接口电路设计
总线形式接口电路原理图设计
• 总线接口概述 • 总线接口电路设计基础 • 总线接口电路原理图绘制 • 总线接口电路仿真与调试 • 总线接口电路优化与改进
01
总线接口概述
总线接口定义
总线接口是指计算机内部或设备之间 用于数据传输的连接方式，通过总线 接口可以实现设备之间的数据交换和 通信。
总线接口通常由一组标准化的信号线 组成，用于连接多个设备，实设备 之间的数据传输和控制。
感谢观看
方案设计
根据需求分析，设计电路 方案，包括元件选择、电
路结构等。
仿真测试
通过仿真软件对电路原理 图进行测试和验证，确保
电路功能正确。
样品制作与测试
制作电路板样品，进行实 际测试和验证，确保满足
设计要求。
电路设计工具介绍
EDA工具
Electronic Design Automation，如AutoCAD、 OrCAD等，用于绘制原理图和PCB图。
信号的准确性和稳定性。
未来发展方向
集成化与小型化
随着集成电路技术的发展，总线接口电路将进一步向集成化和小型 化方向发展。
低功耗设计
随着对节能环保需求的增加，低功耗设计将成为总线接口电路的重 要发展方向。
高速传输与高带宽
随着数据传输速率的不断提高，总线接口电路将向高速传输和高带宽 方向发展。
THANKS
合理使用模板
利用原理图模板提高设计效率，减少重复绘制的工作量。
原理图绘制实例
UART总线接口电路原理图
SPI总线接口电路原理图
I2C总线接口电路原理图
实例1
实例2
实例3
04
总线接口电路仿真与调试
仿真工具介绍
01
单片机接口电路的设计和优化技巧探讨
单片机接口电路的设计和优化技巧探讨单片机是现代电子设备中不可或缺的核心控制器件，它在各个领域的应用越来越广泛。
在实际应用中，单片机需要与各种外部设备进行连接，以实现数据的输入和输出。
因此，设计稳定可靠的接口电路是非常重要的，本文将探讨一些单片机接口电路的设计和优化技巧。
一、输入电路的设计和优化输入电路主要用于将外部信号输入到单片机的引脚上，常见的输入电路包括按键输入电路和传感器输入电路。
在设计按键输入电路时，需要考虑按键的稳定性和抗干扰能力。
一种常用的方法是使用稳压二极管和电阻组成的电路，将按键的信号通过二极管和电阻输出到单片机引脚上。
这种电路能够稳定地将按键信号传递给单片机，同时能够有效抵御外部干扰信号的干扰。
传感器输入电路需要考虑信号的放大和滤波问题。
在设计传感器输入电路时，可以使用运算放大器对信号进行放大，并通过RC电路进行滤波，以确保输入信号能够稳定且准确地传递给单片机。
此外，对于一些高频信号的输入，可以使用差分输入电路结构，以提高抗干扰能力和信号质量。
二、输出电路的设计和优化输出电路主要用于将单片机的输出信号驱动外部设备，如LED灯、继电器等。
在设计输出电路时，需要考虑输出电流的大小和稳定性。
对于驱动LED灯等设备，可以使用三极管作为输出驱动器，通过控制三极管的导通和截止，实现LED灯的亮灭控制。
同时，可以通过连接电阻限制输出电流的大小，以保证单片机的输出口和外部设备的安全。
对于一些需要较大电流的外部设备，如继电器等，可以采用驱动芯片或电平转换器来实现驱动功能。
驱动芯片通常具有更大的输出电流能力，并且能够提供更稳定的输出信号。
而电平转换器可以将单片机的逻辑信号转换为与外部设备匹配的电平信号，以实现可靠的驱动功能。
三、通信接口电路的设计和优化通信接口电路用于实现单片机与其他设备之间的数据通信。
常见的通信接口包括串口、I2C总线、SPI总线等。
在设计串口接口电路时，需要选择合适的电平转换芯片，并配合电阻电容等元件实现电平转换和数据发送。
接口电路分析与设计方法
接口电路分析与设计方法
(1) 分析接口两侧的情况
微机一侧
着重熟悉CPU的类型及其引脚定义，包括： ▲数据总线宽度（8、16、32bit）。 ▲地址总线宽度（16、24、32bit）。 ▲控制线的逻辑定义与时序关系（高低电平有效、脉冲跳变）。
外设一侧
▲熟悉外设的工作原理和功能。 ▲熟悉外设信号线的定义及时序关系。
3
(3) 合理选用接口芯片
选用TTL、COMS系列等中小规模器件，用传统数字逻 辑方法进行接口电路设计。“搭”电路：114产品
选用通用或专用的可编程大规模逻辑器件，结合少量的 中、小规模芯片来进行设计。
采用可编程逻辑器件（FPGA、CPLD等），并借助 VHDL或EDA工具进行接口设计。PCB图演示
5
内容概要
1 微机与接口
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ微机接口概述
3 微机接口的组成 分析接口两侧情况 系统总线与外设间的信号转换
4 CPU与接口的 数合理据选交用接换口芯片 接口驱动程序设计
5 接口电路分析与设计方法
6
微机接口技术
确定了核心芯片，还需一些附加电路来进行电平转换、增强驱动能 力等，可选用反相器、三极管、与非门、缓冲器等辅助芯片。
4
(4) 接口驱动程序分析与设计
对于非标准设备，需自己动手编写驱动程序。此时需了 解外设的工作原理与接口的硬件结构。
驱动程序与接口硬件紧密相关。接口硬件改变，驱动随 之变化。
科研项目演示：Windows驱动和Linux驱动。
2
(2) 系统总线与外设间的信号转换
找出系统总线信号与外设信号之间的差异，进行相 应的转换与改造。例如：
▲CPU数字量、外设模拟量：模/数转换。 ▲CPU并行数据、外设串行数据：串/并转换。 ▲CPU速度快、外设速度慢：采用中断、DMA等传送方式。
IO接口扩展电路设计
IO接口扩展电路设计概述：设计目标：设计一个IO接口扩展电路，使原有设备能够扩展2个输入接口和2个输出接口，并实现数据的读取和写入功能。
设计方案：本设计方案主要采用74HC138芯片作为IO口选择器，74HC273芯片作为触发器，通过这两个芯片的组合，实现IO接口的扩展。
具体设计如下：1.输入接口扩展：使用一个74HC138芯片，将其8个输入引脚分别连接到原有设备的数据总线上，并将3个使能引脚和2个输出引脚连接到原有设备的控制总线上。
通过控制使能引脚的状态，可以选择不同的输入端口进行数据读取。
2.输出接口扩展：使用一个74HC273芯片，将其8个输入引脚通过与门连接到原有设备的控制总线上。
通过控制输入引脚的状态，可以选择不同的输出端口进行数据写入。
此外，还需要将芯片的输出引脚连接到扩展设备的数据总线上，以实现数据的输出。
3.扩展电路控制：通过一个微控制器或者其他逻辑电路，控制74HC138芯片和74HC273芯片的使能和输入引脚的状态，从而实现对IO接口扩展电路的控制。
优化设计：为了提高扩展电路的稳定性和可靠性，可以采取以下优化措施：1.添加电源稳压电路，确保电路工作在稳定的电压范围内，避免电压波动对电路性能的影响。
2.添加滤波电路，用于滤除噪声信号，提高数据传输的稳定性和可靠性。
3.保证电路的接地良好，减少接地电阻和噪声干扰。
4.使用优质的连接器和电子元件，提高电路的可靠性和使用寿命。
总结：通过上述设计方案和优化措施，可以实现IO接口的扩展，并满足特定需求。
扩展电路的设计需要考虑电路的稳定性、可靠性和数据传输的性能，合理选取芯片和电子元件，并进行必要的优化措施，以确保电路工作正常。
此外，设计者还需要根据实际情况进行调试和测试，确保电路性能的稳定和可靠。
I2C总线接口电路设计
I2C总线接口电路设计I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种用于在集成电路之间进行通信的串行总线接口。
它是一种广泛应用于电子系统中的通信协议，可以用于连接各种外部设备，例如传感器、存储器、显示屏等。
在进行I2C总线接口电路的设计时，主要需要考虑以下几个方面：1.电源电压：I2C总线接口电路通常使用3.3V或5V作为电源电压。
选择电源电压需要根据所连接的外部设备的工作电压要求来确定。
2.电路连接：I2C总线一般使用两根线进行通信，即SCL线和SDA线，其中SCL线用于时钟信号，SDA线用于数据信号。
在电路连接方面，需保持SCL和SDA线的长度较短，以减小信号干扰的可能性。
3.电路保护：由于I2C总线通常连接的是外部设备，因此电路中需要加入适当的保护措施，以防止过电压、过电流等情况对电路和设备造成损害。
常用的保护元件包括稳压二极管、保险丝和放电二极管等。
4.信号线驱动：为了保证I2C总线的正常通信，需要对SCL和SDA线进行适当的驱动，以提供足够的信号电平和电流。
常用的信号线驱动器包括晶体管和放大器等。
5.电路滤波：I2C总线通常工作在较高的频率上，因此需要对信号进行滤波处理，以避免高频噪声对通信造成干扰。
常见的滤波元件包括电容和电感等。
6.电路调试：在I2C总线接口电路设计完毕后，需要进行调试和测试。
常见的调试方法包括使用示波器观察信号波形、检查电压和电流等。
总之，I2C总线接口电路设计需要考虑电源电压、电路连接、电路保护、信号线驱动、电路滤波和电路调试等方面的因素。
通过合理设计和调试，可以实现可靠和稳定的I2C总线通信，并连接各种外部设备，提高电子系统的功能和性能。
硬件设计：接口--USB2.0电路设计
硬件设计：接⼝--USB2.0电路设计参考资料：⼀、USB2.0物理特性 1.1、USB接⼝ USB连接器包含4条线，其中VBUS、GND⽤于提供5V电源，电流可达500mA；⽽D+、D-⽤于USB数据传输。
D+、D-是⼀组差分信号，差分阻抗为90欧，具有极强的抗⼲扰性；若遭受外界强烈⼲扰，两条线路对应的电平会同时出现⼤幅度提升或降低的情况，但⼆者的电平改变⽅向和幅度⼏乎相同，所以两者之间的电压差值可始终保持相对稳定。
扩展：USB OTG(即USB On-The-Go)技术在完全兼容USB2.0标准的基础上，增添了电源管理(节省功耗)功能，它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作，实现了在没有主机的情况下，设备与设备之间的数据传输。
例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备间的USB⼝，将拍出的相⽚⽴即打印出来。
USB OTG接⼝中有5条线： 2条⽤来传送数据D+ 、D-; 2条是电源线VBUS、GND; 1条是ID线，⽤于识别不同的电缆端点，mini-A插头(即A外设)中的ID引脚接地，mini-B插头(即B外设)中的ID引脚浮空。
当OTG设备检测到接地的ID引脚时，表⽰默认的是A设备(主机)，⽽检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备(外设)。
1.2、反向不归零编码(NRZI) 反向不归零编码(Non Return Zero Inverted Code)的编码⽅式⾮常简单，即⽤信号电平的翻转代表“0”，信号电平保持代表“1”。
这种编码⽅式既可以保证数据传输的完整性，还不需要传输过程中包含独⽴的时钟信号，从⽽可以减少信号线的数量。
但是当数据流中出现长“1”电平时，就会造成数据流长时间⽆法翻转，从⽽导致接收器丢失同步信号，使得读取的时序发⽣严重的错误；所以在反向不归零编码中需要执⾏位填充的⼯作，当数据流中出现连续6个“1”电平就要进⾏强制翻转(即⾃动添加⼀位“0”电平)，这样接收器在反向不归零编码中最多每七位就会出现⼀次数据翻转，从⽽保证了接收器的时钟同步，同时接收器端会扔掉⾃动填充的“0”电平，保证了数据的正确性(即使连续6个“1”电平后为“0”电平,NRZI仍然会填充⼀位“0”电平); USB的数据包就是采⽤反向不归零编码⽅式，所以在总线中不需要时钟信号。
单片机常用接口电路设计
单片机常用接口电路设计单片机是一种集成电路，内部包含了处理器、内存和各种输入输出接口。
在单片机应用中，常用的接口电路设计包括数模转换、模数转换、显示控制、通信接口、电源接口等。
一、数模转换接口电路设计：数模转换器（DAC）是将数字信号转换为模拟信号的设备，常用于音频处理、控制信号输出等。
设计DAC接口电路时需要考虑输入信号的分辨率、精度和输出电压范围等因素。
一种常见的设计方案是使用运放作为缓冲放大器，将单片机输出的数字信号经过DAC转换后放大输出。
此外，还可以根据需要添加滤波电路来去除数字信号中的高频噪声。
二、模数转换接口电路设计：模数转换器（ADC）是将模拟信号转换为数字信号的设备，常用于传感器信号采集、音频采样等。
在设计ADC接口电路时需要考虑输入信号的范围、精度和采样率等因素。
常见的设计方案是使用运放将输入信号放大，并连接到ADC的输入端。
此外，还可以根据需要添加滤波电路来去除输入信号中的高频噪声。
三、显示控制接口电路设计：单片机常用于控制各种显示设备，如数码管、液晶显示屏等。
设计显示控制接口电路时需要考虑控制信号的电平、频率和电流等因素。
一种常见的设计方案是使用继电器或晶体管作为开关，将单片机输出的控制信号连接到显示设备，实现显示内容的控制。
此外，还可以使用驱动芯片来简化接口电路设计，提高驱动能力。
四、通信接口电路设计：单片机常用于与外部设备进行通信，如串口通信、SPI通信、I2C通信等。
设计通信接口电路时需要考虑信号的传输速率、电平逻辑和接口协议等因素。
常见的设计方案是使用电平转换器将单片机的信号电平转换为外设能够接受的电平，并通过串行线路或总线连接到外设。
此外，还可以使用专用的通信芯片来简化接口电路设计，提高通信速率和可靠性。
五、电源接口电路设计：单片机的正常工作需要稳定的电源供应。
设计电源接口电路时需要考虑电源稳压、过压保护和电源滤波等因素。
一种常见的设计方案是使用稳压电源芯片或稳压二极管作为功率稳定器，为单片机提供稳定的电压。
以太网通信接口电路设计规范
以太网通信接口电路设计规范1.通信标准选择：以太网通信接口电路设计应符合IEEE802.3标准，并根据具体应用场景选择适当的以太网标准，如10BASE-T、100BASE-TX或1000BASE-T。
2.电路布局设计：以太网通信接口电路布局应遵循信号完整性原则，电源和地线应分开布局，采用合适的终端电阻和衰减器以减少信号反射和串扰。
电路板上的噪声源应尽量避开关键信号传输路径。
3.信号线设计：以太网通信接口电路应采用高速差分信号线传输数据，信号线的长度应尽量短，保持相同长度以减小信号延迟和失真。
信号线的阻抗应匹配传输线特性阻抗以确保信号传输的完整性。
4.EMI设计：以太网通信接口电路应采取合适的电磁干扰（EMI）抑制措施，如添加滤波器、电源线柔性涂层和屏蔽罩等，以减少电磁辐射和敏感器件对外界电磁干扰的敏感性。
5.電源设计：以太网通信接口电路设计应确保电源电压稳定，并避免电源波动和噪声对接口电路的干扰。
为了提高系统的稳定性和抗干扰能力，可以采用分离式电源或添加稳压电路等措施。
6.技术参数要求：以太网通信接口电路的设计应满足相关技术参数的要求，如传输速率、最大传输距离、带宽等。
设计人员应仔细考虑电路组件的选型和参数设置，确保在实际应用中能够稳定可靠地工作。
7.抗干扰性能测试：以太网通信接口电路设计完成后，应进行抗干扰性能测试，包括共模噪声、差模噪声和电磁干扰等方面的测试，以确保接口电路可以在复杂的工作环境中正常工作。
8.安全性设计：以太网通信接口电路应考虑安全性设计，包括对传输数据的加密和解密、身份验证、访问控制等安全措施的支持。
总之，以太网通信接口电路设计规范旨在确保以太网通信接口电路的稳定性、可靠性和安全性。
设计人员应根据具体应用需求和相关标准要求，合理选择电路布局、信号线设计和EMI抑制等方面的措施，并通过测试和验证确保接口电路的性能符合预期。
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0
1
0
1
选中寄存器
内部命令寄存器 通用I/O口A寄存器 通用I/O口B寄存器 口C：通用I/O口或控制口 定时/计数器的低8位寄存器 定时/计数器的高8位寄存器
3.8155的工作方式与基本操作
图10 8155命令状态寄存器格式
表2 8155定时器编程方式及相应的输出波形
M2
M1
方式
定时器输出波形
微观上看来， 程序只是瞬间 点亮了一个数 码管,但是只要 这个循环消耗 的时间足够短, 我们看起来就 是不闪烁的， 这就是扫描的 根本含义。
MAIN:
MOV A,
#5
;试着修改
MOV P3, #00000001B ;试着修改
MOV DPTR, #DISTAB
MOVC A,
@A+DPTR
MOV P2, A
DJNZ RET
R7, R6, R6, R7,
DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H
DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH
#0FFH #0FH DL2 DL1
实验现象有什么变化?
没有显示
没有显示
4 DPY_ 7 -SEG_ DP
dp DPY
g
a
ff g b e
de
c
c
d
b
dp
a
a
DPY
(a)管脚图
(b)共阴极
(c) 共阳极
LED显示器与通用I/O口的连线
动态LED显示器硬件接口
P2
1 2 3 4 5 6 7 8
P27 P26 P25 P24 P23 P22 P21 P20
com4
com3
com2
共阴极数码管组
4 DPY_ 7 -SEG_ DP
8 dp DPY
a DPY
a DPY
de
c
c
d
b
dp
a
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
没有显示
4 DPY_ 7 -SEG_ DP
dp DPY
g
a
ff g b e
de
c
c
d
b
dp
a
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
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c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
模块六 接口电路设计及存储器扩展
1. 带LED显示及键盘的彩灯控制系统
LD1
LED部分的连接
LD2
P0
1 2 3 4 5 6 7 8
P 01 P 02 P 03 P 04 P 05 P 06 P 07 P 08
CON8
LD3
RN4
330
LD4
LD5
LD6
LD7
LD8
通过P0口连接的LED电路
键盘部分的连接
3.MCS-51与8255A的连接方法 图6 8051与8255A的连接方法
4.8255的方式控制字 （1）方式选择控制字
图7 8255A方式选择控制字
（2）C口按位复位/置位控制字 图8 C口 按位复位/置位控制寄存器
可编程RAM I/O接口芯片8155及其扩展I/O口技术
1.8155内部结构及引脚
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
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c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
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c
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d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
a
DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
16 com4 15 com3 14 com2 13 com1 12 com4 11 com3 10 com2
d
f
d
f
d
f
d
2
b
dp g
dp g
dp g
dp
g
dp g
dp g
dp g
dp
1
a
dp
dp
dp
dp
dp
dp
dp
16 com4 15 com3 14 com2 13 com1 12 com4 11 com3 10 com2
com1 9
等同于下面的结构
J
1 2 3 4 5 6 7 8
CON8
7 -SEG_ DP_ 1
a DPY
a DPY
7
g
a
b
a
b
a
b
a
b
a
6 5
ff g b e
cf
b
d
g
cf
b
d
g
cf
b
d
g
cf
b
d
g
4
de
c ee
c ee
c ee
c ee
c
3
cd
f
d
f
d
f
d
f
d
2
b
dp g
dp g
dp g
dp g
dp
1
a
dp
dp
dp
dp
com1
com4
CON8
com3
a DPY
b
a
cf
b
d
g
ee
c
f
d
g
dp
dp
采用8255扩展I/O口
1.8255的引脚功能。 U?
34 33 32 31 30 29 28 27
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7
4 3 2 1 40 39 38 37
5 36
9 8 35 6
RD WR A0 A1 R ESET CS
K13 K9
K5
K6
K7
K8
K1
K2
K3
K4
通过P1口连接的键盘电路
2.矩阵键盘工作方式
图13 定时键盘扫描程序框图
单片机LED数码管显示器接口技术
MAIN:
MOV
A, #2
MOV
P3, #10000100B
MOV
DPTR, #DISTAB
MOVC A, @A+DPTR
MOV
P2, A
LJMP
MAIN
图13 独立键盘与单片机接口
矩阵键盘接口技术 1.矩阵式键盘的结构及工作原理
图14 矩阵键盘结构
键盘部分的连接
RK4 5 6 7 8
P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17
CON8
RK2 1K RK1 1K
K16
K12
K15 K11
K14 K10
a
DPY
b
a
cf
b