單片機(jī)原理及接口技術(shù)課件：?jiǎn)纹瑱C(jī)的人機(jī)交互與擴(kuò)展技術(shù)

單片機(jī)的人機(jī)交互與擴(kuò)展技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù)目錄6.1單片機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互技術(shù)6.2存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)6.3系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù)概述人機(jī)交互是指操作人員與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程的信息交換與聯(lián)系。用于人機(jī)交互的設(shè)備稱為人機(jī)接口，這些設(shè)備主要有鍵盤(pán)、顯示器和打印機(jī)等。一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須要有人機(jī)交互功能，以便操作人員可以隨時(shí)輸入數(shù)據(jù)傳遞生產(chǎn)命令，并通過(guò)顯示和打印功能及時(shí)掌握生產(chǎn)情況。對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，由于單片機(jī)本身就是一個(gè)最小的應(yīng)用系統(tǒng)，因此能直接滿足實(shí)際應(yīng)用所要求的功能，充分發(fā)揮單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)設(shè)計(jì)一些較為復(fù)雜的測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，單片機(jī)自身的功能往往不能夠滿足應(yīng)用的需要，此時(shí)可利用其強(qiáng)大的外部擴(kuò)展功能，擴(kuò)展各種外圍電路以補(bǔ)充片內(nèi)資源的不足，從而滿足特定應(yīng)用的要求。單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.1單片機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互技術(shù)6.1.1顯示器接口技術(shù)

6.1.2鍵盤(pán)接口技術(shù)

6.1.3串行通信接口技術(shù)

單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.1.1顯示器接口技術(shù)

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了便于觀察和監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況，經(jīng)常需要用顯示器顯示輸入信息、中間信息、運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行結(jié)果等數(shù)據(jù)。目前常用的顯示器件有LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器）兩種。1.LED顯示接口技術(shù)LED顯示器主要是指由發(fā)光二極管組成的數(shù)碼管顯示器或LED點(diǎn)陣顯示模塊。圖6-1是8段LED數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)公共端的接法不同，LED數(shù)碼管可分為共陰極和共陽(yáng)極二種類型。圖6-1LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖（a）共陽(yáng)極（b）共陰極（c）LED外形結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及接口技術(shù)（1）靜態(tài)顯示方式

所謂靜態(tài)顯示方式，是指在工作過(guò)程中加到每一塊LED數(shù)碼管上的信號(hào)始終同時(shí)存在，各顯示模塊相互獨(dú)立，而且各位的顯示字符一旦確定，加在每一塊數(shù)碼管上的信號(hào)維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。如圖6-2即為一個(gè)四位LED靜態(tài)顯示電路。從圖中可知，對(duì)每一位LED數(shù)碼管，都必須有與之對(duì)應(yīng)的鎖存器以保證在一次顯示過(guò)程中加在其上的信號(hào)保持不變。因此，采用靜態(tài)顯示方式，需占用較多的硬件資源，但它占用機(jī)時(shí)少、編程簡(jiǎn)單、顯示可靠，因而在工業(yè)過(guò)程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。圖6-2四位LED靜態(tài)顯示電路單片機(jī)原理及接口技術(shù)MC14495是由4位鎖存器、譯碼器和筆段ROM陣列以及帶有限流電阻的驅(qū)動(dòng)電路（輸出電流為10mA）組成。它可與LED數(shù)碼管直接相連，不用再外接限流電阻。圖6-3為利用MCS-51單片機(jī)并行I/O口設(shè)計(jì)的三位靜態(tài)LED數(shù)碼顯示接口電路。圖中，A、B、C、D為二進(jìn)制碼（或BCD碼）輸入端；LE為鎖存控制端，當(dāng)LE為低電平時(shí)可以輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)LE為高電平時(shí)鎖存輸入數(shù)據(jù)；a～g為7段代碼輸出。圖6-3三位靜態(tài)LED數(shù)碼顯示接口電路單片機(jī)原理及接口技術(shù)（2）動(dòng)態(tài)顯示方式在動(dòng)態(tài)顯示方式中，每個(gè)LED數(shù)碼管都對(duì)應(yīng)一根位選線，所有LED數(shù)碼管共用段碼數(shù)據(jù)線。當(dāng)CPU要顯示某個(gè)字符時(shí)，先將該字符的段碼送到由位選線選通的對(duì)應(yīng)顯示塊上，從而點(diǎn)亮該顯示塊，顯示出待顯字符；當(dāng)要在另一位數(shù)碼管顯示另一個(gè)字符時(shí)，CPU將新的段碼送到數(shù)據(jù)線上，并選通對(duì)應(yīng)的位選線，又可顯示出另一個(gè)字符。這樣，CPU分時(shí)選通各位LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，利用人眼的視覺(jué)殘留現(xiàn)象及數(shù)碼管的余輝，在總體的視覺(jué)效果上，各位LED數(shù)碼管都能連續(xù)而穩(wěn)定地顯示不同的字符。單片機(jī)原理及接口技術(shù)動(dòng)態(tài)顯示程序控制顯示的方法一般采用定時(shí)20ms掃描一次，在中斷服務(wù)程序中，將所有數(shù)碼管顯示一次。雖然程序簡(jiǎn)單，但CPU的負(fù)擔(dān)較重，一次循環(huán)顯示的過(guò)程，需要幾個(gè)毫秒，在這段時(shí)間里CPU不能做其它事情，否則影響LED亮度的一致性。在一些實(shí)時(shí)性要求較高的控制系統(tǒng)中，可以采用1ms中斷顯示的方法控制顯示，即用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器每隔1ms產(chǎn)生一次中斷。在定時(shí)中斷服務(wù)程序中更新一位顯示，由于中斷顯示程序不需要延時(shí)，更新一位顯示只需要幾十微秒，對(duì)主程序的影響較小。單片機(jī)原理及接口技術(shù)例：用定時(shí)中斷的方式編寫(xiě)控制4位顯示器動(dòng)態(tài)顯示的程序。單片機(jī)原理及接口技術(shù)程序如下：#include"reg51.h"charcodedispdata[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};/*數(shù)字0-9對(duì)應(yīng)的段選碼*/chardis_data[]={2,4,6,8};voiddisp(unsignedcharch0) /*顯示函數(shù)*/{ staticcharch=0x01; P1=ch; P2=dispdata[dis_data[ch0]]; ch=ch<<1; if(ch==0x10)ch=0x01;}單片機(jī)原理及接口技術(shù)voidtime(void)interrupt1/*T0中斷服務(wù)程序入口，定時(shí)1ms*/{ staticunsignedcharch1=0;TH0=-1000/256;TL0=-1000%256;disp(ch1);ch1++;if(ch1==0x04)ch1=0; }voidmain(void){ TMOD=0x01; /*T0為16位定時(shí)工作方式*/TH0=-1000/256;/*預(yù)置計(jì)數(shù)初值*/TL0=-1000%256;

EA=1; /*CPU中斷開(kāi)放*/ET0=1; /*T/C0中斷開(kāi)放*/TR0=1; /*啟動(dòng)T/C0開(kāi)始定時(shí)*/while(1); /*等待中斷*/}單片機(jī)原理及接口技術(shù)2.LCD顯示接口技術(shù)LCD（LiquidCrystalDisplay）液晶顯示是一種新型的顯示技術(shù)，它是利用液晶材料的電光效應(yīng)（如加電引起光學(xué)特性變化）的顯示器。液晶本身不發(fā)光，靠電信號(hào)控制環(huán)境光在顯示部位反射（或透射）而顯示。液晶顯示具有很多獨(dú)到的優(yōu)異特性，比如低壓、微功耗、平板型結(jié)構(gòu)、被動(dòng)型顯示、易于彩色化、長(zhǎng)壽命等，已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，從智能化儀器儀表、計(jì)算機(jī)到家用電器都可以看到液晶顯示的身影。液晶顯示器通常把驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，形成液晶顯示模塊。用戶可以不必了解驅(qū)動(dòng)器與顯示器是如何連接的，使用時(shí)只需按照一定的要求向顯示模塊發(fā)送命令和寫(xiě)入數(shù)據(jù)即可。單片機(jī)原理及接口技術(shù)典型芯片OCMJ（奧可拉）中文液晶顯示模塊

OCMJ內(nèi)含16*16點(diǎn)陣的國(guó)標(biāo)一、二級(jí)簡(jiǎn)體漢字和8*8點(diǎn)陣及8*16點(diǎn)陣的ASCII字符，用戶輸入GB2312區(qū)位碼或ASCII碼即可實(shí)現(xiàn)文本顯示。

OCMJ可實(shí)現(xiàn)一般的點(diǎn)陣圖形液晶顯示功能，提供有位點(diǎn)陣和字節(jié)點(diǎn)陣兩種圖形顯示方式，用戶可在指定的屏幕位置上以點(diǎn)為單位或以字節(jié)為單位（橫向）進(jìn)行圖形顯示操作。中文液晶顯示模塊可以實(shí)現(xiàn)漢字、ASCII碼、點(diǎn)陣圖形和變化曲線的同屏顯示，并可通過(guò)字節(jié)點(diǎn)陣圖形方式造字。標(biāo)準(zhǔn)用戶硬件接口采用REQ和BUSY握手協(xié)議，簡(jiǎn)單可靠。提供10個(gè)用戶接口命令代碼，編程很方便。單片機(jī)原理及接口技術(shù)OCMJ中文顯示模塊引腳說(shuō)明單片機(jī)原理及接口技術(shù)OCMJ(4×8)中文顯示模塊命令格式3F單片機(jī)原理及接口技術(shù)

典型應(yīng)用（OCMJ4×8）如圖6-8為MCS-51單片機(jī)與OCMJ4×8中文顯示模塊的接口電路。圖中單片機(jī)的P1口接OCMJ模塊的8根數(shù)據(jù)線用于數(shù)據(jù)的傳送，P0.0、P0.1引腳接OCMJ模塊的BUSY和REQ作為握手聯(lián)絡(luò)信號(hào)。圖6-8MCS-51單片機(jī)與OCMJ4×8中文顯示模塊接口電路單片機(jī)原理及接口技術(shù)例6.2編寫(xiě)C51程序顯示“啊”和“A”#include"reg51.h"#include"intrins.h"sbitLCD_REQ=P0^0;sbitLCD_BUSY=P0^1;voidLCD_write(charcbyte){LCD_REQ=0;//復(fù)位while(LCD_BUSY==1);P1=cbyte;_nop_;LCD_REQ=1;while(LCD_BUSY==0);LCD_REQ=0;}voidchinese_disp(charnx,charny,charnqu,charnwei){LCD_write(0xf0);LCD_write(nx);LCD_write(ny);LCD_write(nqu);LCD_write(nwei);}voidasc_disp(charccom,charnx,charny,charcasc){LCD_write(ccom);LCD_write(nx);LCD_write(ny);LCD_write(casc);}voidmain(){chinese_disp(0x02,0x00,0x16,0x01);asc_disp(0xf9,0x04,0x00,0x41);while(1);}單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.1.2鍵盤(pán)接口技術(shù)鍵盤(pán)是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤(pán)可分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)兩種。編碼鍵盤(pán)能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與被按鍵對(duì)應(yīng)的編碼。此外，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路，這種鍵盤(pán)使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤(pán)只簡(jiǎn)單地提供行和列的矩陣，其它工作都靠軟件來(lái)完成，由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，目前在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中多采用這種辦法。單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.鍵盤(pán)的基本工作原理最簡(jiǎn)單的非編碼鍵盤(pán)是獨(dú)立式結(jié)構(gòu)鍵盤(pán)，如圖6-9所示。每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)I/O端口的一位，當(dāng)任意一個(gè)按鍵壓下時(shí)，與之相連的輸入數(shù)據(jù)線即被置為低電平，而平時(shí)該線為高電平。這時(shí)，CPU只要檢測(cè)到某位為“0”，便可判斷出對(duì)應(yīng)鍵值。這種鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是十分簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是鍵數(shù)較多時(shí)，要占用較多的I/O線。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通常采用的是矩陣式結(jié)構(gòu)鍵盤(pán)，如圖6-10所示的4×4鍵盤(pán)。矩陣式鍵盤(pán)工作時(shí)，就是按照行線和列線上的電平來(lái)識(shí)別閉合按鍵。圖6-10鍵盤(pán)的矩陣式結(jié)構(gòu)圖6-9鍵盤(pán)的獨(dú)立式結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及接口技術(shù)2.鍵盤(pán)設(shè)計(jì)需解決的問(wèn)題

檢測(cè)是否有鍵按下；去抖動(dòng)；若有鍵按下，判定是哪一個(gè)鍵；確定被按鍵的讀數(shù)；不管一次按鍵持續(xù)的時(shí)間有多長(zhǎng)，僅采用一個(gè)數(shù)據(jù)；處理同時(shí)按鍵。5~10ms5~10ms>100ms按鍵過(guò)程

前跳沿

后跳沿

鍵閉合

單片機(jī)原理及接口技術(shù)2.1獨(dú)立式連接的非編碼鍵盤(pán)8031+5VP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.78031INT0＋５ＶINT1&P1.0P1.1P1.2P1.7（a）查詢方式（b）中斷方式單片機(jī)原理及接口技術(shù)2.2矩陣式連接的非編碼鍵盤(pán)掃描法為了識(shí)別鍵盤(pán)上的閉合鍵，通常采用兩種方法，一種為掃描法，另一種稱為線反轉(zhuǎn)法。原理：第一步判斷是否有鍵按下。讓所有行線輸出為零值，檢查各列線電平是否有變化，若有變化，則說(shuō)明有鍵按下；第二步識(shí)別出具體的鍵值。逐行置零電平，其余行置為高電平，檢查各列線電平的變化。若某列線為低電平，則此行列交叉處的按鍵被按下。0123456789101112131415+5V8031P1.6P1.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.5P1.4單片機(jī)原理及接口技術(shù)線反轉(zhuǎn)法原理：第一步讓P1口高4位輸出全0值，然后從P1口低4位讀入，確定哪一列有鍵按下；第二步將P1口低4位輸出全0值，

再?gòu)腜1口高4位讀入，確定哪一行有鍵按下。P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.010kΩ×890MCS-51單片機(jī)原理及接口技術(shù)3.鍵盤(pán)的接口實(shí)例

例6-4單片機(jī)獨(dú)立式鍵盤(pán)接口電路如圖6-13所示，采用中斷方式監(jiān)測(cè)按鍵，軟件延時(shí)消除按鍵的抖動(dòng)，編寫(xiě)按鍵中斷服務(wù)程序。圖6-13獨(dú)立式按鍵接口電路單片機(jī)原理及接口技術(shù)程序如下：

ORG0003HAJMPJPCONORG0050HJPCON：MOVP1，#0FFH；P1口輸入準(zhǔn)備MOVA，P1；輸入P1口的值JNBACC.7，PROC7；查詢鍵K7JNBACC.6，PROC6；查詢鍵K6JNBACC.5，PROC5；查詢鍵K5JNBACC.4，PROC4；查詢鍵K4JNBACC.3，PROC3；查詢鍵K3JNBACC.2，PROC2；查詢鍵K2JNBACC.1，PROC1；查詢鍵K1JNBACC.0，PROC0；查詢鍵K0RETIPROC7：ACALLDISP15；調(diào)用15ms延時(shí)子程序MOVP1，#0FFH；再次讀P1準(zhǔn)備MOVA，P1；再次確認(rèn)P1值JNBACC.7，JPC7；再次查詢K7鍵RETIJPC7：

……RETIPROC6：……

……；K6及其它鍵的處理DISP15：MOVR2，#15；15ms延時(shí)子程序MOVR3，#250DISP2：NOPNOPDJNZR3，DISP2DJNZR2，DISP15RET單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.1.3串行通信接口技術(shù)MCS-5l單片機(jī)內(nèi)部的串行口，大大擴(kuò)展了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，利用串行口可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信、多機(jī)通信以及單片機(jī)與PC機(jī)間的單機(jī)或多機(jī)通信。MCS-5l單片機(jī)串行口的輸入、輸出均為T(mén)TL電平，這種以TTL電平進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，抗干擾能力差，傳輸距離較短。為了提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距離，一般都采用標(biāo)準(zhǔn)串行接口，如RS-232、RS-422A和RS-485等來(lái)實(shí)現(xiàn)串行通信。RS-232C適用于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的串行通信場(chǎng)合。為了提高串行數(shù)據(jù)傳輸率和通信距離以及抗干擾能力，EIA又公布了RS-422，RS-423和RS-485串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.RS-232C接口

RS-232C異步串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信。（1）機(jī)械特性

目前，PC機(jī)都配有標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C接口，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了25針連接器，但在實(shí)際應(yīng)用中并不一定用到RS-232C的全部信號(hào)線，目前大多數(shù)微機(jī)中只用了其中的9條線（9針“D”型連接插座)。這9條信號(hào)線，按在通信過(guò)程中所起的作用分為數(shù)據(jù)收發(fā)線、聯(lián)絡(luò)控制線和地線3組。數(shù)據(jù)收發(fā)線包括RXD和TXD，是數(shù)據(jù)傳送時(shí)不可缺少的部分；地線是第5號(hào)引腳，其余為聯(lián)絡(luò)控制線。單片機(jī)原理及接口技術(shù)（2）電氣特性RS-232C上傳送的數(shù)字量采用負(fù)邏輯，且與地對(duì)稱。邏輯1：－3V～－15V；邏輯0：+3V～+15V。由于RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)是單端收發(fā)，即采用公共地線的方式（多根信號(hào)線共地）。這種方式的缺點(diǎn)是不能區(qū)分由驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的有用信號(hào)和外部引入的干擾信號(hào)，抗共模干擾能力差。此外，如果兩地之間存在電位差，將會(huì)導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤。所以數(shù)據(jù)傳輸速率低（小于115.2kb/s）、且傳輸距離短（小于15m～20m）。即使有較好的線路器件和優(yōu)良的信號(hào)質(zhì)量，有效傳輸距離也不會(huì)超過(guò)60m。單片機(jī)原理及接口技術(shù)（3）電平轉(zhuǎn)換由于TTL電平和RS-232C電平互不兼容，所以兩者對(duì)接時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。以美國(guó)MAXIM公司的產(chǎn)品MAX232為例，它是包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的IC芯片，其外部引腳如圖6-17所示。圖6-17MAX232引腳圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)由于芯片內(nèi)部帶有自升壓的電平倍增電路，可將+5V轉(zhuǎn)換成－10～+10V，滿足RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯1和邏輯0的電平要求。因此，芯片工作時(shí)僅需單一的+5V電源。芯片內(nèi)部有2個(gè)發(fā)送器，2個(gè)接收器，具有TTL信號(hào)輸入/RS-232C輸出的功能，也有RS-232C輸入/TTL信號(hào)輸出的功能。該芯片與TTL/CMOS電平兼容，使用比較方便。使用MAX232實(shí)現(xiàn)TTL/RS-232C之間的電平轉(zhuǎn)換電路如圖6-18所示。圖6-18MAX232典型工作電路單片機(jī)原理及接口技術(shù)（4）典型應(yīng)用

1）雙機(jī)串行異步通信

根據(jù)兩臺(tái)單片機(jī)的距離，可采用不同的電平標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)正常通信。若兩臺(tái)單片機(jī)在1.5m以內(nèi)，可以直接連接，即用TTL電平通信；當(dāng)傳輸距離小于15m時(shí)，用RS-232C總線直接連接系統(tǒng)，在最簡(jiǎn)單的全雙工系統(tǒng)中，僅用TXD、RXD和SGND三根線即可，如圖6-19所示；當(dāng)傳輸距離超過(guò)15m時(shí)，可以選用其它串行通信標(biāo)準(zhǔn)，若要采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，則需要增加調(diào)制解調(diào)器（Modem）。圖6-19利用MAX232的雙機(jī)串行通信接口圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)2）單片機(jī)與PC機(jī)串行異步通信

一般PC機(jī)提供了兩個(gè)RS-232標(biāo)準(zhǔn)的串口COM1、COM2，由于單片機(jī)采用TTL電平，因此在實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信時(shí)，需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。采用MAX232實(shí)現(xiàn)的電平轉(zhuǎn)換接口電路如圖6-20所示。圖6-20利用MAX232實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)串行通信接口圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)在設(shè)計(jì)通信軟件時(shí)，首先要分別對(duì)各自的串口進(jìn)行初始化，確定串口的工作方式、波特率及數(shù)據(jù)位等。通信開(kāi)始時(shí)由PC機(jī)發(fā)出一個(gè)握手信號(hào)，同時(shí)做好接收單片機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)的準(zhǔn)備；單片機(jī)接收到握手信號(hào)后，確認(rèn)握手信號(hào)是否正確，并向PC機(jī)發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，做好與PC機(jī)通信的準(zhǔn)備。單片機(jī)串行通信程序讀者可參考第5章。PC機(jī)通信程序可采用如下兩種方法：第一種方法是在Windows環(huán)境下，利用可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境VB、VC等的Mscomm通信控件進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。Mscomm控件提供了功能完善的串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能，使用時(shí)只需對(duì)串口進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置即可。第二種方法是采用專門(mén)的調(diào)試軟件，如串口調(diào)試助手軟件。該軟件支持常用的110～115200bps波特率，能夠設(shè)置校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位和停止位；能夠以ASCII碼或十六進(jìn)制碼接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)或字符（包括中文），且可任意設(shè)定自動(dòng)發(fā)送周期；能夠?qū)⒔邮盏臄?shù)據(jù)保存成文本文件，且可發(fā)送任意大小的文本文件。單片機(jī)原理及接口技術(shù)2.RS-422接口RS-422規(guī)定了對(duì)電纜、驅(qū)動(dòng)器的要求，規(guī)定了雙端電氣接口形式，其標(biāo)準(zhǔn)是采用雙絞線傳送信號(hào)。它通過(guò)傳輸線驅(qū)動(dòng)器，把邏輯電平變換成電位差；通過(guò)傳輸線接收器，由電位差轉(zhuǎn)變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收。RS-422比RS-232C傳輸信號(hào)距離長(zhǎng)、速度快。數(shù)據(jù)傳輸率最大為10Mb/s，在此速率下電纜允許長(zhǎng)度為12m；如果采用較低數(shù)據(jù)傳輸速率，如90kb/s，最大距離可達(dá)1200m。RS-422每個(gè)通道要用2根信號(hào)線（2根線的極性相反），在接收端對(duì)這2根線上的電壓信號(hào)相減得到實(shí)際信號(hào)，這種方式可以有效抑制共模干擾，提高通信距離。單片機(jī)原理及接口技術(shù)3.RS-485接口RS-485是RS-422的變型，它與RS-422的主要區(qū)別在于：RS-422為全雙工，采用2對(duì)平衡差分信號(hào)線，使線路成本增加；而RS-485為半雙工，收發(fā)雙方共用1對(duì)信號(hào)線進(jìn)行通信，即采用l對(duì)平衡差分信號(hào)線。RS-485標(biāo)準(zhǔn)允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器，對(duì)于多站互連是十分方便的。因此，在許多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，RS-485可以用來(lái)組建低成本網(wǎng)絡(luò)。RS-485也可采用四線連接方式，即工作于全雙工方式。此時(shí)，RS-485與RS-422一樣，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信，即只能有一個(gè)主設(shè)備，其余為從設(shè)備。單片機(jī)原理及接口技術(shù)RS-232C、RS-422與RS-485性能比較單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.2存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)6.2.1存儲(chǔ)器擴(kuò)展中應(yīng)考慮的問(wèn)題

6.2.2存儲(chǔ)器的并行擴(kuò)展

6.2.3存儲(chǔ)器的串行擴(kuò)展

單片機(jī)原理及接口技術(shù)概述存儲(chǔ)器主要是用來(lái)保存程序、數(shù)據(jù)和作為運(yùn)算的緩沖器。雖然在MCS-51單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了一定容量的存儲(chǔ)器，但這些存儲(chǔ)器的容量一般都比較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用需求。因此，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中需要擴(kuò)展外部的存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本節(jié)將著重討論如何擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.2.1存儲(chǔ)器擴(kuò)展中應(yīng)考慮的問(wèn)題

在MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)中，CPU對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，首先要在地址總線上給出地址信號(hào)，選擇要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的存儲(chǔ)單元，然后通過(guò)控制總線發(fā)出相應(yīng)的讀或?qū)懣刂菩盘?hào)，最后在數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行信息的傳送。因此，存儲(chǔ)器的擴(kuò)展主要包括地址線的連接、數(shù)據(jù)線的連接和控制線的連接。在連接的過(guò)程中應(yīng)充分考慮如下的幾個(gè)問(wèn)題。

1.選取存儲(chǔ)器芯片的原則2.工作速度的匹配3.片選信號(hào)和地址分配4.地址譯碼方式單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.選取存儲(chǔ)器芯片的原則單片機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。程序存儲(chǔ)器主要用于存儲(chǔ)一些固定的程序和常數(shù)，以便系統(tǒng)一開(kāi)機(jī)便可按照預(yù)定的程序工作。常用的程序存儲(chǔ)器有掩模ROM、PROM、EPROM和E2PROM四種類型。若單片機(jī)系統(tǒng)是小批量生產(chǎn)或研制中的產(chǎn)品，則建議采用EPROM或E2PROM芯片，以方便系統(tǒng)程序的調(diào)試與修改；若系統(tǒng)為定型的大批量產(chǎn)品，則應(yīng)采用掩模ROM或PROM，以降低生產(chǎn)的成本和提高系統(tǒng)可靠性。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要用來(lái)存放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間和最終結(jié)果。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器按照存儲(chǔ)信息的工作原理可分為靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM兩種類型。若單片機(jī)系統(tǒng)所需RAM的容量較小，則宜采用靜態(tài)RAM，以簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)；若所需RAM的容量比較大，則應(yīng)采用動(dòng)態(tài)RAM，以降低生產(chǎn)成本。單片機(jī)原理及接口技術(shù)2.工作速度的匹配MCS-51單片機(jī)對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)所需要的時(shí)間稱之為CPU的訪存時(shí)間，是指它向外部存儲(chǔ)器發(fā)出地址碼和讀寫(xiě)信號(hào)到讀出數(shù)據(jù)或保持寫(xiě)入數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。存儲(chǔ)器的最大存取時(shí)間是存儲(chǔ)器的固有時(shí)間，只與存儲(chǔ)器硬件有關(guān)。為了使MCS-51單片機(jī)與存儲(chǔ)器同步而可靠的工作，必須要使CPU的訪存時(shí)間大于外部存儲(chǔ)器的最大存取時(shí)間，這在存儲(chǔ)器芯片選擇時(shí)必須要加以注意。單片機(jī)原理及接口技術(shù)3.片選信號(hào)和地址分配

在確定外部RAM和ROM容量與存儲(chǔ)器芯片的型號(hào)和數(shù)量以后，還必須解決存儲(chǔ)器的編址問(wèn)題。MCS-51單片機(jī)地址總線的位數(shù)為16位，可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的最大容量為64KB。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，會(huì)給每個(gè)芯片分配一定的地址空間，這些地址空間被分配的位置由片選信號(hào)來(lái)決定。若存儲(chǔ)器芯片所分配的地址范圍不同，則地址總線與地址譯碼器的連接方式也不同。單片機(jī)原理及接口技術(shù)4.地址譯碼方式

為了便于分析，可將單片機(jī)的地址線劃分為片內(nèi)地址線和片選地址線兩部分。片內(nèi)地址線定義為單片機(jī)直接（或通過(guò)外部地址鎖存器）和所選存儲(chǔ)器芯片的地址輸入端相連接的那部分地址線；片選地址線定義為除片內(nèi)地址線以外的其余地址線。（1）全譯碼全譯碼是指所有的片選地址線都參與譯碼的工作方式。（2）部分譯碼部分譯碼是指只有一部分片選地址線參與譯碼、而其余片選地址線懸空的地址譯碼方式。（3）線選法譯碼線選法譯碼是指片選地址線和存儲(chǔ)器芯片的芯片選擇信號(hào)直接或通過(guò)邏輯門(mén)電路相連的工作方式。單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.2.2存儲(chǔ)器的并行擴(kuò)展1.程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

MCS-51單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是相互獨(dú)立的。程序存儲(chǔ)器尋址空間為64K字節(jié)（0000H～FFFFH），其中8031無(wú)片內(nèi)ROM，8051、8751片內(nèi)包含有4K字節(jié)的ROM、EPROM。當(dāng)使用8031或片內(nèi)ROM容量不夠時(shí)，需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，通常利用外接EPROM芯片的方法擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。MCS-51單片機(jī)和程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展相關(guān)的控制信號(hào)有兩個(gè)：地址鎖存控制信號(hào)ALE和外部程序存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)PSEN。ALE用作低8位地址鎖存器的選通脈沖輸出端，以便把P0口分時(shí)提供的地址信息的低8位鎖存起來(lái)。PSEN為外部程序存儲(chǔ)器的讀控制命令，用于控制對(duì)外部程序存儲(chǔ)器的讀出操作。單片機(jī)原理及接口技術(shù)

外部程序存儲(chǔ)器一般可選用EPROM或E2PROM芯片，如2764（8K×8位）、27128（16K×8位）及2817（2K×8位）、2864（8K×8位）等。這些ROM芯片與單片機(jī)的連接僅在高位地址總線位數(shù)方面有些微小的差別，作為低8位地址鎖存用的鎖存器一般選用74LS373。（1）MCS-51單片機(jī)與EPROM的連接8031和兩片27128的連接電路如圖6-25所示。由于27128的存儲(chǔ)容量為16KB，即有14根地址線和8根數(shù)據(jù)線。因此，8031的P2.5～P2.0和經(jīng)過(guò)鎖存后的P0.7～P0.0作為片內(nèi)地址線，直接與兩片27128的地址線A13～A0相連；P0.7～P0.0作為數(shù)據(jù)線也和兩片27128的數(shù)據(jù)線相連。P2.7和P2.6作為片選地址線對(duì)芯片進(jìn)行選擇，在這里利用74LS139進(jìn)行全地址譯碼。8031的PSEN和27128的OE相接，以便CPU尋指或執(zhí)行MOVC指令時(shí)產(chǎn)生低電平對(duì)27128進(jìn)行讀出控制。單片機(jī)原理及接口技術(shù)

根據(jù)地址范圍的定義，即在片選地址線不變的條件下，所有的片內(nèi)地址線從全“0”變到全“1”時(shí)的地址空間。因此，可以得到27128的地址范圍為271281#：0000000000000000B～0011111111111111B=0000H～3FFFH271282#：0100000000000000B～0111111111111111B=4000H～7FFFH因?yàn)樗械钠x地址線都參與了地址譯碼，沒(méi)有懸空的片選地址線，所以內(nèi)存單元和地址是一一對(duì)應(yīng)的，不存在地址重疊。圖6-258031和27128的連接圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)（2）MCS-51單片機(jī)對(duì)E2PROM的連接E2PROM是電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，除了保留EPROM掉電后信息不丟失的特征外，還具備在線更新所存信息的功能。2864A是容量為8KB的E2PROM芯片，具有字節(jié)寫(xiě)入和頁(yè)面寫(xiě)入兩種寫(xiě)入方式。頁(yè)面寫(xiě)入主要是為提高寫(xiě)入速度而安排的，但頁(yè)面寫(xiě)入需要按2864A芯片的要求進(jìn)行。8031與兩片2864A的連接電路如圖6-26所示。在與單片機(jī)的連接中，2864A既可連接成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，也可連接成程序存儲(chǔ)器。這里采用了將外部程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間合并的連接方法，即將PSEN信號(hào)和RD信號(hào)相與后的輸出作為存儲(chǔ)器的輸出允許信號(hào)，WR信號(hào)則直接和2864A的寫(xiě)允許WE相連。這樣兩片2864A既可以作為程序存儲(chǔ)器，又可作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。CPU可使用MOVC或MOVX指令訪問(wèn)2864A進(jìn)行讀寫(xiě)操作。單片機(jī)原理及接口技術(shù)由圖可見(jiàn)，由于采用部分地址譯碼方式，因此根據(jù)基本地址范圍的定義，即懸空的片選地址線P2.7為低電平時(shí)的地址范圍，2864A的基本地址范圍為28641#：0000H～1FFFH28642#：2000H～3FFFH重疊的地址范圍定義為未參加譯碼的片選地址線任意取值后的芯片地址范圍，因此2864A的重疊地址范圍為28641#：0000H～1FFFH或8000H～9FFFH28642#：2000H～3FFFH或A000H～BFFFH圖6-268031和2864A的連接圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有128個(gè)字節(jié)的RAM存儲(chǔ)器，主要用作工作寄存器、堆棧區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。在單片機(jī)用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是不夠的，還必須擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以滿足系統(tǒng)需求。MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器所用的地址總線、數(shù)據(jù)總線與擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器時(shí)相同，只有讀寫(xiě)控制線是不同的。MCS-51單片機(jī)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展相關(guān)的控制信號(hào)有三個(gè)，它們是分別由P3.7和P3.6提供的RD、WR控制信號(hào)，以及地址鎖存控制信號(hào)ALE，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作及地址鎖存控制。單片機(jī)原理及接口技術(shù)

外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM兩種。

靜態(tài)RAM工作速度快，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，但是成本比較高，功耗大。常用的靜態(tài)RAM芯片有6116（2K×8位）、6264（8K×8位）和62256（32K×8位）等。

動(dòng)態(tài)RAM具有成本低、功耗小的優(yōu)點(diǎn)，適用于大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的場(chǎng)合，但是需要刷新電路，以保持?jǐn)?shù)據(jù)信息不丟失。常用的動(dòng)態(tài)RAM芯片有2186/2187（8K×8位）、2114（1K×4位）和2164（64K×1位）等。單片機(jī)原理及接口技術(shù)

8031和兩片6264的連接電路如圖6-27所示。由于6264與2864A引腳完全兼容，圖中6264也可用2864A替換，使得2864A被擴(kuò)展成外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，掉電后所存信息不會(huì)丟失，只是寫(xiě)入時(shí)間較長(zhǎng)。如前分析，可以得到兩片6264的地址范圍為62641#：2000H～3FFFH62642#：4000H～5FFFH圖6-278031和6264的連接電路圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)3.程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的同時(shí)擴(kuò)展

在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，多數(shù)情況下既需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，又需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。此時(shí)，數(shù)據(jù)總線和地址總線是共用的，適當(dāng)?shù)匕?4KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間和64KB的外部程序存儲(chǔ)器空間分配給各個(gè)芯片，使程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各芯片之間的地址不發(fā)生重疊。控制總線是完全不同的，必須分別進(jìn)行連接，從而避免單片機(jī)在讀/寫(xiě)外部存儲(chǔ)器時(shí)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。單片機(jī)原理及接口技術(shù)

8031和外部RAM、ROM的連接電路如圖6-28所示。圖中采用兩片6264和一片27128分別擴(kuò)展16KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和16KB程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)對(duì)程序存儲(chǔ)器的讀操作由PSEN來(lái)控制，而對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)操作則分別由RD和WR控制。

從圖中地址線的連接可以得到27128的地址范圍是0000H～3FFFH；由于兩片6264采用部分地址譯碼方式（P2.5未使用），因此可以得到兩片6264的基本地址范圍（P2.5=0）分別為62641#：0000H～1FFFH62642#：4000H～5FFFH圖6-288031和RAM、ROM的連接電路圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.2.3存儲(chǔ)器的串行擴(kuò)展串行總線擴(kuò)展接線靈活，很容易形成用戶的模塊化結(jié)構(gòu)，同時(shí)還將極大地簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。目前有許多串行接口器件，如串行E2PROM、串行ADC/DAC、串行時(shí)鐘芯片等等。其中串行E2PROM是在各種串行器件應(yīng)用中使用較為頻繁的器件。它具有體積小、引線少以及與MCS-51單片機(jī)連接線路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛的應(yīng)用，常用于儀器儀表中存放重要的數(shù)據(jù)。在新型單片機(jī)中，實(shí)用的串行總線擴(kuò)展接口有Motorola公司的SPI總線，NS公司的MICROWIRE/PLUS總線和PHLIPS公司的I2C總線。其中I2C總線具有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，以及眾多的帶I2C接口的外圍器件，形成了較為完善的串行擴(kuò)展總線。這里以ATMEL公司的I2C總線AT24CXX系列存儲(chǔ)器芯片為例，介紹MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展串行E2PROM的接口方法。

單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.I2C總線

I2C串行總線具有兩條總線線路：串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘線SCL，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。所有連接到I2C總線上的設(shè)備的串行數(shù)據(jù)線都接到總線的SDA線上，而各設(shè)備的時(shí)鐘信號(hào)均接到總線的SCL線上，典型的I2C總線結(jié)構(gòu)如圖6-30所示。圖6-30典型的I2C總線結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及接口技術(shù)（1）I2C總線的工作原理

I2C總線是一個(gè)多主機(jī)總線，也就是說(shuō)I2C總線協(xié)議允許接入多個(gè)器件，并支持多主機(jī)工作。總線中的主器件一般由微控制器組成，可以啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送，并產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，以允許與被尋址的器件即從器件進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。被主機(jī)尋址的設(shè)備叫從機(jī)，可以是微控制器、存儲(chǔ)器、LED等器件。I2C總線允許有多個(gè)微控制器，但不能同時(shí)控制總線成為主器件。如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的主機(jī)企圖占有總線，就會(huì)產(chǎn)生總線競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)成功的器件成為主器件，其它器件則退出。

為了進(jìn)行通信，每個(gè)接到I2C總線上的設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址，以便于主機(jī)進(jìn)行尋訪。I2C總線是雙向的I/O總線，通過(guò)上拉電阻接正電源。各個(gè)器件構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)數(shù)據(jù)線相互發(fā)送或接收串行碼，時(shí)鐘信號(hào)則起到同步作用，根據(jù)它來(lái)判斷的起始、終止以及有效性等。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線都處于高電平狀態(tài)。單片機(jī)原理及接口技術(shù)（2）I2C總線的通信時(shí)序

I2C總線上主機(jī)和從機(jī)之間一次傳送的數(shù)據(jù)稱為一幀，是由啟動(dòng)信號(hào)、若干個(gè)數(shù)據(jù)字、應(yīng)答位和停止信號(hào)組成。其通信時(shí)序如圖6-31所示。圖6-31I2C總線工作時(shí)序圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)2.AT24CXX系列芯片（1）AT24CXX的引腳功能A2、A1、A0：芯片選擇端。它們分別接高電平或接地，與寫(xiě)入控制字節(jié)中的A2，A1，A0配合實(shí)現(xiàn)芯片的選擇。由此可見(jiàn)，一個(gè)系統(tǒng)中最多可以有8片AT24CXX。SCL：串行時(shí)鐘線。用于輸入串行時(shí)鐘信號(hào)，漏極開(kāi)路，需要外接上拉電阻。SDA：串行數(shù)據(jù)/地址傳輸線。作為雙向數(shù)據(jù)線傳送串行數(shù)據(jù)或者地址，開(kāi)漏輸出，需要外接上拉電阻。WP：寫(xiě)保護(hù)端。當(dāng)WP為高電平時(shí)，對(duì)芯片進(jìn)行寫(xiě)保護(hù)，數(shù)據(jù)只能讀出不能寫(xiě)入；當(dāng)WP為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)既能讀出又能寫(xiě)入。Vcc：電源端。單片機(jī)原理及接口技術(shù)（2）AT24CXX的控制字節(jié)在起始位以后，I2C總線的主器件送出8位控制字節(jié)。表6-4控制字節(jié)結(jié)構(gòu)控制字節(jié)的高4位是從器件的類型識(shí)別碼位，I2C總線協(xié)議規(guī)定若從器件為串行E2PROM，則這4位碼為1010?？刂谱止?jié)的A2，A1，A0用于作為芯片選擇或片內(nèi)塊選擇位，I2C總線協(xié)議允許選擇16KB的存儲(chǔ)器，如表6-5所示?？刂谱止?jié)的A2，A1，A0的選擇必須與外部引腳的硬件連接或內(nèi)部的塊選擇匹配?？刂谱止?jié)的最低位為讀寫(xiě)控制位，該位為1即是讀控制字節(jié)，該位為0即是寫(xiě)控制字節(jié)。單片機(jī)原理及接口技術(shù)表6-5AT24CXX的A2，A1，A0單片機(jī)原理及接口技術(shù)3.AT24CXX的應(yīng)用（1）硬件連接電路

MCS-51單片機(jī)和AT24C16的硬件連接如圖6-34所示。因?yàn)镸CS-51單片機(jī)片內(nèi)無(wú)I2C總線，需要用模擬I2C總線的方法來(lái)完成通信。這里采用P1.0作為串行時(shí)鐘線SCL，P1.1作為串行數(shù)據(jù)線SDA。圖6-34MCS-51單片機(jī)與AT24C16接口電路

由于共有3條地址線，在同一組I/O線上只能掛接8片這樣的從器件。總線上每一個(gè)從器件都必須使其地址輸入A2，A1，A0的硬件連接確定意義的地址。在圖6-34中，AT24C161#的A2，A1，A0引腳都接地，所以其地址為000H，同理可得AT24C162#的地址為001H。單片機(jī)原理及接口技術(shù)（2）模擬I2C總線的軟件編程模擬I2C總線編程，實(shí)際上就是用軟件分別控制SCL和SDA，達(dá)到模擬I2C總線協(xié)議的效果。假設(shè)單片機(jī)的主頻為6MHz，可以將常用的程序段編制成子程序，主要包括發(fā)送開(kāi)始條件、發(fā)送應(yīng)答位、檢查應(yīng)答位、單字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送、單字節(jié)數(shù)據(jù)接收以及發(fā)送停止條件子程序。多字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送可以通過(guò)子程序調(diào)用的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。若單片機(jī)的主頻不是6MHz，則要相應(yīng)的增刪各程序段中NOP指令的條數(shù)，以滿足時(shí)序的要求。主要步驟：1）發(fā)送開(kāi)始條件子程序；2）發(fā)送應(yīng)答位子程序；3）發(fā)送反向應(yīng)答位子程序；4）檢查應(yīng)答位子程序；5）單字節(jié)發(fā)送子程序；6）單字節(jié)接收子程序；7）發(fā)送停止條件子程序單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.3系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)6.3.1并行I/O接口的擴(kuò)展及應(yīng)用

6.3.2可編程串行顯示接口芯片MAX7219及擴(kuò)展應(yīng)用

單片機(jī)原理及接口技術(shù)概述MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)8位并行I/O口，這些I/O口一般不能完全供用戶使用。只有當(dāng)單片機(jī)帶有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器且不需要進(jìn)行外部擴(kuò)展時(shí)，才允許這4個(gè)I/O口作為用戶I/O口使用。但是在有些情況下，即使4個(gè)I/O口全部使用，也不能滿足要求。此時(shí)需要對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行I/O口擴(kuò)展。MCS-51單片機(jī)的外部RAM和擴(kuò)展的I/O口是統(tǒng)一編址的，因此外部RAM的64KB空間的地址可任意作為擴(kuò)展I/O口的地址使用。每個(gè)I/O口相當(dāng)于一個(gè)RAM單元，CPU用訪問(wèn)外部RAM相同的指令，對(duì)擴(kuò)展的I/O口進(jìn)行讀寫(xiě)操作。單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.3.1并行I/O接口的擴(kuò)展及應(yīng)用1.簡(jiǎn)單的I/O口擴(kuò)展通過(guò)前面的學(xué)習(xí)可知，MCS-51單片機(jī)的P0～P3口具有輸入數(shù)據(jù)可以緩沖、輸出數(shù)據(jù)可以鎖存的功能，并且具有一定的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。在某些簡(jiǎn)單應(yīng)用的場(chǎng)合，I/O口可直接與外設(shè)相連接，例如非編碼鍵盤(pán)、發(fā)光二極管等。當(dāng)需要擴(kuò)展I/O口時(shí)，為了降低成本、縮小體積，可以采用TTL、CMOS電路鎖存器或三態(tài)緩沖器構(gòu)成各種類型的簡(jiǎn)單I/O接口電路。擴(kuò)展I/O接口電路的數(shù)據(jù)線一般接在數(shù)據(jù)總線上，即P0口。I/O口的選通信號(hào)一般由地址譯碼產(chǎn)生。通常，I/O口擴(kuò)展的芯片有74LS373、74LS273、74LS244和74LS245等。單片機(jī)原理及接口技術(shù)2.利用可編程接口芯片進(jìn)行I/O口擴(kuò)展可編程接口芯片是指其功能可由計(jì)算機(jī)指令進(jìn)行改變的接口芯片。常用的可編程接口芯片有定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253，中斷控制器8259，串行接口芯片8251，并行接口芯片8255、8155等。下面以8155為例來(lái)說(shuō)明可編程接口芯片的使用。（1）Intel8155引腳及功能Intel8155是可編程RAM/IO芯片，為40腳雙列直插式封裝。它有256×8位靜態(tài)RAM，2個(gè)8位和1個(gè)6位可編程并行I/O接口，以及1個(gè)14位可編程減一定時(shí)/計(jì)數(shù)器。它可直接與MCS-51單片機(jī)相連接，圖6-36和圖6-37分別給出了8155芯片的引腳分布和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖6-368155引腳圖圖6-378155的結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)AD0～AD7：三態(tài)地址/數(shù)據(jù)總線，連接單片機(jī)的低8位地址/數(shù)據(jù)總線。IO//M：RAM/IO口選擇信號(hào)輸入端。當(dāng)IO//M=0時(shí)，選中8155的片內(nèi)RAM，AD0～AD7為RAM的地址或數(shù)據(jù)；當(dāng)IO//M=1時(shí)，選中8155的片內(nèi)3個(gè)I/O端口以及命令/狀態(tài)寄存器和定時(shí)/計(jì)數(shù)器，AD0～AD7為I/O口地址或數(shù)據(jù)，其地址分配如表6-6所示。/CE：片選信號(hào)輸入端，低電平有效。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。由ALE下降沿將AD0～AD7上的地址、CE及IO//M狀態(tài)鎖存到片內(nèi)鎖存器。/RD：讀選通信號(hào)輸入端，低電平有效。/WR：寫(xiě)選通信號(hào)輸入端，低電平有效。RESET：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)RESET線上輸入寬度大于600ns的正脈沖時(shí)，8155將復(fù)位，控制字被清零，初始化3個(gè)I/O口為輸入方式，計(jì)數(shù)/定時(shí)器停止工作。單片機(jī)原理及接口技術(shù)PA0～PA7：A口的I/O線，I/O方向由命令字編程設(shè)定。PB0～PB7：B口的I/O線，I/O方向由命令字編程設(shè)定。PC0～PC5：C口的I/O線，或A口和B口的狀態(tài)控制信號(hào)線，由命令字編程設(shè)定。TI：定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入端。TO：定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸出端，選擇不同的工作模式，可輸出方波或脈沖。VCC：+5V電源線。Vss：接地端。單片機(jī)原理及接口技術(shù)表6-68155端口地址分布表單片機(jī)原理及接口技術(shù)（2）8155與MCS-51單片機(jī)的典型接口電路

圖6-38為8155與MCS-51單片機(jī)的典型接口電路。當(dāng)P2.7=0，P2.0=0時(shí)，選中8155片內(nèi)256字節(jié)的RAM單元，地址范圍為0000H～00FFH（無(wú)關(guān)的地址線設(shè)為0）；當(dāng)P2.7=0，P2.0=1時(shí)，選中8155內(nèi)的I/O端口，端口地址分別為命令/狀態(tài)口：7FF8H（無(wú)關(guān)的地址線設(shè)為1）A口：7FF9HB口：7FFAHC口：7FFBH定時(shí)/計(jì)數(shù)器低8位口：7FFCH定時(shí)/計(jì)數(shù)器高8位口：7FFDH圖6-38MCS-51單片機(jī)與8155的接口電路單片機(jī)原理及接口技術(shù)（3）讀寫(xiě)8155片內(nèi)RAM對(duì)MCS-51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，8155片內(nèi)256BRAM屬于片外RAM，應(yīng)使用MOVX指令進(jìn)行讀寫(xiě)。（4）8155的控制字和狀態(tài)字1）8155的I/O工作方式選擇是通過(guò)對(duì)內(nèi)部控制寄存器送控制命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂萍拇嫫髦荒軐?xiě)入不能讀出，其控制字格式如圖6-39所示。各位定義如下：PA：A口數(shù)據(jù)傳送方向控制位。0：輸入；1：輸出。PB：B口數(shù)據(jù)傳送方向控制位。0：輸入；1：輸出。PC2、PC1：C口工作方式設(shè)置位。其具體方式如表6-7所示。圖6-398155控制字格式單片機(jī)原理及接口技術(shù)表6-78155C口工作方式IEA：A口中斷允許設(shè)置位。0：禁止；1：允許。IEB：B口中斷允許設(shè)置位。0：禁止；1：允許。TM2、TM1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式設(shè)置位。其具體方式如表6-8所示。表6-8定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式單片機(jī)原理及接口技術(shù)2）8155的狀態(tài)寄存器與控制寄存器共用一個(gè)端口地址，但只能讀出不能寫(xiě)入，其狀態(tài)字格式如圖6-40所示。各位定義如下：INTRi:中斷請(qǐng)求標(biāo)志。此處i表示A或B。INTRi=1，表示A口或B口有中斷請(qǐng)求；INTRi=0，表示A口或B口無(wú)中斷請(qǐng)求。Bfi:緩沖器滿/空標(biāo)志。BFi=1，表示緩沖器已裝滿數(shù)據(jù)；BFi=0，表示緩沖器空。INTEi:中斷允許標(biāo)志。INTEi=1，表示A口或B口允許中斷；INTEi=0，表示A口或B口禁止中斷。TIMER:定時(shí)器溢出中斷標(biāo)志。TIMER=1，有定時(shí)器溢出中斷；TIMER=0，讀狀態(tài)字后或硬件復(fù)位后。圖6-408155狀態(tài)字格式單片機(jī)原理及接口技術(shù)（5）8155I/O工作方式1）基本I/O方式在基本I/O方式下，A、B、C三個(gè)端口均用作數(shù)據(jù)輸入或輸出口，由8155的工作方式控制字決定。2）選通I/O方式A口、B口均可工作在選通方式下，此時(shí)A口、B口用作數(shù)據(jù)口，C口用作A口和B口的聯(lián)絡(luò)控制。C口各位聯(lián)絡(luò)線的定義和命名如表6-9所示。表6-9C口各位聯(lián)絡(luò)線在選通方式下的定義單片機(jī)原理及接口技術(shù)（6）8155定時(shí)/計(jì)數(shù)器

8155的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器在功能上與MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器是相同的，但是在使用上卻不完全相同，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）8155的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)際上是一個(gè)固定的14位減法計(jì)數(shù)器。2）不論是定時(shí)還是計(jì)數(shù)工作，都由外部提供計(jì)數(shù)脈沖，由TI端輸入。使用時(shí)需要注意芯片允許的最高計(jì)數(shù)頻率，8155允許從TI引腳輸入脈沖的最高頻率為4MHz。3）計(jì)數(shù)溢出時(shí)，由TO端輸出脈沖或方波，輸出波形通過(guò)軟件可定義為4種形式。使用時(shí)，先把計(jì)數(shù)初值和輸出方式裝入定時(shí)/計(jì)數(shù)器的兩個(gè)寄存器。計(jì)數(shù)初值為2～3FFFH之間的任意值，然后通過(guò)發(fā)送控制命令（控制寄存器最高兩位）控制啟動(dòng)和停止。當(dāng)計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)時(shí)，若輸出為方波，則高電平比低電平多一個(gè)計(jì)數(shù)值。當(dāng)計(jì)數(shù)器正在計(jì)數(shù)時(shí)，允許裝入新的計(jì)數(shù)方式和初值，但必須再向定時(shí)/計(jì)數(shù)器發(fā)一個(gè)啟動(dòng)命令。單片機(jī)原理及接口技術(shù)例6-10如圖6-38所示，編寫(xiě)子程序?qū)腡I引腳的輸入脈沖24分頻后從8155輸出。TMER：MOVDPTR，#7FF8H；控制口

MOVA，#11000000BMOVX@DPTR，A；初始化

MOVDPTR，#7FFCH；計(jì)數(shù)器低8位

MOVA，#24MOVX@DPTR，AINCDPTR；計(jì)數(shù)器高8位

MOVA，#01000000B；連續(xù)方波

MOVX@DPTR，ARET

在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)會(huì)利用8155或8255實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)/顯示接口電路，如圖6-42所示。8155與MCS-51單片機(jī)的接口見(jiàn)圖6-38所示。8155的PB口為輸出口，控制顯示器字形；PA口為輸出口，控制鍵盤(pán)掃描作為掃描口，同時(shí)又是控制6位LED數(shù)碼管的位選線；PC口為輸入口，作為鍵盤(pán)掃描時(shí)的輸入口。單片機(jī)原理及接口技術(shù)圖6-428155實(shí)現(xiàn)的鍵盤(pán)/顯示接口電路單片機(jī)原理及接口技術(shù)

編寫(xiě)程序時(shí)采用定時(shí)的方法對(duì)鍵盤(pán)和顯示器進(jìn)行掃描，掃描時(shí)間設(shè)為15ms，即每隔15ms中斷一次，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行鍵盤(pán)掃描和顯示調(diào)用。顯示子程序?yàn)檠h(huán)顯示方式，6位數(shù)據(jù)全部顯示一遍的執(zhí)行時(shí)間為6ms，可以在鍵盤(pán)識(shí)別中調(diào)用兩次顯示子程序作為消抖時(shí)間。在等待按鍵釋放時(shí)，可以調(diào)用一次判斷按鍵是否釋放，以保證顯示的連續(xù)性。定時(shí)掃描鍵盤(pán)/顯示程序流程如圖6-43所示。圖6-43定時(shí)掃描鍵盤(pán)/顯示程序流程圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)6.3.2可編程串行顯示接口芯片MAX7219及擴(kuò)展應(yīng)用

常用的數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)芯片有8279和MAX7219，前者因近年來(lái)停產(chǎn)和連接電路復(fù)雜而應(yīng)用較少；后者因使用方便靈活，連線簡(jiǎn)單，不占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間等優(yōu)點(diǎn)，獲得了較為廣泛的應(yīng)用。MAX7219是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的串行輸入、共陰極顯示輸出的驅(qū)動(dòng)控制器。它采用CMOS工藝，內(nèi)部集成了數(shù)據(jù)保持、BCD譯碼器、多路掃描器、段驅(qū)動(dòng)器和位驅(qū)動(dòng)器。每片MAX7219最多可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED數(shù)碼管、條形圖顯示器或64只發(fā)光管。

單片機(jī)原理及接口技術(shù)MAX7219的主要特點(diǎn)如下：1）采用三線串行傳送數(shù)據(jù)，僅用3個(gè)引腳與單片機(jī)的相應(yīng)端連接即可，串行數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá)10MHz，還可以級(jí)聯(lián)使用。2）內(nèi)部具有8字節(jié)顯示靜態(tài)RAM（稱為數(shù)字寄存器）和6個(gè)控制寄存器，可單獨(dú)尋址和更新內(nèi)容，具有譯碼和不譯碼兩種顯示模式。3）上電時(shí)所有LED熄滅，正常工作時(shí)通過(guò)外接電阻或編程方式調(diào)節(jié)LED亮度。4）最大功耗為0.87W，具有150μA電流的低功耗關(guān)斷模式。MAX7219和LED數(shù)碼管直接連接時(shí)，不需要外加驅(qū)動(dòng)器和限流電阻、譯碼器、鎖存器和其他硬件電路。MAX7219還可以級(jí)聯(lián)使用，驅(qū)動(dòng)更多的LED數(shù)碼管，且不必額外占用單片機(jī)口線。由于MAX7219集成度高，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，亮度可調(diào)，編程容易，與單片機(jī)接口十分簡(jiǎn)單，占用單片機(jī)的端口資源少，現(xiàn)已成為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中首選的LED顯示接口電路。

單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.MAX7219引腳功能

MAX7219采用24腳雙列直插式封裝形式，引腳排列如圖6-44所示，各引腳功能如下：DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端。在時(shí)鐘周期的上升沿將數(shù)據(jù)逐位送入內(nèi)部16位移位寄存器，在CLK的上升沿到來(lái)之前，DIN必須有效。DIG0～DIG7：顯示器位控制端。分別接至8位共陰極LED數(shù)碼管的陰極，從顯示器灌入電流。GND：信號(hào)地。兩個(gè)接地引腳都應(yīng)接地。LOAD：數(shù)據(jù)鎖存脈沖輸入端，在其上升沿處鎖存16位串行輸入數(shù)據(jù)。CLK：串行數(shù)據(jù)移位脈沖輸入端，具有10MHz的最大速率，在其上升沿處數(shù)據(jù)移入內(nèi)部移位寄存器。圖6-44MAX7219引腳圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)

SEGa～SEGg、SEGdp：七段段碼和小數(shù)點(diǎn)輸出端。ISET：外接電阻端。與V+之間連接有一個(gè)電阻，以設(shè)置峰值段電流。V+：供電電壓（4V～5.5V）。典型值為5V。DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出端。輸入DIN的數(shù)據(jù)經(jīng)16.5個(gè)時(shí)鐘周期后，在DOUT正確輸出。用作MAX7219的級(jí)聯(lián)擴(kuò)展。單片機(jī)原理及接口技術(shù)2.串行數(shù)據(jù)格式與工作時(shí)序

MAX7219內(nèi)部的16位移位寄存器數(shù)據(jù)格式見(jiàn)表6-11。其中D0～D7為控制命令或待顯示數(shù)據(jù)，D8～D11為寄存器地址，D12～D15為無(wú)關(guān)位，可取任意值。每組16位數(shù)據(jù)中，首先接收數(shù)據(jù)的最高有效位，最后接收數(shù)據(jù)的最低有效位。表6-11M2、M1位輸出方式定義

MAX7219的工作時(shí)序如圖6-45所示。DIN是串行數(shù)據(jù)輸入端，在CLK時(shí)鐘作用下，串行數(shù)據(jù)依次從DIN端輸入到內(nèi)部16位移位寄存器。在CLK的每個(gè)上升沿，均有一位數(shù)據(jù)由DIN移入到內(nèi)部移位寄存器。單片機(jī)原理及接口技術(shù)

LOAD用來(lái)鎖存輸入的數(shù)據(jù)。在LOAD的上升沿，移位寄存器中的16位數(shù)據(jù)被鎖存到MAX7219內(nèi)部的控制或數(shù)據(jù)寄存器中。LOAD的上升沿必須在第16個(gè)CLK時(shí)鐘上升沿的同時(shí)或之后，且在下一個(gè)CLK時(shí)鐘上升沿之前產(chǎn)生，否則輸入的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。LOAD引腳由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，串行數(shù)據(jù)在LOAD上升沿的作用下方可鎖存到MAX7219的寄存器中，因此LOAD又可稱為片選端。圖6-457219工作時(shí)序圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)3.MAX7219內(nèi)部寄存器MAX7219內(nèi)部有14個(gè)8位寄存器，其中：8個(gè)顯示數(shù)據(jù)寄存器，用于存放DIG0～DIG7對(duì)應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)，地址為X1H～X8H；6個(gè)控制寄存器，即譯碼模式控制寄存器、顯示亮度控制寄存器、掃描頻率限制寄存器、關(guān)斷（消隱）模式寄存器、顯示測(cè)試寄存器及空操作寄存器，其地址依次為X9H～XCH、XFH、X0H。

（1）譯碼模式控制寄存器（地址X9H）MAX7219具有BCD碼譯碼模式和非譯碼模式。譯碼模式寄存器的字節(jié)數(shù)據(jù)各位分別對(duì)應(yīng)著8個(gè)LED數(shù)碼管，如表6-12所示。若該位為1，則對(duì)應(yīng)位LED顯示為譯碼模式；若該位為0，則對(duì)應(yīng)位LED顯示為非譯碼模式。表6-12譯碼模式寄存器數(shù)據(jù)位與顯示LED對(duì)應(yīng)關(guān)系單片機(jī)原理及接口技術(shù)

MAX7219在BCD譯碼顯示模式中，數(shù)據(jù)寄存器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為00H～0FH，這時(shí)的數(shù)碼顯示如表6-13所列。

非譯碼模式也稱段選碼模式，其數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)位D7～D0分別對(duì)應(yīng)于LED數(shù)碼管的dp、a～g段。若某位為1，則對(duì)應(yīng)段點(diǎn)亮，D7～D0與LED各段驅(qū)動(dòng)關(guān)系如表6-14所示。表6-13譯碼模式代碼字符表表6-14非譯碼模式下數(shù)字寄存器數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)段線數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)位D7D6D5D4D3D2D1D0對(duì)應(yīng)的段dpabcdefg單片機(jī)原理及接口技術(shù)（2）顯示亮度控制寄存器（地址XAH）

MAX7219可用外接電阻調(diào)節(jié)LED亮度（稱為亮度模擬控制），外部電阻RSET連接在電源V+和ISET端之間，用來(lái)控制段電流的峰值，即最大亮度。RSET既可以是固定的，也可以是可變的，由面板來(lái)進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。RSET最小值為9.53kΩ。段電流也可用顯示亮度控制寄存器進(jìn)行調(diào)節(jié)（稱為亮度數(shù)字控制），即利用寄存器的D3～D0位控制內(nèi)部脈寬調(diào)制器的占空比來(lái)控制LED段電流的平均值，以達(dá)到控制亮度的目的。當(dāng)D3～D0位從0變化到0FH時(shí)，占空比從1/32變化到31/32，共l6個(gè)控制等級(jí)，每級(jí)變化2/32。單片機(jī)原理及接口技術(shù)（3）掃描頻