單片機接口技術的特點與應用設計分析

鄧藹仙

（廣州數控信息科技有限公司 廣東廣州 510530）

單片機接口技術的特點與應用設計分析

鄧藹仙

（廣州數控信息科技有限公司 廣東廣州 510530）

對比計算機技術，單片機接口技術較為簡單，更加方便控制。單片機應用的系統規模較小，存儲容量不大，接口部分是通過CPU和其他部件通過連接完成。本文針對單片機接口技術的主要特點以及應用設計展開探討。

單片機；接口技術；特點；應用設計

單片機在工業生產中的應用頗為廣泛，由于其具備較多類型的接口，能夠當成一個較為完整的計算機系統發揮作用。然而在實際應用中，由于其內部存儲空間相對較小，實際應用需要對其進行一定的擴展，也就是利用其接口完成擴展。

1 單片機接口

所謂接口，就是指將不同特質的部件連接到一起后相互交接的部分。針對單片機進行分析，其接口則是指自身的CPU和外圍電路相互連接起來的部分[1]。對接口進行分類，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 單片機接口技術的主要特點

2.1 沒有統一標準

通常情況下，用戶都是自己設計單片機的接口，所以單片機并沒有完全統一的標準，即便是功能相同，其接口設計也是不同的[3]。然而，計算機的接口卻是在出廠前就設計好的，用戶不能自由設計，只能對以后的功能進行選擇。因此，設計單片機接口技術應當投入更多的精力，參考更多的經驗。

2.2 應用系統規模較小

因為單片機并沒有足夠大的存儲容量，所以其應用系統規模往往不會很大，存儲器也不會采用容量過大的類型，多用靜態存儲器。另外，單片機系統往往不會拓展存儲量，而計算機應用的則是動態存儲器，外部存儲器的應用也比較頻繁。

2.3 側重人機接口和測控接口

設計單片機接口往往要對人機接口和測控接口加以重視，通常來說使用的人機界面利用顯示器和鍵盤，對比單片機要更復雜一些，具備較多功能。考慮到PC機本身也存在著單片機，能夠同時完成100多個鍵的掃描工作，同時還能消除抖動。另外，一般情況下計算機不進行測控，想要添加測控功能就必須進行有效擴展。

3 單片機接口技術的應用設計

3.1 USB接口技術

USB移動存儲技術能夠為嵌入式系統的數據采集提供有效幫助，而利用單片機和USB接口控制器進行組合，便可以構成U盤讀寫系統，如圖1所示為該系統的設計框圖。

圖1 U盤讀寫系統設計框圖

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算機廠商的普遍青睞。現如今MCU和計算機進行通信往往也采用USB進行連接，但是MCU中最為常用的51單片機并不能直接和計算機完成通信，這就需要采用接口技術予以連接。利用USB接口技術能夠有效連接計算機和MCU，不需要編寫復雜的程序，使用過程相對簡單，價格也比較便宜，適合推廣使用。

PDIUSBD12，是51單片機中比較常用的一種，PDIUSBD12的固件設計成完全的中斷驅動。當CPU處理前臺任務時，USB的傳輸可在后臺進行。這就確保了最佳的傳輸速率和更好的軟件結構，同時簡化了編程和調試。

后臺ISR中斷服務程序和前臺主程序循環之間的數據交換通過事件標志和數據緩沖區來實現。當PDIUSBD12從USB收到一個數據包，那么就對CPU產生一個中斷請求，CPU立即響應中斷。在ISR中，固件將數據包從PDIUSBD12內部緩沖區移到循環數據緩沖區并在隨后清零PDIUSBD12的內部緩沖區以使能接收新的數據包。CPU可以繼續它當前的前臺任務直到完成。然后返回到主循環檢查循環緩沖區內是否有新的數據并開始其它的前臺任務。

由于這種結構，主循環不關心數據是來自USB串口還是并口。它只檢查循環緩沖區內需要處理的新數據。這樣主循環程序專注于數據的處理而ISR能夠以最大可能的速度進行數據的傳輸。

ISR接收和保存數據緩沖區中的控制傳輸并設置相應的標志寄存器。主循環向協議處理程序發出請求由于所有的標準器件，級別和廠商請求都是在協議處理程序中進行處理，ISR得以保持它的效率。而且一旦增加新的請求，只需要在協議層進行修改。如圖2所示，為PDIUSBD12固件的編程結構圖。

圖2 PDIUSBD12固件編程結構圖

3.2 I/O接口技術

單片機本身存在著I/O接口，例如51單片機就有4個8位I/O接口，分別是P0-P3。在實際應用中，這些接口并不會完全應用，不同的接口具備不同的功能，便不能完全當作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位數據線以及地址線，P3接口還有控制信號的功能，多用于系統擴展。所以，51單片機中的接口被真正用于I/O功能的是P1接口。出現這一現象的主要原因是因為I/O接口的功能只能進行緩沖或鎖存，不能進行控制，這對單片機的功能也產生了限制。想要單片機能夠實現更多的功能，就必須對I/O接口進行有效擴展，其中比較具有代表性的就是打印機單片機控制，需要對單片機進行多項接口擴展。

4 結語

單片機接口技術自產生以來解決了諸多工業生產通信中的難題，近年來USB接口技術由于其使用方便、隨插隨用的特點更是得到了廣泛應用。日后，相關工作者還需要對該技術的實際應用繼續研究，以研發出速度更快、效率更高、成本更低的應用。

[1]劉爽.單片機接口技術的特點與應用設計分析[J].電子技術與軟件工程，2013（20）.

[2]孫景祥，李 欣.單片機接口技術的特點與應用設計[J].科技傳播，2011（11）.

[3]曹美霞.單片機與數字溫度傳感器DS18B20的接口設計[J].電子制作，2014（11）.

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