单片机常用接口芯片及其接口技术介绍.ppt
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单片机常用接口芯片及接口技术介绍 2021/3/111 计算机结构运算器存储器I/O接口控制器CPU外部设备2021/3/112 MCU基本结构地址总线地址总线I/O总线MCUSCM存储器输入/出接口外围设备控制总线控制总线数据总线数据总线控制CISC结构－冯.诺依曼结构：如8051，AT89系列RISC结构－哈佛结构：如PIC单片机根据片内程序空间和数据空间、控制总线和数据总线是否分开根据片内程序空间和数据空间、控制总线和数据总线是否分开结构体系指令体系16进制－>汇编语言－>C语言2021/3/113 接口的基本概念l什么是I/O接口？连接CPU与外设之间的逻辑电路称I/O接口电路，简称接口为什么需要I/O接口？单片机IO端口只能接收和发送逻辑电平数字信号，而IO外设输入输出的信号种类、信号电平各异如何以不变应万变如何以不变应万变？？l接口电路的主要功能： 锁存功能 缓冲功能 速度匹配 变换功能2021/3/114 l数据锁存功能 数据输出都是通过系统的数据总线进行的。
但是由于CPU的工作速度快，数据在数据总线上保留的时间十分短暂，无法满足慢速输出设备的需要为此在接口电路中需设置数据锁存器，以保存输出数据直至为输出设备所接收数据锁存就成为接口电路的一项重要功能l三态缓冲功能 数据输入时，输入设备向CPU传送的数据也要通过数据总线，但数据总线是系统的公用数据通道，上面可能“挂”着许多数据源，工作十分繁忙为了维护数据总线上数据传送的“秩序”，因此只允许当前时刻正在进行数据传送的数据源占用数据总线，其余数据源都必须与数据总线处于隔离状态为此要求接口电路能为数据输入提供三态缓冲功能2021/3/115 l速度匹配功能 由于速度上的差异，使得数据的I/O传送难以异步方式进行，即只能在确认外设已为数据传送作好准备的前提下才能进行I/O操作而要知道外设是否准备好，就需要通过接口或产生或传送外设的状态信息，以此进行CPU与外设之间的速度协调l数据变换功能 CPU只能输入和输出并行的电压数字信号，但是有些外部设备所提供或所需要的并不是这种信号形式为此需要使用接口电路进行数据信号的转换，主要包括模→数转换、数→模转换、串→并转换和并→串转换等2021/3/116 具体功能：（不同接口功能不同）l 寻址功能l 传递功能l 位功能l 中断功能l 联络功能l 变换功能l 可编程功能l 错误检测功能2021/3/117 典型I/O接口的结构控制REG状态REG数据输出 REG数据输入 REGCPU控制线数据线外设数据输入/输出寄存器：保存数据控制寄存器：保存控制信息，决定接口工作方式状态寄存器：存放状态信息，反映外设当前状态2021/3/118 MCU与外设信息交互方式l无条件传送方式l在进行I/O操作时，不需要测试外部设备的状态，可以根据需要随时进行数据传送操作。
只有那些一直为数据I/O传送作好准备的外部设备（如发光二极管、数码管、机械开关、ADC，DAC），才能使用无条件传送方式l查询方式l中断方式lDMA方式（超8位单片机）2021/3/119 查询方式l查询输入l查询输出在I/O操作之前，要先检测外设的状态，以了解外设是否已为数据输入输出作好了准备，只有在确认外设已“准备好”的情况下，CPU才能执行数据输入输出操作硬件电路简单MCU速度高于外设通常处于等待状态效率很低2021/3/1110 8路模拟量输入采集8路模拟量多路开关控制ADC指示2021/3/1111 缓存技术l缓存技术是高速数据采集和处理中的一项关键技术；l在高速数据采集系统中，通常在存储设备的前端加一级缓存，可以使低速存储设备无丢失地记录高速数据；l是CPU性能的一个重要指标；l在实时视频数据处理系统中的应用非常广泛，特别是在图像帧率及分辨率要求比较高的场合2021/3/1112 乒乓缓冲结构l这种结构是将输入数据流通过输入数据选择单元等时地将数据流分配到两个数据缓冲区l在第1个缓冲周期，将输入的数据流缓存到数据缓冲模块1上，在第2个缓冲周期，通过输入数据选择单元的切换，将输入的数据流缓存到数据缓冲模块2，同时，将数据缓冲模块1缓存的第1个周期的数据通过输出数据选择单元的选择，送到运算处理单元进行处理，第3个缓冲周期，再次切换数据的输入与输出缓冲模块。
如此循环，周而复始双缓冲技术)2021/3/1113 14第一周期第二周期第三周期第四周期2021/3/1114 中断技术l中中断断方方式式与与查查询询方方式式的的主主要要区区别别：如何知道外设是否为数据传送作好了准备查询方式是CPU的主动形式，中断方式是CPU等待中断请求的被动形式l采采用用中中断断方方式式进进行行数数据据传传送送时时，当外设为数据传送作好准备之后，就向CPU发出中断请求CPU接收到中断请求后即作出响应，暂停正在执行的原程序而转去为外设的数据输入输出服务待服务完成之后，程序返回，CPU再继续执行被中断的原程序 l中中断断源源的的中中断断请请求求被被CPU响响应应之之后后，，CPU自自动动把把中中断断源源的的中中断断入入口口地地址址（（中中断断矢矢量量地地址址，，固固定定））装装入入PC，，从从中中断断矢矢量量地地址址处处获获得得中中断断服服务务程程序序的的入入口口地地址址一一般般在在此此地地址址单单元元中中存存放放一一条条绝绝对对跳跳转转指指令令，，可可以以跳跳至至用用户户安安排排的的任任意地址空间意地址空间2021/3/1115 中断处理流程l中断请求l中断响应l中断处理 保护现场＋中断原服务保护现场＋中断原服务l中断返回l中断请求撤销2021/3/1116 中断技术l程程序序中中断断方方式式，，大大大大提提高高了了系系统统的的效效率率。
中断可实现快速CPU与慢速外部设备之间的并行工作，实现实时处理和故障处理，不但速度快而且可以实现多道程序方式，所以在计算机中被广泛采用l但中断请求是一种随机事件，如果每传送一个字符都要中断消耗很大为实现程序中断，对计算机的硬件和软件都有较高的要求此外，由于中中断断处处理理常常需需现现场场保保护护和和现现场场恢恢复复因此，对CPU来说仍有较大的无用开销2021/3/1117 中断类型l外部中断类（INT0，INT1） 由单片机的输入输出设备等外部原因引起的，可设置请求信号是电平触发还是边缘触发l计时中断类（TCON） 由内部计时器计数产生计数溢出时所引起的中断，内部中断，计时器可由用户通过程序设定l串行端口中断类（SCON） 当串行端口接收或发送完一帧数据时，修改SCON，向CPU申请中断如何定义矢量地址和优先级参考具体的单片机如何定义矢量地址和优先级参考具体的单片机如何定义矢量地址和优先级参考具体的单片机如何定义矢量地址和优先级参考具体的单片机2021/3/1118 外部中断源扩展l利用计时器扩充外部中断源 当计时器设置为计数方式时，一旦外部信号从计数器引脚输入一个负跳变信号，计数器＋1；将计时器引脚作为外部中断请求相连，计时器的溢出中断标志及中断服务程序作为扩充外部中断源的标志和中断服务程序。
l中断和软件查询相结合扩充外部中断源 通过逻辑“或”的关系将多个外部中断源通过“线或”连接到INT0和INT1外部中断，利用输入端口作为各中断的识别线(发生中断请求时通过输入端口进行查询判别究竟是哪个中断)l矢量中断扩充外部中断源 利用优先权编码器74LS148对较多的外部中断源进行排队当多个中断同时发生时，编码器只对一个优先权最高的中断作为反应，并输出其矢量代码到单片机的端口(比如8个外部中断源需P1.0-P1.2)当CPU响应中断请求后，CPU可以通过端口得到中断矢量中断矢量处利用多分支转移程序实现程序引导，类似于指针作用2021/3/1119 中断处理系统的应用l例：移动广告灯，要求通过单片机的控制实现以下功能：P1接8个LED，使8个LED闪烁当奇数次按下S1时，8个LED每次同时点亮4个，点亮3次，即D0-D3与D4-D7交叉点亮3次偶数次按下S1时，则D0-D7进行左移和右移2次当按下S2，产生报警（优先）INT1与S2相连，作为报警信号的输入端，因此需要将INT1设为高优先级，S1控制亮灯方式，因此需要判断S1按下次数的奇偶性2021/3/1120 DMA技术l假如一外设一秒能传送100个字节，若用查询方式，这一秒内CPU全部用于查询和传送；采用中断方式，假定CPU每传送一个字节的服务程序需要100us，则传送100字节，CPU只需用10ms，即只占一秒的1/100。
l中断每次要保护断点，保护现场需用多条指令，每条指令要有取指和执行时间lDMA使得硬件直接在外设与内存之间进行数据交换，而不通过CPU，速度的上限取决于存储器的工作速度lDMA>>中断>>查询2021/3/1121 DMA工作流程C8051MSP430ARMDSPSTM32……Memory-Copy2021/3/1122 外围接口l数字量IOl总线接口扩展l存储器扩展l键盘接口l显示接口lA/D-D/A2021/3/1123 I/Ol完整单片机系统：键盘输入、显示输出、打印输出、数据采集、伺服系统、数据存储、数据通信等众多功能，皆通过I/O端口实现与MCU的信息交互l复用性：地址、数据复用(当P0端口作为地址数据总线复用，就不能再作为IO口)l驱动能力：不同端口的驱动能力2021/3/1124 IO扩展方法l总线扩展方法lI/O扩展芯片的并行数据输入取自单片机接口该扩展方法只分时占用P0口，不影响P0口与其它扩展芯片的连接操作，不会造成单片机硬件的额外开支l串行口扩展方法l单片机串行口在方式0工作状态下所提供的I/O的扩展功能接74LC164可扩展并行输出口，接74LC165可扩展并行输入。
该扩展方法只占串行口，而且通过移位寄存器的级联方法可以扩展多数量的并行I/Ol通过单片机内I/O的扩展方法l扩展芯片输入输出的数据线不通过P0口而通过其他片内I/O口2021/3/1125 存储器扩展l程序存储器EPROM：2716，2732，……，27512E2PROM：2816，2817A，2864……l数据存储器SRAM：6116，6264，62256，……DRAMSDRAM iRAM越来越多的单片机片内集成越来越多的单片机片内集成FlashFlash！！就其本质而言，就其本质而言，Flash MemoryFlash Memory属属于于E E2 2PROM(PROM(电擦除可编程只读存储电擦除可编程只读存储器器) )类型，但也可扩展数据存储类型，但也可扩展数据存储2021/3/1126 扩展方法l线译码法线译码法将部分高位地址信号作为片选信号l全译码法全译码法将其余所有的高位地址信号经译码后作片选信号（相对部分译码） 2021/3/1127 键盘扩展l编码键盘——以硬件方式产生键码，价格昂贵l非编码键盘——不需专用硬件电路，响应速度慢独立式键盘电路独立式键盘电路矩阵式键盘矩阵式键盘 0 1+5v C0 C1 R0 R1键盘键盘I/O接口接口P1.0P1.1P1.7+5v每个按键单独占有一根I/O接口引线。
2021/3/1128 l扫描法扫描法：列线输出，行线输入列线逐行输出0，某行有按键，行线输入有0，若无按键，行线输入全部为1l反转法反转法：行列线交换输入、输出，两步获取按键键号l串行串行I/O端口扩充键盘端口扩充键盘：使串口在工作方式0状态下，扩展并行输出口将扩展的并口作为行列式键盘的列线，将P3口的两个端口线作为行线通过串口的TXD产生移位脉冲，由RXD输出需移位的数据所以每增加一根P3端口线，将增加8个按键2021/3/1129 键盘处理程序任务键盘处理程序任务1)1)键输入键输入检查键盘是否有键被按下，检查键盘是否有键被按下，消除按键抖动确定被按键的消除按键抖动确定被按键的键号，获取键号键号，获取键号硬件电路消除抖动或软件消硬件电路消除抖动或软件消除抖动－双稳态触发器除抖动－双稳态触发器2)2)键译码键译码键号为键盘位置码，根据键号查表得出键号为键盘位置码，根据键号查表得出被按键的键值键值：数字键被按键的键值键值：数字键0 0～～9 9、字符键、字符键0AH0AH～～0FH0FH、功能键、功能键10H10H～～ 延时等待延时等待10ms 仍有按键信号？仍有按键信号？Y 有按键信号？有按键信号？NYN键盘处理键盘处理 按键释放？按键释放？NY3 3) )键处理键处理根据键值转移到不同程序段。
根据键值转移到不同程序段若键值属于数字、字符键，则调用显示若键值属于数字、字符键，则调用显示数字和字符的子程序数字和字符的子程序若键值属于功能键，则进行多分支转移，若键值属于功能键，则进行多分支转移，执行各个功能程序段执行各个功能程序段抖动时间抖动时间＜＜10ms开关动作时间开关动作时间＞＞100ms“ 1 ”“ 0 ”＜＜10ms＆＆I/O接接口口＆＆+5v+5v消除抖动电路开关开关单单片片机机2021/3/1130 按键处理程序流程延时消抖延时消抖键扫描求键号键扫描求键号延时等待延时等待键译码求键值键译码求键值修改显示缓冲区修改显示缓冲区跳转各功能程序跳转各功能程序有按键输入？有按键输入？确有按键？确有按键？按键释放？按键释放？是数字键？是数字键？单片机按键输入专用接口芯片： ZLG8279A 8155 PCF8574 BC7280/81 HD7279 CH451 SK5278/79 74922 ……2021/3/1131 显示接口l发光二极管lLED数码管l3）串行输入输出共阴极显示驱动芯片美信MAX7219，相比前两种不需要占用比较多的I/O口（可以驱动LED点阵）。
lLCD（SMC1602A）COM P1.0～～1.7 MCS-51a f b g e c d habhCOMhCOMD7…D1D0D0D1D2hbbhCOMa f b g e c d haaba2）动态显示1）静态显示2021/3/1132 直接访问方式下与字符型液晶显示模块接口直接访问方式是把字符型液晶显示模块作为存储器或I/O接口设备直接连到单片机总线上2021/3/1133 间接访问方式下与字符型液晶显示模块接口间接控制方式是计算机把字符型液晶显示模块作为终端与计算机的并行接口连接，计算机通过对该并行接口的操作间接实现对字符型液晶显示模块的控制 2021/3/1134 并行扩展总线l地址总线l数据总线l控制总线由于方便控制，三总线得到了广泛的应用但是作为并行总线，也有一些局限性，不利于远距离传输，与I/O端口的数目存在矛盾例如：利用8255A扩展多个并行口2021/3/1135 8155构成的键盘、显示接口电路2021/3/1136 单片机与被控实体间的接口示意越来越多的单片机片内集成越来越多的单片机片内集成A/DA/D、、D/AD/A功能！功能！2021/3/1137 A/DA/D转换是把模拟量信号转化成与其大小成比例的数字信号。
A/D转换电路主要分成：1) 双积分型（速度慢，精度高：用于速度要求不高的场合）；2) 逐次逼近型（速度较快，精度较高：常用） 常用芯片：常用芯片： MC14433 (3 ½位) 双积分型 ICL7135 (4 ½位) ICL7109 (12位) ADC0808、ADC0809 (8位) 逐次逼近型ADC1210 (12位) AD574 (12位) lA/DA/D接口设计要点：接口设计要点：l1 1．选择合适的系统采样速度；．选择合适的系统采样速度；2 2．减小．减小A/DA/D转换的孔径误差；转换的孔径误差；3 3．．合理选用合理选用A/DA/D转换器2021/3/1138 Ø分辨率：表示A/D对模拟输入的分辨能力，由它确定能被A/D辨别的最小模拟量，通常也用二进制位来表示Ø量化误差：是在A/D转换中由于整量化所产生的固有误差对于舍入（四舍五入）量化误差在1/2LSB之间。
Ø转换时间：是A/D转换完成一次所需要的时间Ø绝对精度：是A/D转换器输出端所产生的数字代码中，分别对应于实际需要的模拟输入值与理论上要求的模拟输入值之差Ø相对误差：是满刻度校准以后，任意数字输出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差Ø漏码：如果模拟输入连续增加（或减小）时，数字输出不是连续增加（或减小）而是越过某一个数字，即出现漏码A/D性能参数2021/3/1139 ØA/D转换器用于什么系统？输出数据的位数是多少？系统应该达到多高的精度和线性度？Ø提供给A/D转换器的输入信号范围多大？是单极性的还是双极性的？信号的驱动能力怎样？是否要经过缓冲滤波和采样/保持？Ø对A/D转换器输出的数字代码及逻辑电平的要求如何？是二进制码还是BCD码，是串行还是并行？Ø系统是在静态下工作还是在动态下工作？带宽多少？采样速率为多少？Ø参考电压是内部的还是外部的？是固定的还是变化的？ØA/D转换器的工作环境如何？噪声、温度、振动等条件如何？Ø电源电压、功耗、几何尺寸等其它因素A/D转换器的选取原则2021/3/1140 ADC0809和和80C51的连接示意图的连接示意图ALE~2731~D0D7Q0Q1Q2373G1INT1P080C51RDWRCLKQALEDQALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKIN0IN7VREF+VREF-VCCGNDADC080988P2.7+5V11转换结束信号当转换完成EOC变为高电平，向80C51提出中断请求，进入中断服务后读入转换结果。
ADC转换数据的传送方式：①定时传送方式：不需接EOC脚；②查询方式：测试EOC脚的状态；③中断方式：EOC脚接INT脚2021/3/1141 MC14433与80C51的接口电路图80C51MC14433BCD码数据输出端多路选通脉冲输出端2021/3/1142 ICL7109与80C51的接口电路图80C512021/3/1143 80C51与AD574A的接口电路图80C512021/3/1144 ADC和MCU接口应注意的几个问题ØA/D芯片的数字输出问题芯片的数字输出问题l转换结果数据应由A/D芯片锁存，数据输出最好具有三态能力ØA/D芯片和芯片和CPU的时序配合问题的时序配合问题1.固定延时等待法 2.保持等待法3.中断响应法 4.查询法 5.双缓冲法ØA/D分辨率超过分辨率超过MCU数据总线宽度时的接口数据总线宽度时的接口l不能只用一条指令，而要用两条输入指令才能把A/D转换的整个数字结构传送给微处理器2021/3/1145 D/AD/A转换器的输出是由数字输入和参考电压组合进行控制的大多数常用的D/A转换器的数字输入是二进制或BCD码形式的，输出可以是电流也可以是电压，而多数是电流。
注意区分D/A内部是否带有锁存器 与P1、P2接口：不需加锁存器，直接接口 无锁存器 与P0接口：因P0的特殊功能，需加锁存器D/A内 如：DAC800、AD7520、AD7521等 有锁存器：最好与P0直接接口 如：DAC0832、DAC1230等ln位数字量与模拟量的关系式：位数字量与模拟量的关系式：lVO =-VREF×（数字码（数字码 / 2n）） (VREF —— 参考电压参考电压)2021/3/1146 主要技术指标1) 分辨率(Resolution)：对D/A转换器输入量变化敏感程度进行描述，与输入数字量的位数有关l若数字量的位数为n，则分辨率为2-nl数字量位数越多，分辨率就越高l应用时，应根据分辨率的需要选定转换器的位数注：BCD码输出的A/D转换器用位数表示分辨率。
2) 建立时间(Establishing Time)：描述D/A转换速度的快慢l 输出形式为电流的转换器比电压的建立时间短l D/A转换速度远高于A/D转换3) 转换精度(Conversion Accuracy)：指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度2021/3/1147 DAC0832与单片机的接口1 1 1 1、直通方式：、直通方式：、直通方式：、直通方式： 输入寄存器和输入寄存器和DACDAC寄存器共用一个地址，同时选通输出；寄存器共用一个地址，同时选通输出； WR WR1 1和和WRWR2 2同时进行，并且不与同时进行，并且不与CPUCPU相接 特点：转换速度快特点：转换速度快MOV P1, A2021/3/1148 2 2 2 2、单缓冲方式：、单缓冲方式：、单缓冲方式：、单缓冲方式： 只使用一个内部缓冲器，另一个缓冲器呈直通状态，输入数据在写控只使用一个内部缓冲器，另一个缓冲器呈直通状态，输入数据在写控制信号作用下，直接进入制信号作用下，直接进入DACDAC寄存器中，寄存器中，DACDAC能一步完成数字量的输入锁能一步完成数字量的输入锁存和存和D/AD/A转换输出；转换输出； WR WR1 1和和WRWR2 2同时进行，并且与同时进行，并且与CPUCPU的的WRWR相连，相连，CPUCPU对对DAC0832DAC0832执行一次写操执行一次写操作，将数据直接写入作，将数据直接写入DACDAC寄存器中。
寄存器中适用：只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出适用：只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出2021/3/1149 3 3 3 3、双缓冲器方式：、双缓冲器方式：、双缓冲器方式：、双缓冲器方式： 输入寄存器和输入寄存器和DACDAC寄存器分配有各自的地址，可分别选通用寄存器分配有各自的地址，可分别选通用同时输出多路模拟信号数字量的输入锁存和同时输出多路模拟信号数字量的输入锁存和D/AD/A转换输出分转换输出分两步完成两步完成适用：适用：同步输出几路模拟信号的场合，可构成多个同步输出几路模拟信号的场合，可构成多个DAC0832DAC0832同同步输出电路步输出电路2021/3/1150 DAC0832/1208与单片机的接口12位DAC1208 80C518位DAC0832 2021/3/1151 例：用DAC0832输出0～+5V三角波，电路为单缓冲方式设VREF=-5V，若DAC0832地址为00FEH，脉冲周期要求为（100ms）100ms#include
2021/3/1155 系统框图2021/3/1156 方案比较--液位传感器l压力传感器¡适合水位的精确控制；¡电路较复杂；l红外发射接收对管¡适合水位的大致判断；¡电路结构简单2021/3/1157 方案比较--温度传感器l热敏电阻¡体积小，价格低；¡适合固体，气体的温度测量；¡非线性严重，需用软件补偿处理l热电偶¡温度范围宽，结构坚固；¡输出mv级电压，需放大；¡需冷端补偿lPt100¡线性好，灵敏度高；¡阻值小，价格高；¡适合液体温度测量2021/3/1158 方案比较--功率驱动l继电器¡电路简单；¡开关瞬间，触点容易产生火花，引起干扰；¡机械开关，延迟大、寿命短l双向可控硅¡移相触发，过零触发；¡需解决同步问题；¡采用MOC3061光电双向可控硅驱动器，结构简单成本低，触发可靠2021/3/1159 硬件设计--MCU选择lI/O口线数量：¡按键3个，故需3根扫描线；¡4位LED数码管显示，即4根扫描线；每个数码管8段，共需8根数据线；¡4只电磁阀共需4根控制线；¡可控硅控制需1根控制线；¡液位检测需要6对红外对管，需6路AD采集；¡温度检测1路，需1路AD采集从上可知，至少需要27根控制线。
选用ATMEL的ATmega162021/3/1160 硬件设计--MCU选择2021/3/1161 硬件设计--传感器l液位传感器¡红外发射接收对管红外发射管工作电流取10mAR1=VCC-2V/10mA2021/3/1162 硬件设计--传感器l温度传感器Pt1002021/3/1163 硬件设计--驱动电路l电磁阀¡线圈电压24VDC¡吸合电流80mA 2021/3/1164 硬件设计--功率控制l晶闸管(可控硅)：过零触发方式l选用MOC3061作为双向可控硅的驱动器MCU2021/3/1165 Rin的计算lRin=Vcc-VF/IFT2021/3/1166 硬件设计--按键电路及数码管显示2021/3/1167 控制算法--控制示意图2021/3/1168 软件设计2021/3/1169 串行通信与并行通信2021/3/1170 串行通信——通用异步收发传输 l芯片内部集成UART，直接选用具有UART接口的MCU，例如单片机、ARM；l在MCU的并行总线上扩展UART芯片，如Ti的TL16C552，用硬件来实现异步数据传输；¡优点：软件实现简单¡缺点：总线还要扩展其他设备，使目标系统复杂化¡优点：硬件简单¡缺点：软件实现复杂，加大MCU负担，不适合通信数据量大的场合。
精度不高l利用MCU的通用I/O或同步串口采用软件模拟异步时序，实现软件UART2021/3/1171 RS232C串行总线lUART是计算机中串行通信端口的主要部分l在计算机中，UART相连于产生兼容RS232规范信号的电路l当一个微控制器中的UART相连于PC时，它需要一个RS232驱动器来转换电平lRS232C电气连接方式2021/3/1172 TTL、CMOS和RS232电平lTTL电平¡输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V¡在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V¡最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V¡一般认为TTL电平逻辑“1”为5VlCMOS电平¡“1”逻辑电平电压接近于电源电压，“0”逻辑电平接近于0V而且具有很宽的噪声容限¡一般CMOS工艺器件的电源电压为3.3V，因而一般意义上的CMOS电平逻辑“1”即为3.3VlRS232C电平为EIA电平¡逻辑“1”：+3V~+25V；逻辑“0”：-3V~-25V2021/3/1173 TTL、CMOS和RS232电平之间的相互转换lTTL电平与CMOS电平之间的相互转换¡少量总线最简单方式：用两个电阻对电平分压¡多根总线同时需要转换：总线隔离器8/26/202474总线收发器总线收发器74LVT162452021/3/1174 TTL电平与RS-232C电平之间的相互转换8/26/2024752021/3/1175 RS-232 DB92021/3/1176 RS232电路串口取电电路2021/3/1177 上位机编程lVBlDelphilVC++lLabVIEW2021/3/1178 主从式多机通信数字传输 vs. 模拟传输2021/3/1179 主从式多机通信lRS232本质上是点对点通信的，但可扩展为主从式多机通信：利用软件解码协议检测地址，有些单片机具有利用硬件实现自动地址识别功能。
2021/3/1180 I2C总线lPhilips公司推出的一种两线式（串行数据线SDA和串行时钟线SCL）串行总线，用于连接微控制器及外围设备，实现同步双向串行数据传输l采用纯软件寻址方法，以减少连线数目CPU发送的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量l主从方式工作：与总线相连的每个器件都对应一个特定的地址，由芯片内部硬件和外部地址同时确定l真正的多主串行总线：多主器件竞争总线时，时钟同步和总线仲裁都由硬件自动完成，可以防止多个主控器件同时启动数据传输而产生的总线竞争l串行数据在主从之间可以双向传输，标准模式最高速率100kbps，高速模式下可达3.4Mbpsl同步时钟和数据线相配合产生可以作为启动、应答、停止或重启动串行发送的握手信号2021/3/1181 I2C时序分析l位的传输位的传输：SDA线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定，数据线的高或低电平状态只有在SCL线的时钟信号是低电平时才能改变开始信号开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变开始传送数据结束信号结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变结束传送数据。
应答信号应答信号：从器件在接收到8bit数据后向发送数据的主器件发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据器件发送数据到总线上，则定义为发送器,反之为接收器主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态2021/3/1182 E2PROM器件AT24C02的写读操作时序字节写操作随机读操作（指定地址）4位特征码3位芯片地址/页地址其中，特征码是厂家给定的，若E2PROM容量小于256字节，8位片内寻址，若E2PROM大于256字节，11位页面寻址，每页256字节，硬件电路区分1位读写控制2021/3/1183 SPI总线lMotorola公司推出的一种串行总线技术外围串行接口(SPI)是一种四线同步串行技术，数据通信从器件选择或片选(CSB)为低时有效全双工，串行数据同时输入输出，1.05Mbps的最大主机数据传输速率，总线竞争保护串行数据输入(MOSI)串行数据输出(MISO) 串行时钟信号(SCK) 2021/3/1184 SPI时序分析－四种不同的数据传输时序l时钟极性CPOL是用来决定SCK时钟信号空闲时的电平，CPOL=0，空闲电平为低电平，CPOL=1时，空闲电平为高电平l时钟相位CPHA是用来决定采样时刻的电平，CPHA=0，在每个周期的第一个时钟沿采样，CPHA=1，在每个周期的第二个时钟沿采样。
2021/3/1185 单总线技术1-wirelDallas（已并入MAXIM）提出的串行总线技术，只需使用一根信号线（将计算机的地址线、数据线和控制线合为一根信号线），在该线上可以挂很多具有唯一64位ID地址码的测控对象l主从设备间的连线少，速率较低，有利于长距离通信l单总线上传输的是数字信号，系统的抗干扰性能好，可靠性高l任一时刻只能传输一个控制信号或数据，即主设备一旦选中了某个从设备，就会保持与其通信直至复位，而其他的从设备则暂时脱离总线，在下次复位之前不参加任何通信l1-wire单总线适用于单个主机系统能够控制一个或多个从机设备2021/3/1186 1-wirel设备主机或从机通过一个漏极开路或三态端口漏极开路或三态端口连接至数据线，这样允许设备在不发送数据时释放数据总线以便总线被其它设备所使用l单总线要求外接一个约5k的上拉电阻，单总线的闲置状态为高电平l位传输之间的恢复时间没有限制，只要总线在恢复期间处于空闲状态（高电平）如果总线保持低电平超过480s，总线上的所有器件将复位l在寄生方式供电时为了保证单总线器件在某些工作状态下（如温度转换期间，EEPROM写入等）具有足够的电源电流，必须在总线上提供强上拉。
单总线端口为漏极开路其内部等效电路图2021/3/1187 其它串行接口lUSBlRS422lRS-485lCANl……lMCU内部自带l专用芯片扩展l软件模拟时序三种方案2021/3/1188 并行通信l单片机是并行通信的l并口协议2021/3/1189 串并转换2个IO口扩展8个独立输入口2个IO口扩展8个独立输出口串口工作在模式0，串行数据从RXD(P3.0)输入，移位时钟由TXD(P3.1)输出当74LS165的SH/LD(移位/装载)被置为低时，74LS165将并行数据置入寄存器，当被置为高电平时，74LS165处于时钟控制下的串行移位状态，数据通过RXD传入MCU2021/3/1190 网络通信——程序自我更新lTCP/IP协议在单片机上如何实现？l51 MCU＋固件网络芯片(W5100/CS6209)2021/3/1191 数据采集系统DAS传感器1传感器2传感器n信号处理信号处理信号处理多路模拟开关MUX采样保持电路S/HA/DMCU/CPU显示、打印、控制译码传感器m缓冲、锁存、整形 ● ● ● ● ● ●2021/3/1192 DAS的组成部分l1 传感器l2 信号调理电路l3 多路模拟开关l4 采样保持电路l5 A/D转换l6 计算机及数据输出设备2021/3/1193 信号调理电路l大多数传感器输出的信号都需要经过放大、滤波、整形、电平移动等调理措施，使之具有合适的带宽及动态范围以后，方可进行A/D转换或送往数字系统。
l“如何选择合适的传感器？”l“如何设计合适的信号调理电路？”2021/3/1194 同相 反相 差动运算放大器（基本）测量放大器低漂移放大器程控增益放大器磁耦合隔离放大器2 光电耦合器3 V/I转换器4 电压比较器1 放大器基本内容2021/3/1195 KPa0100200300400mv053.27105.36157.25210.84例题：例题：例题：例题：设某压力传感器技术指标如下设某压力传感器技术指标如下, ,试设计一电路，将此信号处理后转化为试设计一电路，将此信号处理后转化为A/DA/D所要所要求的求的0 0～～5V5V标准信号标准信号2021/3/1196 方法及步骤：方法及步骤：1 1、由数据可以看出，传感器基本为线性的，应先求、由数据可以看出，传感器基本为线性的，应先求出标定系数出标定系数MM：：2 2、满量程修正值：、满量程修正值：3 3、放大倍数：、放大倍数：2021/3/1197 6 6、实际取值：、实际取值：R’=1K，R2=1K，，R R1 1值由电位器取得值由电位器取得（约（约50K50K））4 4、电路设计：、电路设计：5 5、计算并选阻值：、计算并选阻值：2021/3/1198 例：某信号变化范围为某信号变化范围为1~8V1~8V，试设计一变换电路，将，试设计一变换电路，将该信号变成标准该信号变成标准A/DA/D量程范围量程范围0~10V0~10V的信号。
的信号 一般可以采用下述电路完成一般可以采用下述电路完成 分析：根据叠加原理分析：根据叠加原理代入解得 代入解得 R R1 1＝＝10.5 R10.5 Rf f，，R R2 2＝＝3R3Rf f；；若取若取 R Rf f＝＝10K10K，则，则R R1 1＝＝105K105K，，R R2 2＝＝30K30K该电路可转换非规则信号为规则信号该电路可转换非规则信号为规则信号当当V Vi i＝＝1V1V时，时，V V0 0＝＝0V0V；当；当V Vi i＝＝8V8V时，时，V V0 0＝＝10V10V；；解：解：1~8v 1~8v 非标准，但可以直接采集非标准，但可以直接采集2021/3/1199 2021/3/11100 。
