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51单片机与D/A接口设计详解
[导读]D/A转换器输入的是数字量，经转换后输出的是模拟量。有关D/A转换器的技术性能指标很多，例如绝对精度、相对精度、线性度、输出电压范围、温度系数、输入数字代码种类(二进制或BCD码)等。1) 分辩率分辨率是D/A转换器对
输入的是数字量，经转换后输出的是模拟量。有关D/A转换器的技术性能指标很多，例如绝对精度、相对精度、线性度、输出电压范围、温度系数、输入数字代码种类(二进制或BCD码)等。
分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n，则D/A转换器的分辨率为2-n。这就意味着数/模转换器能对满刻度的2-n输入量作出反应。
2) 建立时间
建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出达到终值误差&(1/2)LSB(最低有效位)时所需的时间。通常以建立时间来表示转换速度.
转换器的输出形式为电流时，建立时间较短;输出形式为电压时，由于建立时间还要加上运算放大器的延迟时间，因此建立时间要长一点。但总的来说，D/A转换速度远高于A/D转换速度，快速的D/A转换器的建立时间可达1 &s。
3) 接口形式
D/A转换器与单片机接口方便与否，主要决定于转换器本身是否带数据锁存器。有两类D/A转换器，一类是不带锁存器的，另一类是带锁存器的。对于不带锁存器的D/A转换器，为了保存来自单片机的转换数据，接口时要另加锁存器，因此这类转换器必须在口线上;而带锁存器的D/A转换器，可以把它看作是一个输出口，因此可直接在数据总线上，而不需另加锁存器。
典型D/A转换器芯片DAC0832
DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5 V～+15 V均可正常工作。基准电压的范围为&10 V;电流建立时间为1 &s;CMOS工艺，低功耗20 mW。
DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，其引脚排列图如图所示。DAC0832内部结构框图如图所示。 该转换器由输入寄存器和DAC寄存器构成两级数据输入锁存。使用时，数据输入可以采用两级锁存(双锁存)形式，或单级锁存(一级锁存，一级直通)形式，或直接输入(两级直通)形式。
此外，由三个与门电路组成寄存器输出控制逻辑电路，该逻辑电路的功能是进行数据锁存控制，当=0时，输入数据被锁存;当=1时，锁存器的输出跟随输入的数据。
D/A转换电路是一个R-2R T型电阻网络，实现8位数据的转换。对各引脚信号说明如下：
(1) DI7～DI0：转换数据输入。
(2) CS：片选信号(输入)，低电平有效。
(3) ILE：数据锁存允许信号(输入)，高电平有效。
(4) WR：第1写信号(输入)，低电平有效。
上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式，当ILE=1和 WR1 =1=0时，为输入寄存器直通方式;当ILE=1和WR1 =1时，为输入寄存器锁存方式。
(5) WR2 =1：第2写信号(输入)，低电平有效。
(6) XFER：数据传送控制信号(输入)，低电平有效。
上述两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式，当 WR2=0和XFER=0时，为DAC寄存器直通方式;当WR2=1和XFER=0时，为DAC寄存器锁存方式。
(7)  Iout1：电流输出1。
(8)  Iout2：电流输出2。
DAC转换器的特性之一是：Iout1+Iout2=常数。
(9)  Rfb：反馈电阻端。
DAC 0832是电流输出，为了取得电压输出，需在电压输出端接运算放大器，Rfb即为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图7.31所示。
(10) Vref：基准电压，其电压可正可负，范围是-10 V～+10 V。
(11)  DGND：数字地。
(12)  AGND：模拟地。
单缓冲方式的接口与应用
1. 单缓冲方式连接
所谓单缓冲方式就是使DAC 0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式，或者说两个输入寄存器同时受控的方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽有几路模拟量但并不要求同步输出时，就可采用单缓冲方式。
2. 单缓冲方式应用举例&&产生锯齿波
在许多控制应用中，要求有一个线性增长的电压(锯齿来控制检测过程，移动记录笔或移动电子束等。对此可通过在DAC0832的输出端接运算放大器，由运算放大器产生锯齿波来实现，电路连接如图所示。图中的DAC8032工作于单缓冲方式，其中输入寄存器受控，而DAC寄存器直通。
假定输入寄存器地址为7FFFH，产生锯齿波的源程序清单如下：
：，；输入寄存器地址，假定接
，&&；转换初值
&&&&&，；转换
&&&&；延时
双缓冲方式的接口与应用
1. 双缓冲方式连接
所谓双缓冲方式，就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲DAC0832的连接如图所示。为了实现寄存器的可控，应当给寄存器分配一个地址，以便能按地址进行操作。图中采用地址译码输出分别接和来实现，然后再给和提供写选通信号，这样就完成了两个锁存器都可控的双缓冲接口方式。
2. 双缓冲方式应用举例
双缓冲方式用于多路D/A转换系统，以实现多路模拟信号同步输出的目的。例如使用单片机控制X-Y绘图仪。X-Y绘图仪由X、Y两个方向的步进电机驱动，其中一个电机控制绘图笔沿X方向运动，另一个电机控制绘图笔沿Y方向运动，从而绘出图形。因此，对X-Y绘图仪的控制有两点基本要求：一是需要两路D/A转换器分别给X通道和Y通道提供模拟信号，二是两路模拟量要同步输出。
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实验安排周五5、6节 12#-405A 定时器实验周六1、2节上课第4章MCS-51单片机系统的扩展技术主要内容： MCS-51单片机系统扩展的基本原理和方法。常用 器件的选择和应用，常用总线标准和典型接口电 路。要求学生掌握单片机系统扩展的原理、方法， 并能根据工程要求
进行系统扩展。 重 难 点：常用器件的选择和应用，常用总线标准和典型接口 电路，单片机系统扩展的基本原理和方法。 点：存储器地址重叠，灵活运用所学知识根据实际需要 进行系统扩展。T0 T1时钟电路ROMRAM定时计数器CPU并行接口 串行接口 中断系统P0 P1 P2 P3TXD RXDINT0 INT1PSENP2.2--P2.0A0~A7 A8~A10 OE CS WE OE A0~A7 WE OE A8~A10P0ALE WR RD373 G2716D7~D06116(2)D7~D0 CE6116(1)D7~D0 CE8031P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7ALE+5VA B C G2A G2B G1AD0~AD7PAPBY2 Y1 Y0RD WE CE8155 PCP1.0IO/ M第4章MCS-51单片机系统的扩展技术4.1 MCS-51单片机系统扩展概述4.2 存储器的扩展4.34.4并行I/O口的扩展时钟芯片的扩展4.54.6系统监控芯片的扩展总线接口扩展4.1MCS-51单片机系统扩展概述系统扩展是指为加强单片机某方面功能，在最小应用系统 基础上，增加一些外围功能部件而进行的扩充。4.1.1 MCS-51系列单片机的外部扩展原理1．MCS-51系列单片机的片外总线结构 MCS-51系列单片机具有很强的外部扩展功能。其外部扩展 都是通过三总线进行的。 （1）地址总线（AB） 地址总线用于传送单片机输出的地址信号，宽度为16位， P0口经锁存器提供低8位地址，锁存信号是由CPU的ALE引脚提 供的；P2口提供高8位地址。 （2）数据总线（DB） 数据总线是由P0口提供的，宽度为8位。（3）控制总线（CB） 控制总线实际上是CPU输出的一组控制信号。MCS-51单片 机通过三总线扩展外部设备的总体结构图如下图所示。2．MCS-51系列单片机系统的扩展能力 片外可扩展存储器的最大容量为216=64KB，地址范围为0000H～FFFFH。允许片外程序存储器和数据存储器的地址 重叠。 I/O接口的编址方法：一种是独立编址，另一种是统一编址。 MCS-51单片机采用了统一编址方式，即I/O端口地址与外部数据存储单元地址统一编址为0000H～FFFFH（64KB）。当MCS-51单片机应用统扩展较多外部设备和I/O接口时，要占 去大量的数据存储器的地址。4.1.2MCS-51单片机系统地址空间的分配系统空间分配：通过适当的地址线产生各外部扩展器件的片选/ 使能等信号就是系统空间分配。编址：编址就是利用系统提供的地址总线，通过适当的连接，实 现一个编址惟一地对应系统中的一个外围芯片的过程。编址就是 研究系统地址空间的分配问题。 片内寻址：若某芯片内部还有多个可寻址单元，则称其内部单元 寻址为片内寻址。编址的方法：芯片的选择是由系统的高位地址线通过译码实现的， 片内寻址直接由系统低位地址信息确定。 产生外围芯片片选信号的方法有三种：线选法、全地址译码 法和部分译码法。4.2 存储器的扩展 4.2.1 程序存储器扩展4.2.2数据存储器扩展4.2.3 MCS-51对外部存储器的扩展 4.2.4 程序存储空间和数据存储空间的混合存储器是计算机系统中的记忆装Z，用来存放程序和程序运行所需要的 数据。单片机系统扩展的存储器通常使用半导体存储器，根据用途可以分为 程序存储器（一般用ROM）和数据存储器（一般用RAM）两种类型。MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题： （1）选择合适类型的存储器芯片 只读存储器（ ROM ）：常用于固化程序和常数。可分为ROM、PROM、EPROM和E2PROM。 若所设计的系统是小批量生产或开发产品，使用EPROM和E2PROM ； 若为成熟的大批量产品，则应采用PROM或掩膜ROM 。随机存取存储器（ RAM ）：常用来存取实时数据、变量和运算结果。可分为SRAM和DRAM两类。 所用的RAM容量较小或要求较高的存取速度，则宜采用SRAM； 若所用的RAM容量较大或要求低功耗，则应采用DRAM，以降低成本。 此外，还可以选择OTP ROM、Flash存储器、串口RAM、FRAM、 NVRAM、用于多处理机系统的DSRAM（双端口RAM）等。（2）工作速度匹配 MCS-51的访存时间（单片机对外部存储器进行读写所需要 的时间）必须大于所用外部存储器的最大存取时间（存储器的 最大存取时间是存储器固有的时间 ） （3）选择合适的存储容量 MCS-51应用系统所需存储容量不变的前提下，若所选存储 器本身存储容量越大，则所用芯片数量就越少，所需的地址译 码电路就越简单。 （4）合理分配存储器地址空间的分配 存储器的地址空间的分配必须满足存储器本身的存储容量， 否则会造成存储器硬件资源的浪费。 （5）合理选择地址译码方式 线选法、全地址译码法、部分地址译码法。4.2.1 程序存储器扩展 单片机内部没有ROM，或虽有ROM但容量太小时，必须扩展外部程序存储器方能工作。最常用的ROM器件是EPROM。 1. 常用EPROM程序存储器 EPROM主要是27系列芯片，如：2764(8K)/27128(16K) /27256(32K)/K)等，一般选择8KB以上的芯片作为外部程序存储器。其引脚图如下图所示。
引脚符号的含义和功能如下：D7～D0：三态数据总线； A0～Ai：地址输入线，i=12～15。2764的地址线为13位，i=12； 27512的地址线为16位，i=15；CE ：片选信号输入线； OE ：输出允许输入线；VPP：编程电源输入线；PGM：编程脉冲输入线；VCC ：电源； GND：接地； NC：空引脚。EPROM的工作方式2. 地址锁存器程序存储器扩展时，还需要地址锁存器，常用的有： （1）带三态缓冲输出的8D锁存器74LS373 74LS373是带有三态门的8D锁存器，当三态门的使能信号 线 OE 为低电平时，三态门处于导通状态，允许锁存器输出，锁 存控制端为11脚LE，采用下降沿锁存，控制端可以直接与CPU 的 地址锁存控制信号ALE相连。74LS373使用较多。（2）带有清除端的8D触发器74LS273 74LS273是带有清除端的8D触发器，只有在清除端保持高电 平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁 存。 CPU 的ALE信号必须经过反相器反相之后才能与74LS273 的控制端CLK 端相连。3．典型扩展电路2764A是一种8K×8位EPROM，单一+5V供电，工作电流 为75mA，维持电流为35mA，读出最大时间为250ns，28 脚双列直插封装。其扩展电路示于图图6-6 2764 EPROM扩展电路地址空间：A15A14A13A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址：××× 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 最高地址：××× 1 1 １ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFFH最低地址：×× 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2000H 最高地址：×× 1 1 1１ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3FFFH0000H~1FFFH, 4000H~5FFFH, 8000H~9FFFH, 0C000H~0DFFFH, 2000H~3FFFH 6000H~7FFFH 0A000H~0BFFFH 0E000H~0FFFFH4. 超出64KB容量程序存储器的扩展MCS-51单片机提供16位地址线，可直接访问程序存储器的 空间为64 KB（216），若系统的程序总容量需求超过64 KB，可 以采用区选法来实现。单片机系统的程序存储器每个区为64 KB， 由系统直接访问，区与区之间的转换通过控制线的方式来实现。 如下图所示为系统扩展128 KB程序存储空间（2×64 KB）示意 图。 P1.0输出高电平，访问A芯片； P1.0输出低电平，访问B芯片。4.2.2数据存储器扩展单片机内部的RAM为128B（或256B），有的单片机应用系统需要扩展外部数据存储器RAM (如数据采集系统数据量较大，需要专设 RAM或 Flash RAM)。最常用的 RAM器件是静态 RAM（ SRAM ）。 1. 常用静态RAM存储器 常用的SRAM有6116(2K)、6264(8K)、62128(16K)、62256(32K)、 K)等。一般选择8KB以上的芯片作为外部程序存储器。其引脚图如下页图所示。引脚符号的含义和功能如下：D7～D0：双向三态数据总线；A0～Ai：地址输入线i=10（6116芯片），i=12（6264芯片），i=14（62256芯片）；CS （ CS1）：片选信号输入端，低电平有效；CS2 ：片选信号输入端，高电平有效（仅6264芯片有）；OE ：读选通信号输入线，低电平有效； WE ：写选通信号 输入线， 低电平有效； Vcc ：电源+5V； GND ：地。静态RAM存储器有三种工作方式：数据的读出、写入和 维持，其操作控制如下表所示。MCS-51扩展数据存储器与扩展程序存储器电路的异同：（1）所用的地址总线，数据总线完全相同； （2）读/写控制线不同：扩展程序存储器的读选通信号由 PSEN WR 控制，扩展数据存储器的读、写控制线用 、 分别控制存 RD 储器芯片的 OE 和 WE ； （3）数据存储器与程序存储器的地址可以重叠，因为扩展它们 的控制信号不同。 （4）I/O扩展的地址空间与数据存储器扩展的空间是共用的，所 以扩展数据存储器涉及到的问题远比扩展程序存储器扩展多。2.数据存储器典型扩展电路MCS-51扩展6264的电路连接方法：数据线：P0口接RAM的D0~D7 ； 地址线： 6264容量为8KB，213=8KB，需要A0～A12共13根地 址线。P0口经地址锁存器后接RAM的A0~A7 ； P2.0～P2.4接 RAM的A8~A12 。RD 控制线：ALE接373的LE， 接RAM的 OE 、 WR接RAM的WE ，只有一片EPROM，且系统无其他I/O接口及外围设备扩展，片选CE可以接地。扩展电路如下页图所示。6264的地址范围为：0000H～1FFFH。[例题] 在上页图的数据存储器扩展电路中，将片内RAM 以50H单 元开始的16个数据，传送片外数据存储器0000H开始的单元中。程序如下：ORG 0000H LJMP START ORG 0030H START : MOV SP , #60H MOV R0, #50H ; 数据指针指向片内50H单元 MOV R7, #16 ; 待传送数据个数送计数寄存器 MOV DPTR, #0000H ; 数据指针指向数据存储器H单元 AGAIN: MOV A, @R0 ; 片内待输出的数据送累加器A MOVX @DPTR, A ; 数据输出至数据存储器6264 INC R0 INC DPTR ; 修改数据指针 DJNZ R7, AGAIN ; 判断数据是否传送完成 RET END扩展多片存储器，线选法和地址译码法 1. 线选法直接用系统的 高位地址线作 RAM芯片的片 选信号。例: 外扩8KB EPROM （2片2732） 4KB RAM （2片6116）2732（1）的地址范围：7000H～ 7FFFH;（2）的地址范围: B000H～ BFFFH;（1）的地址范围：E800H～ EFFFH;6（2）的地址范围：D800H～ DFFFH。110112732:4KB ROM，12根地址线A0～A11，1根片选线 6116:2KB RAM，11根地址线A0～A10，1根片选线 片选端低电平有效 地址范围： 2732（1）的地址范围：7000H～7FFFH;（2）的地址范围: B000H～BFFFH;（1）的地址范围：E800H～EFFFH;6（2）的地址范围：D800H～DFFFH。1101 1 线选法特点优点：电路简单，不需另外增加硬件电路，体积小， 成本低。 缺点：可寻址的器件数目受限，地址空间不连续。 只适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统2. 译码法 常用译码器芯片： 74LS138（3-8译码器）74LS139（双2-4译码器）74LS154（4-16译码器） 全译码：全部高位地址线都参加译码； 部分译码：仅部分高位地址线参加译码。 (1)74LS138（3～8译码器）当译码器的输入为某一个固定编码时，其输出只有某 一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。74LS138译码器真值表输G1 G2A* G2B*入C B A输出Y7* Y6* Y5* Y4* Y3* Y2* Y1* Y0*( 2) 74LS139（双2-4译码器）例: 要扩8片8KB的RAM 6264，如何通过74LS138把64KB空 间分配给各个芯片？采用全地址译码方式，单片机发地址码时，每次只能选 中一个存储单元。同类存储器间不会产生地址重叠的问题。如果用74LS138把64K空间全部划分为每块 4KB，如何划分？4.2.3 MCS-51对外部存储器的扩展下图所示的 8031扩展系统中，外扩了16KB程序存储器（使用两片 2764芯片）和8KB数据存储器（使用一片6264芯片）。采用全地址译码方式， P2.7用于控制2D4译码器的工作，P2.6, P2.5参加译码，且无悬空地址线， 无地址重叠现象。1# 64, 3# 6264的地址范围分别为：0000H～ 1FFFH, 2000H～3FFFH, 4000～5FFFH。4.2.4 程序存储空间和数据存储空间的混合在硬件结构上将 PSEN 信号 和 RD 信号相“与”后连接到 RAM芯片的读选通端，这样就 能使程序存储空间和数据存储空 间混合。如右图所示。将程序装 入6264中，很容易进行读写修改， 执行程序时，由信号选通RAM 读出。调试通过后，再将 RAM6264调换成EPROM2764。4.3 并行I/O口的扩展MCS-51单片机具有四个并行8位I/O口（即P0, P1, P2, P3）， 原理上这四个I/O口均可用做双向并行I/O接口，但在实际应用中， 可提供给用户使用的I/O口只有P1口和部分P3口线及作为数据总线 用的P0口。在单片机的I/O口线不够用的情况下，可以借助外部器 件对I/O口进行扩展。可资选用的器件很多，方案也有多种。4.3.1 概述 4.3.2 普通并行I/O口扩展 4.3.3 可编程并行I/O接口芯片扩展 4.3.4 可编程逻辑器件（PLD）扩展4.3.1概述1. 单片机I/O口扩展方法 并行I/O口扩展的目的：为外围设备提供一个输入输出通道。 （1）并行总线扩展的方法 （2）串行口扩展方法 （3）I/O端口模拟串行方法2. MCS-51单片机扩展并行I/O口的扩展性能 （1）访问扩展I/O口的方法与访问数据存储器完全相同，使用 相同的指令，所有扩展的I/O口与片外数据存储器统一编址。（2）利用串行口扩展法扩展的外部并行I/O口不占用外部RAM 地址空间。（3）利用并行总线扩展的方法扩展外部并行I/O口时，必须注 意P0, P2, P3口的负载问题，若负载能力不够，必须进行总线驱 动能力扩展。 （4）扩展外部并行I/O口对外设的硬件具有依赖性（驱动功率、 电平匹配、干扰抑制、隔离等）。4.3.2普通并行I/O口扩展普通并行I/O口在扩展时，它们的选通端或时钟信号端要与 地址线和控制线的逻辑组合输出端相连。其特点是电路简单、 成本低、配Z灵活方便等特点，应用广泛。 1．扩展并行输出口 （1）用74LS377扩展并行输出口 74LS377是带有输出允许端E 的8D锁存器，硬件电路如右图所示。 程序如下：MOV DPTR, #7FFFH ; 数据指针指向74LS377 MOV A, 60H ; 输出的60H单元数据送累加器A MOVX @DPTR, A ; P0口将数据通过74LS377输出
（2）用74LS374扩展并行输出口 74LS374是具有三态输出的8D边沿触发器，与单片机接口 电路如下图所示，74LS374的地址为7FFFH。 程序如下：MOV DPTR, #7FFFHMOV A, 60H MOVX @DPTR, A2．扩展并行输入口 用单向总线缓冲器74LS244扩展并行输入口 ，硬件电路如 下图所示。74LS244的地址为7FFFH。程序如下：MOV DPTR, #7FFFH ; 数据指针指向74LS244 MOVX A, @DPTR ; 外部数据经过74LS244送入累加器A MOV 61H, A; 数据送61H单元保存4.3.3 可编程并行I/O接口芯片扩展可编程I/O接口芯片的特点：适应多种功能需求，使用灵活， 可扩展多个并行I/O口，可以编程设定为输入或输出口，应用非 常广泛。 1．可编程并行口8255A芯片 （1）8255A的结构和引脚Intel 8255A芯片是通用可编程并行 接口电路，广泛应用于单片机扩展并行 I/O口。它具有3个8位并行口PA, PB和 PC，一个8位的数据口D0～D7 ，PC口 分高4位和低4位。高4位可与PA口合为 一组(A组),低4位可与PB口合为一组(B 组) ，PC口可按位Z位/复位。40条引 脚，DIP封装。 引脚图如右图所示。A组控制 DB 数据 总线内 部 总 线PA7~PA0A口 PC7~PC4 上C口 PC3~PC0 下C口RD o WR o 读/写 A0 控制 A1 逻辑 RESET CS o CPU接口PB7~PB0B组控制 内部逻辑B口外设接口（2）8255A的工作方式8255A芯片的工作方式是通过地址线A1, A0选择端口、通过 读写控制逻辑的组合状态来实现的。其操作状态如下表所示。三种工作方式方式0（基本输入/输出方式）：不需要任何选通信号，适合于 无条件传输数据的设备，数据输出有锁存功能，数据输入有缓 冲（无锁存）功能。 方式1（选通输入/输出方式）：A组包括A口和C口的高四位 （PC7～PC4），A口可由程序设定为输入口或输出口，C口的 高四位则用来作为输入/输出操作的控制和同步信号；B组包括 B口和C口的低四位（PC3～PC0），功能和A组相同。方式2（双向I/O口方式）：仅A口有这种工作方式，B口无此工 作方式。此方式下，A口为8位双向I/O口，C口的PC7～PC3用 来作为输入输出的控制和同步信号。此时，B口可以工作在方 式0或方式1。8255A在不同的工作方式下，各口线的功能如下表所示。STB*：选通输入，是由输入外设送来的输入信号。 IBF：输入缓冲器满，高电平有效。表示数据已送入 8255A的输入锁存器，它由STB*信号的下降沿置 位，由信号的上升沿使其复位 INTR：中断请求信号，高电平有效。由8255A输出， 向单片机发中断请求。 INTE A：A口中断允许，由PC4控制，INTE B：B口中断允许，由PC2控制。A口的方式1输入工作方式见下图。
方式1输出各信号的功能如下： OBF*：输出缓冲器满信号，8255A给外设的联络信号， 外设可以将数据取走。ACK*：外设的响应信号，外设已将数据取走。INTR*：中断请求信号。表示该数据已被外设取走， 请求单片机继续输出下一个数据。 INTE A：中断允许，由PC6控制。 INTE B：中断允许，由PC2控制。B口的方式1输出如图所示：（3）8255A芯片的控制字8255A芯片的初始化编程是通过对控制口写入控制字的方 式实现的 。方式控制字：字控制8255A芯片三个端口的工作方式，特征是 最高位为1。如下图所示。C口的按位Z位/复位控制字：C口具有位操作能力，其每 一位都可以通过软件设Z为Z位或复位。其特征是最高位为0。 格式如下图所示。（4）接口与编程方法 MCS-51单片机外扩8255A芯片的电路原理图如下图所示。 8255A芯片内部已有数据总线驱动器，可以直接与MCS-51单片 机总线相连接（P0口接D0～D7）。8255A的RESET， ，RD WR CS 分别与MCS-51单片机的RESET， ，RD 相连， 接P2.7，单 WR 片机地址线最低2位分别接8255A芯片的A1，A0。PA, PB, PC及 控制寄存器的地址分别是7FFCH, 7FFDH, 7FFEH和7FFFH。[例题]如图上页所示，假设8255A芯片的PA接一组8只状态指示灯，PB接一组8个开关，现须将开关闭合的状态输入到片内60H单元保存，将70H单元 的内容送状态指示灯显示，并Z位PC7引脚，编写相应程序。 解：根据题意，设Z8255A的A口方式0输出，B口方式0输入，C口高四位输 出 ， 则 8255A 的 方 式 字 为 82H （ B ） ， C 口 Z 位 / 复 位 字 为 0FH （B），8255A的方式字及Z位/复位控制字地址为7FFFH。初始化 过程及输入/输出的程序如下：ORG 0000H LJMP START ORG 0030H START : MOV SP , #60H DSP8255: MOV DPTR, #7FFFH ; 数据指针指向8255A控制口 MOV A, #82H MOVX @DPTR, A ; 工作方式字送8255A控制口 MOV A, #0FH MOVX @DPTR, A ; C口Z位/复位字送8255A控制口 MOV DPTR, #7FFDH ; 数据指针指向8255A 的B口 MOVX A, @DPTR MOV 60H, A ; 将B口开关状态送入60H单元 MOV DPTR, #7FFCH ; 数据指针指向8255A 的A口 MOV A, 70H MOVX @DPTR, A ; 70H单元内容A口指示灯显示 RET END2．RAM/IO扩展芯片8155 （1）结构与引脚 8155 芯 片 内 具 有 256B 的 静态RAM，2个8位可编程并行I/O口PA、PB， 1个6位可编程并行I/O口PC， 1个14位计数器。其特 点是接口简单、内部资源丰富、应用广泛。引脚图如右图所示。8155的结构（2）8155芯片的RAM和I/O地址编码8155的I/O端口及RAM地址在单片机应用系统中与外部数 据存储器是统一编址的，其控制操作如左下表所示，对应I/O口 寄存器的地址编码如右下表所示。CE* 0 0IO/M* 1 1A7 × ×A6 × ×A5 × ×A4 × ×A3 × ×A2 0 0A1 0 0A0 0 1所选的端口 命令/状态寄存器 A口0 00 01 11 1× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×0 01 11 10 00 10 1B口 C口计数器低8位 计数器高6位00××××××××RAM单元（3）命令/状态寄存器 8155芯片的命令/状态寄存器物理上只有一个端口地址，对 该端口写操作，命令字被写入命令寄存器；对该端口读操作，则 从状态寄存器读出状态字。8155的命令字格式如下图所示。8155的状态字格式如下图所示。8155有2种工作方式：基本I/O和选通I/O。（4）定时器/计数器8155芯片内有一个14位的减法计数器，可对输入脉冲进行减法计数，它可以在0002H～3FFFH之间选择计数器初值，TIMER IN为定时器时钟输入引脚，TIMER OUT为定时器输出 引脚，可输出方波、脉冲等信号。定时器的计数单元和工作方式由8155内部两个寄存器确定。格式如下图所示。其中，高字节寄存器的最高两位M2, M1用于设定定时器/计数器的工作方式。M2，M1 定义定时/计数器从TIMEROUT输出信号的形式：M2，M1=00 输出单个方波M2，M1=01 输出连续方波 M2，M1=10 输出单个脉冲计数开始单方波宽度约等 计数结束 于初值的一半 常常用作分频器 (自动重装初值)负脉冲宽度约等于 输入TI的时钟周期 常常用作分频器 (自动重装初值)M2，M1=11 输出连续脉冲定时器/计数器的使用（初始化）：① 对(04H)(05H)寄存器装入14位初值和输出信号形式。14位初 值的范围是2―3FFFH。② 启动定时器/计数器。即对命令/状态字寄存器(00H)的最高两 位M2，M1写入“11”。 ③ 如果定时器/计数器在运行中要改换新的时间常数，必须先 装入新的初值，然后再发送一次启动命令，即写入：M2, M1=11 。 注意：8155定时器/计数器的最小初值为2。分频应用时，初值若 为偶数，则输出等占空比方波；若为奇数，则正半周多一个脉冲 周期。（5）接口与编程 8155芯片可以直接与MCS-51单片机连接，不需要任何外加 逻辑电路，扩展一片8155系统可以增加256B片外RAM、22位I/O 口线及一个14位减法计数器，MCS-51与8155芯片的连接电路如 下图所示。上页图中RAM和各端口的地址为： RAM字节地址范围：7E00H～7EFFH；命令/状态寄存器： 7F00H；PA口：7F01H；PB口：7F02H；PC口：7F03H；定时 器低8位寄存器：7F04H；定时器高8位寄存器：7F05H。 [例题] 在上页图中，将单片机片内RAM 40H～4FH单元的内容， 送8155芯片内的00H～0FH单元，并设定8155芯片的工作方式为： A口基本输入方式，B口基本输出方式，C口输入方式，定时器 作为方波发生器，对输入脉冲100分频。 解：程序如下：ORG 0000H LJMP START ORG 0030H START : MOV SP , #60HLP:MOV R0, 40H ; CPU片内RAM 40H单元地址指针送R0 MOV DPTR, #7E00H ; 数据指针指向8155内部RAM单元 MOV A, @R0 ; 数据送累加器A MOVX @DPTR, A ; 数据从累加器A送8155内部RAM单元 INC DPTR ; 指向下一个8155内部RAM单元 INC R0 ; 指向下一个CPU内部RAM单元 CJNE R0, #50H，LP ; 数据未传送完返回 MOV DPTR, #7F04H ; 指向定时器低8位 MOV A, #64H ; 分频系数（64）16=（100）10 MOVX @DPTR, A ; 低8位初值装入 INC DPTR ; 指向定时器高8位 MOV A, #40H ; 设定时器方式为连续方波（40H=B） MOVX @DPTR, A ; 定时器/计数器方式及高6位初值装入 MOV DPTR, #7F00H ; 数据指针指向控制字寄存器 MOV A, #0C2H ; 设定A, B, C口方式 MOVX @DPTR, A ; 启动定时器（0C2H=B） RET END4.4时钟芯片的扩展 时钟芯片概述4.4.14.4.2 DS12C887的结构及工作原理4.4.3 DS12C887与MCS-51的接口4.4.4 DS12C887的应用举例实现实时时钟的方法：（1）软件时钟：由软件计时实现。其特点是硬件开销小、成本 低、外围电路简单、占用CPU的时间、计时精度低、走时误差较大。（2）硬件时钟：由硬件时钟芯片实现，其特点是计时精确，不 占用CPU资源，扩展电路简单。在单片机系统中应用较为广泛。 （3）GPS时钟：由全球卫星定位系统提供。其特点是精度高，成 本高。
4.4.1 时钟芯片概述 1．DS1302 DS1302是美国达拉斯（Dallas）半导体公司推 出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片， 它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时， 且具有闰年补偿功能。采用三线串行数据传输接口与 CPU进行同步通信，内部有一个31B的高速RAM，工 作电压范围为2.5～5.5V。 2. DS12887DS12887是实时日历时钟芯片。
4.4.2DS12C887的结构及工作原理DS12C887是美国Dallas公司生产的实时日历时钟芯片，采 用CMOS技术，与MC146818B和DS1287管脚兼容，特点如下： （1）具有秒、分、时、星期、日、月、年计数功能，有12小时 制和24小时制两种模式。 （2）可实现闰年调整。时间可用二进制数和BCD码表示。 （3）内部有128字节RAM，其数据具有掉电保护功能。 （4）可以选择Motorola和Intel总线时序。通过编程可实现多种 方波输出。 （5）工作电压为4.5～5.5Ｖ，工作电流为7～15mA。在断电情 况下运行十年以上不丢失数据。 （6）功耗低、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠，可广泛 用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。1. DS12C887的基本组成及引脚 组成： 石英晶体振荡器、锂电池、总线接口、控制寄存器A～D、实时时钟、日历时钟、报警时钟、方波电路和用户RAM等。24脚DIP封装，其引 脚如下图所示。 引脚的功能如下： MOT：模式选择（ Motorola模式和Intel模式）。 SQW：方波输出，通过对控制寄存器A编程，有13种方波信号的输出。 AD0～AD7：地址/数据复用总线。 AS：地址锁存。 WR ：写数据控制输入。 RD ：读数据控制输入。 CS ：片选信号输入线。 IRQ ：中断请求输出线。 RESET ：复位输入线。 NC：空引脚。2． DS12C887的状态控制寄存器 DS12C887状态控制寄存器及存储单元功能表如下表所示。（1）状态控制寄存器A（地址为xx0AH） 控制寄存器A控制字的格式如下表所示。其中： UIP位：更新周期标志位。DV0～DV2：芯片内部振荡器RTC控制位。RS3～RS0：周期性中断或可编程方波输出速率选择位。各 种不同的组合可以产生不同的输出。（2）控制寄存器B（地址为xx0BH） 控制寄存器B控制字的格式如下表所示。其中：SET位：更新周期/芯片停止工作选择位。PIE, AIE, UIE位：周期中断、报警中断、更新结束中断允许位。 SQWE位：方波输出允许位。DM位：时标寄存器用十进制BCD码表示或用二进制表示格式选择位。24/12位：24/12小时模式设Z位。 DSE位：夏令时服务位。（3）控制寄存器C（地址为xx0CH） 控制寄存器C控制字的格式如下表所示。 D7 IRQF 其中：IRQF位：中断申请标志位。D6 PFD5 AFD4 UFD3 0D2 0D1 0D0 0PF, AF, UF位：周期中断、报警中断、更新结束中断标志位。以上四个标志位在程序读取状态控制寄存器C的内容后，或者引脚 变有效时（低电平），自动清0。D0～D3位：保留标志位。（4）控制寄存器D（地址为xx0DH） 控制寄存器D控制字的格式如下表所示。D7 VRT D6 0 D5 0 D4 0 D3 0 D2 0 D1 0 D0 0控制寄存器D只有VRT位可用，该位用于指示芯片内锂电 池的工作状态。正常时，VRT=1，锂电池耗尽时，VRT=0， 此时读出的数据无效。该寄存器的其他各位均为厂家保留位， 读出值始终为零，不允许用户向这些位写入数据。3．DS12C887的中断和更新周期 DS12C887处于正常工作状态时，每秒将产生一个更新周期。 更新周期的基本功能为： （1）刷新各个时标寄存器的内容，同时，秒时标寄存器内容 加1，并检查其他时标寄存器内容是否有溢出，如有溢出则相应 的日、月、年进位。 （2）检查时、分、秒报警时标寄存器的内容是否与对应时标 寄存器的内容相符。 避开更新周期内访问时标寄存器的方案： （1）利用更新周期结束发出的中断，提醒CPU将有998ms左 右的时间去获取有效的数据。 （2）利用寄存器A中的UIP位来指示芯片是否处于更新周期。 在UIP位从低变高到244μs后，芯片将开始其更新周期，到UIP位 为低电平时，则利用244μs的间隔时间去读取时标信息。4.4.3DS12C887与MCS-51的接口由于DS12C887片内自带地址锁存器，故AD0～AD7与单片机 的P0口直接相连，将单片机的ALE信号连到DS12C887的AS引脚。 其他的引脚与单片机的连接如下图所示。DS12C887内部存储器 起始地址为7F00H，时间、日历及报警信息分别存储在7F00H～ 7F09H单元中，状态控制寄存器A～D的地址分别为：7F0AH, 7F0BH, 7F0CH, 7F0DH。硬件电路图4.4.4DS12C887的应用举例1．DS12C887的初始化设置（1）禁止芯片内部的更新周期操作（寄存器B中的SET位Z1 ）， （2）初始化时标参数寄存器（00H～09H单元）和状态寄存器A， （3）清除寄存器C中的PF、AF、UF标志位。 （4）判断DS12C887内部锂电池的状态，决定片内的RAM内容是否可用。 （5）状态寄存器B中的SET位Z0，芯片开始计时工作。2．DS12C887的闹钟设置DS12C887共有3个闹钟单元（时、分、秒），DS12C887根据用户对3 个单元设定的初值能够提供两种闹钟报警方式。 （1）每日一次报警。 （2）固定间隔时间报警。3．DS12C887的初始化编程 （见教材）入口T0中断入口DS12C887初始化保护现场T0初始化读DS12C887当前计时 值，更新显示缓冲区显示子程序恢复现场中断返回4.5系统监控芯片的扩展为了提高单片机应用系统的抗干扰性能，可外扩电源监控电路、看门 狗系统监控芯片等。 电源监控电路：利用监控芯片及少量的外围元件组成的各种有效复位电路， 能对电源异常情况进行监控。其特点是监控功能强，可靠性高，外围元件少， 监控电路简单，体积小。 “看门狗（Watchdog）”：在系统设计中通过软件或者硬件方式在一定的 周期内监控单片机或者其他处理器的运行状况，如果在规定的时间内没有收 到来自被监控单片机或者其他处理器的正确触发信号，则“看门狗”会强制 系统复位，以保证系统在受到干扰时仍能够维持正常的工作状态。 软件“看门狗”是利用单片机内部空闲的定时器/计数器实现的，其特点 是无需外加硬件电路，但占用片内定时器/计数器资源。 硬件“看门狗”是指集成在专用芯片或单片机内部的专用电路，该电路 实际上是一种特殊的定时器。 系统监控芯片（也称处理器监控芯片μP ）：可实现实时监控电源电压、看 门狗定时输出、备份电池切换、系统复位等功能。4.5.1概述1. MAX703～708/813/L系列MAX703～708/813/L系列是美国美信（Maxim）公司推出 的低价位微处理器监控芯片，具有看门狗定时器、自动和手动 复位以及电压门限监测等功能。引脚图如下图所示。4.5.2MAX692A的工作原理特点：MAX692A是美国Maxim公司的系统监控芯片产品，具有 后备电池切换、电源失效和电池低电压报警，掉电判断（低于 4.4V将产生复位信号）、“看门狗”监控（定时时间为1.6s ） 等功能。工作电压：1.2V～5.5V，静态电流：200μA，备用电 池方式静态电流：50μA。 1．MAX692A引脚功能 DIP（双列直插式）或者SO （表面贴片）8引脚封装，引脚图 如右图所示。各引脚含义如下： VOUT ： 电 源 输 出 引 脚 ， 在 正 常 情 况 下 ， IOUT=50mA ， VOUT= （ VCC?0.5 ） ～ （ VCC?0.25 ） V 之 间 ； 在 备 用 电 池 模 式 下 ， IOUT=250μA，VOUT=（VBATT?0.5）～（VBATT?0.25）V。 VCC：电源引脚，电压范围1.2～5.5V。GND：地。PFI：电源失效输入。PFO ：电源失效输出，当PFI低于1.25V时，引脚变低，其他情况 为高。WDI：“看门狗”输入。RESET ：复位输出引脚。 VBATT：备用电池电源输入。2．MAX692A工作原理 MAX692A由复位电路、看门狗电路、电压比较和备用电池 切换电路四部分组成。 复位电路：在微处理器上电、掉电及低压供电时，监控器发生复 位脉冲信号。 看门狗电路：定时时间为1.6s。若WDI脚输入一个脉冲，定时器 开始计数，若在1.6s内不能向WDI端输入脉冲，监视器将输出一 个复位信号。 电压比较器：用于低电压检测。电池切换电路：在VBATT端接上电池，MAX692A会在VCC掉电时， 自动切换到电池供电，为RAM提供电源。4.5.3 MAX692A与MCS-51的接口MAX692A自动监控MCS-51微处理器的典型电路如下页图 所示。在电路设计中，应合理选择R1，R2的值，使得+5V电压跌 落到某个电压值（如本设计中的4.5V），PFI的输入电压低于 1.25V，导致 PFO 输出低电平，作为单片机中断的输入信号，使单 片机系统能够进行一些必要的处理（如保存某些重要数据等）。 R1，R2选取的计算方法如下： R1 1.25V 1 ? ? R1 ? R2 4.5V 3.6 可取R1=10k?，R2=26k?。最好选取精度较高的金属膜电 阻。当+5V电压跌落到4.5V时，VR=1.25V，电压如果继续跌落， PFO 便输出低电平，触发 INT0中断。 复位按钮是为手动复位而设Z的，在系统需要人为干预或者 测试时使用。硬件电路图4.5.4MAX692A的编程应用为保证CPU在正常工作时，Watchdog定时器不产生复位信号，必须在 1.6s内改变MAX692A的WDI引脚上输入电平，按照上页图的电路，WDI引 脚的电平变化由MCS-51处理器的P1.0引脚控制，与Watchdog定时器有关的 程序段如下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0050H MAIN: … SETB P1.0 CLR P1.0 … SETB P1.0 CLR P1.0 … SETB P1.0 CLR P1.0 … LJMP MAIN END ; 转至主程序 ; 初始化 ; 在P1.0引脚上输出一个正脉冲，两个正脉冲之间 的时间间隔小于1.6 在P1.0引脚上输出一个正脉冲; 同上，与上个正脉冲间隔时间小于1.6s当MCS-51系统受到干扰而使处理器出现“死机”时，单片 机将不能定期执行上述两条指令，则WDI引脚上也就不能定时 输入脉冲，看门狗定时器会在1.6s后产生一个复位信号，使单片 机复位。程序将会从0000H单元重新开始程序的执行，保证了系 统的正常运转。4.6 总线接口扩展总线种类繁多，可分为局部总线、系统总线和通信总线。通 信总线是系统之间或CPU与外设之间进行通信的一组信号线。通 信总线接口按电气标准及协议来分包括RS-232, RS-422, RS-485, MODEM, USB, IEEE 1394, Internet网络芯片等，它们在不同的 领域得到了广泛的应用。这里主要介绍MCS-51单片机应用系统 中常用的通信总线标准及接口。4.6.1 EIA RS-232C总线标准与接口电路EIA RS-232C是异步串行通信中应用最广泛的标准总线，是 美国EIA（Electronic Industries Association，电子工业联合会） 开发公布的通信协议。适合于数据传输速率在0～20kb/s范围内 的通信，包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定。在微机 通信接口中被广泛采用。1. 电气特性 （1）采取不平衡传输方式，是为点对点（即只用一对收、发设 备）通信而设计的； （2）采用负逻辑。 （3）适用于传送距离不大于15m，速度不高于20kb/s的本地设 备之间通信的场合。 2. 连接器 （1）DB-25连接器 DB-25型连接器的外形及信号线分 配如图右所示。25芯RS-232C接口具有 20mA电流环接口功能，用9, 11, 18, 25 针来实现。（2）DB-9连接器 DB-9连接器只提供异步通信的9个信 号，其外形及信号线分配如图右所示。 DB-25与DB-9型连接器的引脚分配信 号完全不同。 3. RS-232C的接口信号 RS-232C标准接口有25条线，其中常用的有如下几条：DSR：数据装Z准备好； DTR：数据终端准备好； RTS：请求发送； CTS：允许发送；DCD：接收线信号检出； RI：振铃指示； TXD：发送数据； RXD：接收数据；SGND、PGND：地线，SGND（信号地）、PGND（保护地）。4．电平转换RS-232C采用负逻辑，为了能够同计算机接口或终端的 TTL器件连接，必须在RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻 辑关系的变换。常用的转换器件有MC1488, SN75150（TTL电 平到EIA电平的转换），MC1489, SN75154（ EIA电平到TTL 电平的转换），MAX232（完成TTL到EIA的双向电平转换）。MAX232芯片是Maxim公司 生产的低功耗、单电源、双RS232发送/接收器，可实现TTL到 EIA的双向电平转换。其引脚排 列如下图所示。5. EIA RS-232C与单片机系统的接口RS-232C与单片机系统的接口电路如下图所示。MAX232外围的 4个电解电容Cl, C2, C3, C4，是内部电源转换所需电容，其取值均为 1?F/25V ， C5 为 0.1?F 的 去 耦 电 容 。 MAX232 的 引 脚 T1IN, T2IN, R1OUT, R2OUT为接TTL/CMOS电平的引脚，引脚T1OUT, T2OUT, R1IN, R2IN为接RS-232C电平的引脚。 所以，T1IN, T2IN引脚应 与 MCS-51 的 串 行 发 送 引 脚 TXD 相 连 接 。 R1OUT, R2OUT应与MCS-51的串行接 收引脚RXD相连接。T1OUT, T2OUT应与PC机的接收端RD 相连接。R1IN, R2IN应与PC 的发送端TD相连接。硬件电路图4.6.2 RS-422/RS-485总线标准与接口电路采用RS-232C标准进行通信，负载能力差，通信范围小，传 送距离不超过15m，难以满足远距离的数据传输和控制。当测量 与控制系统中需要长距离数据传输时，广泛采用的是RS-485总线 标准。 1. RS-422串行总线标准 RS-422由RS-232发展而来，是一种单机发送、多机接收的 单向、平衡的通信总线标准。传输速率可达10Mb/s，传输距离 延长到1220m（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上 最多连接10个接收器。 2. RS-485串行总线标准 EIA在RS-422的基础上制定了RS-485标准，增加了多点、 双向通信能力。RS-485总线标准采用平衡发送和差分接收，能检 测低至200mV的电压，具有抑制共模干扰的能力，数据传输可达 千米以上。3. 平衡传输 RS-422, RS-485的数据信号采用差分传输方式，也称做平 衡传输，它使用一对双绞线，将其中一条线定义为A，另一条线 定义为B。 接收器与发送端的规定相同，收、发端通过平衡双绞线将 AA与BB对应相连，当在接收端AB之间有大于＋200mV的电平 时，输出逻辑1，小于?200mV时，输出逻辑0。接收器接收平衡 线上的电平范围通常在200mV至6V之间。 4. RS-485串行总线的特点 机械特性：采用RS-232/RS-485转换器（如ADAM4520）将PC 串行口RS-232信号转换成RS-485信号，或接入TTL/RS-485转换 器（如MAX485），将I/O接口芯片TTL电平信号转换成RS-485 信号，进行远距离高速双向串行通信。电气特性：RS-485标准采用正逻辑，＋1.5V～＋6V表示“1”，?6V～?1.5V表示“0”，二线双端半双工差分电平发送与接收，传输距离 1.2km，最高数据传输速率可达10Mb/s，抗干扰能力较强。 功能与规程特性： 网络媒体采用双绞线、同轴电缆或光纤，安装简 易，电缆数量、连接器、中继器、滤波器使用数量较少（每个中继器 可延长线路1.2km），网络成本低廉。 数据帧格式：一般以异步通信为基础，相应的帧格式如下：帧起始地址域控制域帧长度数据帧校验节点数：节点数是指每个RS-485接口芯片的驱动器能驱动多少个标准RS-485负载，其范围为：32～256个。 通信方式：半双工、全双工两种通信方式。如下页图所示。
5. 终端匹配RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。但 在短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配。一般终端匹配采用 终接电阻方法，RS-422在总线电缆的远端并接电阻，RS-485则应 在总线电缆的开始和末端都需并接终接电阻。终接电阻一般在 RS-422网络中取100?，在RS-485网络中取120?。相当于电缆特 性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～ 120?。电阻匹配的方法简单有效，其缺点是要消耗较大功率。 6．RS-485与单片机系统的接口 单 片 机 与 RS-485 总 线 标 准 之 间必须进行转换，常用的转换芯片 有MAX485, SN5176等。MAX485 芯片是MAXIM公司的电平转换芯 片，其引脚如右图所示。各引脚含义如下：RO：接收器输出端。若A端高于B端200mV以上，RO为高；否则 RO为低。RE ：接收器输出使能端。为低时，RO有效，否则RO为高阻态。 DE：驱动器输出使能端。若DE为高，驱动输出A和B有效，器件 作为线驱动器用（发送）；若DE为低，它们呈高阻态，这时 RE 为 低，器件作接收器用（接收）。DI：驱动器输入。DI为低，将迫使输出为低，若DI为高，将迫使 输出为高。 B：反相接收器输入和反相驱动器输出。 A：同相接收器输入和同相驱动器输出。 GND：接地。 VCC：电源正极。MAX485与单片机系统连接如下图所示。RO与DI是标准的 TTL电平，与MCS-51系统的TXD和RXD直接连接即可。由于 RS-485总线工作于半双工状态，P1.0引脚用于控制MAX485是 工作于收数据状态，还是工作于发数据状态，为低时是收数据。 A, B端为RS-485总线的数据传输线路。硬件电路图4.6.3 I2C总线标准与接口电路I2C总线（Inter Integrated Circuit Bus）：是Philips公司推出的串行总线标准（为二线制）。总线上扩展的外围器件及外设接口通过总线寻址， 是具备总线仲裁和高低速设备同步等功能的高性能多主机总线。1. I2C总线工作原理 组成： 串行数据线SDA和串行时钟线SCL构成的，可发送和接 收数据。 要求： 所有挂接在I2C总线上的器件和接口电路都应具有I2C总线接口，且所有的SDA/SCL同名端相连。总线上所有器件要依靠SDA发送的地址信号寻 址，不需要片选线。特点：组成系统结构简单，占用空间小，无需专门的母板和插座，芯片管脚的数量少，无需片选信号，价格低。允许若干兼容器件共享总线，应用比 较广泛。总线的长度可达7.6m，传送速度可达400kbps，标准速率为100kbps。 支持多个组件。支持多主控器件（某时刻只能有一个主控器件）。I2C总线 上所有设备的SDA, SCL引脚必须外接上拉电阻。2.I2C总线系统结构一个典型的I2C总线结构如下图所示。系统中所有的器件均有I2C 总线接口，所有器件通过两根线SDA（串行数据线）和SCL（串行时 钟线）连接到I2C总线上，并通过寻址识别。 I2C总线中的器件既可以作为主控器，也可以作为被控器，系统 中每个器件均具有惟一的地址，各器件之间通过寻址确定数据交换方。 任何时刻总线只能有一个主控制器，数据的传输只能在主、从器件间 进行。6. 单片机的I2C总线接口 如果单片机自带I2C总线接口，则所有I2C器件对应连接到该 总线上即可；若无I2C总线接口，则可以使用I/O口模拟I2C总线。 使用单片机I/O口模拟I2C总线时，硬件连接非常简单，只需 两条I/O口线即可，在软件中分别定义成SCL和SDA。MCS-51单 片机实现I2C总线接口电路如下图所示。 电路中单片机的P1.0引脚作 为串行时钟线SCL，P1.1引脚作 为串行数据线SDA，通过程序模 拟I2C串行总线的通信方式。I2C 总线适用于通信速度要求不高而 体积要求较高的应用系统。 硬件电路图7. I2C总线的典型应用 X24C04是Xicor公司的CMOS 4096位串行E2PROM，内部组织为512×8位。16字节页面写，采用I2C总线结构。与MCS51单片机接口如下图所示。上拉电阻R1，R2的选择可参考 X24C04的手册。硬件电路图8051通过I2C总线接口对X24C04进行单字节写操作。 子程序如下：ORG 1000H BSEND: MOV R2, #08H SENDA: CLR P3.2 RLC A MOV P3.3, C SETB P3.2 DJNZ R2, SENDA CLR P3.2 SETB P3.3 SETB P3.2 RET END ; 1字节8位 ; SCLZ低 ; 左移一位 ; 写一位 ; SCLZ高 ; 写完8个字节？ ; 应答信号 ; SDAZ高 ; SCLZ高4.6.4其他常用总线标准1. 通用串行总线USB通用串行总线USB（Universal Serial Bus）是在1994年底由康柏、IBM、 Microsoft等多家公司联合制定的。其特点是数据传输速率高（达480Mbps ）、 传输可靠、传输距离不大于5米，可通过菊花链的形式同时挂接多个（可达 127个）USB设备，能为设备供电，可提供100mA～500mA的电流，支持热 插拔，具有实时性、联合性、多能性。USB接口主要应用于计算机周边外部 设备，如电话、MODEM、键盘、U盘、光驱、摇杆、磁带机、软驱、扫描 仪、打印机、数码相机/摄相机等。2. MODEM （Modulator Demodulator，调制解调器）通信原理：MODEM可实现数字信号到模拟信号及模拟信号到数字信号的转 换。来自发送端的数字信号被MODEM转换成模拟音频信号，利用公共电话 网传输到接收端的MODEM上。在接收端接收到的模拟音频信号被MODEM 转换为相应的数字信号，传送到接收数据终端。 通信系统操作模式：全双工模式和半双工模式。 适用于较远距离利用电话线或电力线进行远程数据传输的场合。3．单总线单总线（1-Wire）是Dallas公司推出的外围串行扩展总线，它只有一根 数据输出线DQ，总线上所有器件都挂在DQ上。适用于单主机系统，能够控 制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单总线器件，它 们之间的数据交换只通过一条信号线。4．串行外设总线SPISPI（Serial Peripheral Interface）是Motorola公司推出的串行外设总线。 由时钟线SCK、数据线MOSI（主发从收）和MISO（主收从发）组成。单 片机与外围扩展器件在时钟线SCK、数据线MOSI, MSIO上都是同名端相连。 带SPI接口的外围器件都有片选端。其特点是数据传送速度较高（可达1.05 Mbps ），硬件扩展比较简单，软件实现方便。5. 高性能的串行总线标准IEEE 1394IEEE 1394串行总线标准适合视频数据传输，支持外设热插拔、同步数 据传输，同时可为外设提供电源。Apple公司称之为火线（Fire Wire）， Sony公司称之为i.Link，Texas Instruments公司称之为Lynx。目前主要用于 计算机及外围设备。 其特点是高速（可达400Mbps ）、实时，它无需集线器，每个总线最多 可 以 支 持 63 个 设 备 ， 有 1023 个 总 线 进 行 互 连 。 它 是 一 个 对 等 标 准 。 IEEE1394标准定义了两种总线模式（ Backplane和Cable模式 ）。作业：4.7 4.9 4.16
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