【文章內容簡介】 電平變?yōu)榈碗娖綍r表示 SPI 操作開始，CS 由低電平變?yōu)楦唠娖綍r表示 SPI 操作結16 / 70束。所以每次操作 SPI 時 CS 必須出現(xiàn)下降沿， CS 出現(xiàn)上升沿時表示 SPI 操作結。DIN：串行數(shù)據(jù)輸入( 輸入腳)，用于把用戶的數(shù)據(jù)(如數(shù)據(jù)/ 命令/地址等)傳輸?shù)?ATT7022B。DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出( 輸出腳)，用于從 ATT7022B 寄存器讀出數(shù)據(jù)。SCLK：串行時鐘 (輸入腳)，控制數(shù)據(jù)移出或移入串行口的傳輸率。上升沿放數(shù)據(jù)，下降沿取數(shù)據(jù)。SCLK 下降沿時將 DIN 上的數(shù)據(jù)采樣到ATT7022B 中， SCLK 上升沿時將 ATT7022B 的數(shù)據(jù)放置于 DOUT 上輸。考慮 SPI 傳輸信號線有可能受到干擾或者出現(xiàn)抖動，所以在 SPI 信號線上串聯(lián)一個小電阻。這個電阻與 IC 輸入端的寄生電容 C 結合起來可構成一個低通濾波器，可以消除 SPI 接口信號上的任何振蕩，一般使用 10100 的電阻。如果數(shù)字輸入端的內部電容不夠大，還可在這個輸入端加一個外接電容，可選 10pF 左右的電容。芯片與單片機一般有 6 條線一條 RESET 復位控制線，一條握手信號SIG。上圖中的四條使 SPI 接口線，SPI 通訊格式使相同的，當通訊開始時SCLK 為低電平， CS 由高到低，經過 32 個時鐘脈沖 SCLK 表示送出 8 位地址，24 位數(shù)據(jù)，MSB 在前， LSB 在后，CS 由低變高，完成一個寄存器的讀或寫操作。芯片在時鐘的下降沿從 DIN 線上取單片機送出的數(shù)據(jù)，在上升沿從 DOUT 線上向單片機送出數(shù)據(jù)。SPI 讀操作的時序圖如 所示：17 / 70圖 ATT7022B 讀操作的時序圖在 SCLK 低于 200KHz 時，可以不需要等待，即等待時間為 0 s；當 SCLK 頻率高于 200KHz 時。則需要等待大約 3us。SPI 寫操作的時序圖如 所示：圖 ATT7022B 寫操作的時序圖 單片機介紹單片機在集成度、功能、性能、體系結構方面都有了飛速發(fā)展，已能集成一個完整的功能強大、性能優(yōu)良的計算機應用系統(tǒng)。但目前國內許多單片機應用單位仍停留在采用片內無 ROM 等低檔單片機的狀態(tài)，無論在系統(tǒng)設計上、使用維護上、經濟效益上這都是不合算的。這種狀況必須改變。本文就單片機的發(fā)展現(xiàn)狀進行綜述，希望能對提高國內單片機技術的應用水平有所促進。 單片機的硬件18 / 70單片微型計算機，簡稱單片機，是微型計算機的一個分支。它是在一塊芯片上集成（嵌入）了 CPU、RAM 和 ROM 存儲器、I／O 接口等而構成的微型計算機。因主要用于工業(yè)測控領域，故又稱為微控制器或嵌入式控制器。單片機的核心是中央處理器 CPU。用超大規(guī)模集成技術把 CPU集成在一塊芯片上，稱為微處理器。微處理器、微控制器和微型計算機三者的關系十分密切。目前，單片機在工業(yè)測控領域中已占重要地位。各電氣廠商、機電行業(yè)和測控企業(yè)都把單片機作為本部門產品更新?lián)Q代、產品智能化的重要工具。全世界單片機的生產廠家有 30 多家，能生產 60 多個系列，1000 多個型號的產品。產量大，僅 1996 年的產量就達 18 億片。單片機的特點單片機問世以來所走的路與微處理器是不同的。微處理器向著高速運算、數(shù)據(jù)分析與處理能力、大規(guī)模容量存儲等方向發(fā)展，以提高通用計算機的性能。其接口界面也是為了滿足外設和網絡接口而設計的 。單片機則是從工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口特點出發(fā)，向著增強控制功能、提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性、靈活方便的構成應用計算機系統(tǒng)的界面接口的方向發(fā)展。因此，單片機有著自已的特點，主要是：?品種多樣，型號繁多。品種型號逐年擴充以適應各種需要。使系統(tǒng)開發(fā)者有很大的選擇自由。CPU 從 132 到 64 位，有些還采用RISC 技術；?提高性能，擴大容量。集成度已達 200 萬個晶體管以上。總線工作速度已達數(shù)十微秒。工作頻率達到 30MHz 甚至 40MHz。指令執(zhí)行周期減到數(shù)十微秒。存儲器容量 RAM 發(fā)展到 1K、2K，RO M 發(fā)展到32K、64K；?增加控制功能，向外部接口延伸。把原屬外圍芯片的功能集成到本芯片內?，F(xiàn)今的單片機已發(fā)展到在一塊含有 CPU 的芯片上，除嵌入19 / 70RAM、ROM 存儲器和 I／O 接口外，還有 A／D、PWM 、U ART、Timer／Counter 、DMA 、Watchdog 、Serial Port、Sensor、driver、還有顯示驅動、鍵盤控制、函數(shù)發(fā)生器、比較器等，構成一個完整的功能強的計算機應用系統(tǒng)；?低功耗。供電電壓從 5V 降到 3V、2V 甚至 1V 左右。工作電流從mA 級降到 μA 級。在生產工藝上以 CMOS 代替 NMOS，并向 HCMOS過渡；?應用軟件配套。提供了軟件庫，包括標準應用軟件，示范設計方法。使用戶開發(fā)單片機應用系統(tǒng)時更快速、方便。使有可能做到用一周時間開發(fā)一個新的應用產品；?系統(tǒng)擴展與配置。有供擴展外部電路用的三總線結構DB、AB、CB，以方便構成各種應用系統(tǒng)。根據(jù)單片機網絡系統(tǒng)、多機系統(tǒng)的特點專門開發(fā)出單片機串行總線。此外，還特別配置有傳感器，人機對話 、網絡多通道等接口，以便構成網絡和多機系統(tǒng)。 單片機的總線一直以來，單片機沒有自己的專門的總線標準，通常是由著名廠家推出自己產品時配套設計的。如 MC S－51 系列單片機就設計有完善的三總線結構（地址總線 AB，數(shù)據(jù)總線 DB，控制總線 CB） ，要構成不同的單片機應用系統(tǒng)是方便的。雖然，單片機可以歸結為工控機的一種，而工控機的成熟主流總線是 STD 總線，但單片機卻沒有完全執(zhí)行 STD 總線標（IEEE961） ，而以控制總線差別較大。這里只論及完全根據(jù)單片機的特點，按照控制系統(tǒng)網絡及多機系統(tǒng)的需要而設計的串行接口總線。有了此總線，多個單片機就能以一定的拓樸結構組成多種系統(tǒng)，彌補了在網絡控制方面的不足。單片機應用系統(tǒng)涉及多種多樣的外部設備或系統(tǒng)的互連和通信，有必20 / 70要在單片機與外部芯片間插入有通信功能的接口。這樣做的好處是：（1）串行總線連線少，結構簡單，安裝調整方便。在傳送速度不太高的場合，串行總線是可取的；（2）總線接口部分已集成到芯片中，系統(tǒng)可以按功能模塊直接聯(lián)接；（3）故障診斷排除十分簡單；（4）可利用軟件庫進行安裝，減少軟件開發(fā)時間；（5）取消外部接口電路，外部接線少，體積小，可靠，價廉。目前已生產出多種產品，但仍未有正式批準的國際標準。常見的有以下幾種總線：?IIC 總線（ Inter－Integrated Circuit） 。這是 Philips 開發(fā)的一種內部雙向二線串行總線。一為串行數(shù)據(jù)總線。另一為串行時鐘總線。線上設備可用軟件尋址，且可自動沖突仲裁 。標準傳送速率 100kbit／s，最大400kbit／s ．適于非高速系統(tǒng)。?BIT 總線。這是 Intel 開發(fā)的一種分布式機間通信的串行總線。通過RUPI－44 系列的串行接口單元，可實現(xiàn)點對點、多點主從、環(huán)形網三種鏈路結構的通信。外同步速率 2．4MB／s（點對點，多點） ，1．0MB／s（環(huán)形網） 。?MicroWire 總線。這是國家半導體開發(fā)的一種三線串行接口總線。一為數(shù)據(jù)輸出線，二為數(shù)據(jù)輸入線，三為時鐘線。線上只有一臺機為主機，其余為從機。MicroWire／ plus 是增強型。各型號功能各異。?SPI／SCI 總線（串行輸入接口／串行通信口） 。由 Motorola 開發(fā)。SPI 為并行同步總線（兩條串行數(shù)據(jù)線，一條串行時鐘線）通過 SPI 的互連可構成各種應用系統(tǒng)。SCI 為異步通信接口。?VESA 總線（Video Electronics StandardAssociation） 。由視頻電子標準協(xié)會等多家公司聯(lián)合推出的全開放模塊式的局部總線。又稱 VESALocal21 / 70總線，簡稱 VL。此總線支持高速視頻處理，總線寬 32 位，數(shù)據(jù)線可擴至64 位。數(shù)據(jù)傳輸率 132MB／s。適于多媒體場合。?CAN 總線（Controller Area Network） 。這是一種單片機外部串行總線。采用多元競爭式結構。按設定仲裁字的方式進行總線仲裁。是網絡系統(tǒng)的一種重要總線型式。此外，還有 Sigics 公司的芯片內部的 DDB 總線等。1995 年末，世界上最新開發(fā)的 Intel 公司的總線產品 pact PCI 被介紹給我國的工控，而該類產品在我國目前仍處于初創(chuàng)研發(fā)階段。作為歸結為工控機類的單片機，如何徹底解決設備共享問題 ，從而加入現(xiàn)場控制系統(tǒng)（FCS ）中，一直是工控界關注的問題。 在當今社會，單片機還是十分流行的 MCU，經過不斷的完善功能比以前更加強大，并且價格便宜，實用性強。 LCD 液晶顯示器 在本系統(tǒng)中采用的是 12232 液晶顯示器來顯示各個參數(shù)，其比 LED 數(shù)碼管顯示有以下優(yōu)點：，而 LCD 在光照較強的情況下顯示的更清楚，在光暗的情況下有液晶功能，也能夠看清顯示的數(shù)據(jù)。，經常更換，而液晶顯示可靠性高，穩(wěn)定性好，比較耐用。 液晶驅動 IC 基本特性具有低功耗、供應電壓范圍寬等特點。具有 16mon 和 61segment 輸出，并可外接驅動 IC 擴展驅動。具有 2560 位顯示 RAM（DD RAM） ，即 8084 位。 具有與 68 系列或 80 系列相適配的 MPU 接口功能，并有專用的指令集，可完成文本顯示或圖形顯示的功能設置。22 / 70 模塊基本特性視域尺寸：，（122321/2）,（122323） ；顯示類型：黃底黑字；LCD 顯示角度：6 點鐘直觀；驅動方式：1/32 duty，1/6 bias；連接方式：導電膠條，鐵框； 補充說明：模塊外觀尺寸可根據(jù)用戶的要求進行適度調整。 工作參數(shù)邏輯工作電壓（VDDVSS）：～LCD 驅動電壓(VddVlcd)：～工作溫度(Ta)：0～55℃ （常溫） / 20～70℃（寬溫）保存溫度(Tstg) ：10～ 70℃ 電氣特性輸入高電平(Vih) ：輸入低電平(Vil)：輸出高電平(Voh)：輸出低電平(Vol)：工作電流： 接口說明管腳說明:? VDD：邏輯電源正? GND(VSS)： 邏輯電源地? VLCD(VEE,V0)：LCD 驅動電源23 / 70? RET：復位端,對于 68 系列 MPU:上升沿(LH)復位，且復位后電平須保持為高電平（H） ；對于 80 系列 MPU:下降沿(HL)復位，且復位后電平須保持為低電平（L） 。? E1：讀寫使能。對于 68 系列 MPU，連接使能信號引腳，高電平有效；對于 80 系列 MPU，連接/RD 引腳，低電平有效。? E2：同 E1 引腳。? /RD：讀允許，低電平有效。? /WR：寫允許，低電平有效。? R/W：讀寫選擇，對于 68 系列 MPU，高電平時讀數(shù)據(jù)，低電平時寫數(shù)據(jù)；對于 80 系列 MPU，低電平時允許數(shù)據(jù)傳輸，上升沿時鎖定數(shù)據(jù)。? A0：數(shù)據(jù)/指令選擇。高電平：數(shù)據(jù) D0D7 將送入顯示 RAM； 低電平：數(shù)據(jù) D0D7 將送入指令執(zhí)行器執(zhí)行。? D0D7：數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 指令描述顯示模式設置A0 /RD /WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0L H L H L H L H H H D功能：開/關屏幕顯示,不改變顯示 RAM(DD RAM)中的內容,也不影響內部狀態(tài)。D=0，開顯示；D=1，關顯示。如果在顯示關閉的狀態(tài)下選擇靜態(tài)驅動模式，那么內部電路將處于安全模式。設置顯示起始行A0 /RD /WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0L H L H H L A4 A3 A2 A1 A0功能：執(zhí)行該命令后，所設置的行將顯示在屏幕的第一行。起始地址24 / 70可以是 031 范圍內任意一行。行地址計數(shù)器具有循環(huán)計數(shù)功能，用于顯示行掃描同步，當掃描完一行后自動加一。頁地址設置A0 /RD /WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0L H L H L H H H L A1 A0功能：設置頁地址。當 MPU 要對 DD RAM 進行讀寫操作時，首先要設置頁地址和列地址。本指令不影響顯示。A1 A0 頁地址0 0 00 1 11 0 21 1 3列地址設置A0 /RD /WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0L H L L A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0功能：設置 DD RAM 中的列地址。當 MPU 要對 DD RAM 進行讀寫操作前，首先要設置頁地址和列地址。執(zhí)行讀寫命令后，列地址會自動加 1，直到達到 50H 才會停止，但頁地址不變。A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 列地址0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 11 0 0 1 1 1 0 4E1 0 0 1 1 1 1 4F25 / 70讀狀態(tài)指令A0 /RD /WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0L L H BUSY ADC OM/OFF RESET L L L L功能：檢測內部狀態(tài)。