CD4052 单片机串行口扩展技术应用
基于单片机的电阻、电容、电感测试仪
1 前言1.1 设计的背景及意义目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电阻，电容，电感的大小。
因此，设计可靠，安全，便捷的电阻，电容，电感测试仪具有极大的现实必要性。
通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测参数传换成直流电压或频率后进行测量。
电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法、比例运算器法和积分运算器法。
比例运算器法测量误差稍大，积分运算器法适用于高电阻的测量。
传统的测量电容方法有谐振法和电桥法两种。
前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。
随着数字化测量技术的发展，在测量速度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。
电感测量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交流电桥的平衡过程复杂，而且通过测量Q值确定电感的方法误差较大，所以电感的数字化测量常采用时间常数发和同步分离法。
由于测量电阻，电容，电感方法多并具有一定的复杂性，所以本次设计是在参考555振荡器基础上拟定的一套自己的设计方案。
是尝试用555振荡器将被测参数转化为频率，这里我们将RLC的测量电路产生的频率送入AT89C52的计数端端，通过定时并且计数可以计算出被测频率再通过该频率计算出各个参数。
1.2 电阻、电容、电感测试仪的发展历史及研究现状当今电子测试领域，电阻，电容和电感的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。
电阻、电容和电感测试发展已经很久，方法众多，常用测量方法如下。
电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法、比例运算器法和积分运算器法。
比例运算器法测量误差稍大，积分运算器法适用于高电阻的测量。
传统的测量电容方法有谐振法和电桥法两种。
前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。
随着数字化测量技术的发展，在测量速度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。
电感测量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交流电桥的平衡过程复杂，而且通过测量Q值确定电感的方法误差较大，所以电感的数字化测量常采用时间常数发和同步分离法。
第五讲-单片机的存储器扩展
单片机系统的存储器扩展及并行接口扩展
存储器芯片的选择有两种方法: 线选法和译码法。
1. 线选法 所谓线选法, 就是直接以系统的地址线作为存储器 芯片的片选信号, 为此只需把用到的地址线与存储器芯 片的片选端直接相连即可。 2. 译码法 所谓译码法就是使用地址译码器对系统的片外地 址进行译码, 以其译码输出作为存储器芯片的片选信号。
单片机系统的存储器扩展及并行接口扩展
图2 单片机的3总线结构形式
单片机系统的存储器扩展及并行接口扩展
2. 系统扩展的内容与方法
(1) 系统的扩展一般有以下几方面的内容: ① 外部程序存储器的扩展; ② 外部数据存储器的扩展; ③ 输入/输出接口的扩展;
④ 管理功能器件的扩展(如定时/计数器、 键盘/显
线有11根(A10～Ａ0), 片外译码线有4根。 其所占用的 地址范围如下：
单片机系统的存储器扩展及并行接口扩展
当A15为0时， 所占用地址为0010000000000000～
0010011111111111， 即2000H～27FFH。 当A15为1时， 所占用地址为1010000000000000～ 1010011111111111, 即A000H～A7FFH。 共占用了两组地址， 这两组地址在使用中同样有效。
单片机系统的存储器扩展及并行接口扩展
图5 总线驱动器芯片管脚图
(a) 单向驱动器74LS244; (b) 双向驱动器74LS245
单片机系统的存储器扩展及并行接口扩展
P2口如外接总线驱动器， 可用单向的72LS244,
其连接图如图6(a)所示。 它的两个控制端 1G 和 2G 均接 地， 相当于8个三态门均打开， 数据从P2口到A8～
单片机系统的存储器扩展及并行接口扩展
单片机原理与应用技术第5章并行接口扩展
新型并行接口技术将采用更先进的信号处理算法，以提高数 据传输的抗干扰能力和降低误码率。
并行接口与其他技术的融合发展
01 并行接口将与串行接口、无线接口等技术进行融 合，形成更加多样化的接口形式。
02 并行接口将与网络通信技术进行融合，实现远程 控制和数据传输。
03 并行接口将与人工智能技术进行融合，实现智能 化的数据处理和传输。
32位地址总线
可寻址内存空间为4GB。
数据传输速率
低速Байду номын сангаас输
传输速率较低，适用于对速度要求不高的场合。
高速传输
传输速率较高，适用于对速度要求较高的场合。
03 并行接口扩展技术
I/O端口扩展
I/O端口扩展的概念
由于单片机本身的I/O端口数量有限，为了满足更多的外 设连接需求，需要通过扩展技术增加I/O端口的数量。
未来并行接口将需要支持更高的数据传输速率，以满足大数据、云计算、 人工智能等领域的传输需求。
针对不同的应用场景，需要定制化高性能的并行接口，以满足特定领域的 需求。
新型并行接口技术的研发
01
新型并行接口技术将不断涌现，包括高速差分信号传输技术 、多通道并行传输技术等。
02
新型并行接口技术将采用更先进的物理层传输协议，以提高 数据传输的可靠性和稳定性。
应用
02
03
特点
8251是一款可编程的串行接口芯 片，用于实现单片机与其他设备 之间的串行通信。
在通信、数据传输、远程控制等 领域广泛应用，用于实现数据的 串行传输和控制。
具有高速、稳定的数据传输性能， 能够满足远距离通信和高速数据 传输的需求。
8279可编程键盘显示接口芯片应用
单片机外部扩展接口设计与应用案例
单片机外部扩展接口设计与应用案例引言在现代电子设备中，单片机作为一种重要的控制器件，广泛应用于各个领域，包括家电、汽车、通信、医疗等。
然而，由于单片机的引脚数量有限，无法直接满足所有外部设备的连接需求。
因此，设计合理的外部扩展接口对于单片机应用的成功至关重要。
本文将介绍单片机外部扩展接口的基本原理和常见的设计方案，并给出一些应用案例供参考。
一、单片机外部扩展接口的基本原理单片机外部扩展接口的设计基于单片机的引脚，可以分为并行接口和串行接口两种。
并行接口可以同时传输多个位数据，速度较快，适用于需要高速传输的应用；而串行接口逐位传输数据，适用于数据量较小、传输距离较长的应用。
1. 并行接口设计并行接口通常使用I/O口或者专用的外部总线来实现。
其中，I/O口的引脚可以通过编程设置为输入或输出模式，从而实现数据的输入和输出。
外部总线通常是由多根信号线组成，包括数据线、地址线和控制线，用于在单片机和外部设备之间传输数据和控制信息。
2. 串行接口设计串行接口可以使用UART、SPI、I2C等通信协议来实现。
UART是一种通用的串行通信协议，采用一根传输线来同时传输数据和时钟信息。
SPI是一种高速的串行通信协议，采用四根传输线来传输数据、时钟、选择信号和数据输入输出信号。
I2C是一种双线制的串行通信协议，采用两根传输线来传输数据和时钟信号。
二、常见的单片机外部扩展接口设计方案针对不同的应用场景和需求，常见的单片机外部扩展接口设计方案有如下几种。
1. LCD 显示屏接口设计在许多嵌入式系统中，使用LCD显示屏来实现人机交互是常见的需求。
LCD显示屏一般采用并行接口进行数据传输，需要单片机具备足够多的I/O口来连接。
此外，还需要使用定时器来生成LCD显示所需的时序信号。
2. 串口通信接口设计串口通信是嵌入式系统中常用的一种通信方式，常用于与PC机、传感器、无线模块等设备之间进行数据传输。
单片机可以通过UART模块实现串口通信功能，设置波特率、数据位数、停止位数等参数来适应不同的通信需求。
单片机原理与应用课件单片机的系统扩展
1A2
Q6
2Y3
74LS244
Q5
1A3
D5
2Y2
D4
1A4
Q4
2Y1
CLK
GND
VCC 当EN为低
2EN 电平，A
1Y1 2A4
信号传送
1Y2 到Y；EN
2A3 为高电平，
1Y3 Y为高阻
2A2
态。
1Y4
2A1
简单I/O扩展举例：
例中74LS244和74LS273地址都为7FFFH 〔P2.7=0〕。 要求当某开关合上时相对应的LED点亮，开关断时相应的 LED暗，其控制程序如下：
27256〔A0～A14〕； 2〕CE 芯片使能信号 3〕OE/ VPP 输出使能信号/编程电压 4〕 PGM 编程脉冲输入端 5〕O0～O7 数据线
例1：用一片27128扩展的16K字节单片机程序存储器。 扩展一片程序存储器时，片选信号CS可直接接地，也可接A14或A15，
既采用线选法。
27128的A0～A13 —— 接地址总线A0～A13 OE —— 接 PSEN
或CMOS电路的锁存器、三态缓冲器扩展简单的I/O接口。 如采用8位三态缓冲器74LS244组成输入口，采用8D锁存器
74LS273，74LS373等组成输出口。
当CLR为
CLR Q0
高电平，
D0
CLK的上
D1
升沿使D
Q1
锁存。
Q2
D2
D3
Q3
GND
74LS273
VCC 1EN
Q7
1A1
D7
2Y4
D6
它们在单片机系统扩展中常常被采用。 EPROM扩展的典型产品有：2716〔2KB〕、2732〔4KB)、2764
串行接口扩展
扩展并行输出口时，可用串入并出移位寄存器芯片，如 CMOS芯片4094和74LS164芯片。4094芯片的引脚信号如图930（a）所示。Q1~Q8是8个并行输出端；DATA是串行数据输 入端；CLK是时钟脉冲端，时钟脉冲既用于串行移位，也用 于数据的并行输出；QS、、Q8是移位寄存器最高位输出端； OE是并行输出允许端；STB是选通脉冲端，STB高电平时， 4094选通移位，低电平时，4094可并行输出。74LS164的引 脚信号如图9-30（b）所示。74LS164与4094的使用类似。
//传完清除标志位，准备下一次数据传输 //置4094于并行输出工作方式 //串行口数据发送完毕，P3.1上已停止同步移位
//为使4094并行输出数据，软件产生一个脉冲上
//原地循环，相当于SJMP$
单片机原理与应用
单片机原理与应用
串行接口扩展
MCS-51单片机串行口工作于方式0时，串行口作为同步移 位寄存器使用，这时以RXD(P3.0)端作为数据移位的输入端或 输出端，而由TXD(P3.1)端输出移位脉冲。如果把能实现“并 入串出”或“串入并出”功能的移位寄存器与串行口配合使 用，就可使串行口转变为并行输入或输出口使用。
SL=0;
//置4014于串行移位工作方式
SCON=0x10;
while(RI!=1); RI=0; data_L=SBUF; SCON=0x10;
while(RI!=1); RI=0; data_H=SBUF; while(1); }
//置串行口为工作方式0，同时 //置位REN启动串行口接数据
sbit SL=P1^7;
//位定义
sbit CLK=P3^1;
void main()
//主程序
单片机应用系统的串行扩展PPT课件
精品课件
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精品课件
图11-5 SPI数据传送格式
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目前世界各大公司为用户提供了一系列具有SPI接口的单片 机和外围接口芯片，例如Motorola公司存储器MC2814、显示驱 动器MC14499和MC14489等各种芯片；美国TI公司的8位串行 A/D转换器TLC549、10位串行A/D转换器TLC1549、12位串行 A/D转换器TLC2543等。
辨率和转换时间的关系。用户可通过修改R1、R0位的编码，
获得合适的分辨率。
精品课件
11
由表11-1可看出，DS18B20的转换时间与分辨率有关。当设 定分辨率为9位时，转换时间为93.75ms；……；当设定分辨率 为12位时，转换时间为750ms。
表11-2列出了DS18B20温度转换后所得到的16位转换结果的
单总线串行扩展11单总线系统的典型应用ds18b20的温度测量系统12单总线ds18b20温度测量系统的设计i2c总线的串行扩展31i2c串行总线系统的基本结构32i2c总线的数据传送规定33at89s52的i2c总线系统扩展34i2c总线数据传送的模拟35利用i2c总线扩展e2promat24c02的ic卡设计内容概要单片机应用系统除并行扩展外1.1 单总线串行扩展
单总线也称1-Wire bus，由美国DALLAS公司推出的外围串 行扩展总线。它只有一条数据输入/输出线DQ，总线上的所有 器件都挂在DQ上，电源也通过这条信号线供给，这种只使用一 条信号线的串行扩展技术，称为单总线技术。
单总线系统中配置的各种器件，由DALLAS公司提供的专用 芯片实现。每个芯片都有64位ROM，厂家对每一芯片都用激光 烧写编码，其中存有16位十进制编码序列号，它是器件的地址 编号，确保它挂在总线上后，可唯一地被确定。
单片机基础 第七章 单片机IO扩展及应用
单片机基础第七章单片机IO扩展及应用《单片机基础第七章单片机 IO 扩展及应用》在单片机的应用中，IO 端口（Input/Output 端口，输入/输出端口）往往是有限的。
然而，在实际的项目开发中，我们可能需要连接更多的外部设备，这就涉及到单片机 IO 扩展的知识。
单片机的 IO 端口是与外部世界进行交互的重要通道。
通过这些端口，单片机可以接收外部的输入信号，例如按键的按下、传感器的数据等，同时也可以向外输出控制信号，驱动各种执行器，如 LED 灯、电机等。
但当我们需要连接的外部设备数量超过单片机本身所提供的IO 端口数量时，就必须考虑进行 IO 扩展。
IO 扩展的方式多种多样，常见的有并行扩展和串行扩展。
并行扩展是通过增加并行接口芯片来实现的。
并行扩展的优点是数据传输速度快，能够在一个时钟周期内同时传输多个位的数据。
例如，我们可以使用 8255 芯片来扩展并行 IO 端口。
8255 具有三种工作方式，可以根据实际需求灵活配置为输入端口或输出端口。
在进行并行扩展时，需要注意地址线的连接和译码。
通常，我们会使用地址译码器来生成芯片的片选信号，确保单片机能够准确地访问到扩展的 IO 端口。
串行扩展则是通过串行通信的方式来实现 IO 扩展。
相比于并行扩展，串行扩展所需的连线较少，有利于节省电路板的空间和降低成本。
常见的串行扩展方式有SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）和 I2C（InterIntegrated Circuit，集成电路总线）。
SPI 是一种高速的全双工同步串行通信接口，通常需要四根线：时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线（MISO）、主机输出/从机输入数据线（MOSI）和片选线（CS）。
通过合理地配置这些信号线，我们可以实现多个 SPI 设备的连接和数据传输。
I2C 则是一种两线式串行总线，只需要两根线：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。
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CD4052 单片机串行口扩展技术应用
CD4052 是一种数字控制的模拟数据选择/ 分配器,本文将它用于UART串口扩展,解决了普通单片机UART串口太少的问题。
文中给出该器件的主要特性、引脚说明及电气特性,并以A T89C51 单片机为例给出多串口扩展应用电路。
1 概述
当前,以单片机为核心构成的智能化测控系统及电子产品不断涌现,为了满足数字化及智能化要求,许多外围电路功能模块、部件、器件及传感器也具备了UART 串口通信功能,而现阶段的8 位、16 位、32位单片机却大部分仅提供一个UART 串口,这样就很难满足系统中一方面要与具有UART 功能的串口部件通信,另一方面又要与上位机通信的要求。
利用CD4052 做多串口扩展器,可很好地解决此问题。
2 封装及引脚功能
该器件具有SOP、SOIC、TSSOP和PDIP四种封装形式,皆是16 个引脚。
图1 所示为其PDIP封装引脚分布图,图2 是CD4052 的逻辑图,数字控制真值表见表1。
图1 CD4052PDIP引脚分布图
3 工作特性
CD4052 模拟数据选择/ 分配器是数字控制的模拟开关,具有低导通阻抗和非常低的关断泄漏电流。
315V 的数字信号可以控制15VP- P 的模拟信号。
例如,若VDD = 5V , VSS = 0V , VEE = - 5V ,则的数字信号可以控制- 5V + 5V 的模拟信号输入输出。
数据选择器在整个VDDVSS 和VDDVEE 范围具有非常低的静态功耗,而且与控制信号的逻辑状态无关。
图2 CD4052 的逻辑图
表1 真值表
CD4052 是一个独立的4 通道数据选择器,具有二进制控制输入端A、B 和一个禁止输入INH。
A、B的四种二进制组合状态用来在四对通道中选择其中的一对,当逻辑“1”加到INH 输入端时,所有的通道都关闭。
CD4052 的器件特性为:
1) 宽范围的数字和模拟信号电平:数字315V ,模拟可达15VP- P。
2) 低导通阻抗:在VDD - VEE = 15V 的条件下,整个15V P - P信号输入范围的典型值为80Ω。
3) 高截止阻抗:在VDD - VEE = 10V 的条件下,通道漏电流的典型值为±10 pA。
4) 逻辑电平转换:315V ( VDD - VSS = 315V) 的数字地址信号转换成15VP- P ( VDD - VEE = 15V) 的开关模拟信号。
5) 匹配开关特性:在VDD - VEE = 15V 的条件下,RON 的典型值为5Ω。
6) 极低的静态功耗:在VDD - VSS = VDD - VEE =10V 条件下,静态功耗的典型值为1μW。
7) 片上二进制地址解码。
4 应用说明
1) 可将一个UART 串口扩展为4 个UART 串口:从逻辑图可以说明,CD4052 其实是数字控制的双向传输门,从总体功能上来
看,从X、Y输入,则是2 个一分四的数据分配器;若从X、Y输出,则是2 个四选一的数字选择器。
分别将X、Y接单片机的RXD 和TXD ,则可以将一个串口扩展为4 个。
2) 全双工异步工作:4 个UART 串口都是全双工异步工作模式。
3) 高工作速度:工作速度取决于单片机的工作速度。
4) 与单片机的接口:其控制输入引脚A、B 和INH在VDD = 5V 的条件下,要求低电平输入电压VILF1.5V ,高电平输入电压
VIHE3. 5 ,与CMOS 单片机芯片电平兼容,不需外加其他元器件。
其他输入/ 输出引脚,在VDD = 5V , VEE = 0V 的条件下, RON 的典型值为270Ω, RON 的典型值为10Ω,相对于较大的负载值,导通电阻上的压降可以忽略不计。
5 典型应用电路
利用CD4052 可将仅具有一个UART 串口的单片机扩展为具有4 个UART 串口的单片机。
下面以A T89C51 单片机为例,给出相应的串口扩展电路,如图3 所示。
图3 利用CD4052 扩展的4 串口电路
图3 中A T89C51 的全双工串口与CD4052 的XY相连,另外任意两条空闲串口线与AB 相连,用来选择通道,在这里连接的是P2. 6 和P2. 7。
INH 直接接地,即通道一旦选定,总是处于导通状态。
如此接法简化操作,要与哪个扩展串口进行通信,只需
设置A、B 值打开相应通道开关即可,而不需其他软件操作。
6 结束语
CD4052 用作多串口扩展器可广泛应用于工业控制、数据采集、仪器仪表、智能家电、计算机RS232 口扩展、有线及无线数据传输等领域。
由该器件构成的多串口电路与专用串口扩展器相比具有硬件成本低、性价比高、工作速度高、零外设等特点,因而选择该器件是多串口应用系统的良好解决方案。