單片機接口技術應用

單片機接口技術的特點與應用設計

接口是指各種不同特性部件的相互交接部分。對于單片機，CPU與其它外圍電路和部件相互交接的部分就是接口。接口又分為和軟件部分硬件部分。接口軟件則是指為實現(xiàn)信息交換而設計的程序；硬件接口是指兩個部件實體之間的連線和邏輯電路。在現(xiàn)在所掌握的技術條件下，硬件接口都必須得到相應的接口軟件的支持。

一、單片機接口技術的特點

單片機本身已經(jīng)具備了一些常用的功能部件，而且我們知道單片機的應用主要是面向測控系統(tǒng)，因此，與通用計算機的接口技術相比較，單片機的接口技術有以下特點。

1）單片機的接口往往更側重于人機接口和控制接口。通用微機的人機界面是標準鍵盤和顯示器，較之單片機的人機接口要復雜，同時功能也強得多。PC機的鍵盤本身就是一個單片機系統(tǒng)，可以對100多個鍵進行掃描，并具有消除抖動和重鍵處理等功能。另外，通用計算機不是面向測控應用的，因此通常不具備測控接口。如果需要，也必須使用擴展板；

2）單片機的接口往往都是由用戶自行設計的，而且不會有統(tǒng)一的標準和規(guī)格。而且同一種功能也可以采用不同的接口設計方案。而對于通用微型計算機的接口部件一般是已經(jīng)設計好的，用戶也只能使用它所提供的功能，卻不能更改其原有的設計。因此，單片機的接口設計往往需要更多的技巧和經(jīng)驗；

3）單片機應用系統(tǒng)的規(guī)模通常都比較小，存儲器的容量也不大。因此，很少采用大容量的存儲器，而且通常只采用靜態(tài)存儲器，很少采用動態(tài)存儲器。另外，也很少采用外部存儲器（軟盤、硬盤等）。而在通用微型計算機中，通常都采用大容量的動態(tài)存儲器，軟盤和硬盤更是必不可少的大容量的外部存儲器。

二、單片機接口技術的應用——PS/2接口技術

作為一個出現(xiàn)較早的輸入接口，基于PS/2的開發(fā)技術已經(jīng)相當成熟，但是這些成熟的技術主要掌握在部分主板開發(fā)商和鼠標鍵盤開發(fā)商手上。而且PS/2協(xié)議的官方參考資料已經(jīng)很難找到，所以本課題將以監(jiān)控并分析PS/2鼠標在實際工作中的數(shù)據(jù)流并結合前人開發(fā)經(jīng)驗心得為主要開發(fā)依據(jù)，通過不斷調試改進來完成PS/2鼠標接口的開發(fā)。

PS/2鼠標和鍵盤履行一種雙向同步串行協(xié)議。換句話說每次數(shù)據(jù)線上發(fā)送一位數(shù)據(jù)并且每在時鐘線上發(fā)一個脈沖就被讀入。鍵盤/鼠標可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機而主機也可以發(fā)送數(shù)據(jù)到設備，但主機總是在總線上有優(yōu)先權，它可以在任何時候抑制來自于鍵盤/鼠標的通訊，只要把時鐘拉低即可。數(shù)據(jù)傳輸過程中的時鐘始終都由設備提供，如果主機要想設備發(fā)送數(shù)據(jù)就必需先告訴設備產生一個時鐘信號。

2.1硬件結構基本設計

PS/2接口與單片機可以直接連接，將單片機的VCC和GND分別與PS/2接口的4號和3號針腳連接，實現(xiàn)對設備的供電。將P2.0和P2.1分別和PS/2接口的1號和5號針腳連接，作為數(shù)據(jù)線和時鐘線實現(xiàn)單片機到PS/2接口的信號傳輸。

在單片機的P2.2-P2.7引腳上連接六個按鍵，分別用來模擬鼠標的上下左右移動以及鼠標的左右鍵。該模塊用來測試PS/2接口設備的基本功能。P1口接8個發(fā)光二極管，在調試和測試中顯示相關內容。P3.0-P3.1接串口模塊，實現(xiàn)單片機和PC的通信，該模塊用于擴展和測試。

下面介紹PS/2接口設備與PC通過串口的連接：這個模塊是一個擴展和測試模塊，用來實現(xiàn)串口轉PS/2接口，并且可以測試PS/2接口的功能和性能。

通過串口將PC機同PS/2接口設備連接，在PC機上編寫測試軟件，測試軟件通過串口向單片機發(fā)送一定的鼠標數(shù)據(jù)報，設備將這些數(shù)據(jù)報轉發(fā)到PS/2接口，這樣使得調試更加方便靈活，同時也實現(xiàn)了本課題的PS/2接口設備的一個擴展應用。

51單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以進行串口通訊。但是電腦的串口是RS232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路，我們采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法。

2.2軟件結構設計

PS/2接口設備的軟件主要包括六個部分：PS/2接口驅動模塊，Reset模式處理模塊，stream模式處理模塊，顯示處理模塊，按鍵處理模塊，主程序模塊。

各模塊的功能如下：

1）PS/2接口驅動模塊：實現(xiàn)對PS/2接口的基本操作，包括向PS/2口發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)，從PS/2口接收一個字節(jié)數(shù)據(jù)等操作的實現(xiàn)；2）Reset模式處理模塊：完成Reset模式操作；3）Stream模式處理模塊：完成Stream模式操作，提供發(fā)送一個完整鼠標數(shù)據(jù)報的函數(shù)；4）顯示處理模塊：提供用于調試和測試的顯示函數(shù)；5）按鍵處理模塊：用六個按鍵分別模擬鼠標的上下左右移動和左右鍵，當按下某個按鍵時產生相應的鼠標數(shù)據(jù)報，并調用Stream模式處理模塊中的發(fā)送鼠標數(shù)據(jù)報函數(shù)，數(shù)據(jù)包發(fā)送到主機；6）主程序模塊：協(xié)調各模塊穩(wěn)定運行。

2.3 PS/2鼠標接口設備狀態(tài)轉換

通過分析PS/2鼠標在實際使用過程中的信號了解到，在鼠標上電一定時間后主機會向鼠標發(fā)送多次復位信號，鼠標上電機進入Reset模式。Reset模式下主機會對鼠標進行檢測和配置，這個過程也被叫做鼠標的初始化。主機在重新啟動和休眠喚醒時也會讓鼠標進入Reset模式并初始化鼠標。Stream模式下設備可以向主機發(fā)送鼠標數(shù)據(jù)報，當然主機在這個時期也可能短暫的抑制鼠標數(shù)據(jù)報的發(fā)送。

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