单片机常用外围设备接口电路
单片机系统常用接口电路、功能模块和外设
引言概述:单片机系统是嵌入式系统中最常见的一种，它由单片机芯片以及与之配套的外围接口电路、功能模块和外设组成。
在上一篇文章中，我们介绍了单片机系统的基本概念和常用接口电路、功能模块和外设。
本文将继续深入探讨单片机系统的常用接口电路、功能模块和外设。
正文内容:1.时钟电路1.1晶振电路晶振电路是单片机系统中非常重要的一部分，它提供了系统的时钟信号。
晶振电路可以通过外部晶振或者由单片机内部产生的时钟源来实现。
1.2PLL电路PLL电路（PhaseLockedLoop）可以通过将输入信号与一个本地振荡器（通常为晶振）频率和相位锁定来提供精准的系统时钟。
PLL 电路在需要稳定时钟的系统中非常常见。
1.3复位电路复位电路用于初始化整个系统，在系统通电或发生异常情况下，将系统恢复到初始状态。
复位电路通常由电源复位和外部复位信号组成。
2.存储器接口电路2.1RAM电路RAM电路用于存储临时数据，在单片机系统中起到缓存作用。
常见的RAM电路有静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。
2.2ROM电路ROM电路用于存储常量和程序代码，它是只读存储器，一旦存储内容被写入后将无法修改。
常见的ROM电路有EPROM、EEPROM和闪存。
2.3外部存储器扩展电路由于单片机内部存储器有限，常常需要扩展外部存储器来满足系统需求。
外部存储器扩展电路主要包括地质解码电路和控制信号电路。
3.通信接口电路3.1串口电路串口电路是单片机系统中常用的通信接口电路，它允许单片机通过串行通信与其他设备进行数据交换。
常见的串口通信标准有RS232、RS485和TTL等。
3.2并口电路并口电路主要用于并行数据通信，它通常用于连接显示器、打印机和外部存储设备等外部设备。
3.3SPI接口电路SPI（SerialPeripheralInterface）是一种常用的串行通信接口，它通过四根信号线实现全双工的数据传输。
3.4I2C接口电路I2C（InterIntegratedCircuit）是一种支持设备间通信的串行总线，它可以连接多个设备，并通过两根信号线进行数据传输。
第6章 单片机的常用外围接口电路
CLOSE:
JNB JNB JNB JNB JNB JNB JNB INT0: RETI KEY 7: …… KEY 71: MOV A, P1 JNB ACC.7, FUNC71 RETI KEY 6: …… …… D20: …… …… END
ORG 1000H INT11:LCALL DELAY ; 延时去抖动 MOV A, P1 ; 读输入线 ANL A, #0FH ; 判断是否有键闭合 CJNE A, #0FH, TEST ; 有键闭合，转判断按键程序 RETI ; 无键闭合，返回 TEST: MOV B, A ; 暂存 LCALL KEYR ; 调用读取子程序 MOV 40H, R3 ; 暂存在40H单元 MOV P2, #0FH ; 输出线写1 MOV P1, B ; 输入线写入数据 MOV A, P2 ; 读输出线 LCALL KEYR ; 调用读取子程序 XCH A, R3 SWAP A ORL 40H, A ; 得按键特征值 RETI
盘）、定时控制方式（定时扫描键盘）、中断方式。
CPU对键盘上闭合键的键号确定方法：根据扫描线和回送线的状
态计算求得，或根据行线和列线的状态查表求得。
2．键输入程序的设计方法
（1）判断键盘上是否有键闭合； （2）消除键的机械抖动； （3）确定闭合键的物理位置； （4）得到闭合键的编号； （5）确保CPU对键的一次闭合只做一次处理
独立连接式键盘连接图如 右图所示。当没有键被按下 时，所有的数据输入线都为 高电平；当有任意一个键被 按下时，与之相连的数据输 入线将变为低电平；通过相 应指令，可以判断是否有键 按下。
单片机外接电路
一.各个外接电路原理：
1．最小系统及二极管电路原理图：
图1最小系统及二极管电路原理图
应用89C51（52）单片机设计并制作一个单片机最小系统，达到如下基本要求：
1、具有上电复位和手动复位功能。
2、使用单片机片内程序存储器。
3、具有基本的人机交互接口。按键输入、LED显示功能。
4、具有一定的可扩展性，单片机I/O口可方便地与其他电路板连接。
先读取键盘的状态，得到按键的特征编码。
先从P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从P1口的低四位读取键盘状态。再从P1口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从P1口的高四位读取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。使用上述方法我们得到16个键的特征编码。
举例说明如何得到按键的特征编码：
case 0x77:
key=15;
break;
}
while(temp!=0xf0)
{
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
}
display(key);
P1=0xf0;
}
}
}
}
假设“1”键被按下，找其按键的特征编码。
从P1口的高四位输出低电平，即P1.4－P1.7为输出口。低四位输出高电平，即P1.0－P1.3为输入口。读P1口的低四位状态为“ 1101”，其值为“0DH”。
再从P1口的高四位输出高电平，即P1.4－P1.7为输入口。低四位输出低电平，即P10－P13为输出口，读P1口的高四位状态为“1110”，其值为“E0H”。
2.1602液晶显示器电路原理图：
图5 1602液晶显示器电路原理图
3.数码管电路原理图：
单片机的swo接口电路
单片机的swo接口电路单片机（Microcontroller）是一种集成了微处理器核心、存储器和各种输入/输出设备的集成电路。
它被广泛应用于各种电子设备和系统中，如家用电器、汽车电子、工业控制等领域。
其中，单片机的SWO（Serial Wire Output）接口电路是其重要的一部分。
SWO接口是一种用于调试和性能分析的串行调试接口。
它可以通过单根线路传输调试信息，包括程序计数器、寄存器值、变量值等。
这对于开发人员来说是非常有用的，因为它可以帮助他们更快地发现和解决程序中的问题。
SWO接口电路通常由以下几个部分组成：1. 单片机芯片，作为整个系统的核心部分，单片机芯片包含了CPU、存储器、外设等。
在SWO接口电路中，单片机芯片需要支持SWO功能，并且需要有相应的引脚用于连接SWO线路。
2. 调试模块，这是用于连接单片机芯片和开发工具的模块，通常包括调试接口、调试软件等。
调试模块可以将调试信息通过SWO 线路发送到开发工具，从而实现调试和性能分析的功能。
3. 连接线路，连接单片机芯片和调试模块的线路，通常是一根细小的线路，用于传输调试信息。
这个线路需要保持良好的信号完整性，以确保调试信息的准确传输。
设计和实现SWO接口电路需要考虑诸多因素，包括信号完整性、电磁兼容性、功耗等。
同时，开发人员还需要根据具体的单片机和调试工具的特性来进行相应的调试和验证工作，以确保SWO接口电路能够稳定可靠地工作。
总的来说，SWO接口电路是单片机系统中的重要组成部分，它为开发人员提供了强大的调试和性能分析功能。
通过合理的设计和实现，SWO接口电路可以帮助开发人员更快地发现和解决问题，提高单片机系统的可靠性和稳定性。
单片机常用外围设备接口电路
⑴ 静态显示方式，每一位字段码分别从I/O控制口输 出，保持不变直至CPU刷新。
特点：编程较简单，但占用I/O口线多，一般适用 于显示位数较少的场合。
⑵ 动态显示方式，在某一瞬时显示一位，依次循环 扫描，轮流显示，由于人的视觉滞留效应，人们看 到的是多位同时稳定显示。
00H
80H
9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 1 1 1 1 0 1 1 0 F6H
10H
90H
显示数转换为显示字段码的步骤：
⑴ 从显示数中分离出显示的每一位数字 方法是将显示数除以十进制的权
⑵ 将分离出的显示数字转换为显示字段码 方法是查表
【例9-1】已知显示数存在内RAM 30H（高位）、 31H中，试将其转换为5位共阴字段码（顺序）， 存在以30H（高位）为首址的内RAM中。
DIV AB
;产生十位显示数字
MOV DPTR,#TAB ;置共阳字段码表首址
MOVC A,@A+DPTR
;读十位显示符
MOV DPTR,#0BFFFH ;置74377(十位)地址
MOVX @DPTR,A
;输出十位显示符
MOV A,B
;读个位显示数字
MOV DPTR,#TAB ;置共阳字段码表首址
MOVC A,@A+DPTR
第9章 常用外围设备接口电路
本章要点:
LED数码管及编码方式 静态显示方式及其典型应用电路 动态显示方式及其典型应用电路 虚拟I2C总线串行显示电路 键盘去抖动和连接、控制方式 独立式按键及其接口电路 矩阵式键盘及其接口电路 并行A/D ADC0809及其接口电路 串行A/D ADC0832及其接口电路 I2C串行A/D典型应用电路 DAC0832及其接口电路 I2C串行D/A典型应用电路 开关量驱动输出接口电路
五 单片机的外围设备接口电路
5.2.1.2 编制键盘程序
1、检测有无按键按下 2、有可靠的逻辑处理办法 3、准确输出按键值（或键号）
独立式按键设计
独立式按键是直接用I\O口线构成的单个按键电路。 特点： 1、每个按键单独占用一根I/O口线； 2、各按键相互独立，电路配置灵活； 3、按键数量较多时，I/O端线耗费较多，电路
结构繁杂； 4、软件结构简单。
⑴定义：A/D D/A转换器可视作一外部设备
⑵功能：
将微机系统的离散的数字信号和设备中 连续变化的模拟量两者建立适配关系，使 CPU能进行 控制与鉴测
数/模（D/A）转换
D/A转换器完成数字量→ 模拟
量的转换，这在计算机和虚拟信号
A/D转换
发生器中应用非常普遍。 A/D转换器完成模拟量
DATA
适用于按键数量较少的场合。
矩阵式键盘 I/O端线分为行线和列
线，按键跨接在行线和 列线上，按键按下时， 行线与列线发生短路。
特点： ①占用I/O端线较少； ②软件结构教复杂。 适用于按键较多的场合。
独立连接式键盘连接 图如右图所示。当没 有键被按下时，所有 的数据输入线都为高 电平；当有任意一个 键被按下时，与之相 连的数据输入线将变 为低电平；通过相应 指令，可以判断是否 有键按下。
1、IN7~IN0 模拟量输入通道。
2、A、B、C 地址线。A为低位地址，C为高位地址，用 于模拟通道的选择。
3、ALE 地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C 地址状态送入地址锁存器中。
4、START 转换启动信号。START上跳沿时，所有内部 寄存器清零；START下跳沿时，开始进行A\D转换； 在转换期间，START保持低电平。
转换数据的传送
数据传送的关键问题是如何确认A\D转换的完成
设计单片机外围电路
设计单片机外围电路
单片机的外围电路主要有基本工作条件电路、输入电路和输出电路。
根据单片机要实现的功能设计出来的单片机外围电路。
(1)基本工作条件电路
单片机的VCC电源引脚接+5V电源，C3、R5构成复位电路，晶振X和电容C1、C2与内部电路构成时钟电路，这些电路分别为单片机提供电源、复位信号和时钟信号，单片机即开始工作。
(2)输入电路
按键 S1~S4构成输入电路。
当按下某按键时，单片机相应的输入引脚为低电平;当按键弹起时，相应的输入引脚为高电平。
(3)输出电路
发光二极管VD1~VD4和电阻R1~R4构成单片机的输出电路，其中R1~R4为限流电阻，用于防止流过发光二极管的电流过大而损坏发光二极管。
当单片机的某个输出引脚为低电平或高电平时，该引脚外接的发光二极管就会亮或灭。
单片机外围电路设计好后，可以将这些电路做在一块电路板上，为了方便之后的单片机软件开发，可在安装单片机的位置处安装一个40引脚的插座，这样在仿真、编程时可使单片机容易插入和取出。
这样制作出来的电路板常称作实验板。
单片机常用外围设备接口电路资料
LED数码管动态显示举例
工作原理：从P0口送段代码,P1口送位选信号。段码虽同时 到达 6个LED，但一次仅一个LED被选中。利用“视觉暂 留”，每送一个字符并选中相应位线，延时一会儿,再送/ 选下一个……循环扫描即可。
段 代 码
P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
利用4511实现静态显示与一般静态显示电路
不同，一是节省I／0端线，段码输出只需4根；二
是不需专用驱动电路，可直接输出；三是不需译 码，直接输出二进制数，编程简单；缺点是只能 显示数字，不能显示各种符号。
四、动态显示方式 及其典型应用电路
动态显示电路 连结形式： ① 显示各位的所有 相同字段线连在一起， 共8段，由一个8位 I/O口控制； ② 每一位的公共端 （共阳或共阴COM） 由另一个I/O口控制。
DSPLY:MOV DPTR, #TABLE ;共阳LED数码管译码表首址 MOV R0，#30H ;待显数据缓冲区的个位地址 REDO：MOV A， @R0 ;通过R0实现寄存器间接寻址 MOVC A, @A+DPTR ;查表 MOV SBUF, A ;经串行口发送到74LS164 JNB TI, $ ;查询送完一个字节的第8位？ CLR TI ;为下一字节发送作准备 INC R0 ;R0指向下一个数据缓冲单元 CJNE R0，#36H，REDO ;判断是否发完6个数？ RET ;发完6个数就返回 TABLE：DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H ;共阳LED译码表 DB 92H, 82H, 0F8H, 80H,90H
2、硬件电路设计
3、片内可编程功能
⑴ 片内寄存器
符号 装载内容 片内地址 COM 00H D7 — COM 控制命令 00H D6 C6 data1 显示段码1 01H D5 C5 D4 C4 data2 显示段码2 02H D3 C3 data3 显示段码3 03H D2 C2 D1 C1 data4 显示段码4 04H D0 C0
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公共阳极
接高电平
hgfedcba
高电平点亮
h g f …… a
f
a g
b
f
a g
b
ed c
ed c
h
h
h g f …… a
hgfedcba
低电平点亮
公共阴极
接地
八段LED数码管段代码编码表(连线不同可有多种表):
字形 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 黑 共阳 0C0 0F9 0A4 0B0 99 92 82 0F8 80 90 0FF 共阴 3F 06 5B 4F 66 6D 7D 07 7F 6F 00
特点：占用I/O端线少，电路较简单，编程较复 杂，CPU要定时扫描刷新显示。一般适用于显示位数 较多的场合。
LED显示器的扩展(显示方式)
LED数码管的显示方式：③静态与动态
静态显示:
各数码管在显示过程中持续得到送显信号，与各数码管接口 的I/O口线是专用的。
动态显示:
各数码管在显示过程中轮流得到送显信号，与各数码管接口 的I/O口线是共用的。
利用4511实现静态显示与一般静态显示电路 不同，一是节省I／0端线，段码输出只需4根；二 是不需专用驱动电路，可直接输出；三是不需译 码，直接输出二进制数，编程简单；缺点是只能 显示数字，不能显示各种符号。
静态显示特点:
无闪烁，用元器件多，占I/O线多，无须扫描，节省CPU时 间，编程简单。
动态显示特点:
有闪烁，用元器件少，占I/O线少，必须扫描，花费CPU时 间，编程复杂。(有多个LED时尤为突出）
1、并行扩展静态显示电路
2、串行扩展静态显示电路
要求：根据上图编写通过串行口和74LS164驱动
h
h
h g f …… a
hgfedcba
低电平点亮
公共阴极
接地
＠ 单片机系统扩展LED数码管时多用共阳LED: 共阳数码管每个段笔画是用低电平(“0”)点亮的,要求驱 动功率很小；而共阴数码管段笔画是用高电平(“0”)点亮 的，要求驱动功率较大。 ＠ 通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。
LED数码管的软件译码
00H
80H
9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 1 1 1 1 0 1 1 0 F6H
10H
90H
显示数转换为显示字段码的步骤：
⑴ 从显示数中分离出显示的每一位数字 方法是将显示数除以十进制的权
⑵ 将分离出的显示数字转换为显示字段码 方法是查表
【例9-1】已知显示数存在内RAM 30H（高位）、 31H中，试将其转换为5位共阴字段码（顺序）， 存在以30H（高位）为首址的内RAM中。
LED数码管分类：
按其内部结构可分为共阴型和共阳型；
按其外形尺寸有多种形式，使用较多的 是0.5"和0.8"；
按显示颜色也有多种形式，主要有红色 和绿色；
按亮度强弱可分为超亮、高亮和普亮。
正向压降一般为1.5～2V，额定电流为 10mA，最大电流为40mA。静态显示时取10mA 为宜，动态扫描显示，可加大脉冲电流，但 一般不超过40mA。
共
阳LED数码管查表显示的子程序。
条件：系统有6个LED数码管,待显数据(00H—
D09SPHL)Y已:M放O在V 3D5PHT—R,3#0TAHB单LE元;共中阳(分LE别D数对码应管十译万码位表首→ 址个位)，
MOV R0，#30H ;待显数据缓冲区的个位地址
REDO：MOV A， @R0 ;通过R0实现寄存器间接寻址
40H
C0H
1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 0 1 1 0 0 0 0 0 60H
79H
F9H
2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 1 1 0 1 1 0 1 0 DAH
24H
A4H
3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 1 1 1 1 0 0 1 0 F2H
30H
B0H
4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 0 1 1 0 0 1 1 0 66H
三、静态显示方式及其典型应用电路
LED数码管显示分类：静态显示方式和动态显示方式。
⑴ 静态显示方式，每一位字段码分别从I/O控制口输 出，保持不变直至CPU刷新。
特点：编程较简单，但占用I/O口线多，一般适用 于显示位数较少的场合。
⑵ 动态显示方式，在某一瞬时显示一位，依次循环 扫描，轮流显示，由于人的视觉滞留效应，人们看 到的是多位同时稳定显示。
码表
3、BCD码输出静态显示电路
CD4511是“BCD 码→七段共阴译码 /驱动”IC; 4511是 4线-7段锁存/译码/ 驱动电路，能将 BCD码译成7段显 示符输出。图中： 4511 ABCD为0～9 二进制数输入端(A 是低位)，abcdefg 为显示段码输出端， LE为输入信号锁存 控制(低电平有效)， 数码管为共阴数码 管。
二、LED数码管编码方式
表9-1 共阴和共阳LED数码管几种八段编码表
显示
共阴顺序小数点暗
共阴逆序小数点暗
共阳顺序 共阳顺序
数字 Dp g f e d c b a 16进制 a b c d e f g Dp 16进制 小数点亮 小数点暗
0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 1 1 1 1 1 0 0 FCH
19H
99H
5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 1 0 1 1 0 1 1 0 B6H
12H
92H
6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 1 0 1 1 1 1 1 0 BEH
02H
82H
7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 1 1 1 0 0 0 0 0 E0H
78H
Hale Waihona Puke F8H8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 1 1 1 1 1 1 1 0 FEH
MOVC A, @A+DPTR ;查表
MOV SBUF, A ;经串行口发送到74LS164
JNB TI, $ ;查询送完一个字节的第8位？
CLR TI
;为下一字节发送作准备
INC R0
;R0指向下一个数据缓冲单元
CJNE R0，#36H，REDO ;判断是否发完6个数？
RET
;发完6个数就返回
TABLE：DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H ;共阳LED译
§0 开关量驱动输出接口电路
一、驱动发光二极管
二、 驱动继电器
三、光电隔离接口
LED输出电路
§1 LED数码管显示接口
一、LED数码管
LED显示器的扩展(结构)
LED数码管的结构：①共阳与共阴
公共阳极
接高电平
hgfedcba
高电平点亮 h g f …… a
f
a g
b
f
a g
b
ed c
ed c