jì)另外還可以采用專用復(fù)位電路，如看門狗MAX705/ MAX708/MAX709等，當(dāng)單片機(jī)程序在設(shè)定的一段時(shí)間內(nèi)沒有響應(yīng)，該專用復(fù)位電路將使單片機(jī)復(fù)位。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 鍵盤電路設(shè)計(jì)（1）獨(dú)立式鍵盤接口獨(dú)立式鍵盤接口電路如圖6.2.4和圖6.2.5所示。獨(dú)立

3、式鍵盤是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每根I/O口線上按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。CPU通過向此I/O口發(fā)出讀指令來得到當(dāng)前按鍵的狀態(tài)。鍵未按下時(shí)，此信號為“1”（高電平），鍵按下時(shí)，此信號為“0”（低電平）。根據(jù)鍵盤接口電路，獨(dú)立式鍵盤狀態(tài)的監(jiān)測方法主要有兩種：中斷方式和查詢方式。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 鍵盤電路設(shè)計(jì)2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 鍵盤電路設(shè)計(jì)2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 鍵盤電路設(shè)計(jì)（1）行列式鍵盤接口行列式鍵盤接口電路。按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，行列線分

4、別連接到按鍵開關(guān)的兩端。和獨(dú)立式鍵盤狀態(tài)的監(jiān)測方法一樣，行列式鍵盤狀態(tài)的監(jiān)測方法也分為中斷方式和查詢方式兩種。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 鍵盤電路設(shè)計(jì)2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 鍵盤電路設(shè)計(jì)2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 鍵盤電路設(shè)計(jì)按鍵中斷的處理程序一般也采用編程掃描方式。鍵盤掃描法是在判定有鍵按下后逐列（或逐行）置低電平，同時(shí)讀入行（或列）的狀態(tài)，如果行（或列）的狀態(tài)出現(xiàn)非全1狀態(tài)，這時(shí)0狀態(tài)的行、列交點(diǎn)的鍵就是所按下的鍵。特點(diǎn)是逐列（或逐行）掃描查詢。這時(shí)相應(yīng)行（或列）應(yīng)有上拉電阻接高電平。2.單

5、片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 鍵盤電路設(shè)計(jì)(1) 判斷鍵盤上有無鍵按下；(2) 去除按鍵的機(jī)械抖動影響；(3) 判斷按鍵的鍵號。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 顯示器接口設(shè)計(jì)LED顯示器是由多段發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 顯示器接口設(shè)計(jì)LED顯示器有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 顯示器接口設(shè)計(jì)動態(tài)顯示方式2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件

6、及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 顯示器接口設(shè)計(jì)兩種方式相比較，靜態(tài)顯示方式的優(yōu)點(diǎn)是顯示亮度大。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用多位LED顯示器時(shí)，為節(jié)約單片機(jī)的I/O口線，多采用如圖的動態(tài)顯示電路。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 顯示器接口設(shè)計(jì)LCD （Liquid Crystal Display：液晶顯示器）顯示器以其功耗極低、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在控制、袖珍式儀器儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。LCD顯示器是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。有的參考書稱之為“液晶顯示模塊”。當(dāng)前市場

7、上的LCD顯示器主要有數(shù)顯液晶、字符液晶和圖形液晶三大類。(1) 數(shù)顯液晶(2) 點(diǎn)陣字符型液晶(3) 點(diǎn)陣圖形液晶2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 顯示器接口設(shè)計(jì)數(shù)顯液晶，是一種由段型液晶顯示器件與專用的集成電路組裝成一體的功能部件，只能顯示數(shù)字和一些固定的標(biāo)識符號。這種顯示器件大多應(yīng)用在便攜、袖珍設(shè)備上。由于這些設(shè)備體積小，所以盡可能不將顯示部分設(shè)計(jì)成單獨(dú)的部件，即使一些應(yīng)用領(lǐng)域需要單獨(dú)的顯示組件，那么也應(yīng)該使其除具有顯示功能外，還應(yīng)具有一些信息接收、處理、存儲傳遞等功能，由于它們具有某種通用的、特定的功能而受市場的歡迎。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課

8、微控制器接口技術(shù) 顯示器接口設(shè)計(jì)點(diǎn)陣字符型液晶模塊，是由點(diǎn)陣字符液晶顯示器件和專用的行、列驅(qū)動器、控制器及必要的連接件、結(jié)構(gòu)件裝配而成的，可以顯示數(shù)字和西文字符。是一類專用于顯示字母、數(shù)字和自定義符號（簡稱字符）的液晶顯示模塊。這種點(diǎn)陣字符模塊本身具有字符發(fā)生器，顯示容量大，功能豐富。這種模塊的點(diǎn)陣排列是由58或511的一組組像素點(diǎn)陣排列組成的。顯示時(shí)，每個(gè)字符占一個(gè)字符位，字符位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔起著字符間距和行距的作用。正由于行和列的間隔，這類模塊只能顯示字符而不能顯示圖形。點(diǎn)陣字符型液晶在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用較多，后面我們將以實(shí)例作較詳細(xì)的介紹。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第1

9、1課 微控制器接口技術(shù) 顯示器接口設(shè)計(jì)點(diǎn)陣圖形液晶與點(diǎn)陣字符型液晶不同的是點(diǎn)陣像素連續(xù)排列，行和列在排布中均沒有空隔，因此可以顯示連續(xù)、完整的圖形。當(dāng)然，也可以顯示字符。字符型液晶顯示模塊的引腳主要分為3類：數(shù)據(jù)線（D0D7）；控制線（RS、R/W、E）；電源線（VDD、VSS、V0）。下面分別說明。D0D7：數(shù)據(jù)總線。用于與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線連接。RS：Register Select(寄存器選擇信號)。RS為1時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器；RS為0時(shí)，選擇控制寄存器或狀態(tài)寄存器。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 顯示器接口設(shè)計(jì)R/W：讀寫信號。R/W為1時(shí)，表示從LCD的控制器讀

10、取數(shù)據(jù)；R/W為0時(shí)，表示數(shù)據(jù)寫入LCD的控制器。E：芯片使能信號。VDD、VSS：分別為電源線和地線。該LCD電源為5V。V0：字符明暗對比度調(diào)節(jié)引腳。可以接一只可變電阻，調(diào)節(jié)輸入電壓，從而調(diào)節(jié)明暗對比度。此腳接地時(shí)，將得到最大的明暗對比。字符型液晶顯示模塊的操作主要是通過管腳E、R/W、RS的不同電平組合來完成的。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 顯示器接口設(shè)計(jì)162字符型液晶顯示模塊，字符型液晶顯示模塊的性能由所采用的控制器決定，主要包括控制模塊、顯示驅(qū)動和接口電路三個(gè)部分。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 通用IO控制LED燈2.單片

11、機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì) MSP430F2619主電路圖如圖6.2.25所示，后續(xù)的電路中將使用到這個(gè)主電路圖。LED燈使用的通用I/O口為P5.7，電路原理圖如圖6.2.26左下角部分所示。第11課 微控制器接口技術(shù) UART接口2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)1、RS-232C電平轉(zhuǎn)換RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文 meded Standard（推薦標(biāo)準(zhǔn)）的縮寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)（1969年）。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受

12、此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232C屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。第11課 微控制器接口技術(shù) UART接口2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì) 現(xiàn)在個(gè)人計(jì)算機(jī)所提供的串行端口的傳輸速度一般都可以達(dá)到115200bps甚至更高，標(biāo)準(zhǔn)串口能夠提供的傳輸速度主要有以下波特率：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bps等，在儀器儀表或工業(yè)控制場合，

13、9600bps是最常見的傳輸速度，在傳輸距離較近時(shí)，使用最高傳輸速度也是可以的。傳輸距離與傳輸速度的關(guān)系成反比，適當(dāng)?shù)亟档蛡鬏斔俣?，可以延長RS-232的傳輸距離，提高通信的穩(wěn)定性。第11課 微控制器接口技術(shù) UART接口2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì) RS-232C采用負(fù)邏輯，-15v-3v 代表邏輯1，+3v+15v 代表邏輯0。RS-232C 規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機(jī)的TTL邏輯電平是不同的，故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。目前多用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX202、MAX232、MAX3223等電平轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)EIA RS-232C電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。很多I

14、C制造商都有相應(yīng)系列的這類接口驅(qū)動和電平轉(zhuǎn)換芯片，如Maxim于1985年推出集成了電荷泵的RS-232C收發(fā)器，到2010年，可提供電平轉(zhuǎn)換器件達(dá)150多種之多，工作電壓可低至+1.8V（主要有四種工作電壓的這類器件可選：+1.8V，+2.5V，+3.3V，+5V），有的集成了ESD保護(hù)或其它附加功能。第11課 微控制器接口技術(shù) UART接口2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì) 如圖6.2.31所示，SP3222E是單電源兩組RS-232C發(fā)送/接收芯片，采用3.0+5.5V電源供電，外接只需4個(gè)0.1uF電容（圖6.2.31中的C5可以不用），便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C通信接口，硬件接口簡

15、單。電路只要求進(jìn)行信號的接收和發(fā)送，故只用到RS-232C接口中的RXD、TXD和地（GND）。圖6.2.31中的PC2、PC3分別接到DB9上的第2、第3引腳，地（GND）分別接到DB9的第5腳和單片機(jī)的地（GND）。P3.4為MSP4302619的UART發(fā)送端（TXD），P3.5為MSP4302619的UART接收端（RXD）。第11課 微控制器接口技術(shù) UART接口2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) UART接口2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) UART接口2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 單總線接口設(shè)計(jì)-單總

16、線（1-Wire Bus）是美國的達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司（DALLAS SEMICONDUCTOR）推出的一項(xiàng)特有的總線技術(shù)。-單總線就是在單根信號線上，完成系統(tǒng)所需要進(jìn)行的數(shù)據(jù)、地址和控制信號的交換。從機(jī)設(shè)備通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連接到數(shù)據(jù)總線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) I2C總線接口設(shè)計(jì)采用I2C總線標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)或IC器件，其內(nèi)部不僅有I2C接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨(dú)立的模塊，通過軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。CPU不僅能通過指令將某個(gè)功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀

17、況進(jìn)行檢測，從而實(shí)現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴(kuò)展與控制。Page476，圖10.4.7。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) SPI總線接口設(shè)計(jì)SPI（Serial Peripheral Interface）總線是Motorola公司提出的一個(gè)同步串行外設(shè)接口，用于CPU與各種外圍器件進(jìn)行全雙工、同步串行通訊。SPI可以同時(shí)發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)。它只需四條線就可以完成MCU與各種外圍器件的通訊。這些外圍器件可以是簡單的TTL移位寄存器、復(fù)雜的LCD顯示驅(qū)動器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)或其他的MCU?？偩€連接電路如Page474，圖10.4.5。2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及接口設(shè)計(jì)第11課 微控制器接口技術(shù) 匯編語言與C語言單片機(jī)匯編語言和單片機(jī)C51語言在本節(jié)中只作簡單的介紹，本節(jié)的重點(diǎn)是在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何綜合使用匯編語言和C51語言以及它們的使用技巧。目前，開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用的編程語言主要有匯編語言和C51語言。當(dāng)開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，用C51語言還是用匯編開發(fā)好？這是很多初學(xué)者愛問的問題。對這個(gè)問題的回答不能一刀切。我們只有了解了兩種語言的優(yōu)缺點(diǎn)后，才能做出較為明智的選擇。3. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)編程語言選擇第11課 微控制器接口技術(shù) 硬件抗干擾措施電源對單片機(jī)的影響。I/O口與噪聲源之間的隔離。注意晶振