电子系统综合设计与仿真-第11讲接口技术

1、电子系统综合设计与仿真邓炳光通信学院 信号处理教研中心 第11课 微控制器接口技术 1. 单片机应用系统综合设计的一般过程和其他应用系统设计一样，单片机应用系统综合设计过程也有规律可循。设计者首先必须明确自己所设计的系统完成什么功能，达到什么样的性能。其次必须考虑如何以最少的资源、以最快的开发速度、以可靠的性能完成设计任务。第11课 微控制器接口技术 1. 单片机应用系统综合设计的一般过程 (1) 确定设计任务书，分析系统功能指标，拟定系统总体设计方案(2) 硬件设计、软件设计及调试(3) 系统联调，性能测试(4) 编制设计文件单片机应用系统综合设计的一般过程大体上可以分为以下几个阶段:第11

2、课 微控制器接口技术 2. 单片机应用系统硬件及接口设计 时钟电路设计时钟电路是数字电路的核心第11课 微控制器接口技术 2.单片机应用系统硬件及接口设计 复位电路设计MCS-51单片机复位电路主要有上电复位电路和其他复位（如手动复位和专用复位电路复位）电路。第11课 微控制器接口技术 复位电路设计另外还可以采用专用复位电路，如看门狗MAX705/ MAX708/MAX709等，当单片机程序在设定的一段时间内没有响应，该专用复位电路将使单片机复位。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 键盘电路设计（1）独立式键盘接口独立式键盘接口电路如图6.2.4和图6.2.5所示。独立

3、式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每根I/O口线上按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。CPU通过向此I/O口发出读指令来得到当前按键的状态。键未按下时，此信号为“1”（高电平），键按下时，此信号为“0”（低电平）。根据键盘接口电路，独立式键盘状态的监测方法主要有两种：中断方式和查询方式。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 键盘电路设计2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 键盘电路设计2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 键盘电路设计（1）行列式键盘接口行列式键盘接口电路。按键设置在行列线交点上，行列线分

4、别连接到按键开关的两端。和独立式键盘状态的监测方法一样，行列式键盘状态的监测方法也分为中断方式和查询方式两种。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 键盘电路设计2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 键盘电路设计2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 键盘电路设计按键中断的处理程序一般也采用编程扫描方式。键盘扫描法是在判定有键按下后逐列（或逐行）置低电平，同时读入行（或列）的状态，如果行（或列）的状态出现非全1状态，这时0状态的行、列交点的键就是所按下的键。特点是逐列（或逐行）扫描查询。这时相应行（或列）应有上拉电阻接高电平。2.单

5、片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 键盘电路设计(1) 判断键盘上有无键按下；(2) 去除按键的机械抖动影响；(3) 判断按键的键号。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 显示器接口设计LED显示器是由多段发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 显示器接口设计LED显示器有两种显示方式：静态显示方式和动态显示方式。静态显示方式2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 显示器接口设计动态显示方式2.单片机应用系统硬件

6、及接口设计第11课 微控制器接口技术 显示器接口设计两种方式相比较，静态显示方式的优点是显示亮度大。在单片机应用系统中使用多位LED显示器时，为节约单片机的I/O口线，多采用如图的动态显示电路。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 显示器接口设计LCD （Liquid Crystal Display：液晶显示器）显示器以其功耗极低、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在控制、袖珍式仪器仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。LCD显示器是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件。有的参考书称之为“液晶显示模块”。当前市场

7、上的LCD显示器主要有数显液晶、字符液晶和图形液晶三大类。(1) 数显液晶(2) 点阵字符型液晶(3) 点阵图形液晶2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 显示器接口设计数显液晶，是一种由段型液晶显示器件与专用的集成电路组装成一体的功能部件，只能显示数字和一些固定的标识符号。这种显示器件大多应用在便携、袖珍设备上。由于这些设备体积小，所以尽可能不将显示部分设计成单独的部件，即使一些应用领域需要单独的显示组件，那么也应该使其除具有显示功能外，还应具有一些信息接收、处理、存储传递等功能，由于它们具有某种通用的、特定的功能而受市场的欢迎。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课

8、微控制器接口技术 显示器接口设计点阵字符型液晶模块，是由点阵字符液晶显示器件和专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件、结构件装配而成的，可以显示数字和西文字符。是一类专用于显示字母、数字和自定义符号（简称字符）的液晶显示模块。这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富。这种模块的点阵排列是由58或511的一组组像素点阵排列组成的。显示时，每个字符占一个字符位，字符位之间有一个点距的间隔起着字符间距和行距的作用。正由于行和列的间隔，这类模块只能显示字符而不能显示图形。点阵字符型液晶在单片机应用系统设计中使用较多，后面我们将以实例作较详细的介绍。2.单片机应用系统硬件及接口设计第1

9、1课 微控制器接口技术 显示器接口设计点阵图形液晶与点阵字符型液晶不同的是点阵像素连续排列，行和列在排布中均没有空隔，因此可以显示连续、完整的图形。当然，也可以显示字符。字符型液晶显示模块的引脚主要分为3类：数据线（D0D7）；控制线（RS、R/W、E）；电源线（VDD、VSS、V0）。下面分别说明。D0D7：数据总线。用于与单片机数据总线连接。RS：Register Select(寄存器选择信号)。RS为1时，选择数据寄存器；RS为0时，选择控制寄存器或状态寄存器。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 显示器接口设计R/W：读写信号。R/W为1时，表示从LCD的控制器读

10、取数据；R/W为0时，表示数据写入LCD的控制器。E：芯片使能信号。VDD、VSS：分别为电源线和地线。该LCD电源为5V。V0：字符明暗对比度调节引脚。可以接一只可变电阻，调节输入电压，从而调节明暗对比度。此脚接地时，将得到最大的明暗对比。字符型液晶显示模块的操作主要是通过管脚E、R/W、RS的不同电平组合来完成的。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 显示器接口设计162字符型液晶显示模块，字符型液晶显示模块的性能由所采用的控制器决定，主要包括控制模块、显示驱动和接口电路三个部分。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 通用IO控制LED灯2.单片

11、机应用系统硬件及接口设计 MSP430F2619主电路图如图6.2.25所示，后续的电路中将使用到这个主电路图。LED灯使用的通用I/O口为P5.7，电路原理图如图6.2.26左下角部分所示。第11课 微控制器接口技术 UART接口2.单片机应用系统硬件及接口设计1、RS-232C电平转换RS-232C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文 meded Standard（推荐标准）的缩写，232为标识号，C表示修改次数（1969年）。RS-232C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受

12、此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232C属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。第11课 微控制器接口技术 UART接口2.单片机应用系统硬件及接口设计 现在个人计算机所提供的串行端口的传输速度一般都可以达到115200bps甚至更高，标准串口能够提供的传输速度主要有以下波特率：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bps等，在仪器仪表或工业控制场合，

13、9600bps是最常见的传输速度，在传输距离较近时，使用最高传输速度也是可以的。传输距离与传输速度的关系成反比，适当地降低传输速度，可以延长RS-232的传输距离，提高通信的稳定性。第11课 微控制器接口技术 UART接口2.单片机应用系统硬件及接口设计 RS-232C采用负逻辑，-15v-3v 代表逻辑1，+3v+15v 代表逻辑0。RS-232C 规定的逻辑电平与一般微处理器、单片机的TTL逻辑电平是不同的，故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。目前多用专用电平转换芯片，如MAX202、MAX232、MAX3223等电平转换芯片来实现EIA RS-232C电平到TTL电平的转换。很多I

14、C制造商都有相应系列的这类接口驱动和电平转换芯片，如Maxim于1985年推出集成了电荷泵的RS-232C收发器，到2010年，可提供电平转换器件达150多种之多，工作电压可低至+1.8V（主要有四种工作电压的这类器件可选：+1.8V，+2.5V，+3.3V，+5V），有的集成了ESD保护或其它附加功能。第11课 微控制器接口技术 UART接口2.单片机应用系统硬件及接口设计 如图6.2.31所示，SP3222E是单电源两组RS-232C发送/接收芯片，采用3.0+5.5V电源供电，外接只需4个0.1uF电容（图6.2.31中的C5可以不用），便可以构成标准的RS-232C通信接口，硬件接口简

15、单。电路只要求进行信号的接收和发送，故只用到RS-232C接口中的RXD、TXD和地（GND）。图6.2.31中的PC2、PC3分别接到DB9上的第2、第3引脚，地（GND）分别接到DB9的第5脚和单片机的地（GND）。P3.4为MSP4302619的UART发送端（TXD），P3.5为MSP4302619的UART接收端（RXD）。第11课 微控制器接口技术 UART接口2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 UART接口2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 UART接口2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 单总线接口设计-单总

16、线（1-Wire Bus）是美国的达拉斯半导体公司（DALLAS SEMICONDUCTOR）推出的一项特有的总线技术。-单总线就是在单根信号线上，完成系统所需要进行的数据、地址和控制信号的交换。从机设备通过一个漏极开路或三态端口连接到数据总线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 I2C总线接口设计采用I2C总线标准的单片机或IC器件，其内部不仅有I2C接口电路，而且将内部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模块，通过软件寻址实现片选，减少了器件片选线的连接。CPU不仅能通过指令将某个功能单元电路挂靠或摘离总线，还可对该单元的工作状

17、况进行检测，从而实现对硬件系统的既简单又灵活的扩展与控制。Page476，图10.4.7。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 SPI总线接口设计SPI（Serial Peripheral Interface）总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口，用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。SPI可以同时发出和接收串行数据。它只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯。这些外围器件可以是简单的TTL移位寄存器、复杂的LCD显示驱动器、A/D和D/A转换子系统或其他的MCU。总线连接电路如Page474，图10.4.5。2.单片机应用系统硬件及接口设计第11课 微控制器接口技术 汇编语言与C语言单片机汇编语言和单片机C51语言在本节中只作简单的介绍，本节的重点是在单片机应用系统设计中，如何综合使用汇编语言和C51语言以及它们的使用技巧。目前，开发单片机应用系统采用的编程语言主要有汇编语言和C51语言。当开发单片机应用系统时，用C51语言还是用汇编开发好？这是很多初学者爱问的问题。对这个问题的回答不能一刀切。我们只有了解了两种语言的优缺点后，才能做出较为明智的选择。3. 单片机应用系统程序设计编程语言选择第11课 微控制器接口技术 硬件抗干扰措施电源对单片机的影响。I/O口与噪声源之间的隔离。注意晶振