單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

9.1單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程9.2單片機系統(tǒng)的可靠性技術(shù)9.3單片機系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用舉例9.4單片機串行擴展單元介紹9.1單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程

9.1.1單片機典型應(yīng)用系統(tǒng)

9.1.2單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程9.2單片機系統(tǒng)的可靠性技術(shù)9.3單片機系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用舉例9.4單片機串行擴展單元介紹第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

一個完整的單片機應(yīng)用系統(tǒng)由單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)、前向通道、后向通道、人機交互通道與計算機相互通道組成。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

單片機最小系統(tǒng)

8031最小應(yīng)用系統(tǒng)（外擴ROM）最小應(yīng)用系統(tǒng)——具有最簡單配置的單片機系統(tǒng)第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

8051和8751最小應(yīng)用系統(tǒng)第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

是單片機實現(xiàn)外部信息的輸入的通道，主要是數(shù)據(jù)采集單元、信號調(diào)理單元等前向通道

第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

是單片機實現(xiàn)外部信息的輸出通道，主要有DA轉(zhuǎn)換電路、輸出驅(qū)動電路等。后向通道

第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

為對應(yīng)用系統(tǒng)進行干預(yù)或了解系統(tǒng)運行狀態(tài)所設(shè)置的交互通道。主要有鍵盤、顯示器等接口電路。人機對話通道

第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

是解決計算機系統(tǒng)之間信息交換目的而建立的數(shù)據(jù)傳輸通道，主要為串行口方式。相互通道

第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

9.1單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程

9.1單片機典型應(yīng)用系統(tǒng)

9.2單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程

9.2單片機系統(tǒng)的可靠性技術(shù)9.3單片機系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用舉例9.4單片機串行擴展單元介紹第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

對于一個實際的課題和項目，從任務(wù)的提出到系統(tǒng)的選型、確定、研制直至投入運行要經(jīng)過一系列的過程。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

單片機本身無開發(fā)能力，必須借助開發(fā)工具開發(fā)應(yīng)用軟件。獨立型仿真結(jié)構(gòu)，配備有EPROM讀出/寫入器、仿真插頭和其它外設(shè)，通過USB接口與計算機相連。方法1：通用型單片機開發(fā)系統(tǒng)

第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

方法2：軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)

基于Proteus（Keil）仿真軟件的設(shè)計與開發(fā)工具第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

9.1單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程9.2單片機系統(tǒng)的可靠性技術(shù)9.3單片機系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用舉例9.4單片機串行擴展單元介紹第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

智能儀器是一種依靠嵌入式計算機技術(shù)發(fā)展的新型電子測控單元，其基本功能是根據(jù)傳感器的實時信號和儀器設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)進行測量與控制。智能儀器的一種典型形式第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

智能儀器結(jié)構(gòu)：儀器面板(機箱)+線路板+接線端子。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

儀器面板：4～6位數(shù)碼管顯示器、3～5只薄膜按鍵和若干只LED狀態(tài)指示燈組成。智能儀器通常都不采用0～9數(shù)字按鍵方案，而是通過【增大】和【減小】兩只功能鍵，與【設(shè)置/切換】和【確認(rèn)】等鍵配合，實現(xiàn)對智能儀器內(nèi)置參數(shù)的設(shè)定與輸出控制功能。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

本例的總體設(shè)計目標(biāo)：實現(xiàn)1路電壓信號實時測量/顯示/報警輸出功能。輸入信號電壓：0～5VDCAD轉(zhuǎn)換分辨率：8bit顯示信息：1位參數(shù)字符+3位十進制采樣值。控制參數(shù)：下限報警值（L）和上限報警值（H）。基本功能：當(dāng)采樣值大于H時，高位報警；當(dāng)采樣值小于L時，低位報警；當(dāng)采樣值介于L和H之間時，無報警。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

參數(shù)設(shè)置與按鍵控制功能：0#鍵——進入或退出參數(shù)設(shè)置狀態(tài)鍵?？上群笳{(diào)出H和L兩個參數(shù)當(dāng)前值；當(dāng)一輪循環(huán)完成后可退出參數(shù)設(shè)置狀態(tài)；1#鍵——參數(shù)設(shè)置確認(rèn)鍵?？杀４娈?dāng)前參數(shù)值，并轉(zhuǎn)入等待下一參數(shù)確認(rèn)狀態(tài)；當(dāng)兩個參數(shù)都輪回后可退出參數(shù)設(shè)置狀態(tài)；2#和3#鍵——增、減鍵，可對當(dāng)前參數(shù)值加減10計算，并更新顯示；若結(jié)果值超出0-255范圍后可自動循環(huán)處理。要求：只有壓下并隨后抬起某鍵時才能認(rèn)定為按鍵過程有效（防止連擊）；只有在參數(shù)設(shè)置狀態(tài)下才對1-3#鍵的動作有響應(yīng)；在按鍵未抬起或在參數(shù)設(shè)置狀態(tài)未退出期間不能影響對數(shù)據(jù)采集和控制過程——并行結(jié)構(gòu)。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

動態(tài)顯示器四聯(lián)共陰極數(shù)碼管，段碼通過鎖存器74LS245驅(qū)動后接于P0口，位碼則由4只PNP三極管驅(qū)動后接于P2.0～P2.3口。硬件設(shè)計部分第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

AD轉(zhuǎn)換器采用逐次比較方式的芯片ADC0809，其并行數(shù)據(jù)輸出端直接連接于P2口，四個控制端CLOCK、START、EOC和OE分別接于P2.4～P2.7。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

串口鍵盤四只按鍵通過串行輸入并行輸出移位寄存器74LS164與單片機接口。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

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完整電路原理圖程序由兩個主要的功能模塊組成——控制模塊（control.c）和菜單模塊（menu.c）?？刂颇K建立在A/D轉(zhuǎn)換和LED顯示的基礎(chǔ)上，菜單模塊建立在按鍵檢測和LED顯示的基礎(chǔ)上，而按鍵檢測又建立在串口輸出的基礎(chǔ)上。

軟件設(shè)計部分第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

隨時都能進入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)，且不能影響數(shù)據(jù)采集和控制輸出（即使在按鍵未抬起或在參數(shù)設(shè)置狀態(tài)未退出期間。關(guān)鍵問題是如何使控制模塊和菜單“同時”運行voidmain(){

…

while(1){ menu_thread(); control_thread();

}}交替調(diào)用兩個線程函數(shù)：只有在菜單線程被調(diào)用時，菜單里的參數(shù)項才會在顯示器上刷新，而用戶通過鍵盤對菜單的操作才能夠得到程序的響應(yīng)和處理。只有控制線程被調(diào)用時，才會進行A/D采樣并刷新顯示器上的內(nèi)容，控制報警器的動作。

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main.c中包含兩個主模塊：控制線程的代碼框架結(jié)構(gòu)：‘‘‘‘第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

【分析】一般來講control_thread()被調(diào)用執(zhí)行時間不會很長，但從用戶調(diào)用menu_thread()修改若干參數(shù)直至退出的過程一定會持續(xù)較長的時間。如果menu_thread()函數(shù)設(shè)計成要等到菜單關(guān)閉才返回，那么采樣和控制的過程一定會受到嚴(yán)重的干擾。減小菜單函數(shù)占用時間的關(guān)鍵在于隨時“記住”其當(dāng)前工作狀態(tài)，并及時退出菜單函數(shù),而再次進入菜單函數(shù)時則應(yīng)接著前次的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。voidmain(){

……

while(1){

menu_thread();

ontrol_thread();

}}第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

【要點】——采用兩個記錄菜單狀態(tài)的變量：_menu_status表示菜單當(dāng)前狀態(tài)，其值分別為：

MENU_ON（菜單處于進行狀態(tài)）

MENU_OFF（菜單處于關(guān)閉狀態(tài)）_menu_idx表示當(dāng)前處理的是哪個參數(shù)，其值為0～MENU_NUM。由于是靠記憶菜單狀態(tài)而不再靠等待，故無論參數(shù)設(shè)置進行到什么階段，也無論是否有鍵被按下，菜單函數(shù)都可以盡快結(jié)束，待下次進入時按前次退出時的狀態(tài)繼續(xù)進行。①如何記住菜單模塊的運行狀態(tài)第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

菜單線程的代碼主要框架：

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menu_thread()里會調(diào)用get_key()以獲得被按下的鍵值。為滿足menu_thread()每次執(zhí)行的時間都不能很長這一要求，無論是否有鍵被按下，也無論用戶是否按下這個鍵不抬起，函數(shù)get_key()都必須既能檢測到按鍵，又能在很短的時間里返回。減小get_key()函數(shù)占用時間的關(guān)鍵在于隨時“記住”其當(dāng)前工作狀態(tài)，并及時退出get_key()函數(shù)。而再次進入get_key()函數(shù)時則應(yīng)接著前次的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

【要點】采用記錄按鍵檢測狀態(tài)的變量_key_status，其值分別為：

CHECK_KEY_DOWN（壓下檢測任務(wù)）

CHECK_KEY_UP（抬起檢測任務(wù)）每個按鍵的狀態(tài)由按鍵狀態(tài)檢測函數(shù)_check_key(key_idx)進行判斷，其值分別為：

KEY_DOWN（壓下）

KEY_UP（抬起）②如何記住按鍵檢測模塊的運行狀態(tài)第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

基本思路：只有當(dāng)某個按鍵先壓下后抬起時，該按鍵才為當(dāng)前有效鍵，輸出鍵值0～3，否則輸出-1。按鍵處理程序

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按鍵檢測原理：1、低電平送Q7端，同時高電平送到Q6,Q5和Q4。2、檢測P36是否為低電平。如果是，表示第1個按鍵被按下，否則沒按下。3、以下依次類推，直至按鍵掃描結(jié)束。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

按鍵狀態(tài)檢測函數(shù)

待查按鍵_key_idx的鍵碼需通過一個串口輸出函數(shù)serial()送出第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

整個項目由7個程序文件所組成：六個C語言文件，一個匯編語言文件。

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實際運行效果第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

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9.1單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程9.2單片機系統(tǒng)的可靠性技術(shù)9.3單片機系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用舉例9.4單片機串行擴展單元介紹9.4.1串行AD轉(zhuǎn)換芯片MAX124X及應(yīng)用9.4.2串行DA轉(zhuǎn)換芯片LTC145X及應(yīng)用9.4.3串行E2PROM存儲器AT24CXX及應(yīng)用9.4.4字符型液晶顯示模塊LM1602及應(yīng)用9.4.5串行日歷時鐘芯片DS1302及應(yīng)用串行擴展單元具有體積小、占用單片機引腳少、性能和功能全面等特點，是外圍接口器件的發(fā)展方向。通過引入幾種常用的串口擴展單元以及字符型液晶顯示器模塊，并介紹其工作原理、接口電路和編程方法，可為學(xué)有余力的讀者或大學(xué)生科技創(chuàng)新活動提供一些實用性較強的應(yīng)用方案。在此基礎(chǔ)上進行靈活組合，即可開發(fā)出各種有實用價值的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。該節(jié)可根據(jù)讀者需要作為選修或自學(xué)內(nèi)容安排。本次新增的接口器件都是可在Proteus平臺上仿真運行的，因而不僅有助于讀者學(xué)習(xí)掌握，也為讀者的應(yīng)用開發(fā)打下了堅實基礎(chǔ)。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

9.1單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程9.2單片機系統(tǒng)的可靠性技術(shù)9.3單片機系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用舉例9.4單片機串行擴展單元介紹9.4.1串行AD轉(zhuǎn)換芯片MAX124X及應(yīng)用9.4.2串行DA轉(zhuǎn)換芯片LTC145X及應(yīng)用9.4.3串行E2PROM存儲器AT24CXX及應(yīng)用9.4.4字符型液晶顯示模塊LM1602及應(yīng)用9.4.5串行日歷時鐘芯片DS1302及應(yīng)用第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

1、原理簡介MAX124X是美國MaximIntegratedProducts公司的一種單通道12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，包含兩種具體型號，即MAX1240和MAX1241。手冊其基本特性這款芯片具有低功耗（3mW）、高精度（12位）、寬電壓（2.7～5.25V）、體積?。?引腳）和接口簡單（3線）等優(yōu)點。外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

待檢測模擬信號經(jīng)由AIN送到12位逐次逼近型（SAR）AD轉(zhuǎn)換器中；

在邏輯控制單元、內(nèi)部時鐘單元和參考電壓的作用下進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，結(jié)果經(jīng)輸出移位寄存器轉(zhuǎn)為串行數(shù)據(jù)經(jīng)由DOUT輸出；/SHDN是關(guān)斷控制（引腳3），低電平時可使AD轉(zhuǎn)換器處于休眠狀態(tài)以減少功耗；

串行輸出過程中，SCLK負(fù)責(zé)提供移位時鐘脈沖，/CS提供低電平使能信號。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

工作時序

一次完整AD轉(zhuǎn)換過程的時序如下：先使片選信號/CS拉低，同時保持時鐘端SCLK為低電平，本輪AD轉(zhuǎn)換即可啟動；AD轉(zhuǎn)換完成后，數(shù)據(jù)輸出端DOUT將由低電平自動翻轉(zhuǎn)為高電平；在SCLK端送入移位時鐘脈沖，下降沿時位數(shù)據(jù)出現(xiàn)在DOUT端（高位在先）；連續(xù)送入13個移位脈沖后本輪AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出完畢；使片選信號/CS拉高，為下一輪模數(shù)轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備?！緦嵗?】利用MAX1241芯片設(shè)計一個單片機AD轉(zhuǎn)換器，將電位器的5V可調(diào)電壓轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)字量并動態(tài)顯示在四聯(lián)共陰極數(shù)碼管上。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

【解】MAX1241的DOUT、SCLK、/CS三個引腳分別與80C51單片機的P1.0、P1.1和P1.2相連。由于不考慮節(jié)能問題，/SHDN引腳直接接高電平。四聯(lián)共陰極數(shù)碼管的接線可參考圖9.9，原理不再贅述。編程分析：為簡單起見本例采用查詢法，AD轉(zhuǎn)換函數(shù)如下：unsignedintad(){ //AD轉(zhuǎn)換函數(shù) unsignedintresult=0; unsignedchari=0; lcs=0; //仿照轉(zhuǎn)換時序開始AD轉(zhuǎn)換 while(dout==0); //等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 for(;i<12;i++){ //串行方式輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果 sclk=1; //形成移位脈沖 delay(); sclk=0; result<<=1; //轉(zhuǎn)換結(jié)果拼裝到變量result中 result|=dout; } sclk=1; //發(fā)出第13個移位脈沖 delay(); sclk=0; lcs=1; //結(jié)束AD轉(zhuǎn)換 returnresult; //返回轉(zhuǎn)換結(jié)果}第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

在查詢DOUT引腳電平得知轉(zhuǎn)換結(jié)束后，用軟件方式使P1.1引腳連續(xù)輸出13個移位時鐘脈沖，期間利用result|=dout;語句將位數(shù)據(jù)拼裝成并行數(shù)據(jù)。實例1的完整程序第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

仿真運行結(jié)果第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

MAX1241僅占用3只51單片機引腳，而采樣分辨率卻較之先前介紹的ADC0809大大提高（滿度計量值由255提高到4095），因而利用該款A(yù)DC可以滿足多數(shù)工況的數(shù)據(jù)采集精度要求。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

9.1單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程9.2單片機系統(tǒng)的可靠性技術(shù)9.3單片機系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用舉例9.4單片機串行擴展單元介紹9.4.1串行AD轉(zhuǎn)換芯片MAX124X及應(yīng)用9.4.2串行DA轉(zhuǎn)換芯片LTC145X及應(yīng)用9.4.3串行E2PROM存儲器AT24CXX及應(yīng)用9.4.4字符型液晶顯示模塊LM1602及應(yīng)用9.4.5串行日歷時鐘芯片DS1302及應(yīng)用TC145X是美國LINEAR公司的一種單通道12位串行D/A轉(zhuǎn)換器，包含三種具體型號，即LTC1451/LTC1452/LTC1453L。產(chǎn)品手冊其基本特性：第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

特點：低功耗（400uA）、高精度（12位）、寬電壓（2.7~5.25V）、體積?。?引腳）、接口簡單（3線）和Rail-to-Rail（軌至軌）特性（其內(nèi)部運算放大器的最大輸出電壓可以達到電源電壓Vcc）。外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

該芯片由12位移位寄存器、DAC寄存器、DA轉(zhuǎn)換器和運算放大器組成。串行輸入信號在CLK移位時鐘脈沖和/CS/LD片選信號的配合下由DIN送入移位寄存器中，同時也經(jīng)由DOUT作為級聯(lián)輸出。待12位串行數(shù)據(jù)到齊后，以并行方式通過DAC寄存器進入DA轉(zhuǎn)換器。DA轉(zhuǎn)換形成的電流信號再經(jīng)運算放大器變換為電壓信號由VOUT輸出。工作時序第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

一次完整DA轉(zhuǎn)換過程的時序如下：使/CS/LD信號拉低；DIN端出現(xiàn)1bit數(shù)據(jù)（高位在先）；CLK端發(fā)1正脈沖，上升沿時將數(shù)據(jù)寫入移位寄存器；上兩步重復(fù)12次，可將12位數(shù)據(jù)串入LTC145X；DA轉(zhuǎn)換后使/CS/LD信號拉高，為下一輪轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備?！緦嵗?】利用LTC1451芯片設(shè)計一個單片機DA轉(zhuǎn)換器，使其具有負(fù)半周正弦波信號發(fā)生功能，并通過虛擬示波器檢查波形效果。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

編程分析：先使/CS/LD引腳發(fā)一個正脈沖，然后依次在CLK和DIN引腳上發(fā)送12個移位脈沖和位數(shù)據(jù)，此后再由/CS/LD發(fā)一個正脈沖，本輪DA轉(zhuǎn)換便完成了。程序中語句din=(v>>i)&0x01的作用是將并行數(shù)據(jù)分解成位數(shù)據(jù)，即先將有效位數(shù)據(jù)右移至字節(jié)最低位，然后將除了最低位之外的所有高位清零（整個字節(jié)的值非0即1），結(jié)果賦值給位變量din，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的并串轉(zhuǎn)換。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

實例2的完整程序：第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

實例2的程序運行效果第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

理論上12位DAC的轉(zhuǎn)換精度是8位DAC的16倍，因而由虛擬示波器觀察到的電壓輸出波形較之先前介紹的DAC0832平滑很多。此款DAC實現(xiàn)的高精度DA轉(zhuǎn)換已在過程控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

9.1單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程9.2單片機系統(tǒng)的可靠性技術(shù)9.3單片機系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用舉例9.4單片機串行擴展單元介紹9.4.1串行AD轉(zhuǎn)換芯片MAX124X及應(yīng)用9.4.2串行DA轉(zhuǎn)換芯片LTC145X及應(yīng)用9.4.3串行E2PROM存儲器AT24CXX及應(yīng)用9.4.4字符型液晶顯示模塊LM1602及應(yīng)用9.4.5串行日歷時鐘芯片DS1302及應(yīng)用E2PROM指的是“電可擦除可編程只讀存儲器”，即“ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory”。其特點是存儲器中的數(shù)據(jù)信息在失電情況下不會丟失，且存儲內(nèi)容可用電信號擦寫（早期產(chǎn)品需用紫外線擦除，專用編程電壓寫入）。E2PROM還不能取代普通RAM，原因是其工藝復(fù)雜，耗費的門電路過多，且有效重編程次數(shù)也相對較低。根據(jù)數(shù)據(jù)總線的不同E2PROM分為串行和并行兩種形式。串行E2PROM按總線形式又分為三種，即I2C總線、Microwire總線及SPI總線，本節(jié)以美國ATMEL公司I2C總線系列中的AT24CXX為例介紹其原理與應(yīng)用。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

AT24CXX的基本特性第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

這款芯片具有寬電壓（1.8~5.5V）、接口簡單（2線）、體積?。?引腳）和可靠性高（可存儲100年）等優(yōu)點。外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

該芯片主要由片內(nèi)控制單元（啟動停止邏輯、串行控制邏輯、器件地址比較器、數(shù)據(jù)地址/計數(shù)器）和EEPROM陣列等組成。串行輸入信號SDA在同步脈沖信號SCL和WP寫保護信號的配合下，通過片內(nèi)控制單元進行EEPROM指定單元的讀寫操作；片內(nèi)升壓單元可提供編程高電壓（因而系統(tǒng)只用單電源即可）；AT24CXX的芯片地址由A0~A2三個引腳的電平狀態(tài)決定（接Vcc或接地）；寫保護信號WP為1時可使整個存儲區(qū)變?yōu)橹豢勺x取。AT24CXX對外通信采用I2C總線。I2C總線是Philips公司開發(fā)的兩線制串行通訊接口，是InterIntegratedCircuitBus的縮寫，即“內(nèi)部集成電路總線”。所有器件通過SDA和SCL兩根線連接到I2C總線上，典型總線結(jié)構(gòu)：第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

在I2C總線協(xié)議中，允許總線上掛接多個從器件（如存儲器），每個從器件均有惟一“從片地址”。采用總線仲裁方式后，可允許同時存在多個主器件（如微控制器），不過在單片機系統(tǒng)中多為“一主多從”結(jié)構(gòu)。I2C總線通信時序第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

通信時序由多個邏輯環(huán)節(jié)組成：主器件啟動了

I2C總線后，所有從器件均處于接收狀態(tài)，接收主器件發(fā)送來的尋址信息SLA（ServiceLevelAgreement），并與自身的“從片地址”比較：如果相符，則通過SDA引腳回送低電平的“應(yīng)答信號”；反之，不做任何響應(yīng)。尋址信息SLA的字節(jié)組成第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

圖中D3～D0是器件類型識別符的編碼，用戶無權(quán)更改。對于AT24CXX，其值均為1010B；A2～A0是用戶設(shè)計的從器件片選地址；由器件類型識別符和器件片選地址組成的7位地址最多可區(qū)分128個從器件；R/W是控制數(shù)據(jù)傳輸方向的讀寫標(biāo)志位。若主器件和從器件都是I2C總線接口設(shè)備，通信時序中的邏輯環(huán)節(jié)可以由內(nèi)置硬件自動完成。對于無I2C總線接口的主器件如51單片機，為使其能與AT24CXX通信，可以利用兩條I/O口線通過軟件方法模擬I2C總線時序。多片AT24CXX與80C51的模擬I2C總線接口關(guān)系。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

三塊AT24CXX芯片的SLA分別為：1010000xB（AT24C01A），101001xxB（AT24C04）和10101xxxB（AT24C08），圖中接線標(biāo)注為NC的代表懸空，電平可為任意值。I2C總線端口輸出為開漏結(jié)構(gòu)，總線上必須有外接上拉電阻，其值可選5～10K（P1~P3口已有內(nèi)置上拉電阻可以不再外接）?！緦嵗?】在第4章實例5的基礎(chǔ)上增加1只掉電存儲器AT24C01C電路，通過編程使其具有掉電鎖存按鍵次數(shù)的功能，即每次開機的計數(shù)初值均為前次退出程序時的最終值（首次運行時初值為0）。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

【解】根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊，AT24C01C是1k位器件，其容量為128字節(jié)8。圖中器件的從片地址為1010000B；SCL和SDA引腳接在P3.0和P3.1端口；WP引腳接地（可讀寫狀態(tài)）。編程分析：由于80C51沒有I2C接口故只能采用I/O口模擬方法才能與AT24C01C通信，為此需要根據(jù)I2C總線時序編寫若干個子程序，主要包括：啟動子程序,STR_24C021終止子程序,STOP_24C021寫單字節(jié)數(shù)據(jù)子程序,WBYTE_24C021讀單字節(jié)數(shù)據(jù)子程序,RDBYTE_24C021寫N字節(jié)數(shù)據(jù)子程序,_WRITE_E2PROM讀N字節(jié)數(shù)據(jù)子程序，_READ_E2PROM第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

為提高讀寫速度，本例采用匯編方法進行編程，所有子程序都存放在名為e2prom.asm的匯編文件中。聲明兩個讀、寫N字節(jié)函數(shù)：voidread_e2prom(unsignedcharrom_addr,unsignedcharram_addr,unsignedcharsize);//讀函數(shù)voidwrite_e2prom(unsignedcharrom_addr,unsignedcharram_addr,unsignedcharsize);//寫函數(shù)上述讀、寫N字節(jié)函數(shù)分別與讀、寫N字節(jié)數(shù)據(jù)子程序同名，且各有三個調(diào)用參數(shù)，分別代表ROM地址、RAM地址和讀寫字節(jié)數(shù)，使用時可將E2PROM中擬訪問的地址、C51變量的地址和字節(jié)數(shù)依次帶入其中。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

實例3的部分程序第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

計數(shù)值在E2PROM中的存放地址被指定為0x12，開機時從E2PROM中讀取1次計數(shù)值，以后每當(dāng)按鍵值更新就立即將E2PROM中的保存值刷新。實例3的運行效果第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

程序運行表明，AT24C01很好地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)掉電存儲功能：停止Proteus運行，然后重新開始，前次運行時的最終計數(shù)值就作為本次的初值了。這一功能在智能儀表掉電參數(shù)保存方面具有很大應(yīng)用價值。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

9.1單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程9.2單片機系統(tǒng)的可靠性技術(shù)9.3單片機系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用舉例9.4單片機串行擴展單元介紹9.4.1串行AD轉(zhuǎn)換芯片MAX124X及應(yīng)用9.4.2串行DA轉(zhuǎn)換芯片LTC145X及應(yīng)用9.4.3串行E2PROM存儲器AT24CXX及應(yīng)用9.4.4字符型液晶顯示模塊LM1602及應(yīng)用9.4.5串行日歷時鐘芯片DS1302及應(yīng)用字符型液晶顯示模塊是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X10的點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距（光標(biāo)）的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。是一款可以顯示兩行，每行16個字符的液晶模塊，外形尺寸為803614。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

LM1602字符型液晶顯示模塊LM1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16引腳接口第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

第1腳：VSS為電源地；第2腳：VCC接5V電源正極；第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（通過一個10K電位器可調(diào)整到適當(dāng)值）；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器；第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作；第6腳：E（或EN）端為使能（enable）端，由高電平變?yōu)榈碗娖綍r讀寫操作有效；第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端；第15腳：背光源正極；第16腳：背光源負(fù)極。LM1602的液晶屏有16x2個顯示位，每個顯示位對應(yīng)于一個RAM單元（顯示緩沖區(qū)），其地址為，上排對應(yīng)于00~0x0f，下排對應(yīng)于0x40~0x4f，向?qū)?yīng)RAM地址寫入顯示代碼便可顯示相應(yīng)的字符。實際上，地址0x10~0x27和0x50~0x67也屬于顯示緩沖區(qū)范圍，但寫入的顯示代碼需要運用移屏指令將其移到可顯示區(qū)域才能正常顯示。顯示緩沖區(qū)地址分布如圖所示。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

為了區(qū)分對顯示緩沖區(qū)的讀、寫兩種操作，系統(tǒng)規(guī)定，寫操作時的地址最高位必須為1，讀操作時為0（實際上是將操作命令與操作地址合成為一條指令）。因此，第一行第一個字符的寫指令應(yīng)是0x00+0x80=0x80。第二行第一個字符的讀指令應(yīng)是0x40+0x00=0x40，而寫指令應(yīng)是0x40+0x80=0xC0，其它以此類推。LM1602模塊內(nèi)部已經(jīng)存儲了192個點陣字符圖形，具體包括：①常用鍵盤符號；②阿拉伯?dāng)?shù)字；③大小寫英文字母；④日文假名等。每個字符都有一個固定的字符代碼，其中代碼0x20~0x7f對應(yīng)于字符①~③（規(guī)則與標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼相同），代碼0xa0~0xff對應(yīng)于字符④（非ASCII碼）。編程時可直接將字符代碼寫到顯示緩沖區(qū)中，也可將字符串變量的內(nèi)容寫到顯示緩沖區(qū)中（統(tǒng)稱為寫數(shù)據(jù)）。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

為管理LM1602，系統(tǒng)內(nèi)共設(shè)有11條操作指令，其中最常用的幾條指令代碼及其作用匯總?cè)缦拢?x38 設(shè)置16X2顯示，5X7點陣字形，8位數(shù)據(jù)接口0x01 清屏0x0F 開顯示，顯示光標(biāo)，光標(biāo)閃爍0x08 只開顯示0x0e 開顯示，顯示光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍0x0c 開顯示，不顯示光標(biāo)0x06 地址加1，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)的時候光標(biāo)右移0x02 光標(biāo)復(fù)位回到地址原點，但緩沖區(qū)中內(nèi)容不變0x18 光標(biāo)和顯示一起向左移動1位第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

無論是待顯示的數(shù)據(jù)還是指令代碼都需要寫入LM1602后才能發(fā)揮作用，寫數(shù)據(jù)和寫指令操作時需要有RS、RW和E三個引腳的時序信號配合才能完成。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

這表明，80C51單片機在對LM1602進行讀寫操作時，除需連接D0~D7的8根數(shù)據(jù)線外，還需3條I/O口線發(fā)出這些時序信號。【實例4】在下圖電路的基礎(chǔ)上，通過編程實現(xiàn)如下功能：從屏幕第一行第一列開始用模擬打字速度顯示字符串“MicroController”，從第二行第一列開始顯示“Proteus–KeilC”，隨后光標(biāo)返回到屏幕左上角處且呈閃爍狀態(tài)。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

【解】編程分析：根據(jù)題意要求，先確定所需的操作指令代碼如下：第一行第一列的寫指令代碼是0x80，第二行第一列的寫指令代碼是0xc0,設(shè)置162顯示模式的指令代碼是0x38，開顯示且光標(biāo)閃爍的指令代碼是0x0f，寫數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移1位的指令代碼是0x06,光標(biāo)返回屏幕左上角的指令代碼是0x02。為將這些指令代碼分別送入指令寄存器，需要構(gòu)建一個寫指令函數(shù)：voidwrite_com(unsignedcharcom){ //寫指令函數(shù)

P0=com; //指令代碼送入端口 RS=0;RW=0;EN=1; //模擬寫指令時序 delay(200); EN=0;}可見，寫指令函數(shù)的執(zhí)行過程是，先將傳入的指令代碼com送入D0~D7口（本例是通過P0口），然后采用RS=0;RW=0;EN=1;delay(200);EN=0;五條語句模擬寫指令的時序信號。如此，指令代碼便可送入指令寄存器，進而完成指令的預(yù)期功能。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

本例中待顯示的字符都是ASCII碼字符，因此只要先將其存放在一字符串?dāng)?shù)組中，使用時按順序?qū)⑵淙〕鼋唤o寫數(shù)據(jù)函數(shù)發(fā)出即可，為此還需構(gòu)建一個寫數(shù)據(jù)函數(shù)：voidwrite_dat(unsignedchardat){ //寫數(shù)據(jù)函數(shù)

P0=dat; //數(shù)據(jù)存入端口 RS=1;RW=0;EN=1; //模擬寫數(shù)據(jù)時序 delay(200); EN=0;}可見，寫數(shù)據(jù)函數(shù)與寫指令函數(shù)的結(jié)構(gòu)是相同的，只是其時序信號是用RS=1;RW=0;EN=1;delay(200);EN=0;五條語句產(chǎn)生的。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

顯示器的設(shè)置是通過初始化函數(shù)完成的，模擬打字速度的顯示則是通過延時函數(shù)實現(xiàn)的。主函數(shù)流程圖及完整程序如下：第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

實例4的仿真運行截圖第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

仿真運行表明，本實例要求的功能都已實現(xiàn)，液晶顯示器的確具有信息量輸出較大的特點，且占用的單片機引腳數(shù)也比多位數(shù)碼管顯示器少很多，很適合作為單片機系統(tǒng)的人機交互界面。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

9.1單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程9.2單片機系統(tǒng)的可靠性技術(shù)9.3單片機系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用舉例9.4單片機串行擴展單元介紹9.4.1串行AD轉(zhuǎn)換芯片MAX124X及應(yīng)用9.4.2串行DA轉(zhuǎn)換芯片LTC145X及應(yīng)用9.4.3串行E2PROM存儲器AT24CXX及應(yīng)用9.4.4字符型液晶顯示模塊LM1602及應(yīng)用9.4.5串行日歷時鐘芯片DS1302及應(yīng)用DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶有RAM的實時日歷時鐘的電路，采用串行方式與單片機通信產(chǎn)品手冊其基本特性第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

DS1302可對年、月、日、星期、時、分、秒進行實時計時，并具有閏年補償功能；內(nèi)部有一個大小為31字節(jié)的RAM區(qū)，可用于存放臨時性數(shù)據(jù)；采用三線接口與MCU進行同步通信；具有寬電壓的工作特點。外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

可以看出，DS1302采用雙電源供電，電源控制模塊可實現(xiàn)Vcc1和Vcc2的供電與充電切換；X1和X2是內(nèi)部振蕩源引腳，與外部標(biāo)準(zhǔn)晶振元件（32.768kHz）一起為實時時鐘模塊RTC（REALTIMECLOCK）提供1Hz時基信號；RTC和RAM中的數(shù)據(jù)經(jīng)輸入移位寄存器ISR后實現(xiàn)雙向串行傳送；SCLK負(fù)責(zé)提供串行移位時鐘脈沖。DS1302的單字節(jié)讀寫操作時序第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

只有當(dāng)復(fù)位引腳CE為高電平時，才允許對DS1302進行數(shù)據(jù)或命令傳送；對DS1302的讀寫操作都是由命令字節(jié)引導(dǎo)的，其后才是傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)；移位脈沖的上升沿對應(yīng)于命令和數(shù)據(jù)字節(jié)寫操作的信號使能，而移位脈沖的下降沿則對應(yīng)于數(shù)據(jù)字節(jié)讀操作的信號使能。命令字節(jié)的格式第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

命令字節(jié)由8位組成，其中：D7（最高位）必須是邏輯1，如果為0，則控制字無效；D6如果為0，表示要進行日歷時鐘操作，為1表示要進行RAM數(shù)據(jù)操作；D5~D1位是被操作單元的地址，可尋址0~30字節(jié)RAM，或所有寄存器單元；D0（最低位）如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作。DS1302中有12個寄存器，其中7個寄存器與RTC信息存儲相關(guān)，5個寄存器與控制、充電、時鐘突發(fā)和RAM突發(fā)等工作有關(guān)。RTC相關(guān)寄存器的地址控制字以及數(shù)據(jù)格式如下圖所示。第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

讀、寫RTC的指令代碼是不同的，例如對于秒鐘寄存器，讀指令代碼為0x81，而寫指令代碼為0x80，其他依次類推。RTC寄存器中的數(shù)據(jù)采用壓縮BCD碼形式存放，低4位是個位BCD碼的存放區(qū)域，高4位是十位BCD碼的存放區(qū)域。由于不同時鐘信息的數(shù)值范圍不同，故并不需占用全部高4位。例如對于分寄存器，低4位表示0～9，高3位表示10～50。對于日寄存器，低4位表示0～9，高2位表示10～30。高4位中的剩余位可以具有其它特殊定義。

由此可知，從RTC中讀出的字節(jié)數(shù)據(jù)需要拆成兩個獨立BCD值后才能分別進行顯示。【實例5】在第9章實例4的基礎(chǔ)上增加一塊DS1302電路，通過編程實現(xiàn)日歷/時鐘的計時顯示功能。