第4章2--时钟芯片的扩展

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1、1DS1302 DS1302是是美美国国达达拉拉斯斯（Dallas）半半导导体体公公司司推推出出的的一一种种高高性性能能、低低功功耗耗、带带RAM的的实实时时时时钟钟芯芯片片，它它可可以以对对年年、月月、日日、星星期期、时时、分分、秒秒进进行行计计时时，且且具具有有闰闰年年补补偿偿功功能能。采采用用三三线线串串行行数数据据传传输输接接口口与与CPU进进行行同同步步通通信信，内内部部有有一一个个31B的的高高速速RAM，工工作作电电压压范范围围为为2.55.5V。2. MC146818 MC146818是是Motorola公公司司生生产产的的时时钟钟芯芯片片。它它支支持持时时间间（时时、分分、秒

2、秒），也也支支持持日日期期（世世纪纪、年年、月月、日日、星星期期）及及闰闰月月的的自自动动调调整整。工工作作电电流流小小（几几 A ）。内内部部有有64B的的RAM，可可设设定定报报警警时间（日、时、分、秒）并在报警时间到时产生中断。时间（日、时、分、秒）并在报警时间到时产生中断。4.4.1 4.4.1 时钟芯片概述时钟芯片概述 3.M41T50/60/65 M41T50/60/65STM公公司司的的实实时时时时钟钟产产品品，具具有有尺尺寸寸小小、功功耗耗低低（电电源源电电压压为为3.0V时时，工工作作电电流流为为350 A，待待机机电电流流小小于于650nA）等等特特点点。可可通通过过I2C

3、串串行行总总线线提提供供从从秒秒到到世世纪纪的的数数据据和和时时间间信信息息，自自动动实实现现闰闰年年调调整整。总总线线工工作作电电压压为为1.33.6V。尤尤其其适适用用于于电电池池操操作作和和便便携携式式应应用用，也也适适用用于于工业系统、医学及大型家用电器。工业系统、医学及大型家用电器。4.X1203 X1203是是一一个个带带时时钟钟/日日历历和和两两个个闹闹钟钟（报报警警）的的实实时时时时钟钟芯芯片片。内内含含双双端端口口时时钟钟和和报报警警器器寄寄存存器器，能能以以秒秒、分分、时时、日日、星星期期、月月和和年年为为单单位位跟踪时间，具有闰年校正功能。其电压为跟踪时间，具有闰年校正功

4、能。其电压为2.56V。此此外外，DS12887是是实实时时日日历历时时钟钟芯芯片片，DS1644-120是是非非易易失失性性时时钟钟芯芯片片，DS1387是是带带有有看看门门狗狗的的时时钟钟芯芯片片，M6242B是是直直接接与与CPU总总线线连连接接的的定时时钟定时时钟/日历芯片，日历芯片，PCF8563P是宽电压是宽电压I2C接口实时时钟接口实时时钟/日历芯片等等。日历芯片等等。4.4.2 DS12C8874.4.2 DS12C887的结构及工作原理的结构及工作原理 DS12C887是美国是美国Dallas公司生产的实时日历时钟芯片，采公司生产的实时日历时钟芯片，采用用CMOS技术，与技术

5、，与MC146818B和和DS1287管脚兼容，特点如下：管脚兼容，特点如下：（1）具有秒、分、时、星期、日、月、年计数功能，有）具有秒、分、时、星期、日、月、年计数功能，有12小时小时制和制和24小时制两种模式。小时制两种模式。（2）可实现闰年调整。时间可用二进制数和）可实现闰年调整。时间可用二进制数和BCD码表示。码表示。（3）内部有）内部有128字节字节RAM，其数据具有掉电保护功能。，其数据具有掉电保护功能。（4）可以选择）可以选择Motorola和和Intel总线时序。通过编程可实现多种总线时序。通过编程可实现多种方波输出。方波输出。（5）工作电压为）工作电压为4.55.5，工作电流

6、为，工作电流为715mA。在断电情。在断电情况下运行十年以上不丢失数据。况下运行十年以上不丢失数据。（6）功耗低、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠，可广泛）功耗低、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。1. DS12C887的基本组成及引脚的基本组成及引脚 组组成成：石石英英晶晶体体振振荡荡器器、锂锂电电池池、总总线线接接口口、控控制制寄寄存存器器AD、实实时时时时钟钟、日日历历时时钟钟、报报警警时时钟钟、方方波波电电路路和和用用户户RAM等等。24脚脚DIP封封装装，其其引引脚脚如如下下图所示。图所示。引脚的功

7、能如下：引脚的功能如下：MOTMOT：模式选择（：模式选择（ MotorolaMotorola模式和模式和IntelIntel模式）。模式）。SQWSQW：方方波波输输出出，通通过过对对控控制制寄寄存存器器A A编编程程，有有1313种方波信号的输出。种方波信号的输出。AD0AD0AD7AD7：地址：地址/ /数据复用总线。数据复用总线。ASAS：地址锁存。：地址锁存。 ：写数据控制输入。：写数据控制输入。 ：读数据控制输入。：读数据控制输入。 ：片选信号输入线。：片选信号输入线。 ：中断请求输出线。：中断请求输出线。 ：复位输入线。：复位输入线。NCNC：空引脚。：空引脚。2 DS12C88

8、7的状态控制寄存器的状态控制寄存器 DS12C887状态控制寄存器及存储单元功能表如下表所示。状态控制寄存器及存储单元功能表如下表所示。 （1）状态状态控制寄存器控制寄存器A A（地址为（地址为xx0AHxx0AH）控制寄存器控制寄存器A控制字的格式如下表所示。控制字的格式如下表所示。其中：其中：UIP位：位：更新周期标志位。更新周期标志位。DV0DV2：芯片内部振荡器芯片内部振荡器RTC控制位。控制位。RS3RS0：周周期期性性中中断断或或可可编编程程方方波波输输出出速速率率选选择择位位。各各种不同的组合可以产生不同的输出。种不同的组合可以产生不同的输出。（2）控制寄存器）控制寄存器B（地址

9、为（地址为xx0BH）控制寄存器控制寄存器B控制字的格式如下表所示。控制字的格式如下表所示。其中：其中：SET位：更新周期位：更新周期/芯片停止工作选择位。芯片停止工作选择位。PIE,AIE,UIE位：周期中断、报警中断、更新结束中断允许位。位：周期中断、报警中断、更新结束中断允许位。SQWE位：方波输出允许位。位：方波输出允许位。DM位：时标寄存器用十进制位：时标寄存器用十进制BCD码表示或用二进制表示格式选择位。码表示或用二进制表示格式选择位。24/12位：位：24/12小时模式设置位。小时模式设置位。DSE位：夏令时服务位。位：夏令时服务位。（2）控制寄存器）控制寄存器C（地址为（地址为

10、xx0CH）控制寄存器控制寄存器C控制字的格式如下表所示。控制字的格式如下表所示。其中：其中：IRQF位：中断申请标志位。位：中断申请标志位。PF,AF,UF位：周期中断、报警中断、更新结束中断标志位。位：周期中断、报警中断、更新结束中断标志位。以以上上四四个个标标志志位位在在程程序序读读取取状状态态控控制制寄寄存存器器C的的内内容容后后，或或者者引引脚脚变有效时（低电平），自动清变有效时（低电平），自动清0。D0D3位：保留标志位。位：保留标志位。（2）控制寄存器）控制寄存器D（地址为（地址为xx0DH）控制寄存器控制寄存器D控制字的格式如下表所示。控制字的格式如下表所示。 控制寄存器D只有

11、VRT位可用，该位用于指示芯片内锂电池的工作状态。正常时，VRT=1，锂电池耗尽时，VRT=0，此时读出的数据无效。该寄存器的其他各位均为厂家保留位，读出值始终为零，不允许用户向这些位写入数据。 3DS12C887的中断和更新周期的中断和更新周期 DS12C887处于正常工作状态时，每秒将产生一个更新周期。处于正常工作状态时，每秒将产生一个更新周期。更新周期的基本功能为：更新周期的基本功能为：（1）刷刷新新各各个个时时标标寄寄存存器器的的内内容容，同同时时，秒秒时时标标寄寄存存器器内内容容加加1，并并检检查查其其他他时时标标寄寄存存器器内内容容是是否否有有溢溢出出，如如有有溢溢出出则则相相应应

12、的日、月、年进位。的日、月、年进位。（2）检检查查时时、分分、秒秒报报警警时时标标寄寄存存器器的的内内容容是是否否与与对对应应时时标标寄存器的内容相符。寄存器的内容相符。避开更新周期内访问时标寄存器的方案：避开更新周期内访问时标寄存器的方案：（1）利利用用更更新新周周期期结结束束发发出出的的中中断断，提提醒醒CPU将将有有998ms左左右的时间去获取有效的数据。右的时间去获取有效的数据。（2）利利用用寄寄存存器器A中中的的UIP位位来来指指示示芯芯片片是是否否处处于于更更新新周周期期。在在UIP位位从从低低变变高高到到244s后后，芯芯片片将将开开始始其其更更新新周周期期，到到UIP位位为低电

13、平时，则利用为低电平时，则利用244s的间隔时间去读取时标信息。的间隔时间去读取时标信息。4.4.3 DS12C8874.4.3 DS12C887与与MCS-51MCS-51的接口的接口 由由于于DS12C887片片内内自自带带地地址址锁锁存存器器，故故AD0AD7与与单单片片机机 处处 理理 器器 的的 P0口口 直直 接接 相相 连连 ， 将将 单单 片片 机机 的的 ALE信信 号号 连连 到到DS12C887的的AS引引脚脚。其其他他的的引引脚脚与与单单片片机机的的连连接接如如下下图图所所示示。DS12C887内内部部存存储储器器起起始始地地址址为为7F00H，时时间间、日日历历及及报

14、报警警信信息息分分别别存存储储在在7F00H7F09H单单元元中中，状状态态控控制制寄寄存存器器AD的的地址分别为：地址分别为：7F0AH,7F0BH,7F0CH,7F0DH。4.4.4 DS12C8874.4.4 DS12C887的应用举例的应用举例 1DS12C887的初始化设置的初始化设置（1）禁止芯片内部的更新周期操作（寄存器）禁止芯片内部的更新周期操作（寄存器B中的中的SET位置位置1），），（2）初始化时标参数寄存器（）初始化时标参数寄存器（00H09H单元）和状态寄存器单元）和状态寄存器A，（3）清除寄存器）清除寄存器C中的中的PF、AF、UF标志位。标志位。（4）判断）判断DS

15、12C887内部锂电池的状态，决定片内的内部锂电池的状态，决定片内的RAM内容是否可用。内容是否可用。（5）状态寄存器）状态寄存器B中的中的SET位置位置0，芯片开始计时工作。，芯片开始计时工作。2DS12C887的闹钟设置的闹钟设置 DS12C887共共有有3个个闹闹钟钟单单元元（时时、分分、秒秒），DS12C887根根据据用用户户对对3个个单元设定的初值能够提供两种闹钟报警方式。单元设定的初值能够提供两种闹钟报警方式。（1）每日一次报警。）每日一次报警。（2）固定间隔时间报警。）固定间隔时间报警。3DS12C887的初始化编程的初始化编程（见教材）（见教材）4.5 4.5 系统监控芯片的扩

16、展系统监控芯片的扩展 为为了了提提高高单单片片机机应应用用系系统统的的抗抗干干扰扰性性能能，可可外外扩扩电电源源监监控控电电路路、看看门门狗狗、系统监控芯片等。系统监控芯片等。电电源源监监控控电电路路：利利用用监监控控芯芯片片及及少少量量的的外外围围元元件件组组成成的的各各种种有有效效复复位位电电路路，能能对对电电源源异异常常情情况况进进行行监监控控。其其特特点点是是监监控控功功能能强强，可可靠靠性性高高，外外围围元元件件少少，监控电路简单，体积小。监控电路简单，体积小。“看看门门狗狗（Watchdog）”：在在系系统统设设计计中中通通过过软软件件或或者者硬硬件件方方式式在在一一定定的的周周期

17、期内内监监控控单单片片机机或或者者其其他他处处理理器器的的运运行行状状况况，如如果果在在规规定定的的时时间间内内没没有有收收到到来来自自被被监监控控单单片片机机或或者者其其他他处处理理器器的的正正确确触触发发信信号号，则则“看看门门狗狗”会会强强制制系系统复位，以保证系统在受到干扰时仍能够维持正常的工作状态。统复位，以保证系统在受到干扰时仍能够维持正常的工作状态。软软件件“看看门门狗狗”是是利利用用单单片片机机内内部部空空闲闲的的定定时时器器/计计数数器器实实现现的的，其其特特点是无需外加硬件电路，但占用片内定时器点是无需外加硬件电路，但占用片内定时器/计数器资源。计数器资源。硬硬件件“看看门

18、门狗狗”是是指指集集成成在在专专用用芯芯片片或或单单片片机机内内部部的的专专用用电电路路，该该电电路路实际上是一种特殊的定时器。实际上是一种特殊的定时器。系系统统监监控控芯芯片片（也也称称处处理理器器监监控控芯芯片片P）：可可实实现现实实时时监监控控电电源源电电压压、看看门门狗定时输出、备份电池切换、系统复位等功能。狗定时输出、备份电池切换、系统复位等功能。 4.5.1 4.5.1 概述概述 1.MAX703708/813/L系列系列 MAX703708/813/L系系列列是是美美国国美美信信（Maxim）公公司司推推出出的的低低价价位位微微处处理理器器监监控控芯芯片片，具具有有看看门门狗狗定

19、定时时器器、自自动动和和手手动动复位以及电压门限监测等功能。引脚图如下图所示。复位以及电压门限监测等功能。引脚图如下图所示。2.IMP705708/813L系列系列 IMP705708/813L系系列列CMOS微微处处理理器器监监控控器器能能实实时时监监控控电电源源、电电池池电电压压和和微微处处理理器器的的工工作作状状态态，可可替替换换Maxim公公司司的的MAX705/6/7/8及及MAX813L。具具有有精精确确的的电电源源监监控控、去去抖抖动动的的手手动动复复位位输输入入、看看门门狗狗定定时时器器（IMP705/706）、200ms复复位位脉脉冲冲宽宽度度、高高电电平平有有效效的的复复位

20、位输输出出（IMP707/708/813L）等等。引引脚脚图图如如下图所示。下图所示。3.SP705708/813L/813M系列系列 SP705/706/707/708/813L/813M系系列列微微处处理理器器（P）监监控控器器，包包含含一一个个看看门门狗狗定定时时器器，一一个个P复复位位模模块块，一一个个供供电电失失败败比比较较器器，及及一一个个手手动动复复位位输输入入模模块块。可可监监测测P及及数数字字系系统统中中的的供供电电情情况况。其其特特点点是是高高精精度度电电压压监监控控器器（4.65V），溢溢出出周周期期为为1.6s的的独独立立看看门门狗狗定定时时器器，复复位位脉脉冲冲宽宽度

21、度为为200ms，具具有有开开关关式式手手动动复复位位输输入入，支支持持对对供供电电失失败败及及低低电电池池警警告告进进行行监监控控。引引脚脚图图如如下图所示。下图所示。4.带带有有串串行行E2PROM的的微微处处理理器器监监控控器器X25045 X25045是带有串行是带有串行E2PROM的的CPU监控器。它具有上电复位控制、电源电监控器。它具有上电复位控制、电源电压监控、看门狗定时器等功能，片内含压监控、看门狗定时器等功能，片内含512字节存储单元的串行字节存储单元的串行E2PROM。4.5.2 MAX692A4.5.2 MAX692A的工作原理的工作原理 特特点点：MAX692A是是美美

22、国国Maxim公公司司的的系系统统监监控控芯芯片片产产品品，具具有有后后备备电电池池切切换换、电电源源失失效效和和电电池池低低电电压压报报警警，掉掉电电判判断断（低低于于4.4V将将产产生生复复位位信信号号）、“看看门门狗狗”监监控控（定定时时时时间间为为1.6s）等等功功能能。工工作作电电压压：1.2V5.5V，静静态态电电流流：200A，备备用用电电池池方式静态电流：方式静态电流：50A。1MAX692A引脚功能引脚功能 DIP（双列直插式）或者SO（表面贴片）8引脚封装，引脚图如右图所示。 各引脚含义如下：各引脚含义如下：VOUT： 电电 源源 输输 出出 引引 脚脚 ， 在在 正正 常

23、常 情情 况况 下下 ， IOUT=50mA，VOUT=（VCC 0.5）（VCC 0.25）V之之间间；在在备备用用电电池池模模式式下下，IOUT=250A，VOUT=（VBATT 0.5）（）（VBATT 0.25）V。VCC：电源引脚，电压范围：电源引脚，电压范围1.25.5V。GND：地。：地。PFI：电源失效输入，当：电源失效输入，当PFI低于低于1.25V时，引脚变低。时，引脚变低。：电电源源失失效效输输出出，当当PFI低低于于1.25V时时，引引脚脚变变低低，其其他他情情况况为高。为高。WDI：“看门狗看门狗”输入。输入。：复位输出引脚。：复位输出引脚。VBATT：备用电池电源输

24、入。：备用电池电源输入。2MAX692A工作原理工作原理 MAX692A由由复复位位电电路路、看看门门狗狗电电路路、电电压压比比较较和和备备用用电电池池切换电路四部分组成。切换电路四部分组成。复复位位电电路路：在在微微处处理理器器上上电电、掉掉电电及及低低压压供供电电时时，监监控控器器发发生生复复位脉冲信号。位脉冲信号。看看门门狗狗电电路路：定定时时时时间间为为1.6s。若若WDI脚脚输输入入一一个个脉脉冲冲，定定时时器器开开始始计计数数，若若在在1.6s内内不不能能向向WDI端端输输入入脉脉冲冲，监监视视器器将将输输出出一一个复位信号。个复位信号。电压比较器：电压比较器：用于低电压检测。用于

25、低电压检测。电电池池切切换换电电路路：在在VBATT端端接接上上电电池池，MAX692A会会在在VCC掉掉电电时，自动切换到电池供电，为时，自动切换到电池供电，为RAM提供电源。提供电源。4.5.3 MAX692A4.5.3 MAX692A与与MCS-51MCS-51的接口的接口 MAX692A自自动动监监控控MCS-51微微处处理理器器的的典典型型电电路路如如下下页页图图所所示示。在在电电路路设设计计中中，应应合合理理选选择择R1，R2的的值值，使使得得+5V电电压压跌跌落落到到某某个个电电压压值值（如如本本设设计计中中的的4.5V），PFI的的输输入入电电压压低低于于1.25V，导导致致输

26、输出出低低电电平平，作作为为单单片片机机中中断断的的输输入入信信号号，使使单单片片机机系系统统能能够够进进行行一一些些必必要要的的处处理理（如如保保存存某某些些重重要要数数据据等等）。R1，R2选取的计算方法如下：选取的计算方法如下：可可取取R1=10k ，R2=26k 。最最好好选选取取精精度度较较高高的的金金属属膜膜电电阻阻。当当+5V电电压压跌跌落落到到4.5V时时，VR=1.25V，电电压压如如果果继继续续跌跌落落，便便输出低电平，触发输出低电平，触发中断。中断。复复位位按按钮钮是是为为手手动动复复位位而而设设置置的的，在在系系统统需需要要人人为为干干预预或或者者测试时使用，测试时使用

27、，R4与与C值的选择可按前述章节的方法进行。值的选择可按前述章节的方法进行。4.5.4 MAX692A4.5.4 MAX692A的编程应用的编程应用 为为保保证证CPU在在正正常常工工作作时时，Watchdog定定时时器器不不产产生生复复位位信信号号，必必须须在在1.6s内内改改变变MAX692A的的WDI引引脚脚上上输输入入电电平平，按按照照上上页页图图的的电电路路，WDI引引脚脚的的电电平平变变化化由由MCS-51处处理理器器的的P1.0引引脚脚控控制制，与与Watchdog定定时时器器有有关关的的程程序段如下：序段如下：ORG0000HLJMPMAIN;转至主程序转至主程序ORG0050

28、HMAIN: ;初始化初始化SETBP1.0CLRP1.0;在在P1.0引脚上输出一个正脉冲，两个正脉冲之间引脚上输出一个正脉冲，两个正脉冲之间的时间间隔小于的时间间隔小于1.6sSETBP1.0CLRP1.0;在在P1.0引脚上输出一个正脉冲引脚上输出一个正脉冲SETBP1.0CLRP1.0;同上，与上个正脉冲间隔时间小于同上，与上个正脉冲间隔时间小于1.6sLJMPMAINEND 当当MCS-51系系统统受受到到干干扰扰而而使使处处理理器器出出现现“死死机机”时时，单单片片机机将将不不能能定定期期执执行行上上述述两两条条指指令令，则则WDI引引脚脚上上也也就就不不能能定定时时输输入入脉脉冲

29、冲，看看门门狗狗定定时时器器会会在在1.6s后后产产生生一一个个复复位位信信号号，使使单单片片机机复复位位。程程序序将将会会从从0000H单单元元重重新新开开始始程程序序的的执执行行，保保证证了了系系统统的正常运转。的正常运转。4.6 总线接口扩展总线接口扩展 总总线线种种类类繁繁多多，可可分分为为局局部部总总线线、系系统统总总线线和和通通信信总总线线。通通信信总总线线是是系系统统之之间间或或CPU与与外外设设之之间间进进行行通通信信的的一一组组信信号号线线。通通信信总总线线接接口口按按电电气气标标准准及及协协议议来来分分包包括括RS-232,RS-422,RS-485,MODEM,USB,I

30、EEE1394,Internet网网络络芯芯片片等等，它它们们在在不不同同的的领领域域得得到到了了广广泛泛的的应应用用。这这里里主主要要介介绍绍MCS-51单单片片机机应应用用系系统统中常用的通信总线标准及接口。中常用的通信总线标准及接口。4.6.1 EIA RS-232C4.6.1 EIA RS-232C总线标准与接口电路总线标准与接口电路 EIARS-232C是是异异步步串串行行通通信信中中应应用用最最广广泛泛的的标标准准总总线线，是是美美国国EIA（ElectronicIndustriesAssociation，电电子子工工业业联联合合会会）开开发发公公布布的的通通信信协协议议。适适合合

31、于于数数据据传传输输速速率率在在020kb/s范范围围内内的的通通信信，包包括括了了按按位位串串行行传传输输的的电电气气和和机机械械方方面面的的规规定定。在在微微机机通通信接口中被广泛采用。信接口中被广泛采用。1.电气特性电气特性（1）采取不平衡传输方式，是为点对点（即只用一对收、发设）采取不平衡传输方式，是为点对点（即只用一对收、发设备）通信而设计的；备）通信而设计的；（2）采用负逻辑。）采用负逻辑。（3）适用于传送距离不大于）适用于传送距离不大于15m，速度不高于，速度不高于20kb/s的本地设的本地设备之间通信的场合。备之间通信的场合。2.连接器连接器（1 1）DB-25DB-25连接器

32、连接器 DB-25型型连连接接器器的的外外形形及及信信号号线线分分配配如如图图右右所所示示。25芯芯RS-232C接接口口具具有有20mA电电流流环环接接口口功功能能，用用9,11,18,25针来实现。针来实现。（2 2）DB-9DB-9连接器连接器DB-9连接器只提供异步通信的连接器只提供异步通信的9个个信号，其外形及信号线分配如图右所示。信号，其外形及信号线分配如图右所示。DB-25与与DB-9型连接器的引脚分配型连接器的引脚分配信号完全不同。信号完全不同。3.RS-232C的接口信号的接口信号RS-232C标准接口有标准接口有25条线，其中常用的有如下几条：条线，其中常用的有如下几条：D

33、SRDSR：数据装置准备好；数据装置准备好； DTRDTR：数据终端准备好；数据终端准备好；RTSRTS：请求发送；请求发送； CTSCTS：允许发送；允许发送；DCDDCD：接收线信号检出；接收线信号检出； RIRI：振铃指示；振铃指示；TXDTXD：发送数据；发送数据； RXDRXD：接收数据；接收数据；SGNDSGND、PGNDPGND：地线，地线，SGND（信号（信号地）、PGND（保护地）。4电平转换电平转换 RS-232C采采用用负负逻逻辑辑，为为了了能能够够同同计计算算机机接接口口或或终终端端的的TTL器器件件连连接接，必必须须在在RS-232C与与TTL电电路路之之间间进进行行

34、电电平平和和逻逻辑辑关关系系的的变变换换。常常用用的的转转换换器器件件有有MC1488,SN75150（TTL电电平平到到EIA电电平平的的转转换换），MC1489,SN75154（EIA电电平平到到TTL电平的转换），电平的转换），MAX232（完成（完成TTL到到EIA的双向电平转换）。的双向电平转换）。 MAX232芯片是Maxim公司生产的低功耗、单电源、双RS-232发送/接收器，可实现TTL到EIA的双向电平转换。其引脚排列如下图所示。 5. EIA RS-232C5. EIA RS-232C与单片机系统的接口与单片机系统的接口 RS-232C与与单单片片机机系系统统的的接接口口电

35、电路路如如图图下下所所示示。MAX232外外围围的的4个个电电解解电电容容Cl,C2,C3,C4，是是内内部部电电源源转转换换所所需需电电容容，其其取取值值均均为为1 F/25V，C5为为0.1 F的的去去耦耦电电容容。MAX232的的引引脚脚T1IN,T2IN,R1OUT,R2OUT为为接接TTL/CMOS电电平平的的引引脚脚，引引脚脚T1OUT,T2OUT,R1IN,R2IN为接为接RS-232C电平的引脚。电平的引脚。 所所以以，T1IN,T2IN引引脚脚应应与与MCS-51的的串串行行发发送送引引脚脚 TXD相相 连连 接接 。 R1OUT,R2OUT应应与与MCS-51的的串串行行接

36、接 收收 引引 脚脚 RXD相相 连连 接接 。T1OUT, T2OUT应应与与PC机机的的接接收收端端RD相相连连接接。R1IN,R2IN应应与与PC的的发发送送端端TD相相连接。连接。4.6.2 RS-422/RS-4854.6.2 RS-422/RS-485总线标准与接口电路总线标准与接口电路 采采用用RS-232C标标准准进进行行通通信信，负负载载能能力力差差，通通信信范范围围小小，传传送送距距离离不不超超过过15m，难难以以满满足足远远距距离离的的数数据据传传输输和和控控制制。当当测测量量与与控控制制系系统统中中需需要要长长距距离离数数据据传传输输时时，广广泛泛采采用用的的是是RS-

37、485总线标准。总线标准。1. RS-4221. RS-422串行总线标准串行总线标准RS-422由由RS-232发发展展而而来来，是是一一种种单单机机发发送送、多多机机接接收收的的单单向向、平平衡衡的的通通信信总总线线标标准准。传传输输速速率率可可达达10Mb/s，传传输输距距离离延延长长到到1220m（速速率率低低于于100kb/s时时），并并允允许许在在一一条条平平衡衡总总线线上最多连接上最多连接10个接收器。个接收器。2. RS-4852. RS-485串行总线标准串行总线标准EIA在在RS-422的的基基础础上上制制定定了了RS-485标标准准，增增加加了了多多点点、双双向向通通信信

38、能能力力。RS-485总总线线标标准准采采用用平平衡衡发发送送和和差差分分接接收收，能能检检测测低低至至200mV的的电电压压，具具有有抑抑制制共共模模干干扰扰的的能能力力，数数据据传传输输可达千米以上。可达千米以上。3. 3. 平衡传输平衡传输 RS-422,RS-485的的数数据据信信号号采采用用差差分分传传输输方方式式，也也称称做做平平衡衡传传输输，它它使使用用一一对对双双绞绞线线，将将其其中中一一条条线线定定义义为为A，另另一一条条线线定义为定义为B。接接收收器器与与发发送送端端的的规规定定相相同同，收收、发发端端通通过过平平衡衡双双绞绞线线将将AA与与BB对对应应相相连连，当当在在接

39、接收收端端AB之之间间有有大大于于200mV的的电电平平时时，输输出出逻逻辑辑1，小小于于 200mV时时，输输出出逻逻辑辑0。接接收收器器接接收收平平衡衡线上的电平范围通常在线上的电平范围通常在200mV至至6V之间。之间。4. RS-4854. RS-485串行总线的特点串行总线的特点机机械械特特性性：采采用用RS-232/RS-485转转换换器器（如如ADAM4520）将将PC串串行行口口RS-232信信号号转转换换成成RS-485信信号号，或或接接入入TTL/RS-485转转换换器器（如如MAX485），将将I/O接接口口芯芯片片TTL电电平平信信号号转转换换成成RS-485信号，进行

40、远距离高速双向串行通信。信号，进行远距离高速双向串行通信。电电气气特特性性：RS-485标标准准采采用用正正逻逻辑辑，1.5V6V表表示示“1”， 6V 1.5V表表示示“0”，二二线线双双端端半半双双工工差差分分电电平平发发送送与与接接收收，传传输输距距离离1.2km，最最高高数数据据传传输输速速率率可可达达10Mb/s，抗抗干干扰扰能能力力较较强强功功能能与与规规程程特特性性：网网络络媒媒体体采采用用双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆或或光光纤纤，安安装装简简易易，电电缆缆数数量量、连连接接器器、中中继继器器、滤滤波波器器使使用用数数量量较较少少（每每个个中继器可延长线路中继器可延长线路1.2

41、km），网络成本低廉。），网络成本低廉。数据帧格式：数据帧格式：一般以异步通信为基础，相应的帧格式如下：一般以异步通信为基础，相应的帧格式如下：节节点点数数：节节点点数数是是指指每每个个RS-485接接口口芯芯片片的的驱驱动动器器能能驱驱动动多多少少个标准个标准RS-485负载，其范围为：负载，其范围为：32256个。个。通信方式：通信方式：半双工、全双工两种通信方式。如下页图所示。半双工、全双工两种通信方式。如下页图所示。5. 5. 终端匹配终端匹配 RS-422与与RS-485总总线线网网络络一一般般要要使使用用终终接接电电阻阻进进行行匹匹配配。但但在在短短距距离离与与低低速速率率下下可可

42、以以不不用用考考虑虑终终端端匹匹配配。一一般般终终端端匹匹配配采采用用终终接接电电阻阻方方法法，RS-422在在总总线线电电缆缆的的远远端端并并接接电电阻阻，RS-485则则应应在在总总线线电电缆缆的的开开始始和和末末端端都都需需并并接接终终接接电电阻阻。终终接接电电阻阻一一般般在在RS-422网网络络中中取取100 ，在在RS-485网网络络中中取取120 。相相当当于于电电缆缆特特性性阻阻抗抗的的电电阻阻，因因为为大大多多数数双双绞绞线线电电缆缆特特性性阻阻抗抗大大约约在在100120 。电电阻阻匹匹配配的的方方法法简简单单有有效效，其其缺缺点点是是要要消消耗耗较较大大功功率率。6 6RS

43、-485RS-485与单片机系统的接口与单片机系统的接口 单单片片机机与与RS-485总总线线标标准准之之间间必必须须进进行行转转换换，常常用用的的转转换换芯芯片片有有MAX485, SN5176等等。MAX485芯芯片片是是MAXIM公公司司的的电电平平转转换换芯芯片片，其引脚如右图所示。其引脚如右图所示。各引脚含义如下：各引脚含义如下：RO：接接收收器器输输出出端端。若若A端端高高于于B端端200mV以以上上，RO为为高高；否否则则RO为低。为低。：接收器输出使能端。为低时，：接收器输出使能端。为低时，RO有效，否则有效，否则RO为高阻态。为高阻态。DE：驱驱动动器器输输出出使使能能端端。

44、若若DE为为高高，驱驱动动输输出出A和和B有有效效，器器件件作作为为线线驱驱动动器器用用（发发送送）；若若DE为为低低，它它们们呈呈高高阻阻态态，这这时时为为低低，器件作线接收器用（接收）。器件作线接收器用（接收）。DI：驱驱动动器器输输入入。DI为为低低，将将迫迫使使输输出出为为低低，若若DI为为高高，将将迫迫使使输出为高。输出为高。B：反相接收器输入和反相驱动器输出。：反相接收器输入和反相驱动器输出。A：同相接收器输入和同相驱动器输出。：同相接收器输入和同相驱动器输出。GND：接地。：接地。VCC：电源正极。：电源正极。 MAX485与单片机系统连接如下图所示。与单片机系统连接如下图所示。

45、RO与与DI是标准的是标准的TTL电平，与电平，与MCS-51系统的系统的TXD和和RXD直接连接即可。由于直接连接即可。由于RS-485总线工作于半双工状态，总线工作于半双工状态，P1.0引脚用于控制引脚用于控制MAX485是是工作于收数据状态，还是工作于发数据状态，为低时是收数据。工作于收数据状态，还是工作于发数据状态，为低时是收数据。A,B端为端为RS-485总线的数据传输线路。总线的数据传输线路。4.6.3 I4.6.3 I2 2C C总线标准与接口电路总线标准与接口电路 I2C总线（总线（InterIntegratedCircuitBus）：）：是是Philips公司推出的串公司推出

46、的串行总线标准（为二线制）。总线上扩展的外围器件及外设接口通过总线寻行总线标准（为二线制）。总线上扩展的外围器件及外设接口通过总线寻址，是具备总线仲裁和高低速设备同步等功能的高性能多主机总线。址，是具备总线仲裁和高低速设备同步等功能的高性能多主机总线。1. I1. I2 2C C总线工作原理总线工作原理组组成成：串串行行数数据据线线SDA和和串串行行时时钟钟线线SCL构构成成的的，可可发发送送和和接接收数据。收数据。要要求求：所所有有挂挂接接在在I2C总总线线上上的的器器件件和和接接口口电电路路都都应应具具有有I2C总总线线接接口口，且且所所有有的的SDA/SCL同同名名端端相相连连。总总线线

47、上上所所有有器器件件要要依依靠靠SDA发发送送的的地地址址信信号号寻址，不需要片选线。寻址，不需要片选线。特特点点：组组成成系系统统结结构构简简单单，占占用用空空间间小小，无无需需专专门门的的母母板板和和插插座座，芯芯片片管管脚脚的的数数量量少少，无无需需片片选选信信号号，价价格格低低。允允许许若若干干兼兼容容器器件件共共享享总总线线，应应用用比比较较广广泛泛。总总线线的的长长度度可可达达7.6m，传传送送速速度度可可达达400kbps，标标准准速速率率为为100kbps。支支持持多多个个组组件件。支支持持多多主主控控器器件件（某某时时刻刻只只能能有有一一个个主主控控器器件件）。I2C总线上所

48、有设备的总线上所有设备的SDA,SCL引脚必须外接上拉电阻。引脚必须外接上拉电阻。2. I2. I2 2C C总线系统结构总线系统结构 一一个个典典型型的的I2C总总线线结结构构如如下下图图所所示示。系系统统中中所所有有的的器器件件均均有有I2C总总线线接接口口，所所有有器器件件通通过过两两根根线线SDA（串串行行数数据据线线）和和SCL（串行时钟线）连接到（串行时钟线）连接到I2C总线上，并通过寻址识别。总线上，并通过寻址识别。I2C总总线线中中的的器器件件既既可可以以作作为为主主控控器器，也也可可以以作作为为被被控控器器，系系统统中中每每个个器器件件均均具具有有惟惟一一的的地地址址，各各器

49、器件件之之间间通通过过寻寻址址确确定定数数据据交交换换方方。任任何何时时刻刻总总线线只只能能由由一一个个主主控控制制器器，数数据据的的传传输输只能在主、从器件间进行。只能在主、从器件间进行。3. I3. I2 2C C总线协议总线协议 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号：开始信号、总线在传送数据过程中共有三种类型信号：开始信号、停止信号和应答信号。停止信号和应答信号。开始信号：开始信号：SCL保持高电平的状态下，保持高电平的状态下，SDA出现下降沿。出现出现下降沿。出现开始信号以后，总线被认为开始信号以后，总线被认为“忙忙”。停止信号：停止信号：SCL保持高电平的状态下，保持高电平的状

50、态下，SDA出现上升沿。停止出现上升沿。停止信号过后，总线被认为信号过后，总线被认为“空闲空闲”。应答信号：应答信号：接收数据的器件在接收到接收数据的器件在接收到8位数据后，向发送数据的位数据后，向发送数据的器件发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。器件发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。 总线空闲：总线空闲：SCL和和SDA都保持高电平。都保持高电平。总线忙：总线忙：在数据传送开始以后，在数据传送开始以后，SCL为高电平的时候，为高电平的时候，SDA的的数据必须保持稳定，只有当数据必须保持稳定，只有当SCL为低电平的时候才允许为低电平的时候才允许SDA上上的数据改变。的数据改变。4. I4

51、. I2 2C C总线的传送格式总线的传送格式 I2C总线的传送格式为主从式，对系统中的某一器件来说有总线的传送格式为主从式，对系统中的某一器件来说有四种工作方式：主发送方式、从发送方式、主接收方式、从接四种工作方式：主发送方式、从发送方式、主接收方式、从接收方式。收方式。（1 1）主发送从接收）主发送从接收 主器件产生开始信号以后，发送的第一个字节为控制字节。主器件产生开始信号以后，发送的第一个字节为控制字节。前七位为从器件的地址片选信号。最低位为数据传送方向位前七位为从器件的地址片选信号。最低位为数据传送方向位（高电平表示读从器件，低电平表示写从器件），然后发送一（高电平表示读从器件，低电

52、平表示写从器件），然后发送一个选择从器件片内地址的字节，来决定开始读写数据的起始地个选择从器件片内地址的字节，来决定开始读写数据的起始地址。接着再发送数据字节，可以是单字节数据，也可以是一组址。接着再发送数据字节，可以是单字节数据，也可以是一组数据，由主器件来决定。从器件每接收到一个字节以后，都要数据，由主器件来决定。从器件每接收到一个字节以后，都要返回一个应答信号（返回一个应答信号（ASK=0）。主器件在应答时钟周期高电平）。主器件在应答时钟周期高电平期间释放期间释放SDA线，转由从器件控制，从器件在这个时钟周期的线，转由从器件控制，从器件在这个时钟周期的高电平期间必须拉低高电平期间必须拉低

53、SDA线，并使之为稳定的低电平，作为有线，并使之为稳定的低电平，作为有效的应答信号。效的应答信号。（2）从发送主接收）从发送主接收 在在开开始始信信号号以以后后，主主器器件件向向从从器器件件发发送送控控制制字字节节。如如果果从从器器件件接接收收到到主主器器件件发发送送来来的的控控制制字字节节中中的的从从地地址址片片选选信信号号与与该该器器件件相相对对应应，并并且且方方向向位位为为高高电电平平（R/=1），就就表表示示从从器器件件将将要要发发送送数数据据。从从器器件件先先发发送送一一个个应应答答信信号号（ASK=0）回回应应主主器器件件，接接着着由由从从器器件件发发送送数数据据到到主主器器件件。

54、如如果果在在这这个个过过程程之之前前，主主器器件件发发给给从从器器件件一一个个片片内内地地址址选选择择信信号号，那那么么从从器器件件发发送送的的数数据据就就从从该该地地址址开开始始发发送送；如如果果在在从从器器件件接接收收到到请请求求发发送送的的控控制制信信号号以以前前，没没有有收收到到这这个个地地址址选选择择信信号号，从从器器件件就就从从最最后后一一次次发发送送数数据据的的地地址址开开始始发发送送数数据据。发发送送数数据据过过程程中中，主主器器件件每每接接收收到到一一个个字字节节都都要要返返回回一一个个应应答答信信号号ACK。若若ACK=0（有有效效应应答答信信号号），那那么么从从器器件件继

55、继续续发发送送；若若ACK=1（停停止止应应答答信信号号），停停止止发发送送。主主器器件件可可以以控控制制从从器器件件从从什什么么地地址址开开始始发发送送，发发送多少字节。送多少字节。5. I5. I2 2C C总线的基本操作总线的基本操作 I2C总线运用主总线运用主/从双向通信。器件发送数据到总线上，则从双向通信。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件控制，主器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件控制，主器件产生串行时钟（产生串行时钟（SCL

56、）控制总线的传输方向，并产生起始和停止）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。条件。SDA线上的数据状态仅在线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条状态的改变被用来表示起始和停止条件。如下图所示。件。如下图所示。（1 1）控制字节）控制字节 在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中，高四位在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中，高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，如为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，如E2PROM为为1010），接着三位为片选，最低位

57、为读写控制位，），接着三位为片选，最低位为读写控制位，为为“1”时为读操作，为时为读操作，为“0”时为写操作。如下图所示。时为写操作。如下图所示。（2 2）写操作）写操作 写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写，根据写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写，根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。页面写的地址、应答和芯片的一次装载的字节不同有所不同。页面写的地址、应答和数据传送的时序如下图所示。数据传送的时序如下图所示。（3 3）读操作）读操作 读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。下图给出的是顺序读的时序图。应当注意的是，

58、为了结束读操下图给出的是顺序读的时序图。应当注意的是，为了结束读操作，主机必须在第作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周个时钟周期内保持期内保持SDA为高电平，然后发出停止条件。为高电平，然后发出停止条件。6. 6. 单片机的单片机的I I2 2C C总线接口总线接口 如如果果单单片片机机自自带带I2C总总线线接接口口，则则所所有有I2C器器件件对对应应连连接接到到该该总线上即可；若无总线上即可；若无I2C总线接口，则可以使用总线接口，则可以使用I/O口模拟口模拟I2C总线。总线。使使用用单单片片机机I/O口口模模拟拟I2C总总线线时时，硬硬件件连

59、连接接非非常常简简单单，只只需需两两条条I/O口口线线即即可可，在在软软件件中中分分别别定定义义成成SCL和和SDA。MCS-51单片机实现单片机实现I2C总线接口电路如下图所示。总线接口电路如下图所示。 电路中单片机的电路中单片机的P1.0引脚作引脚作为串行时钟线为串行时钟线SCL，P1.1引脚作引脚作为串行数据线为串行数据线SDA，通过程序模，通过程序模拟拟I2C串行总线的通信方式。串行总线的通信方式。I2C总线适用于通信速度要求不高而总线适用于通信速度要求不高而体积要求较高的应用系统。体积要求较高的应用系统。7. I7. I2 2C C总线的典型应用总线的典型应用 X24C04是是Xic

60、or公司的公司的CMOS4096位串行位串行E2PROM，内部，内部组织为组织为5128位。位。16字节页面写，采用字节页面写，采用I2C总线结构。与总线结构。与MCS-51单片机接口如下图所示。上拉电阻单片机接口如下图所示。上拉电阻R1,R2的选择可参考的选择可参考X24C04的手册。的手册。 8051通过I2C总线接口对X24C04进行单字节写操作的程序流程图如下图所示。 子程序如下：子程序如下：ORG1000HBSEND:MOVR2,#08H;1字节字节8位位SENDA:CLRP3.2;SCL置低置低RLCA;左移左移一位一位MOVP3.3,C;写一位写一位SETBP3.2;SCL置高置

61、高DJNZR2,SENDA;写完写完8个字节个字节？CLRP3.2;应答信号应答信号SETBP3.3;SDA置高置高SETBP3.2;SCL置低置低RETEND4.6.4 4.6.4 其他常用总线标准其他常用总线标准 1. 1. 通用串行总线通用串行总线USBUSB 通通用用串串行行总总线线USB（UniversalSerialBus）是是在在1994年年底底由由康康柏柏、IBM、Microsoft等等多多家家公公司司联联合合制制定定的的.其其特特点点是是数数据据传传输输速速率率高高（达达480Mbps）、传传输输可可靠靠、传传输输距距离离不不大大于于5米米，可可通通过过菊菊花花链链的的形形式

62、式同同时时挂挂接接多多个个（可可达达127个个）USB设设备备，能能为为设设备备供供电电，可可提提供供100mA500mA的的电电流流，支支持持热热插插拔拔，具具有有实实时时性性、联联合合性性、多多能能性性。USB接接口口主主要要应应用用于于计计算算机机周周边边外外部部设设备备，如如电电话话、MODEM、键键盘盘、U盘盘、光光驱驱、摇摇杆杆、磁磁带带机机、软软驱驱、扫扫描描仪、打印机、数码相机仪、打印机、数码相机/摄相机等。摄相机等。2. MODEM 2. MODEM （Modulator DemodulatorModulator Demodulator，调制解调器），调制解调器）通通信信原原

63、理理：MODEM可可实实现现数数字字信信号号到到模模拟拟信信号号及及模模拟拟信信号号到到数数字字信信号号的的转转换换。来来自自发发送送端端的的数数字字信信号号被被MODEM转转换换成成模模拟拟音音频频信信号号，利利用用公公共共电电话话网网传传输输到到接接收收端端的的MODEM上上。在在接接收收端端接接收收到到的的模模拟拟音音频频信信号号被被MODEM转换为相应的数字信号，传送到接收数据终端。转换为相应的数字信号，传送到接收数据终端。通信系统操作模式：通信系统操作模式：全双工模式和半双工模式。全双工模式和半双工模式。适用于较远距离利用电话线或电力线进行远程数据传输的场合。适用于较远距离利用电话线

64、或电力线进行远程数据传输的场合。3 3单总线单总线 单单总总线线（1-Wire）是是Dallas公公司司推推出出的的外外围围串串行行扩扩展展总总线线，它它只只有有一一根根数数据据输输出出线线DQ，总总线线上上所所有有器器件件都都挂挂在在DQ上上。适适用用于于单单主主机机系系统统，能能够够控控制制一一个个或或多多个个从从机机设设备备。主主机机可可以以是是微微控控制制器器，从从机机可可以以是是单单总总线线器器件件，它它们们之之间间的的数据交换只通过一条信号线。数据交换只通过一条信号线。4 4串行外设总线串行外设总线SPISPI SPI（SerialPeripheralInterface）是是Mot

65、orola公公司司推推出出的的串串行行外外设设总总线线。由由时时钟钟线线SCK、数数据据线线MOSI（主主发发从从收收）和和MISO（主主收收从从发发）组组成成。单单片片机机与与外外围围扩扩展展器器件件在在时时钟钟线线SCK、数数据据线线MOSI,MSIO上上都都是是同同名名端端相相连连。带带SPI接接口口的的外外围围器器件件都都有有片片选选端端。其其特特点点是是数数据据传传送送速速度度较较高高（可可达达1.05Mbps），硬件扩展比较简单，软件实现方便。硬件扩展比较简单，软件实现方便。5. 5. 高性能的串行总线标准高性能的串行总线标准IEEE 1394IEEE 1394 IEEE1394串

66、串行行总总线线标标准准适适合合视视频频数数据据传传输输，支支持持外外设设热热插插拔拔、同同步步数数据据传传输输，同同时时可可为为外外设设提提供供电电源源。Apple公公司司称称之之为为火火线线（FireWire），Sony公公司司称称之之为为i.Link，TexasInstruments公公司司称称之之为为Lynx。目目前前主主要要用用于于计计算算机机及及外外围设备。围设备。其其特特点点是是高高速速（可可达达400Mbps）、实实时时，它它无无需需集集线线器器，每每个个总总线线最最多多可可以以支支持持63个个设设备备，有有1023个个总总线线进进行行互互连连。它它是是一一个个对对等等标标准准IEEE1394标标准准定定义了两种总线模式（义了两种总线模式（Backplane和和Cable模式模式）。）。作业与练习：作业与练习：4.1 4.3 4.5 4.74.8 4.94.12 4.144.15 4.164.17 4.184.19 4.20 4.21