实用型单片机接口技术子程序

第1 章 单片机 I/O 接口的扩展 ................................................................. 1 1.1 单片机应用系统 ........................................................................... 2 1.1.1 单片机系统概述 ................................................................ 2 1.1.2 单片机系统中的功能模块 ................................................ 3 1.2 单片机I/O 接口 ............................................................................ 4 1.2.1 I/O 接口功能 ...................................................................... 5 1.2.2 接口的控制方式 ................................................................ 5 1.2.3 I/O 接口芯片 ...................................................................... 6 1.3 用单片机串口扩展I/O 接口 ........................................................ 6 1.3.1 子程序1——用串口扩展并行输入口 ............................. 6 1.3.2 子程序2——用串口扩展并行输出口 ........................... 11 1.4 用并行数据端口扩展I/O 接口 .................................................. 14 1.4.1 子程序3——用8243 扩展I/O 接口 .............................. 14 1.4.2 子程序4——用8255A 扩展I/O 接口 ........................... 18 1.4.3 子程序5——用8155 扩展I/O 接口 .............................. 27 第2 章 总线接口的扩展 .......................................................................... 41 2.1 子程序6——异步通信的软件模拟 .......................................... 42 2.1.1 异步通信简要介绍 .......................................................... 42 2.1.2 软件模拟异步通信 .......................................................... 43 2.2 子程序7——基于RS-232-C的串口通信 ................................ 51 2.2.1 RS-232-C接口标准 ......................................................... 52 2.2.2 RS-232-C传输接口电路的设计 ..................................... 53 2.2.3 单片机与PC机通信程序设计 ....................................... 55 2.2.4 PC机通信软件的开发 .................................................... 58 2.3 子程序8——基于RS-485的多机通信 .................................... 65 2 单片机接口技术实用子程序 2.3.1 RS-485接口标准 .................................................................................................. 66 2.3.2 通信系统及接口电路设计 ................................................................................... 67 2.3.3 多机通信程序设计 ............................................................................................... 68 2.4 子程序9——I 2 C 总线协议的软件实现 ......................................................................... 75 2.4.1 I 2 C 总线简要介绍 ................................................................................................. 76 2.4.2 I/O 端口模拟I 2 C 总线接口的软件设计 .............................................................. 78 2.5 子程序10——SPI 总线在单片机系统中的实现 ........................................................... 83 2.5.1 SPI 总线简要介绍 ................................................................................................ 83 2.5.2 SPI 总线时序的软件实现 .................................................................................... 85 2.6 子程序11——1-Wire 总线协议的软件实现 ................................................................. 88 2.6.1 1-Wire 总线简要介绍 ........................................................................................... 88 2.6.2 1-Wire 总线时序的软件实现 ............................................................................... 91 第3 章 CAN总线接口 .................................................................................................................. 95 3.1 CAN 总线接口简要介绍 ................................................................................................. 96 3.1.1 CAN总线的特征 .................................................................................................. 96 3.1.2 CAN总线接口的结构 .......................................................................................... 97 3.1.3 CAN总线的设计方案选择 .................................................................................. 97 3.2 SJA1000 总线控制器简要介绍 ....................................................................................... 97 3.2.1 SJAl000 结构和主要特点 .................................................................................... 98 3.2.2 SJA1000 的内部结构 ............................................................................................ 98 3.2.3 SJA1000 的引脚说明 .......................................................................................... 100 3.3 接口电路设计 ................................................................................................................ 100 3.3.1 SJA1000 与单片机接口电路设计 ...................................................................... 100 3.3.2 前端物理接口电路的设计 ................................................................................. 101 3.3.3 设计电路需要注意的问题 ................................................................................. 102 3.4 控制程序总体设计 ........................................................................................................ 103 3.4.1 BasicCAN 方式下的寄存器 ............................................................................... 103 3.4.2 设计流程 ............................................................................................................. 104 3.5 子程序12——硬件驱动程序的设计 ........................................................................... 105 3.6 子程序13——基本操作程序设计 ............................................................................... 106 3.7 子程序14——初始化操作 ........................................................................................... 118 3.8 子程序15——通信程序设计 ....................................................................................... 120 3.8.1 写发送缓冲器 ..................................................................................................... 120 3.8.2 读接收缓冲区 ..................................................................................................... 121 3.9 CAN 总线的数据格式 ................................................................................................... 122 3.9.1 数据帧 ................................................................................................................. 122 3.9.2 远程帧 ................................................................................................................. 125 3.9.3 出错帧 ................................................................................................................. 125 目录 3 3.9.4 过载帧 ................................................................................................................. 126 第4 章 存储器的扩展 ................................................................................................................. 127 4.1 存储器综述 .................................................................................................................... 128 4.1.1 半导体存储器 ..................................................................................................... 128 4.1.2 半导体存储器的应用 ......................................................................................... 130 4.1.3 各种存储器性能比较 ......................................................................................... 132 4.1.4 智能卡 ................................................................................................................. 133 4.2 子程序16——典型外部程序存储器的使用 ............................................................... 134 4.2.1 器件选择和接口电路的设计 ............................................................................. 135 4.2.2 外部存储器的访问 ............................................................................................. 136 4.3 子程序17——典型外部数据存储器的使用 ............................................................... 136 4.3.1 器件选择和接口电路的设计 ............................................................................. 137 4.3.2 外部数据存储器的读写 ..................................................................................... 138 4.4 子程序18——用铁电存储器扩展外部数据存储器 ................................................... 140 4.4.1 铁电存储器FM1808 接口电路的设计 .............................................................. 140 4.4.2 FM1808 读写程序设计 ...................................................................................... 141 4.5 子程序19——I 2 C 接口EEPROM的控制 ................................................................... 142 4.5.1 AT24C512 简要介绍 ........................................................................................... 143 4.5.2 AT24C512 工作时序 ........................................................................................... 144 4.5.3 读写程序 ............................................................................................................. 146 4.6 子程序20——SPI 接口EEPROM的控制 .................................................................. 155 4.6.1 AT93CXX 简要介绍 ........................................................................................... 155 4.6.2 AT93CXX 的控制时序 ....................................................................................... 157 4.6.3 读写程序 ............................................................................................................. 160 4.7 子程序21——FLASH存储器K9F6408U0A 的控制 ................................................. 165 4.7.1 K9F6408U0A 简要介绍 ..................................................................................... 165 4.7.2 专用的命令功能和状态寄存器 ......................................................................... 167 4.7.3 K9F6408U0A 的程序设计 ................................................................................. 168 4.8 子程序22——SLE4442 逻辑加密IC 卡的控制 ......................................................... 174 4.8.1 SLE4442 简要介绍 ............................................................................................. 175 4.8.2 SLE4442 内部结构 ............................................................................................. 176 4.8.3 程序设计 ............................................................................................................. 177 第5 章 键盘接口与控制 ............................................................................................................. 185 5.1 键盘设计指南 ................................................................................................................ 186 5.1.1 键盘的物理结构 ................................................................................................. 186 5.1.2 键盘的组成形式 ................................................................................................. 187 5.1.3 单片机输入接口解决方案 ................................................................................. 191 4 单片机接口技术实用子程序 5.2 独立式键盘的控制 ........................................................................................................ 193 5.2.1 子程序23——独立式中断键盘的设计 ............................................................ 193 5.2.2 子程序24——独立式查询键盘的设计 ............................................................ 196 5.2.3 子程序25——独立式中断查询键盘的设计 .................................................... 202 5.3 矩阵式键盘的控制 ........................................................................................................ 206 5.3.1 子程序26——矩阵式扫描按键的设计 ............................................................ 206 5.3.2 子程序27——矩阵式中断扫描键盘的设计 .................................................... 213 5.3.3 子程序28——矩阵式线反转法键盘的设计 .................................................... 215 5.4 子程序29——矩阵式键盘的锁定 ............................................................................... 217 5.4.1 键盘密码原理及单片机密码设置方法 ............................................................. 217 5.4.2 程序设计 ............................................................................................................. 218 5.5 子程序30——改进型I/O 端口复用键盘的控制 ........................................................ 221 5.5.1 I/O 端口复用的原理和接口电路的设计 ........................................................... 221 5.5.2 程序设计 ............................................................................................................. 222 5.6 子程序31——利用ZLG7279A 实现键盘显示 ........................................................... 224 5.6.1 ZLG7289A 简要介绍 .......................................................................................... 225 5.6.2 接口电路设计 ..................................................................................................... 229 5.6.3 程序设计 ............................................................................................................. 230 5.7 子程序32——PS/2 键盘的设计 ................................................................................... 233 5.7.1 PS/2 接口标准 ..................................................................................................... 234 5.7.2 硬件设计 ............................................................................................................. 238 5.7.3 软件设计 ............................................................................................................. 239 第6 章 显示和打印机的接口与控制 ......................................................................................... 245 6.1 显示和打印接口设计指南 ............................................................................................ 246 6.1.1 LED 显示接口 .................................................................................................... 246 6.1.2 LCD显示接口 .................................................................................................... 247 6.1.3 CRT 显示器 ......................................................................................................... 253 6.1.4 打印机 ................................................................................................................. 255 6.2 子程序33——LED 显示器在单片机系统中的应用 ................................................... 257 6.2.1 PS7219简要介绍 ................................................................................................ 258 6.2.2 PS7219与单片机接口电路的设计 .................................................................... 260 6.2.3 控制程序设计 ..................................................................................................... 260 6.3 子程序34——利用HT16XX 实现段式液晶显示 ...................................................... 264 6.3.1 HT1621 简要介绍 ............................................................................................... 264 6.3.2 接口电路设计 ..................................................................................................... 267 6.3.3 控制程序设计 ..................................................................................................... 268 6.4 子程序35——利用HD44780 实现字符显示 .............................................................. 271 6.4.1 HD44780 简单介绍 ............................................................................................ 271 目录 5 6.4.2 HD44780 接口电路的设计 ................................................................................ 273 6.4.3 控制程序 ............................................................................................................. 274 6.5 子程序36——利用SED1520 实现点阵显示 .............................................................. 278 6.5.1 SED1520 简要介绍 ............................................................................................. 279 6.5.2 液晶模块的内部结构及其与单片机接口电路 ................................................. 283 6.5.3 控制程序编写 ..................................................................................................... 285 6.6 子程序37——利用HD66421 实现灰度字符显示 ...................................................... 297 6.6.1 HD66421 简要介绍 ............................................................................................ 297 6.6.2 接口电路 ............................................................................................................. 300 6.6.3 控制程序编写 ..................................................................................................... 300 6.7 子程序38——CRT 显示器在单片机系统中的应用 ................................................... 303 6.7.1 OCA-93 显示适配器简要介绍 ........................................................................... 304 6.7.2 适配器的接口设计 ............................................................................................. 306 6.7.3 驱动程序设计 ..................................................................................................... 307 6.8 子程序39——微型打印机在单片机系统中的应用 ................................................... 308 6.8.1 CENTRONICS 标准 ........................................................................................... 308 6.8.2 SP-M 系列微型打印机介绍 ............................................................................... 309 6.8.3 接口电路设计 ..................................................................................................... 311 6.8.4 程序设计 ............................................................................................................. 312 第7 章 数据采集与控制 ............................................................................................................. 317 7.1 数据采集技术概述 ........................................................................................................ 318 7.1.1 模拟信号采集技术 ............................................................................................. 318 7.1.2 A/D 转换技术 ..................................................................................................... 321 7.1.3 A/D 转换器件选型指南 ..................................................................................... 323 7.1.4 数字逻辑信号的采集 ......................................................................................... 324 7.2 子程序40——模拟量输入选择接口 ........................................................................... 324 7.2.1 模拟开关的主要技术指标 ................................................................................. 325 7.2.2 模拟开关的选型 ................................................................................................. 326 7.2.3 模拟开关接口电路的设计 ................................................................................. 327 7.2.4 用CD4051实现多路模拟信号的输入 .............................................................. 329 7.3 子程序41——用模拟比较器实现A/D 转换 .............................................................. 332 7.3.1 测量原理 ............................................................................................................. 333 7.3.2 电路设计 ............................................................................................................. 334 7.3.3 测量过程 ............................................................................................................. 334 7.3.4 控制程序设计 ..................................................................................................... 335 7.4 子程序42——8 位并行接口ADC080X的接口与驱动 ............................................. 338 7.4.1 ADC0808/ADC0809 简要介绍 .......................................................................... 339 7.4.2 ADC0808/0809 与单片机的接口设计 .............................................................. 340 6 单片机接口技术实用子程序 7.4.3 编写程序 ............................................................................................................. 342 7.5 子程序43——SPI 接口A/D 转换器TLC2543 的应用 .............................................. 345 7.5.1 TLC2543 简要介绍 ............................................................................................. 346 7.5.2 LC2543 与单片机的接口电路 ........................................................................... 347 7.5.3 控制程序 ............................................................................................................. 347 7.6 子程序44——I 2 C 接口A/D 转换器ADS11XX的应用 ............................................. 350 7.6.1 ADS11XX 简要介绍 ........................................................................................... 351 7.6.2 ADS1100 与单片机的接口电路 ........................................................................ 353 7.6.3 ADS1100 的控制方法 ........................................................................................ 353 7.6.4 ADS1100 控制程序 ............................................................................................ 355 7.7 子程序45——16位A/D 转换器AD7715的应用 ...................................................... 360 7.7.1 AD7715 简要介绍 .............................................................................................. 360 7.7.2 AD7715 与单片机的接口电路 ........................................................................... 361 7.7.3 AD7715 的寄存器 .............................................................................................. 362 7.7.4 AD7715 控制程序设计 ...................................................................................... 364 7.8 子程序46——等精度数字频率计的实现 ................................................................... 367 7.8.1 等精度频率测量原理 ......................................................................................... 367 7.8.2 设计CPLD 的逻辑功能 ..................................................................................... 368 7.8.3 频率信号预处理 ................................................................................................. 370 7.8.4 主控制器程序设计 ............................................................................................. 371 7.9 子程序47——1-wire 测温芯片DS18XX 的应用 ....................................................... 375 7.9.1 DS18XX 简要介绍 ............................................................................................. 375 7.9.2 DS18B20 简要介绍 ............................................................................................ 376 7.9.3 DS18B20 的接口电路 ........................................................................................ 378 7.9.4 控制程序的设计 ................................................................................................. 379 7.10 子程序48——时钟日历芯片PCF8563 的应用 ........................................................ 382 7.10.1 PCF8563 简要介绍 ........................................................................................... 383 7.10.2 PCF8563 硬件电路 ........................................................................................... 384 7.10.3 PCF8583 的控制程序设计 ............................................................................... 385 第8 章 单片机后向通道接口与控制 ......................................................................................... 393 8.1 单片机后向通道概述 .................................................................................................... 394 8.1.1 模拟量的输出技术概述 ..................................................................................... 394 8.1.2 频率合成技术概述 ............................................................................................. 396 8.1.3 机电控制技术概述 ............................................................................................. 398 8.2 子程序49——并行接口电压输出型D/A 转换器的控制 ........................................... 399 8.2.1 MAX530 简要介绍 ............................................................................................. 399 8.2.2 MAX530 接口电路的设计 ................................................................................. 401 8.2.3 控制程序的设计 ................................................................................................. 403 目录 7 8.3 子程序50——并行接口电流输出型D/A 转换器的控制 ........................................... 405 8.3.1 DAC083X 简要介绍 ........................................................................................... 406 8.3.2 DAC083X 系列D/A 转换器与单片机的接口电路 .......................................... 407 8.3.3 控制程序的设计 ................................................................................................. 409 8.4 子程序51——串行接口电压输出型D/A 转换器的控制 ........................................... 412 8.4.1 MAX532 简要介绍 ............................................................................................. 412 8.4.2 MAX532 与单片机接口电路的设计 ................................................................. 413 8.4.3 控制程序 ............................................................................................................. 414 8.5 子程序52——I 2 C 接口的A/D 及D/A 转换器的应用 ............................................... 417 8.5.1 PCF859l 简要介绍 .............................................................................................. 418 8.5.2 PCF8591 与单片机接口电路的设计 ................................................................. 420 8.5.3 控制程序的设计 ................................................................................................. 420 8.6 子程序53——基于AD9850的数字信号发生器 ........................................................ 426 8.6.1 AD9850 简要介绍 .............................................................................................. 426 8.6.2 AD9850 接口电路的设计 .................................................................................. 430 8.6.3 控制程序设计 ..................................................................................................... 433 8.7 子程序54——直流电机的开环控制 ........................................................................... 437 8.7.1 直流电机驱动电路的基本原理 ......................................................................... 437 8.7.2 直流电动机驱动芯片LMD18200 简要介绍 ..................................................... 438 8.7.3 接口电路的设计 ................................................................................................. 441 8.7.4 直流电机的驱动 ................................................................................................. 442 8.8 子程序55——直流电机的闭环控制 ........................................................................... 444 8.8.1 闭环控制系统工作原理 ..................................................................................... 444 8.8.2 光电编码器简要介绍 ......................................................................................... 445 8.8.3 接口电路的设计 ................................................................................................. 446 8.8.4 控制程序设计 ..................................................................................................... 446