嵌入式系统常用外设驱动编程实例课件

嵌入式系统原理及应用嵌入式系统原理及应用讲嵌入式系统常用外设驱动编讲嵌入式系统常用外设驱动编程实例程实例l嵌入式系统常用外设除了存储设备以外还包括：通信嵌入式系统常用外设除了存储设备以外还包括：通信总线及接口（如、总线及接口（如、I2C、等）、人机交互设备（如、等）、人机交互设备（如、键盘、触摸屏等）、其他输入输出设备（如、等）。键盘、触摸屏等）、其他输入输出设备（如、等）。本章提要本章提要1 13 32 25 54 46 6触摸屏模块设计实例触摸屏模块设计实例异步串口模块实例异步串口模块实例转换器应用实例转换器应用实例模块设计模块设计 1768简介简介 7 7控制实例控制实例与键盘实例与键盘实例5.1.11768概述概述l1768是公司推出的基于是公司推出的基于3内核的微控制器内核的微控制器17系列中的一员。系列中的一员。17系列系列3微处理器用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应微处理器用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。用。1700系列微控制器的操作频率可达系列微控制器的操作频率可达100（新推出的（新推出的1769和和1759可达可达120）。）。l3具有具有3级流水线和哈佛结构。级流水线和哈佛结构。17系列微控制器的外设组件包系列微控制器的外设组件包含高达含高达512的的存储器、存储器、64的数据存储器、以太网、主机的数据存储器、以太网、主机/从机从机接口、接口、8通道通道控制器、控制器、4个个、2条条通道、通道、2个控制器、个控制器、接口、接口、3个接口、个接口、2输入和输入和2输出的接口、输出的接口、8通道的通道的12位、位、10位、电机位、电机控制控制、正交编码器接口、正交编码器接口、4个通用定时器、个通用定时器、6输出的通用输出的通用、带、带有独立电池供电的超低功耗有独立电池供电的超低功耗和多达和多达70个的通用管脚。个的通用管脚。引脚连接模块寄存器映射引脚连接模块寄存器映射l引脚功能选择寄存器引脚功能选择寄存器0(0)l0寄存器控制端口寄存器控制端口0低半部分的位功能。仅当引脚选择使用低半部分的位功能。仅当引脚选择使用功能时，功能时，0寄存器中的方向控制位才有效。寄存器中的方向控制位才有效。l引脚功能选择寄存器引脚功能选择寄存器1(1)l1寄存器控制端口寄存器控制端口0高半部分的位功能。仅当引脚选择使用高半部分的位功能。仅当引脚选择使用功能时，功能时，0寄存器中的方向控制位才有效。寄存器中的方向控制位才有效。1768的引脚功能选的引脚功能选择寄存器择寄存器1的位功能描述如表的位功能描述如表3-7所列。所列。l引脚功能选择寄存器引脚功能选择寄存器2(2)l2寄存器控制端口寄存器控制端口1低半部分的位功能，包含以太网相关功低半部分的位功能，包含以太网相关功能引脚。仅当引脚选择使用功能时，能引脚。仅当引脚选择使用功能时，1寄存器中的方向控制位寄存器中的方向控制位才有效。才有效。l引脚功能选择寄存器引脚功能选择寄存器3(3)l3寄存器控制端口寄存器控制端口1高半部分的位功能。仅当引脚选择使用高半部分的位功能。仅当引脚选择使用功能时，功能时，1寄存器中的方向控制位才有效。寄存器中的方向控制位才有效。引脚连接模块寄存器映射引脚连接模块寄存器映射l引脚功能选择寄存器引脚功能选择寄存器4(4)l4寄存器控制端口寄存器控制端口2低半部分的位功能。仅当引脚选择使用低半部分的位功能。仅当引脚选择使用功能时，功能时，2寄存器中的方向控制位才有效。寄存器中的方向控制位才有效。l引脚功能选择寄存器引脚功能选择寄存器7(7)l7寄存器控制端口寄存器控制端口3高半部分的位功能。仅当引脚选择使用高半部分的位功能。仅当引脚选择使用功能时，功能时，3寄存器中的方向控制位才有效。寄存器中的方向控制位才有效。l引脚功能选择寄存器引脚功能选择寄存器9(9)l9寄存器控制端口寄存器控制端口4高半部分的位功能。仅当引脚选择使用高半部分的位功能。仅当引脚选择使用功能时，功能时，4寄存器中的方向控制位才有效。寄存器中的方向控制位才有效。l引脚功能选择寄存器引脚功能选择寄存器(10)l10寄存器用于控制寄存器用于控制P2.2P2.6的跟踪功能。的跟踪功能。本章提要本章提要1 13 32 25 54 46 6触摸屏模块设计实例触摸屏模块设计实例异步串口模块实例异步串口模块实例转换器应用实例转换器应用实例模块设计模块设计 1768简介简介 7 7控制实例控制实例与键盘实例与键盘实例5.2.11768的概述的概述1.1768简介简介2.1768其引脚数为其引脚数为100，其中用做功能的引脚达，其中用做功能的引脚达70个。个。具体分配如下：具体分配如下：3.P0端口端口28个：个：P0.0P0.11，P0.15P0.30。4.P1端口端口24个：个：P1.0P1.1，P1.4，P1.8P1.10，P1.14P1.31。5.P2端口端口14个：个：P2.0P2.13。6.P3端口端口2个：个：P3.25，P3.26。7.P4端口端口2个：个：P4.27，P4.28。5.2.11768的概述的概述1768的特性如下：的特性如下：加速功能：寄存器被转移到外设总线上，以实现高速的时序；屏加速功能：寄存器被转移到外设总线上，以实现高速的时序；屏蔽寄存器允许将某些端口位作为一组进行操作，而其他位不变；蔽寄存器允许将某些端口位作为一组进行操作，而其他位不变；所以寄存器可以以字节、半字和字的方式进行读所以寄存器可以以字节、半字和字的方式进行读/写操作；寄存写操作；寄存器可由进行访问。器可由进行访问。置位和清零寄存器允许用一条指令置位和清零操作一个端口的任置位和清零寄存器允许用一条指令置位和清零操作一个端口的任意位。意位。所有寄存器支持位带操作功能。所有寄存器支持位带操作功能。单个端口的方向可控制。单个端口的方向可控制。所有端口在复位后默认为上拉输入端。所有端口在复位后默认为上拉输入端。P0和和P2端口的每个引脚提供了中断功能。端口的每个引脚提供了中断功能。每个端口的中断可被编程为上升沿、下降沿或边沿产生中断。每个端口的中断可被编程为上升沿、下降沿或边沿产生中断。边沿检测支持异步操作。边沿检测支持异步操作。P0和和P2端口的每个引脚支持掉电唤醒功能。端口的每个引脚支持掉电唤醒功能。5.2.11768的概述的概述2.寄存器描述寄存器描述通用名称通用名称描述描述访问访问复位值复位值寄存器名称和地址寄存器名称和地址高高速速端端口口方方向向控控制制寄寄存存器器。该该寄寄存存器器可可单单独独控控制制每每个个端口引脚的方向端口引脚的方向00：0 x20090001：0 x20090202：0 x20090403：0 x20090604：0 x2009080高高速速端端口口引引脚脚状状态态寄寄存存器器。该该寄寄存存器器真真实实反反映映数数字字端端口引脚的当前状态口引脚的当前状态00：0 x20090141：0 x20090342：0 x20090543：0 x20090744：0 x2009094高高速速端端口口输输出出置置位位寄寄存存器器。写写1使使相相应应的的端端口口引引脚脚输输出出高电平；写高电平；写0没有影响没有影响00：0 x20090181：0 x20090382：0 x20090583：0 x20090784：0 x2009098高高速速端端口口输输出出清清零零寄寄存存器器。写写1使使相相应应的的端端口口引引脚脚输输出出低电平；写低电平；写0没有影响没有影响00：0 x200901C1：0 x200903C2：0 x200905C3：0 x200907C4：0 x200909C高速端口屏蔽寄存器高速端口屏蔽寄存器00：0 x20090101：0 x20090302：0 x20090503：0 x20090704：0 x20090905.2.2基于的矩阵键盘设计基于的矩阵键盘设计1.常用键盘工作原理常用键盘工作原理2.（1）独立式按键接口）独立式按键接口3.优点：电路配置灵活，软件优点：电路配置灵活，软件实现简单。实现简单。4.缺点：每个按键需要占用一缺点：每个按键需要占用一根口线，若按键数量较多根口线，若按键数量较多资源浪费将比较严重资源浪费将比较严重5.应用：主要用于按键较少或应用：主要用于按键较少或对操作速度要求较高的场合，对操作速度要求较高的场合，软件实现时，可以采用中断软件实现时，可以采用中断方式，也可采用查询方式方式，也可采用查询方式（2）行列式按键接口）行列式按键接口优点：相对于独立接口方优点：相对于独立接口方式可以节省很多资式可以节省很多资源，相对于专用芯源，相对于专用芯片键盘可以节省成片键盘可以节省成本，且更为灵活；本，且更为灵活；缺点：需要用软件处理消缺点：需要用软件处理消抖、重键等抖、重键等应用：行列式按键接口适应用：行列式按键接口适应于按键数量较多，应于按键数量较多，又不想使用专用键又不想使用专用键盘芯片的场合。盘芯片的场合。键盘扫描阵列：键盘扫描阵列：一一个个瞬瞬时时接接触触开开关关（按按钮钮）放放置置在在每每一一行行与与线线一一列列的的交交叉叉点点。矩矩阵阵所所需需的的键键的的数数目目显显然然根根据据应应用用程程序序而而不不同同。每每一一行行由由一一个个输输出出端端口口的的一一位位驱驱动动，而而每每一一列列由由一一个个电电阻阻器器上上拉拉且且供供给给输入端口一位。输入端口一位。扫描次数扫描次数输出输出(行行)输入输入(列列)键刚按下时键刚按下时000000110110第一次扫描第一次扫描011011111111第二次扫描第二次扫描101101111111第三次扫描第三次扫描110110110110键键9按下时扫描过程按下时扫描过程3专用芯片式设计专用芯片式设计专用键盘处理芯片一般功能比较完善芯片本身能完专用键盘处理芯片一般功能比较完善芯片本身能完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等问题的处理，成对按键的编码、扫描、消抖和重键等问题的处理，甚至还集成了显示接口功能。甚至还集成了显示接口功能。专用键盘处理芯片的优点很明显，可靠性高，接口简专用键盘处理芯片的优点很明显，可靠性高，接口简单，使用方便，适合处理按键较多的情况。但在很多单，使用方便，适合处理按键较多的情况。但在很多应用场合，考虑成本因素可能并不是最佳选择。应用场合，考虑成本因素可能并不是最佳选择。2.33矩阵键盘电路设计矩阵键盘电路设计（1）功能要求）功能要求利用利用1768的的P1.24P1.29引脚外接引脚外接33矩阵键盘，将键盘矩阵键盘，将键盘的值通过连接在的值通过连接在P2.0P2.5引脚上的按照键盘按键的编号引脚上的按照键盘按键的编号顺序点亮显示。顺序点亮显示。（2）硬件电路）硬件电路33矩阵键盘识别实例的硬件电路如图矩阵键盘识别实例的硬件电路如图5-5所示。所示。K1K9的的9个轻触式按键以个轻触式按键以3行行3列的形式分别连接到列的形式分别连接到P1.24P1.29引脚上，其中引脚上，其中P1.24P1.26引脚用于连接矩阵键盘的行，引脚用于连接矩阵键盘的行，P1.27P1.29引脚用于连接矩阵键盘的列。引脚用于连接矩阵键盘的列。8个发光二极个发光二极管连接到管连接到1768的的P2.0P2.7引脚上显示按键编号。引脚上显示按键编号。2.33矩阵键盘电路设计矩阵键盘电路设计5.2.3键盘驱动程序设计键盘驱动程序设计在图在图5-3中，中，02连接到连接到P1.24P1.26作为输出，作为输出，35连接到连接到P1.27P1.29作为输入。如果采用了中断，还要初始化中断寄存器。作为输入。如果采用了中断，还要初始化中断寄存器。33矩阵键盘的识别过程是由以下几个步骤构成：矩阵键盘的识别过程是由以下几个步骤构成：判断按键是否按下。判断按键是否按下。若有键按下，则延时若有键按下，则延时510，消除按键抖动。，消除按键抖动。再判断按键是否真的按下。再判断按键是否真的按下。若确实有键按下，则执行该按键的功能事件。若确实有键按下，则执行该按键的功能事件。判断按键是否释放，若没有释放则等待按键释放。判断按键是否释放，若没有释放则等待按键释放。键号键号二进制代码二进制代码十六进制代码十六进制代码键号键号二进制代码二进制代码十六进制代码十六进制代码K11101100 x36K60111010 x1DK21011100 x2EK71100110 x33K30111100 x1EK81110110 x3BK41101010 x35K90110110 x1BK51011010 x2D33矩阵键盘键值代码表5.2.3键盘驱动程序设计键盘驱动程序设计1.寄存器宏定义寄存器宏定义将将32位寄存器分成位寄存器分成4个个8位的子寄存器进行访问，其他例子则采用开发板自位的子寄存器进行访问，其他例子则采用开发板自带寄存器定义方式来访问。带寄存器定义方式来访问。13(*(*)0 x2009C023)P1.24P1.31口方向控制寄存器口方向控制寄存器13(*(*)0 x2009C037)P1.24P1.31口状态寄存器口状态寄存器13(*(*)0 x2009C03B)P1.24P1.31 口输出置位寄存器口输出置位寄存器13(*(*)0 x2009C03F)P1.24P1.31 口输出清零寄存器口输出清零寄存器20(*(*)0 x2009C020)P2.0P2.7口方向控制寄存器口方向控制寄存器20(*(*)0 x2009C058)P2.0P2.7口输出置位寄存器口输出置位寄存器20(*(*)0 x2009C058)P2.0P2.7口输出清零寄存器口输出清零寄存器5.2.3键盘驱动程序设计键盘驱动程序设计2键盘初始化函数键盘初始化函数键盘初始化函数主要针对键盘所用的端口属性进行初始化。在键盘工作键盘初始化函数主要针对键盘所用的端口属性进行初始化。在键盘工作之前，根据行列键盘电路设计原理将之前，根据行列键盘电路设计原理将P1.24P1.26配置为输出，配置为输出，P1.27P1.29配置为输入。如果采用了中断，还要初始化中断寄存器。配置为输入。如果采用了中断，还要初始化中断寄存器。()该函数对键盘使用的端口进行初始化该函数对键盘使用的端口进行初始化130 x07;设置设置P1.24P1.26配置为输出，配置为输出，P1.27P1.29配置为输入；其中配置为输入；其中1为输出。为输出。13|=0 x07;设置设置P1.24P1.26输出为输出为0。3键盘扫描程序键盘扫描程序根据扫描原理，设置的根据扫描原理，设置的P1.24P1.26按如表按如表5-5所示的顺序所示的顺序输出，比较每次扫描输出，比较每次扫描P1.27P1.29的输入值是否等于键刚被的输入值是否等于键刚被按下的输入值，如果相等，找出输出为零的行，则该行即为被按下的输入值，如果相等，找出输出为零的行，则该行即为被按下的行。按下的行。扫描次数扫描次数输出输出(行行)第一次扫描第一次扫描110第二次扫描第二次扫描101第三次扫描第三次扫描011是否等于第一次列是否等于第一次列输入值输入值将行值放入临时变量低将行值放入临时变量低4位，返回读位，返回读取结果取结果是是否否获取键盘列输入值，放入临时变量获取键盘列输入值，放入临时变量高高4位位按表按表5-5依次改变依次改变行输出值行输出值读取键盘列输入值读取键盘列输入值()键盘扫描子程序键盘扫描子程序i,;00&0 x38;将列的值存入的将列的值存入的36位位(i=1;i=4;i=1)130 x3F;130 x3F;(00&0 x38)比较是否有低电平输入比较是否有低电平输入(0 x38);将行的值存入的将行的值存入的02位位;4.按键判断函数按键判断函数该函数主要通过对输入端口是否有低电平产生来判断是否有该函数主要通过对输入端口是否有低电平产生来判断是否有键被按下。用于在轮询方式查询键盘时检测是否有键按下。采键被按下。用于在轮询方式查询键盘时检测是否有键按下。采用中断方式时不需要该函数。用中断方式时不需要该函数。()是否处于按下状态是否处于按下状态(13&0 x380 x38)输入端口是否出现输入端口是否出现0;5.键盘去抖函数键盘去抖函数由于在键盘扫描过程中有可能出现外界因素引起的键盘抖动造成按键瞬由于在键盘扫描过程中有可能出现外界因素引起的键盘抖动造成按键瞬间接触的情况，如果不进行去抖可能造成按键的误输入。通常是采用程序延间接触的情况，如果不进行去抖可能造成按键的误输入。通常是采用程序延时来消抖时来消抖();();(50);延时延时50毫秒毫秒()延时延时50毫秒毫秒0;返回错误代码返回错误代码6.键盘扫描与灯显示控制主程序键盘扫描与灯显示控制主程序将在键盘按键编号显示到对应的灯上，将在键盘按键编号显示到对应的灯上，其他灯熄灭。灯显示值送到其他灯熄灭。灯显示值送到P2.0P2.7引脚上即可驱动点亮相应灯。引脚上即可驱动点亮相应灯。按键编号按键编号二进制代码二进制代码十六进制代码十六进制代码0000000010110000001002200000100043000010000840001000010500100000206010000004071000000080811111111()i;20=0;配置配置P2.0P2.7为输出方向为输出方向20=0;使使P2.0P2.7输出全为低电平输出全为低电平()(1)()检测是否有键按下检测是否有键按下()(0()查表查表(i)20=0;先清零先清零20i;若找到显示键值若找到显示键值本章提要本章提要1 13 32 25 54 46 6触摸屏模块设计实例触摸屏模块设计实例异步串口模块实例异步串口模块实例转换器应用实例转换器应用实例模块设计模块设计 1768简介简介 7 7控制实例控制实例与键盘实例与键盘实例5.3.1异步串行通信概述异步串行通信概述l（，通用异步收发器）接口。，通用异步收发器）接口。l而而232、499、423、422和和485等等，是是物物理理接接口口标标准准规规范范和和总总线线标标准准规规范范，对对应应各各种种异异步步串串行行通通信信口口的的接接口口标标准准和和总总线线标标准准，它它规规定定了了通通信信口口的的电电气气特特性性、传传输速率、连接特性和接口的机械特性等内容。输速率、连接特性和接口的机械特性等内容。1异步串行通信协议异步串行通信协议异步串行方式是将传输数据的每个字符一位接一位异步串行方式是将传输数据的每个字符一位接一位(例如先低位、后高位例如先低位、后高位)地传送。数据的各不同位可以分地传送。数据的各不同位可以分时使用同一传输通道，因此串行可以减少信号连线，时使用同一传输通道，因此串行可以减少信号连线，最少用一对线即可进行。最少用一对线即可进行。1111/01/01/01/01/01/01/01/01100D0D0D0D3D4D5D6第第n个字符个字符空空闲闲位位空空闲闲位位空空闲闲位位停停止止位位奇奇偶偶位位起起始始位位数据位数据位微机异步串行通信中，常用的波特率为微机异步串行通信中，常用的波特率为50，95，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600,115200等。等。接收方按约定的格式接收数据，并进行检查，一般可以查出接收方按约定的格式接收数据，并进行检查，一般可以查出以下三种错误：以下三种错误：1）奇偶错：在约定奇偶检查的情况下，接收到的字符奇偶）奇偶错：在约定奇偶检查的情况下，接收到的字符奇偶状态和约定不符。状态和约定不符。2）帧格式错：一个字符从起始位到停止位的总位数不对。）帧格式错：一个字符从起始位到停止位的总位数不对。3）溢出错：若先接收的字符尚未被微机读取，后面的字符）溢出错：若先接收的字符尚未被微机读取，后面的字符又传送过来，则产生溢出错。又传送过来，则产生溢出错。2异步串行通信接口定义异步串行通信接口定义一般接口定义四根引脚，分别如下：一般接口定义四根引脚，分别如下：1）（）（）数据接收引脚，用于串行通信数数据接收引脚，用于串行通信数据接收；据接收；2）（）（）数据发送引脚，用于串行通信数数据发送引脚，用于串行通信数据发送；据发送；3）（）（）请求数据发送引脚，用于标明请求数据发送引脚，用于标明接收设备有没有准备好接收数据，即当终接收设备有没有准备好接收数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效；端要发送数据时，使该信号有效；4）（）（）允许数据发送引脚，用于来起允许数据发送引脚，用于来起动和暂停来自计算机的数据流，用来表示动和暂停来自计算机的数据流，用来表示从设备准备好接收主设备发来的数据，是从设备准备好接收主设备发来的数据，是对请求发送信号的响应信号。对请求发送信号的响应信号。UART AUART BTxDRxDCTSRTSTxDRxDCTSRTS3、232目前目前232是机与通信工业中应用最广泛的种串行接口。是机与通信工业中应用最广泛的种串行接口。232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。的单端标准。232遵循遵循232标准，美国电子工业协会标准，美国电子工业协会(，)把把232定义为：定义为：“在数据终端设备和数据通俏设备在数据终端设备和数据通俏设备之间使用串行二进制数据交换的接口之间使用串行二进制数据交换的接口”。232标准是标准是一种硬件协议，用于连接一种硬件协议，用于连接(，数据终端设备，数据终端设备)和和(，数，数据通信设备据通信设备)两种设备。两种设备。232定义包括以下几个方面：定义包括以下几个方面：接口的机械特性；接口的机械特性；电气信号特征；电气信号特征；交换功能特性。交换功能特性。232 232采用采用2525针连接器，阳极针连接器，阳极(插头插头)接，阴极接，阴极(插座插座)接。虽然本标准没有规定连接。虽然本标准没有规定连接器的实际类型，但工业上对接器的实际类型，但工业上对2525类型的连接器实行了标准化。类型的连接器实行了标准化。在电气方向，在电气方向，232 232作了以下规定：作了以下规定：驱动器上的负载电容不超过驱动器上的负载电容不超过25002500。驱动器上的负载电阻在驱动器上的负载电阻在30003000欧欧-7000-7000欧之间。欧之间。在指定负载下，数据信号传输率在指定负载下，数据信号传输率(或波特率或波特率)低于低于20002000。相对于信号地线，相对于信号地线，232232线的最高电压不超过线的最高电压不超过15v15v驱动器能产生驱动器能产生+5-+15v(+5-+15v(逻辑逻辑0)0)和和-5-15v(-5-15v(逻辑逻辑1)1)的电压。的电压。输入端能接收输入端能接收+5-+15v(+5-+15v(逻辑逻辑0)0)和和-5-15v(-5-15v(逻辑逻辑1)1)的信号。的信号。在在232标准建议信号的传输速度控制在标准建议信号的传输速度控制在20内，在高速传输内，在高速传输时，建议电缆长度不超过时，建议电缆长度不超过50英尺。简单的计算公式为：英尺。简单的计算公式为：25英尺英尺(半负载量半负载量)时数据信号传输率增加到时数据信号传输率增加到40、12.5英尺时数据信号传英尺时数据信号传输率增加到输率增加到80、6英尺时数据信号传输率增加到英尺时数据信号传输率增加到160。事实上，。事实上，许多通信包能使两台计算机之间的数据信号传输率达到许多通信包能使两台计算机之间的数据信号传输率达到115.2。注意，注意，232标准并没有定义标准并没有定义“标推标推”波特率。波特率。232标准允许数据标准允许数据在同一时刻收发，也就是全双工通信方式。在同一时刻收发，也就是全双工通信方式。232标准定义的标准定义的25针实际上仅用了其中针实际上仅用了其中9针。针。232通信所保留的通信所保留的9针见表针见表6-7。注意，机上的通信端口一般是作为连接。注意，机上的通信端口一般是作为连接(即阳性连即阳性连接器接器)。在实际的应用中，利用在实际的应用中，利用232的通信通常只使用其中的的通信通常只使用其中的3根线，即、根线，即、和和。说明说明编写词编写词25M针脚针脚号号9M针脚号针脚号方向方向9F针脚号针脚号25F针脚号针脚号发送发送2333接收接收3222发送请求发送请求4785清除发送清除发送5874数据设置数据设置准备好准备好66420数据载波数据载波准备好准备好8118数据终端数据终端准备好准备好20466振铃检测振铃检测2299信号地信号地7554422422由由232发展而来。为改进发展而来。为改进232通信距离短、速度通信距离短、速度低的缺点，低的缺点，422定义了一种平衡通信接口，将传输定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到速率提高到10，允许在一条平衡总线上连接最多，允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。个接收器。422是一种单机发送、多机接收的单向、是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。平衡传输规范。422的数据信号采用差分传输方式，的数据信号采用差分传输方式，也称做平衡传输。它使用一对双绞线进行数据传输。也称做平衡传输。它使用一对双绞线进行数据传输。驱动器能产生驱动器能产生+2-+6v(逻辑逻辑0)和和-2-6v(逻辑逻辑1)422标准全称是标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性平衡电压数字接口电路的电气特性”。由于接收器采用高输入阻抗并且发送驱动器具有比。由于接收器采用高输入阻抗并且发送驱动器具有比232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接个接收节点，最多可接10个节点，即一个主设备个节点，即一个主设备()，其余为从设备其余为从设备()，从设备之间不能通信，所以，从设备之间不能通信，所以422支支持点对多的双向通信。持点对多的双向通信。422四线接口由于采用单独的四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，备装置之发送和接收通道，因此不必控制数据方向，备装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式间任何必须的信号交换均可以按软件方式(握手握手)或硬或硬件方式件方式(一对单独的双绞线一对单独的双绞线)实现。实现。422的最大传输距离为的最大传输距离为4000英尺英尺(约约1219米米)，最，最大传输速率为大传输速率为1。其平衡双绞线的长度与传输速率成。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在反比，在100速率以下，才可能达到最大传输距离。速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离厂才能获得最高传输速率。一般只有在很短的距离厂才能获得最高传输速率。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1。422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在短距离传输时可不需终接电阻，即缆的特性阻抗。在短距离传输时可不需终接电阻，即一般在一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。电缆的最远端。5485串行总线接口串行总线接口为扩展应用范围，在为扩展应用范围，在422的基础上制定了的基础上制定了485标准，增加了标准，增加了多点、双向通信能力，通常在要求通信距离为几十米至上千米多点、双向通信能力，通常在要求通信距离为几十米至上千米时，广泛采用时，广泛采用R5-485收发器。收发器。485收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信将电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成电平，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有号变成电平，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达高的灵敏度，能检测低达200的电压，故数据传输可达千米以的电压，故数据传输可达千米以外。外。485许多电气规定与许多电气规定与422相仿，如都采用平衡传输相仿，如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。方式、都需要在传输线上接终接电阻等。485可以采可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与信。而采用四线连接时，与422一样只能实现点对多一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主的通信，即只能有一个主()设备，其余为从设备，但设备，其余为从设备，但它比它比422有所改进。无论四线还是二线连接方式总线有所改进。无论四线还是二线连接方式总线上都可连接多达上都可连接多达32个设备。个设备。485与与422的共模输出电压是不同的。的共模输出电压是不同的。485共模输出电压在共模输出电压在-7V至至+12V之间，而之间，而422在在-7V至至+7V之间，之间，485接收器最小输接收器最小输入阻抗为入阻抗为12千欧；千欧；422是是4千欧；千欧；485满足所有满足所有422的规范，所的规范，所以以485的驱动器可以在的驱动器可以在422网络中应用，但网络中应用，但422的驱动器并不完的驱动器并不完全适用于全适用于485网络。网络。485与与422一样，最大传输速率为一样，最大传输速率为10。当波特率为。当波特率为1.2时，时，最大传输距离理论上可达最大传输距离理论上可达15千米。平衡双绞线的长度与传输速千米。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在率成反比，在100速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。485需要需要2个终接电阻，接在传输总线的两端，其阻值要求个终接电阻，接在传输总线的两端，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在即一般在300米以下不需终接电阻。米以下不需终接电阻。5.3.21768串口简介及接口电路设计串口简介及接口电路设计1768微控制器内置为微控制器内置为4路异步串口通信收发器（）路异步串口通信收发器（）0、1、2和和3。它们的主要特征如下：。它们的主要特征如下：支持支持5、6、7和和8位的数据长度；位的数据长度；支持支持4种类型的奇偶校验；种类型的奇偶校验；支持支持1位和位和2位的停止位；位的停止位；16字节收发；字节收发；内置波特率发生器；内置波特率发生器；支持的发送和接受；支持的发送和接受；用于精确控制波特率的小数分频器，并拥有实现软件流控制的用于精确控制波特率的小数分频器，并拥有实现软件流控制的自动波特率检测能力和机制；自动波特率检测能力和机制；多处理器地址模式；多处理器地址模式；3还包含一种支持红外通信的模式；还包含一种支持红外通信的模式；1还具有接口信号和还具有接口信号和485485模式。模式。接收器接收器缓冲寄存器接收器FIFO接收器移位寄存器接收器DMA接口波特率发送器小数因子分频器主分频器(DLM,DLL)FIFO控制和状态线控制和状态IrDA和自动波特检测中断控制和状态发送器发送器保持寄存器发送器FIFO发送器移位寄存器发送器DMA接口TX_DMA_REQTX_DMA_CLRPCLKUARTn interruptRX_DMA_REQRX_DMA_CLRUn_RXDUn_OEUn_TXD3.寄存器描述寄存器描述（1）接收器缓冲寄存器（）接收器缓冲寄存器（）接收器缓冲寄存器（）是接收的最高字节，包含了最早接收器缓冲寄存器（）是接收的最高字节，包含了最早接收到的字符，并且可通过总线接口进行读取。接收到的字符，并且可通过总线接口进行读取。(位位0)表示最表示最早接收的数据位。要正确的成对读出有效的接收字节及其状早接收的数据位。要正确的成对读出有效的接收字节及其状态位，应先读取线状态寄存器（）的内容，然后再读取接收态位，应先读取线状态寄存器（）的内容，然后再读取接收器缓冲寄存器（器缓冲寄存器（)中的字节。中的字节。（2）发送保持寄存器（）发送保持寄存器（）发送保持寄存器（）是发送单元的最高字节，是发送单发送保持寄存器（）是发送单元的最高字节，是发送单元中的最新字符，可通过总线接口进行写入。代表第一个要元中的最新字符，可通过总线接口进行写入。代表第一个要发送出去的位。发送出去的位。如果要访问发送保持寄存器（），线控制寄存器（）中如果要访问发送保持寄存器（），线控制寄存器（）中的除数锁存器访问位（）必须为的除数锁存器访问位（）必须为0。发送保持寄存器（）为。发送保持寄存器（）为只写寄存器。只写寄存器。（3）除数锁存器（）除数锁存器（）除数锁存器由和构成，是波特率发生器的一部分，它与小除数锁存器由和构成，是波特率发生器的一部分，它与小数分频器一同使用，保持产生波特率时钟的时钟（）分频值，数分频器一同使用，保持产生波特率时钟的时钟（）分频值，波特率时钟必须使波特率的波特率时钟必须使波特率的16倍。倍。（4）中断使能寄存器（）中断使能寄存器（）中断使能寄存器（）用于使能的中断源，包含的中断使能中断使能寄存器（）用于使能的中断源，包含的中断使能有接收数据有效中断使能、发送中断使能、线状态中断使能、有接收数据有效中断使能、发送中断使能、线状态中断使能、自动波特率的结束和超时中断使能等。自动波特率的结束和超时中断使能等。（5）中断标识寄存器（）中断标识寄存器（）中断标识寄存器（）提供状态代码，用于指示一个挂起处中断标识寄存器（）提供状态代码，用于指示一个挂起处理中断的优先级别和中断源。在访问中断标识寄存器（）过程理中断的优先级别和中断源。在访问中断标识寄存器（）过程中，中断被冻结。如果在访问中断标识寄存器（）过程中产生中，中断被冻结。如果在访问中断标识寄存器（）过程中产生了中断，该中断会被记录，下次访问时可读出该中断。了中断，该中断会被记录，下次访问时可读出该中断。（6）控制寄存器（）控制寄存器（）控制寄存器用于配置单元的操作，主要有使能、复位、控制寄存器用于配置单元的操作，主要有使能、复位、模式选择和接收触发点选择。模式选择和接收触发点选择。（7）线控制寄存器（）线控制寄存器（U03）线控制寄存器用于设置发送或数据字符的格式。线控制寄存器用于设置发送或数据字符的格式。（8）线状态寄存器（）线状态寄存器（）线状态寄存器是一个只读寄存器，提供了的发送和接收模线状态寄存器是一个只读寄存器，提供了的发送和接收模块的状态信息。块的状态信息。（9）小数分频器寄存器（）小数分频器寄存器（）的小数分频器寄存器控制产生波特率的时钟预分频器，并的小数分频器寄存器控制产生波特率的时钟预分频器，并且用户可自由对该寄存器进行读且用户可自由对该寄存器进行读/写操作。写操作。波特率计算公式如下：波特率计算公式如下：5.3.3串口硬件电路设计串口硬件电路设计5.3.4串口驱动程序设计串口驱动程序设计与机通信的软件编程涉及的内容如下：与机通信的软件编程涉及的内容如下：初始化程序。主要包括系统时钟配置初始化和初始化程序。主要包括系统时钟配置初始化和0初始化。在初始化。在0初初始化中主要包括引脚的配置、缓冲器的使用、波特率的配置和始化中主要包括引脚的配置、缓冲器的使用、波特率的配置和数据帧格式的设置。数据帧格式的设置。串口的收发程序。主要包括字节接收与发送，字符串发送函数。串口的收发程序。主要包括字节接收与发送，字符串发送函数。()主程序。除了实现初始化函数的调用之外，在（主程序。除了实现初始化函数的调用之外，在（1）无限循环）无限循环程序实现字符串的定时输出。程序实现字符串的定时输出。1.常量宏声明常量宏声明12000000/*振荡器频率振荡器频率*/(*8)/*主时钟频率主时钟频率=100，的整数倍的整数倍*/(*3)/*频率频率(275550)*/*与相同，或是其的偶数倍与相同，或是其的偶数倍*/(/4)/*外设时钟频率外设时钟频率,的的1/2、1/4、或与相同、或与相同*/0115200/*串口串口0通信波特率通信波特率*/该文件中包含寄存器的声明该文件中包含寄存器的声明2.串口串口0的初始化的初始化按默认值初始化串口按默认值初始化串口0的引脚和通讯参数。设置为的引脚和通讯参数。设置为8位数据位，位数据位，1位停止位，无奇偶校验。位停止位，无奇偶校验。0();0(120)|(10(1=(1=0 x83;/*允许设置波特率允许设置波特率*/=(/16)/2;/*设置波特率设置波特率*/2-=/256;2-=%256;2-=0 x03;/*锁定波特率锁定波特率*/2-=0 x06;3.接收一个字符接收一个字符通过判断通过判断U0寄存器对应的接收状态标志位值，确定寄存器对应的接收状态标志位值，确定是否存在有效的数据可以接收，如果存在则通是否存在有效的数据可以接收，如果存在则通过读取寄存器过读取寄存器U0的值返回。的值返回。0()(!(2-&0 x01);(2-);接收数据接收数据开始开始接收队列接收队列是否为满是否为满延时延时接收数据接收数据否否是是4.发送一个字节发送一个字节通过判断通过判断U0寄存器对应的发送状态标志位值，确定寄存器对应的发送状态标志位值，确定发送缓冲寄存器是否为空，如果为空则可以将发送缓冲寄存器是否为空，如果为空则可以将需要发送的值写入发送数据寄存器需要发送的值写入发送数据寄存器U0，由串口，由串口移位发送。移位发送。0()(!(2-&0 x20);(2-=);发送数据发送数据开始开始发送队列发送队列是否为空是否为空延时延时发送数据发送数据否否是是5.向串口发送字符串向串口发送字符串为了快速地发送字符串数据，为了快速地发送字符串数据，编写一个字符串发编写一个字符串发送函数。通过该函送函数。通过该函数重复调用数重复调用0将一个将一个字符串快速发送出字符串快速发送出去。去。0(*s)(*s0)判断字符串是否结判断字符串是否结束束0(*);()0;();0();(1)0(n);0(n);(3000);本章提要本章提要1 13 32 25 54 46 6触摸屏模块设计实例触摸屏模块设计实例异步串口模块实例异步串口模块实例转换器应用实例转换器应用实例模块设计模块设计 1768简介简介 7 7控制实例控制实例与键盘实例与键盘实例5.4 5.4 转换器转换器 转换器有以下类型：逐位比较型、积分型、计数型、并行比较型、电压频率型，主要应根据使用场合的具体要求，按照转换速度、精度、价格、功能以及接口条件等因素来决定选择何种类型。常用的有以下两种：1）双积分型的 转换器 双积分式也称二重积分式，其实质是测量和比较两个积分的时间，一个是对模拟输入电压积分的时间T0，此时间往往是固定的；另一个是以充电后的电压为初值，对参考电源反向积分，积分电容被放电至零所需的时间T1。模拟输入电压 与参考电压 之比，等于上述两个时间之比。由于、T0 固定，而放电时间T1 可以测出，因而可计算出模拟输入电压的大小(与 符号相反)。由于T0、为已知的固定常数，因此反向积分时间T1 与输入模拟电压 在T0 时间内的平均值成正比。输入电压 愈高，愈大，T1 就愈长。在T1 开始时刻，控制逻辑同时打开计数器的控制门开始计数，直到积分器恢复到零电平时，计数停止。则计数器所计出的数字即正比于输入电压 在T0 时间内的平均值，于是完成了一次 转换。由于双积分型 转换是测量输入电压 在T。时间内的平均值，所以对常态干扰(串模干扰)有很强的抑制作用，尤其对正负波形对称的干扰信号，抑制效果更好。2 2）逐次逼近型的）逐次逼近型的 转换器转换器 逐次逼近型逐次逼近型(也称逐位比较式也称逐位比较式)的的 转换器，应用比转换器，应用比积分型更为广泛，其原理框图如图所示，主要由逐次积分型更为广泛，其原理框图如图所示，主要由逐次逼近寄存器、逼近寄存器、转换器、比较器以及时序和控制逻辑转换器、比较器以及时序和控制逻辑等部分组成。它的实质是逐次把设定的等部分组成。它的实质是逐次把设定的 寄存器中的寄存器中的数字量经数字量经 转换后得到电压转换后得到电压 与待转换模拟电压与待转换模拟电压V V。进。进行比较。比较时，先从行比较。比较时，先从 的最高位开始，逐次确定各的最高位开始，逐次确定各位的数码应是位的数码应是“1 1”还是还是“0 0”，其工作过程如下：，其工作过程如下：逐次逼近式的逐次逼近式的 转换器的主要特点是：转换器的主要特点是：转换速度较快，在转换速度较快，在1 1100/s 100/s 以内，分辨率可以达以内，分辨率可以达18 18 位，特别适用于工业控制系统。位，特别适用于工业控制系统。转换时间固定，不随输入信号的变化而变化。转换时间固定，不随输入信号的变化而变化。抗干扰能力相对积分型的差。例如，对模拟输入信抗干扰能力相对积分型的差。例如，对模拟输入信号采样过程中，若在采样时刻有一个干扰脉冲迭加在号采样过程中，若在采样时刻有一个干扰脉冲迭加在模拟信号上，则采样时，包括干扰信号在内，都被采模拟信号上，则采样时，包括干扰信号在内，都被采样和转换为数字量，这就会造成较大的误差，所以有样和转换为数字量，这就会造成较大的误差，所以有必要采取适当的滤波措施。必要采取适当的滤波措施。2转换的重要指标转换的重要指标1）分辨率）分辨率()分辨率反映分辨率反映转换器对输入微小变化响应的能力，通转换器对输入微小变化响应的能力，通常用数字输出最低位常用数字输出最低位()所对应的模拟输入的电平值表所对应的模拟输入的电平值表示。示。n位位能反应能反应1/2n满量程的模拟输入电平。由于满量程的模拟输入电平。由于分辨率直接与转换器的位数有关，所以一般也可简单分辨率直接与转换器的位数有关，所以一般也可简单地用数字量的位数来表示分辨率，即地用数字量的位数来表示分辨率，即n位二进制数，位二进制数，最低位所具有的权值，就是它的分辨率。最低位所具有的权值，就是它的分辨率。2）精度）精度()精度有绝对精度精度有绝对精度()和相对精度和相对精度()两种表示方法。两种表示方法。绝对误差绝对误差 在一个转换器中，对应于一个数字量的实际模拟输在一个转换器中，对应于一个数字量的实际模拟输入电压和理想的模拟输入电压之差并非是一个常数。我入电压和理想的模拟输入电压之差并非是一个常数。我们把它们之间的差的最大值，定义为们把它们之间的差的最大值，定义为“绝对误差绝对误差”。通常。通常以数字量的最小有效位以数字量的最小有效位()()的分数值来表示绝对误差，例的分数值来表示绝对误差，例如：如：1 1 等。绝对误差包括量化误差和其它所有误差。等。绝对误差包括量化误差和其它所有误差。相对误差相对误差 是指整个转换范围内，任一数字量所对应的模拟输入是指整个转换范围内，任一数字量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之差，用模拟电压满量程的百分比量的实际值与理论值之差，用模拟电压满量程的百分比表示。表示。例如，满量程为例如，满量程为10V10V，10 10 位位 芯片，若其绝对精度为芯片，若其绝对精度为1/21/2，则其最小有效位的量化单位：，则其最小有效位的量化单位：9.779.77，其绝对精度，其绝对精度为为4.884.88，其相对精度为，其相对精度为4.88/104=0.048%4.88/104=0.048%。3 3）转换时间）转换时间()()转换时间是指完成一次转换时间是指完成一次 转换所需的时间，即由转换所需的时间，即由发出启动转换命令信号到转换结束信号开始有效的时发出启动转换命令信号到转换结束信号开始有效的时间间隔。间间隔。转换时间的倒数称为转换速率。例如转换时间的倒数称为转换速率。例如570 570 的转换的转换时间为时间为2525，其转换速率为，其转换速率为4040。4 4）电源灵敏度）电源灵敏度()()电源灵敏度是指电源灵敏度是指 转换芯片的供电电源的电压发转换芯片的供电电源的电压发生变化时，产生的转换误差。一般用电源电压变化生变化时，产生的转换误差。一般用电源电压变化1 1时相当的模拟量变化的百分数来表示。时相当的模拟量变化的百分数来表示。5 5）量程）量程 量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。性、双极性两种类型。例如，单极性量程为例如，单极性量程为0 0+5V+5V，0 0+10V+10V，0 0+20V+20V；双极性量程为双极性量程为-5-5+5V+5V，-10-10+10V+10V。6 6）输出逻辑电平）输出逻辑电平 多数多数 转换器的输出逻辑电平与电平兼容。在考转换器的输出逻辑电平与电平兼容。在考虑数字量输出与微处理的数据总线接口时，应注意是虑数字量输出与微处理的数据总线接口时，应注意是否要三态逻辑输出，是否要对数据进行锁存等。否要三态逻辑输出，是否要对数据进行锁存等。7 7）工作温度范围）工作温度范围 由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络等由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络等产生影响，故只在一定的温度范围内才能保证额定精产生影响，故只在一定的温度范围内才能保证额定精度指标。一般度指标。一般 转换器的工作温度范围为（转换器的工作温度范围为（0 070 70），军用品的工作温度范围为（），军用品的工作温度范围为（-55-55+125)+125)。3转换过程转换过程转换过程分为转换过程分为4个阶段：即采样、保持、量化和编码。个阶段：即采样、保持、量化和编码。采样是将一个时间上连续变化的信号转换成时间上离散的信采样是将一个时间上连续变化的信号转换成时间上离散的信号，根据奈奎斯特采样定理号，根据奈奎斯特采样定理2，考虑到模数转换器件的非线性，考虑到模数转换器件的非线性失真、量化噪声积极手机噪声等因素的影响，采样频率一般取失真、量化噪声积极手机噪声等因素的影响，采样频率一般取2.53倍的最高频率成分。倍的最高频率成分。要把一个采样信号准确地数字化，就需要将采样所得的瞬时要把一个采样信号准确地数字化，就需要将采样所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。保持实将时间离散、模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。保持实将时间离散、数值连续的信号变成时间连续、数值离散信号，虽然逻辑上保数值连续的信号变成时间连续、数值离散信号，虽然逻辑上保持器是一个独立单元，但是，实际上保持其总是和采样器集成持器是一个独立单元，但是，实际上保持其总是和采样器集成到一起，两者合称采样保持器。到一起，两者合称采样保持器。5.4.21768转换器介绍转换器介绍1.1768转换器特点转换器特点2.1768微控制器内置一个微控制器内置一个8通道的通道的12位位转换器。该转换器。该12位转换位转换器采用逐次逼近式原理实现模拟量的转换。其主要特征如下：器采用逐次逼近式原理实现模拟量的转换。其主要特征如下：3.12位逐次逼近式模位逐次逼近式模/数转换器；数转换器；4.8个引脚复用为个引脚复用为输入脚；输入脚；5.具有掉电模式；具有掉电模式；6.测量范围：测量范围：0(通常为通常为3V，不超过，不超过)；7.12位转换频率：位转换频率：200;8.具有一个或多个输入的转换模式；具有一个或多个输入的转换模式；9.可选择由输入跳变或定时器匹配信号触发转换。可选择由输入跳变或定时器匹配信号触发转换。5.4.21768转换器介绍转换器介绍3.寄存器描述寄存器描述（1）转换器控制寄存器转换器控制寄存器(0)转换器控制寄存器主要用于配置转换器控制寄存器主要用于配置转换器的通道选择、设置转换器的通道选择、设置时钟源以及控制时钟源以及控制转换等操作。转换等操作。（2）转换器全局数据寄存器转换器全局数据寄存器(0)转换器全局数据寄存器转换器全局数据寄存器(包含最近一次包含最近一次转换的结果，还包含转换的结果，还包含转换过程中出现的状态标志的复件。转换过程中出现的状态标志的复件。有两种方法可以读取的转换结果：一种是利用有两种方法可以读取的转换结果：一种是利用转换器全局转换器全局数据寄存器来读取的全部数据；另一种是读取数据寄存器来读取的全部数据；另一种是读取通道数据寄存器。通道数据寄存器。（3）转换器状态寄存器转换器状态寄存器(0)转换器状态寄存器允许同时检查所有转换器状态寄存器允许同时检查所有通道的状态。每个通道的状态。每个通通道的寄存器的和标志都反映在中，在中同样可以找到中断标记。道的寄存器的和标志都反映在中，在中同样可以找到中断标