鄧藹仙

（廣州數(shù)控信息科技有限公司 廣東廣州 510530）

單片機(jī)接口技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用設(shè)計(jì)分析

鄧藹仙

（廣州數(shù)控信息科技有限公司 廣東廣州 510530）

對(duì)比計(jì)算機(jī)技術(shù)，單片機(jī)接口技術(shù)較為簡(jiǎn)單，更加方便控制。單片機(jī)應(yīng)用的系統(tǒng)規(guī)模較小，存儲(chǔ)容量不大，接口部分是通過(guò)CPU和其他部件通過(guò)連接完成。本文針對(duì)單片機(jī)接口技術(shù)的主要特點(diǎn)以及應(yīng)用設(shè)計(jì)展開(kāi)探討。

單片機(jī)；接口技術(shù)；特點(diǎn)；應(yīng)用設(shè)計(jì)

單片機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用頗為廣泛，由于其具備較多類(lèi)型的接口，能夠當(dāng)成一個(gè)較為完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)揮作用。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于其內(nèi)部存儲(chǔ)空間相對(duì)較小，實(shí)際應(yīng)用需要對(duì)其進(jìn)行一定的擴(kuò)展，也就是利用其接口完成擴(kuò)展。

1 單片機(jī)接口

所謂接口，就是指將不同特質(zhì)的部件連接到一起后相互交接的部分。針對(duì)單片機(jī)進(jìn)行分析，其接口則是指自身的CPU和外圍電路相互連接起來(lái)的部分[1]。對(duì)接口進(jìn)行分類(lèi)，包括軟件接口以及以及硬件接口。其中，軟件接口指的是一種程序，能夠完成信息交換，硬件接口指的是實(shí)體部分，也就是連接用的電路連線。為了保證連接功效，軟件接口需要給予硬件接口一定的支持[2]。

2 單片機(jī)接口技術(shù)的主要特點(diǎn)

2.1 沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

通常情況下，用戶都是自己設(shè)計(jì)單片機(jī)的接口，所以單片機(jī)并沒(méi)有完全統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即便是功能相同，其接口設(shè)計(jì)也是不同的[3]。然而，計(jì)算機(jī)的接口卻是在出廠前就設(shè)計(jì)好的，用戶不能自由設(shè)計(jì)，只能對(duì)以后的功能進(jìn)行選擇。因此，設(shè)計(jì)單片機(jī)接口技術(shù)應(yīng)當(dāng)投入更多的精力，參考更多的經(jīng)驗(yàn)。

2.2 應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)模較小

因?yàn)閱纹瑱C(jī)并沒(méi)有足夠大的存儲(chǔ)容量，所以其應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)模往往不會(huì)很大，存儲(chǔ)器也不會(huì)采用容量過(guò)大的類(lèi)型，多用靜態(tài)存儲(chǔ)器。另外，單片機(jī)系統(tǒng)往往不會(huì)拓展存儲(chǔ)量，而計(jì)算機(jī)應(yīng)用的則是動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，外部存儲(chǔ)器的應(yīng)用也比較頻繁。

2.3 側(cè)重人機(jī)接口和測(cè)控接口

設(shè)計(jì)單片機(jī)接口往往要對(duì)人機(jī)接口和測(cè)控接口加以重視，通常來(lái)說(shuō)使用的人機(jī)界面利用顯示器和鍵盤(pán)，對(duì)比單片機(jī)要更復(fù)雜一些，具備較多功能。考慮到PC機(jī)本身也存在著單片機(jī)，能夠同時(shí)完成100多個(gè)鍵的掃描工作，同時(shí)還能消除抖動(dòng)。另外，一般情況下計(jì)算機(jī)不進(jìn)行測(cè)控，想要添加測(cè)控功能就必須進(jìn)行有效擴(kuò)展。

3 單片機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 USB接口技術(shù)

USB移動(dòng)存儲(chǔ)技術(shù)能夠?yàn)榍度胧较到y(tǒng)的數(shù)據(jù)采集提供有效幫助，而利用單片機(jī)和USB接口控制器進(jìn)行組合，便可以構(gòu)成U盤(pán)讀寫(xiě)系統(tǒng)，如圖1所示為該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖。

圖1 U盤(pán)讀寫(xiě)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

USB傳輸速度快，使用方便，連接限制較小，得到了廣大用戶和計(jì)算機(jī)廠商的普遍青睞?，F(xiàn)如今MCU和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信往往也采用USB進(jìn)行連接，但是MCU中最為常用的51單片機(jī)并不能直接和計(jì)算機(jī)完成通信，這就需要采用接口技術(shù)予以連接。利用USB接口技術(shù)能夠有效連接計(jì)算機(jī)和MCU，不需要編寫(xiě)復(fù)雜的程序，使用過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格也比較便宜，適合推廣使用。

PDIUSBD12，是51單片機(jī)中比較常用的一種，PDIUSBD12的固件設(shè)計(jì)成完全的中斷驅(qū)動(dòng)。當(dāng)CPU處理前臺(tái)任務(wù)時(shí)，USB的傳輸可在后臺(tái)進(jìn)行。這就確保了最佳的傳輸速率和更好的軟件結(jié)構(gòu)，同時(shí)簡(jiǎn)化了編程和調(diào)試。

后臺(tái)ISR中斷服務(wù)程序和前臺(tái)主程序循環(huán)之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)事件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)PDIUSBD12從USB收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，那么就對(duì)CPU產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求，CPU立即響應(yīng)中斷。在ISR中，固件將數(shù)據(jù)包從PDIUSBD12內(nèi)部緩沖區(qū)移到循環(huán)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)并在隨后清零PDIUSBD12的內(nèi)部緩沖區(qū)以使能接收新的數(shù)據(jù)包。CPU可以繼續(xù)它當(dāng)前的前臺(tái)任務(wù)直到完成。然后返回到主循環(huán)檢查循環(huán)緩沖區(qū)內(nèi)是否有新的數(shù)據(jù)并開(kāi)始其它的前臺(tái)任務(wù)。

由于這種結(jié)構(gòu)，主循環(huán)不關(guān)心數(shù)據(jù)是來(lái)自USB串口還是并口。它只檢查循環(huán)緩沖區(qū)內(nèi)需要處理的新數(shù)據(jù)。這樣主循環(huán)程序?qū)Ｗ⒂跀?shù)據(jù)的處理而ISR能夠以最大可能的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

ISR接收和保存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的控制傳輸并設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志寄存器。主循環(huán)向協(xié)議處理程序發(fā)出請(qǐng)求由于所有的標(biāo)準(zhǔn)器件，級(jí)別和廠商請(qǐng)求都是在協(xié)議處理程序中進(jìn)行處理，ISR得以保持它的效率。而且一旦增加新的請(qǐng)求，只需要在協(xié)議層進(jìn)行修改。如圖2所示，為PDIUSBD12固件的編程結(jié)構(gòu)圖。

圖2 PDIUSBD12固件編程結(jié)構(gòu)圖

3.2 I/O接口技術(shù)

單片機(jī)本身存在著I/O接口，例如51單片機(jī)就有4個(gè)8位I/O接口，分別是P0-P3。在實(shí)際應(yīng)用中，這些接口并不會(huì)完全應(yīng)用，不同的接口具備不同的功能，便不能完全當(dāng)作I/O接口使用。例如，P2接口的作用是連接高8位地址線，P0接口的作用是連接低8位數(shù)據(jù)線以及地址線，P3接口還有控制信號(hào)的功能，多用于系統(tǒng)擴(kuò)展。所以，51單片機(jī)中的接口被真正用于I/O功能的是P1接口。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)镮/O接口的功能只能進(jìn)行緩沖或鎖存，不能進(jìn)行控制，這對(duì)單片機(jī)的功能也產(chǎn)生了限制。想要單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能，就必須對(duì)I/O接口進(jìn)行有效擴(kuò)展，其中比較具有代表性的就是打印機(jī)單片機(jī)控制，需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行多項(xiàng)接口擴(kuò)展。

4 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)接口技術(shù)自產(chǎn)生以來(lái)解決了諸多工業(yè)生產(chǎn)通信中的難題，近年來(lái)USB接口技術(shù)由于其使用方便、隨插隨用的特點(diǎn)更是得到了廣泛應(yīng)用。日后，相關(guān)工作者還需要對(duì)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用繼續(xù)研究，以研發(fā)出速度更快、效率更高、成本更低的應(yīng)用。

[1]劉爽.單片機(jī)接口技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用設(shè)計(jì)分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013（20）.

[2]孫景祥，李 欣.單片機(jī)接口技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].科技傳播，2011（11）.

[3]曹美霞.單片機(jī)與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設(shè)計(jì)[J].電子制作，2014（11）.

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