【文章內容簡介】 的重要指 針 之一。串口 輸入 /輸 出口 :用于 單 片機和串行 設備或其它單 片機的通信。串行通信有同步和異步之分， 這 可以用硬件或通用串行收 發(fā) 器 件來實現(xiàn) 。不同的 單 片機可能提供不同 標準的串行通信接口，如 UART、 SPI、 2IC、 Micro Wire 等。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的多功能電表設計 9 LED 數(shù)碼管 led 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個 發(fā)光二極管 封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連 接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于 3 位 “+1”型。位數(shù)有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等 ....， led 數(shù)碼管根據(jù) LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖 2 是共陰和共陽極數(shù)碼管的內部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色 有紅，綠，藍，黃等幾種。 led 數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的多功能電表設計 10 第四章 AT24C16 和單片機連接的中轉站 I2C 總線 I2C 總線介紹 I2C 總線支持任何 IC 生產(chǎn)過程 (NMOS CMOS、雙極性）。兩線 ―― 串行數(shù)據(jù)（ SDA）和串行時鐘 （ SCL）線在連接到總線的器件間傳遞信息。每個器件都有一 個唯一的地址識別（無論是 微控制器 ——MCU、 LCD 驅動器、存儲器或鍵盤接口），而且都可以作為一個發(fā)送器或接收器（由器件的功能決定）。很明顯，LCD 驅動器只是一個接收器，而存儲器則既可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù)。除了發(fā)送器和接收器外器件在執(zhí)行數(shù) 據(jù)傳 輸時也可以被看作是主機或從機（見表 1）。主機是初始化總線的數(shù)據(jù)傳輸并產(chǎn)生允許傳輸?shù)臅r鐘信號的器件。此時，任何被尋址的器件都被認為是從機。 I2C 總線的系統(tǒng)結構與接口 在數(shù)據(jù)的傳輸過程中 ，必須確定數(shù)據(jù)傳送的其實和結束。在 i2c 總線技術規(guī)范中 ，有嚴格的時序表示起始信號和結束信號，或起始信號和停止信號。在傳輸數(shù)據(jù)開始前，主控器件應發(fā)送起始位，通知從器件做好接收準備，在傳輸數(shù)據(jù)結束時，主控器件應發(fā)送停止位，通知從器件停止接收。 起始位時序 ，當 SCL 位為高位時 ， SDA 線由高到低的轉換。啟動信號是一種電平跳 變時序信號 ，而不是一個電平信號。啟動信號是由主控器主動建立的，在建立該信號之前 I2C 總線必須處于空閑狀態(tài) ，總線在起始條件后被認為處于忙的狀態(tài)如圖所示。 圖 41： 起始信號 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的多功能電表設計 11 停止位時序 ，當 SCL 位為高位時 ， SDA 線由低到高的轉換。停止信號 也是一種電平跳變時序信號 ，而不是一個電平信號，停止信號也是由主控器主動建立I2C 總線將返回空閑狀態(tài) ，在停止條件的某段時間后，總線被認為再次處于空閑狀 態(tài) ，并等待下一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。如果產(chǎn)生重復起始條件而不產(chǎn)生停止條件，總線就會一直處于忙的狀態(tài)。如圖所示： 圖 42： 停止信號 連接到 I2C 總線上的器件 ，若具有 I2C 總線的硬件接口 ，則很容易檢測到起始和終止信號。對于不具備 I2C 總線硬件接口的有些單片機來說為了檢測起始和終止信號 ，必須保證在每個時鐘周期內對數(shù)據(jù)線 SDA 采樣兩次。 I2C 總線的信號與數(shù)據(jù)傳輸 與起始信號和結束信號不同， i2c 總線在傳輸數(shù)據(jù)過程中，對傳輸?shù)拿恳晃籗DA 信號線上的數(shù)據(jù)在時鐘信號 SCL 處于高電平時期必須保持穩(wěn)定， SDA 的高低電平狀態(tài)即此時傳送的數(shù)據(jù)位，只有在 SCL 信號線處于低電平時 ， SDA 信號線上的電平狀態(tài)才能改變，如圖 43： 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的多功能電表設計 12 圖 43 ； SDA和 SCL 的時序關系 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的多功能電表設計 13 第五章 串行 E2PROM 芯片 AT24CXX AT24CXX 系列的基本功能 AT24CXX 的主要特點 AT24C01/02/04/08/16/32/64 是 采 用 CMOS 工 藝 制 成 的 128/256/512/1K/2K/4K/8K， 8 的串行 E2PROM，典型的寫周期為幾個 ms有字節(jié)寫和頁寫兩種寫入方式，頁寄存器大小分為 8/8/8/16/16/32/32，擦除 /寫入的壽命一般達 10 萬次以上。數(shù)據(jù)保存壽命達 100 年以上。電源等級根據(jù)用戶需要有 、 、 2.. 等四種，低功耗工作電流 1mA，備用狀態(tài)不到10uA，較常見的有 8腳 DIP 封裝、 8腳 SOIC 封裝。 AT24CXX 的引腳說明 AT24CXX的典型封裝引腳如圖 。 圖 51 ： AT24CXX的典型封裝 ● SCL，串行時鐘輸入端。在上升沿時寫入 E2PROM 數(shù)據(jù)，在下降沿時 輸出E2PROM 數(shù)據(jù)。 ● SDA，串行數(shù)據(jù)輸入 |輸出端。 ● WP，寫保護引腳 。 WP=0 時，芯片正常寫入操作。 WP=1 時，只能讀存儲器。 ● A0A1A2，地址輸入引腳。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的多功能電表設計 14 ● VCC，電源端。 ● GND，接地端。 AT24CXX 的工作原理 器件地址 ，對于掛接在 I2C 總線上的多個 I2C 器件 ， CPU 訪問其中的某個器件時 ，首先是匹配器件地址，在器件地址中還包含了訪問該器件的讀寫方向。 AT24CXX 的器件地址的數(shù)據(jù)格式如表 所示 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 分別對應 1 0 1 0 A2 A1 A0 R/W— 表 AT24CXX 的器件地址的數(shù)據(jù)格式，對于AT24C01/02/04/08/16/32/64 系列芯片 ，存儲器單元數(shù)量分別為128/256/512/1K/2K/4K/8K 個字節(jié) ，其地 址范圍的上限分別 為 7FH,FFH,1FFH,3FFH,7FFH,FFFH,1FFFH,存儲單元的地址尋址范圍為 A0~A AA A A A1 A12。 在訪問 I2C 器件時 ，緊跟在器件地址后要訪問存儲器單元地址， 對于 AT24C01/02，單個字節(jié)的存儲器地址已經(jīng)足夠表示想要訪問的任何一個存儲器空間。此時器件地 址中的 A A A0的值必須與引腳上的 AA A0邏輯完全一致 ，才能稱為其間匹配。因此 2 根 I2C 總線上最多可以掛接 8個 AT24C01/02 器件。在訪問某個器件時 ， CPU 發(fā)出的器件地址中 A A A0值與該器件引腳 A A A0 電平相一致 ，才能訪問到該器件。 對于 AT24C04，由于存儲器單元尋址時存在高位地址 A8 位 ，此時 A8將借用器件地址的 A0位 ，由于 A0 位懸空處理 ，因此， 2 根 I2C 總線上最多可以掛接 4個 AT24C04。相同的原理 AT24C08，存儲器單元存儲器單元高位地址 A A9 將分別借用 器件地址大的 A0、 A1 位 ，對于 AT24C16，存儲器單元高地址 A A A10 將分別將用器件地址的 A0A A2 位。顯然 2跟 I2C 總線上最多可以掛接 2 個 AT24C08 或 1個 AT24C16。對于容量更大的 AT24C32/64，顯然再借用 A A A0 是不夠的無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的多功能電表設計 15 因此緊跟在器件地址后的存儲器單元地址采用 2個字節(jié) ，高位地址在前低位地址CPU 發(fā)出的 0 值必須與該器件上的 0邏輯相匹配。 接口工作時序 有關 AT24C 的啟動條件、停止條件、應答信號、非應答信號、數(shù)據(jù) 的傳輸、數(shù)據(jù)的接 收等時序 由于 AT24C 是標準的器件詳見部分。 AT24C 的寫包括字節(jié)寫和頁寫，其頁寫的機制存在頁內地址自動增量、頁面回卷等 現(xiàn) 象 但 各 個 A T 2 4 C 器 件 的 頁 寄 存 器 大 小 有 所 不 同 。 ① 字節(jié)寫 字節(jié)寫的過程包括啟動條件、寫入器件地址、存儲器單元地址、寫入數(shù)據(jù)以及停止條件。由于存儲器容量大的器件 AT24C3 AT24C64 的存儲器單元地址為 2 個字節(jié)格式如圖所示。在發(fā)出停止條件后，對于這類非易失性的存儲器，都要經(jīng)歷一個寫周期后才能再次對該芯片進行操作。 圖 52： AT24C01/02/04/08/16： ②頁寫 頁寫操作能對存儲器地址連續(xù)的單元進行小批量的數(shù)據(jù)存儲。這里同樣存在單字節(jié)和雙字節(jié)存儲器單元地址的問題。 AT24的讀寫操作包括當前地址讀、指定地址讀和系列讀三種情況。對于讀操作不存在寫周期需延時等待 的問題 ,即在發(fā)生一次讀操作后可以馬上再進行讀寫操作。 ③當前地址讀當前地址讀是指讀出上次操作讀或寫的最后被訪問單元的下一個地址的數(shù)據(jù)只要器件沒有斷電上次操作的那個單元地址將一直被保存著因此不再需要提供下一個單元的地址。其操作格式只需提供讀命令后數(shù)據(jù)即被讀出。 ④指定地址讀 ,指定地址讀是指讀出指定單元的數(shù)據(jù)。該操作首先要通過 1 個寫入讀出數(shù)據(jù)的地址操作 ,習慣上稱為偽啟動 ,在得到操作的當前地址后 ,再進行與當前地址讀一樣的操作。因此指定當前地址讀的數(shù)據(jù)幀格式中出現(xiàn) 2次啟動信號 ⑤ 系列讀 系列讀是指在當前地 址讀或指定地址讀的基礎上 ,如果主動器件不斷提供同步脈沖 SCL 信號 ,而且不發(fā)出非應答信號 ,下一個地址單元的數(shù)據(jù)將通過無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的多功能電表設計 16 SDA 線被串行送出 ,直至主動器件發(fā)出非應答信號為止。 無論是當前地址讀還是指定地址讀后的系列讀 ,存在頁內回卷的問題。當讀出的數(shù)據(jù)單元到達最大一個單元時 ,下一個被讀出的單元地址將為最小的地址單元 ,如讀到 AT24C04的最大地址單元為 1FFH個讀數(shù)單元為 000H。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的多功能電表設計 17 第六章 電能表與抄表集中器的紐帶 RS485 總線 RS485簡介 RS485是 1983年電子工業(yè)協(xié)會 (EIA)為了擴展 RS422的應用范圍在其基礎上制定的標準 ， RS485 接口在總線上是容許連接多達 32 個收發(fā)器 ，可以擴展到 128或 256個。 RS485最大傳輸速率為 10Mbps，最大傳輸距離為 1219米。因為 RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡 ,一般只需二根連線 ,所以 RS485接口均采用屏蔽平衡雙絞線傳輸。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比 ,在 l00Kbps速率下才能使用規(guī)定最長的電纜長度 ,只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。因此 ,RS485更適合短距離的 數(shù)據(jù)傳輸。在實際應用中 ,RS485總線的傳輸速率常選擇在 9600bps及以下。 RS485是一個電氣接口規(guī)范 ,它規(guī)定了平衡驅動器和接收器的電器特性而沒有規(guī)定插件傳輸電纜和通信協(xié)議。 RS485接口采用差分方式傳輸信號 ,并不需要相對某個參考點來檢測信號系統(tǒng) ,只需檢測兩線之間的電位差即可。但必須注意 ,收發(fā)器只有在共模電壓不超過一定范圍 :7— 12V,的條件下才能正常工作。當共模電壓超出此范圍時 ,就會影響通信的可靠性甚至損壞接口。邏輯“ 1”以兩線間的電壓差為 +(2~6)V表示 ,邏輯“ 0”以兩線間的電壓差為 (2~6)V表示。 、RS485電平與 TTL電平轉換驅動電路 ,RS485的驅動接口部分通常由 Maxim公司生產(chǎn)的差分平分器首發(fā)芯片 MAX481/483/485/487/489等 ,每種型號的芯片內部均集成了一個驅動器和一個接收器。 MAX481/483/485/487為 8引腳封裝 ,其引腳分布與典型工作電路如圖所示 ,引腳功能說明如下。 RO接收器輸出端。若 A比 B大 200mV,RO為 ,反之為低電平。 RE接收器輸出使能端。 RE為低時 ,RO有效 ,為高時 ,RO呈高阻狀態(tài)。 DE,驅動器 輸出使能端。若 DE： 1驅動器輸出 A和 B有效 ,若 DE： 0則它們呈高阻態(tài)。 若驅動器輸出有效 ,器件作為線驅動器用 ,反之作為線接收器用。 DI驅動器輸入端。當 DI： 0有 A： 0， B： 1。當無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的多功能電表設計 18 DI： 1，則 A： 1， B： 0。 GND接地。 A 同相接收器輸入和同相驅動器輸出。 B反相接收器輸入和反相驅動器輸出。 VCC,電源端 ,一般接 +5V 。 圖