单片机接口技术复习要求及练习题

1.基本概念： （1）什么是计算机中所指的接口？什么是硬件接口？什么是软件接口？接口技术应解决的问题有哪些？ 接口：两个不同逻辑部件之间的交接部分 硬件接口：两个不同逻辑部件之间的交接部分的实体电路 软件接口：使实体电路能正常工作的程序 （2）存储器接口技术中，地址译码方法一般有 2 种，即线性地址译码和全地址译码。什么是“线性地址 译码”和“全地址译码” ，各有什么特点？（P69） 所谓线选法即是把单独的地址线（通常是 P2 口的某一根线）接到外围芯片的片选端上，只要该地址 线为低电平，就选中该芯片。 线选法的优点是硬件电路结构简单，但由于所用片选线都是高位地址线，他们的权值较大，地址空 间没有充分利用，芯片之间的地址不连续。其特点是无需译码器，但有较多的地址重叠区 全地址译码法：它将低位地址作为芯片的片内地址（取外部电路中的最大的地址线位数）？，用译 码器对高位地址线进行译码，译出的信号作为片选线。 对于 RAM 和 I/O 容量较大的应用系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，常采取全地 址译码法。其特点是物理地址与实际存贮单元一一对应，但译码电路复杂 （3）什么是独立式按键？什么是矩阵式按键？什么是编码式按键？什么是非编码式按键？非编码式键盘 扫描原理：逐行扫描原理和翻转式扫描原理。 独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接一根 I/O 线，一根 I/O 线的按键工作状态不会影响其 它输入线上的工作状态。 矩阵式按键适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。 编码按键：？ 非编码按键：？ 逐行扫描原理：1.识别键盘有无键被按下。方法：让所有列线均置为 0 电平，检查各行线电平是否有 变化，如果有变化，则说明有键被按下，反之则无 2.如果有键被按下，识别出具体按键。方法（亦称之为扫描法）：依次逐列置列线零 电平，其余各列置为高电平，检查行线电平的变化，如果行线电平由高电平变为零 电平，则可确定此行此列交叉处的按键被按下。 翻转式扫描原理：1.将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出全零电平，则行线中 电平由高到低所在行为按键所处。 2.同第一步完全相反，将行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出 全零电平，则行列线中电平由高到低所在列为按键所处。 3.？ （4）LCD 的结构和显示的基本原理。LED 显示器和 LCD 显示器各自的工作特点和设计中如何选用？动 态 LED 显示和静态 LED 显示原理和特点比较。 当外部光线通过上偏振片后形成偏振光，偏振方向成垂直方向，当此偏振光通过液晶材料后，被旋转 90，偏振片的偏振方向一致，因此此光线能完全穿过下偏振片而达反射板，经反射后沿原路返回，从而 呈现出透明状态。当液晶盒的上、下电极加上一定的电压后，电极部分的液晶分子转成垂直排列，从而失 去旋光性。因此，偏振片入射的偏振光不被旋转，当此偏振光到达下偏振片时，因其偏振方向与下偏振片 的偏振方向垂直，因而被下偏振片吸收，无法到达反射板形成反射，所以呈现黑色。根据需要，将电极做 成各种文字，数字或点阵，就可以获得所需的各种显示。 （结合原理图） LED 显示器和 LCD 显示器各自的工作特点和设计中如何选用 动态 LED 显示和静态 LED 显示原理和特点比较 静态 LED 显示： LED 显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或 +5V） ；每位的段选线（a-dp ）分别与一片 8 位的锁存输出相连。 2 特点：由于显示器的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到 显示另一个字符为止。 动态 LED 显示：在多位 LED 显示时，为了简化硬件电路，通常将所以位的段选线相应地并联在一起，由 一位（7 段 LED）或两个（ “米”字段 LED）8 位 I/O 控制，形成段选线的，多路复用。而各位的共阳极 或共阴极分别由相应的 I/O 口线控制，实现各位的分时选通。 特点：同一时刻，如果各位选线都处于选通状态的话，4 位 LED 将显示相同的字符。采取扫描显示方式， 可以让各位 LED 显示与本位相应的显示字符 （5）关于 AD 接口：逐次比较式 AD 转换器的工作原理；AD 转换器的主要技术指标解释：分辨率、 量化误差、线性度、转换速率；面对一个具体的应用场合，如何选择 AD 转换器？ 工作原理：将一待转换的模拟输入信号 UIN 与一个推测信号 Ui 相比较，根据推测信号大于还是小于输 入信号来决定是增大还是减小该推测信号，以便向模拟输入信号逼近。推测信号由 D/A 转换器的输出获 得，当推测信号与模拟信号相等时，向 D/A 转换器输入的数字就是对应模拟输入量的数字量。 课件：使二进制计数器中(输出锁存器 )的每一位从最高位起依次置 1，每接一位时，都要进行测试。若 模拟输入信号 Uin 小于推测信号 Ui，则比较器输出为零，并使该位清零；若模拟输入信号 Uin 大于推测 信号 Ui，比较器输出为 1，并使该位保持为 1。无论哪种情况，均应继续比较下一位，直到最未位为止。 此时，D/A 转换器的数字输入即为对应模拟输入信号的数字量。 分辨率：对于 ADC 来说，分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。 量化误差： 量化误差是由 ADC 的有限分辨率而引起的误差。在不计其它误差的情况下，一个分辨率有 限的 ADC 的阶梯状转移特性曲线与具有无限分辨率的 ADC 转移特性曲线(直线) 之间的最大 偏差，称之为量化误差。 线性度：有时又称为非线性度(NonIinearity) ，它是指转换器实际的转移函数与理想直线的最大偏移。 转换速率：ADC 的转换速率就是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数 。 如何选择 AD：1.确定 A/D 转换器的位数。 2.确定 A/D 转换器的转换速率。 3.决定是否要加采样保持器 4.确定工作电压和基准电压 5.正确选用 A/D 转换器有关量程的引脚 （6）关于 DA 接口：T 型网络 DA 转换器的工作原理；DA 转换器的主要技术指标解释：分辨率、线 性度、转换精度、转换速度（建立时间） ；面对一个具体的应用场合，如何选择 DA 转换器？ T 型网络 DA 转换器的工作原理： 3 .分辨率：最小输出电压与最大输出电压所对应的数字量之比 转换精度：指转换后所得的实际值对于理想值的接近程度。转换分辨率和精度是不同的概念。 线性度：通常用非线性误差的大小表示。把理想的输入/输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定 义为非线性误差。 建立时间：指数模转换器中的输入代码有满度值的变化时，其输出达到满度值1/2LSB 时所需要的时 间。 如何选择 DA 转换器：1.D/A 转换芯片主要性能指标的选择 2. D/A 转换芯片的主要结构特性与应用特性选择 建立时间 输出 分辨率 电源 精度 工作环境 保存环境 数字输入特性 其它 （7）叙述 I2C 总线数据传输协议。* (1) I2C 运用主从双向通信 (2) I2C 总线的时钟线 SCl 和数据线 SDA 都是双向传输线。总线备用时（空闲） ，SDA 和 SCL。 I2C 总线协议定义如下 1 只有在总线空闲时才允许启动数据传送 2 在数据传送过程中当时钟线为高电平时数据线必须保持稳定状态不允许有跳变时钟线为高电平时数据线 的任何电平变化将被看作总线的起始或停止信号起始信号时钟线保持高电平期间数据线电平从高到低的跳 4 变作为 I2C 总线的起始信号停止信号时钟线保持高电平期间数据线电平从低到高的跳变作为 I2C 总线的 停止信号 （8）串行总线：同步通讯和异步通讯、波特率、远距离数据传送信号的解调和调制、RS232C 的基本性 能参数、8051 单片机串口通讯的波特率的计算。 a 异步通讯：异步串行通讯规定了字符数据的传送格式，即每个数据以相同的帧格式传送。每一帧信息由 起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。 b 同步通讯： 同步通讯是通过同步字符在每个数据块传送开始时使收发双方同步。 以同步字符作为传送的开始，从而使收发双方取得同步； 每位占用的时间都相等； 字符数据之间不允许有空隙，当线路空闲或没有字符可发时，发送同步字符。 c .波特率（baud rate） 通讯线上的字符数据是按位传送的，每一位宽度(位信号持续时间) 由数据传送速率确定。波特率即 数据传送速率的规定：单位时间内传送的信息量，以每秒传送的位（Bit）表示，单位为波特，即： 1 波特1 位秒(1bps) 2.接口设计 （1）非编码式按键的软硬件设计 （2）线性地址译码电路的设计和地址计算；全地址译码电路的设计和地址计算。 （3）LED 显示接口和 LCD 显示接口的软硬件设计。 （4）TLC549 与 8051 单片机的软硬件设计和单片机从 A/D 转换器读出一个转换结果的程序。 （5）DA7512 与 8051 单片机的软硬件设计和单片机向 D/A 转换器发送 12 位数字量的程序。 （6）AT24C02 与 8051 单片机的软硬件设计。 （注：上述硬件设计能设计电路原理图；软件设计指会画流程图，不要求具体编程） 3.编程：主要是某个接口的某个主要环节的编程 （1）非编码式按键的翻转式扫描的 C 编程。P0=0xf0; if(P0!=0xf0) delay(); /去抖动 P0=0xf0; if(P0!=0xf0) /确定有键按下 key=P0; P0=0x0f; key|=P0; /取键码 while(P0!=0xf0)P0=0xF0;/等键放开 （2）LCD 显示：初始化编程（相关命令已给定） 。 void lcdinit() delay1ms(100); lcde=0; lcdrs=1; lcdrw=1; lcdsendc(0x01); /清 屏 delay1ms(200); delay1ms(300); lcdsendc(0x3C); /8 位 2 行 5X10 字体 delay1ms(200); lcdsendc(0x06); /设 ac 自增，移动显示关闭 delay1ms(200); 5 lcdsendc(0x0e); /开 启显示，光标显示，字符闪烁关闭 （3）AT24C02 与 8051 单片机的软件设计：读或写某个具体单元；读或写一个数据块。 /写入 8 个 bit 到 24c02 Write8Bit(uchar input) uchar temp; for(temp=8;temp!=0;temp-) SDA=(bit)(input SCL=1; SCL=0; input=input1; /写入一个字节到 24c02 中 void Write24c02(uchar ch,uchar address) Start(); Write8Bit(WriteDeviceAddress); TestAck(); Write8Bit(address); TestAck(); Write8Bit(ch); TestAck(); Stop(); DelayMs(10); /从 24c02 中读出 8 个 bit uchar Read8Bit() unsigned char temp,rbyte=0; for(temp=8;temp!=0;temp-) SCL=1; rbyte=rbyte1; rbyte=rbyte|(unsigned char)(SDA); SCL=0; return(rbyte); /从 24c02 中读出 1 个字节 uchar Read24c02(uchar address) uchar ch; Start(); Write8Bit(WriteDeviceAddress); TestAck(); Write8Bit(address); TestAck(); Start(); Write8Bit(ReadDviceAddress); TestAck(); ch=Read8Bit(); NoAck(); Stop(); return(ch); 6 单片机接口技术课堂练习 一、填空 1、在计算机系统中，CPU 与 I/O 接口之间传输数据，一般有以 下四种控制方式，分别是： 。 2、在计算机系统中，计算机接口是指 。 3、填空：关于 I2C 数据传输的字节格式。SDA 传送数据是以 （位或字节）为单位进行的。每个字节必须是 8 位，但是传输的字 节数量 （固定或不受限制）。首先传送的是数据的 （ 高位或低位）。每次传送一个字节完毕，必须接收到从机发出的 ，才能开始下一个字节的传输。如果没有接受到应答位，主机则产 生一个停止条件结束本次的传送。 4、8051 单片机的 P2.6P2.5P2.4 接 A15A13，存储器译码电 路如下图，则片选 Y4 所控制的存储器的地址范围是 。 （十六进制） 5、设基准电压为5V，AD 转换器位数是 8 位，则 AD 转换器 的分辨率是 (数值和单位 )。 7 6、设计存储器的地址译码方法一般有 2 种，即线性地址译码和全 地址译码。全地址译码是指 。 这种译码方法的优点是 。 7、I2C 传送数据是以字节为单位进行的。每传送完一个 ， 必须接收到从机发出的 ，才能开始下一个字节的传输。 当主器件传送一个字节后，在第 个 SCL 时钟内置高 ，而从 器件的响应信号将 SDA 拉低，从而给出一个应答位。 8、计算机系统中 I/O 接口电路一般需以下四种功能，即 。 9、存储器接口如下图，则 6232 的地址范围是 10、在键盘接口电路设计时，为了减轻主控 CPU 的负担和减少 CPU 的 I/O 口开销，可采用 接口芯片。在选用显示器件时， 如果显示的内容丰富、复杂，宜采用 。 11、计算机系统中的接口分为硬件接口和软件接口。硬件接口是 8 指 ，软件接口是指 。 12、I 2C 总线的开始信号定义为当 SCL 为高电平时，SDA 发生从 高到低的跳变，开始和结束信号的时序图如下图所示： 试编写产生停止信号位的子程序。 二、简答题： 1、画出一个 4 位共阳 LED 显示接口，CPU 是 8051。其中 P0 口为段控，P1.0 P1.2 经过 1 片 74LS139 译码作位控，并简述显示 原理。 2、画出逐次比较式 AD 转换器的逻辑原理图，并说明其工作原 理。 3、画出 8051 单片机扩展 AT24C02 存储器芯片的电路图并叙述 单片机向 AT24C02 存储器 30H 单元写入一个字节数据的过程。 4、下图是 LCD1602 的几种操作时序，假设单片机 P1.0P1.2 分别接 RS、RW 和 E，请编写单片机发一个字节命令的子程序（函数） 9 。 5、用 2 片 2732（每片容量 4K）为 8051 单片机扩展 8K 的外部 ROM，用 74LS138 译码 。要求地址范围 4000H5FFFH，请画出连接电路并 指出 ROM 芯片的对应地址。 6、74LS273 是一种具有清零功能的 8D 锁存器，清零端和时钟 端是 CLR 和 CLK， CLK 为上升沿输入， CLK=0 时锁存；74LS245 是一种双向的三态 8 总线收发驱动器，无所存功能。G 为使能， DIR 为方向控制，DIR=0/1 对应输出/输入。试画出 8051 的 P1 口采 用 273 和 245 作为 8 个 LED 二极管驱动和 8 个按键扫描的电路，并 说明工作原理。 7、下图是一个 6 位 LED 静态显示电路，74LS164 是串入并出的移位寄存 器，CP 高电平时写入，低电平锁存。 164 的信号从 A(B)端移入，QA-QH 输出。 单片机工作于方式 0（8 位移位寄存器） ，试解释其显示原理。 8、下图为 8 位逐次比较型 D/A 转换器的转换原理图，试简述 其工作原理。其中 d0、dn2、dn1 为 8 位数字量。 10 9、画出 8051 单片机外扩功能部件时的三总线结构，并加以说 明。 10、画出 I2C 总线产生起始信号位的