>>> 4.4.1 中斷與事件驅動

無論采用哪種總線都使用時鐘信號和數據/控制線，時鐘信號由 MCU 主機進行控制。用于控制的信號線中的 SPI 為 4 根，除了具有傳輸的信號外，還具有片選信號，通過該信號的有效與否，主機指定哪個器件作為目標對象。

>>> 4.6.1 SPI 總線簡介

在這里，以 LPC824 為例來介紹主機 SPI 的原理和應用設計。

• SSEL：片選輸入

當 SPI 作為主機時，則在串行數據啟動前驅動 SSEL 信號，使之變為有效狀態，并在串行數據發送后釋放該信號，使之變為無效狀態。默認 SSEL 為低電平有效，也可將其選為高電平有效。當 SPI 作為從機時，處于有效狀態的任意 SSEL 信號都表示該從機正在被尋址。

• MOSI ：主機輸出從機輸入

MOSI 信號可將串行數據從主機傳送到從機。當 SPI 作為主機時，則串行數據從 MOSI輸出；當 SPI 作為從機時，則串行數據從 MOSI 輸入。

• MISO ：主機輸入從機輸出

MISO 信號可將串行數據由從機傳送到主機。當 SPI 作為主機時，則串行數據從 MISO輸入；當 SPI 作為從機時，則串行數據輸出至 MISO。

• SCK：時鐘信號

SCK 同步數據傳送時鐘信號。它由主機驅動從機接收，使用 SPI 接口時，則時鐘可編程為高電平有效或低電平有效。

>>> 4.6.2 74HC595 接口

在同一時鐘信號作用下，74HC595 實現數據的串行輸入/并行輸出轉換。除了 8 個并行輸出口之外，74HC595 還有 5 個輸入控制口，其中的Q ₇ ~ Q ₀ 端輸出；同時將V _CC ，從而保證 74HC595 處于永久選通狀態。另外還有 3 個輸入端：CP 時鐘信號端、D 數據輸入端與 STR 鎖存信號，其分別連接 MCU 的 SCK、MOSI 與 SSEL，詳見圖 4.18。

圖 4.18 74HC595 電路圖

在 CP 時鐘信號上升沿的作用下，保證將加載 D端的二進制數據依次送入 74HC595 中。當數據移位完成后，在 STR 上升沿的作用下，數據將一次性地在 Q ₇ ~ Q ₀ 端輸出，從而保證在移位的過程中，輸出端的數據保持不變。

MiniPort-595 模塊采用 74HC595 擴展 8 路 I/O，可以直接驅動 LED 顯示模塊，其對應AM824-Core 的 MiniPort 接口 J4 功能定義詳見圖 4.19（b）。MiniPort-595 模塊輸出信號引腳J2 功能定義詳見圖 4.19（c）。

圖 4.19 595 模塊實物與控制接口定義

假設要將 1000 0000 串行傳送到 74HC595 的并行輸出端 Q ₇ ~ Q ₀，此數據在時鐘脈沖的作用下，從 Q ₇ ~ Q ₀逐位送到串行數據輸入端 D。待 8 個時鐘脈沖過后，10000000在Q ₇ ~ Q ₀并行輸出。AMetal針對 74HC595 提供了相應的 hc595.h 接口，詳見程序清單 4.44。

程序清單 4.44 hc595.h 接口

由此可見，在初始化 74HC595 相關的操作后調用 hc595_send_data()，則串行輸入并行輸出一個 8 位二進制數，74HC595 的輸出管腳當作 8位 I/O 口使用。此前控制 8 個 LED 流水燈不得不使用 8 個 I/O 口，現在有了 74HC595，則可以節省的更多 I/O 口留作其它用途。

顯然，只要將 AM824-Core 主機、MiniPort-595 模塊的 MiniPort A（排針）與 MiniPort-LED 模塊的 MiniPort B（排母）直接對插即可，其原理圖詳見圖 4.20，模塊的組合詳見圖 4.21（a），組合之后對應 MCU 的 MiniPort 接口 J4 端口功能定義詳見圖 4.21（b），MCU 通過 STR、CP和 D 這 3 個端口控制 74HC595 芯片驅動8 個 LED，詳見程序清單 4.45。

圖 4.20 8 路輸出 I/O 擴展

圖 4.21 模塊組合實物與控制接口定義

程序清單 4.45 74HC595 通用接口范例程序

顯然，同樣可以用 74HC595 來驅動數碼管的 8 個段，其原理圖詳見圖 4.22。

圖 4.22 2 位數碼管驅動電路

將AM824-Core、MiniPort-595模塊的MiniPort A（排針）與MiniPort-View模塊的MiniPort B（排母）3 個模塊直接對插即可，詳見圖 4.23（a），組合之后對應 MCU 的MiniPort接口J4功能定義詳見圖4.23 （b）。MCU 除了使用 STR、CP 和 D 端口控制74HC595，還需要使用 COM0 和 COM1控制數碼管的位選。

圖 4.23 模塊組合實物與控制接口定義

其實使用 74HC595 與直接使用 I/O驅動數碼管，唯一的不同是段碼的輸出方式不一樣，因此僅需修改段碼傳送函數，并將實現代碼添加到digitron1.c 中，詳見程序清單 4.46。

程序清單 4.46 新增 74HC595 驅動數碼管的相關函數

由于用戶不會直接調用 digitron_hc595_segcode_set()，因此僅將 digitron_hc595_init()和digitron_hc595_disp_scan()添加到程序清單 4.47 所示的 digitron1.h 接口中。

程序清單 4.47 digitron1.h

當使用 74HC595 驅動數碼管時，只要調用相關函數即可，詳見程序清單 4.48。

程序清單 4.48 74HC595 驅動數碼管實現秒計數器范例程序

4.7 I²C 總線

>>> 4.7.1 I²C 總線簡介

I²C 總線（Inter Integrated Circuit）是 NXP 公司開發的用于連接微控制器與外圍器件的兩線制總線，不僅硬件電路非常簡潔，而且還具有極強的復用性和可移植性。I²C 總線不僅適用于電路板內器件之間的通信，而且通過中繼器還可以實現電路板與電路板之間長距離的信號傳輸，因此使用 I²C 器件非常容易構建系統級電子產品開發平臺。其特點如下：

• 總線僅需 2 根信號線，減少了電路板的空間和芯片管腳的數量，降低了互連成本；

• 同一條 I²C 總線上可以掛接多個器件，器件之間按不同的編址區分，因此不需要任何附加的 I/O 或地址譯碼器；

• 非常容易實現 I²C 總線的自檢功能，以便及時發現總線的異常情況；

• 總線電氣兼容性好，I²C 總線規定器件之間以開漏 I/O 互連，因此只要選取適當的上拉電阻就能輕易實現 3V/5V 邏輯電平的兼容；

• 支持多種通信方式，一主多從是最常見的通信方式。此外還支持雙主機通信、多主機通信與廣播模式；

• 通信速率高，其標準傳輸速率為100Kbps （每秒100K位），在快速模式下為400Kbps，按照后來修訂的版本，位速率可高達 3.4Mbps。

>>> 4.7.2 LM75B 接口

AM824-Core 選擇與 LM75A 兼容的 LM75B 數字測溫傳感器，其關斷模式下消耗的電流僅為 1μA。

1． 特性

LM75B 是 NXP 半導體推出的具有 I²C 接口的數字溫度傳感器芯片，其關鍵特性如下：

• 器件地址 1001xxx，同一總線上可以外擴 8 個器件；

• 供電范圍：2.8～5.5V，溫度范圍：-55～125℃；

• 11 位 ADC 提供溫度分辨率達 0.125℃；

• 精度：±2℃（-25～100℃），±3℃（-55～125℃）。

LM75B 的管腳排列詳見圖 4.24，從機地址為 0x90，A0~A2 分別為地址選擇位 0~2，且必須在 SCL 串行時鐘輸入與 SDA 串行數據信號線上添加上拉電阻。當芯片過熱時，則關斷輸出。

圖 4.24 LM75B 管腳圖

2． 應用電路

LM75B 典型應用電路詳見圖 4.25，R5 和 R6 是 I²C總線的上拉電阻。由于板載只有一片 LM75B，因此不用考慮芯片的地址問題，即可將芯片的 A0~A2 引腳直接接地。OS 為芯片的過熱輸出，可以外接繼電器等器件實現獨立溫控器的功能。由于是通過 MCU 實現測溫的，因此該引腳可以懸空。只要短接（J13_1、J13_2）與（J11_1、J11_2），則 SDA、SCL 分別與 PIO0_18、PIO0_16 相連。

圖 4.25 LM75B 應用電路圖

如圖 4.26 所示為 AM824-Core 的加熱電路，R32 的阻值為 20~50Ω（2W）。短接 J14_2與J14_3即可將焊接在LM75B附近的加熱電阻R32與KEY相連，當 KEY 鍵按下時，則 R32 開始發熱，此時電阻上產生的熱量會通過較粗的導線傳導到 LM75B 的下面，于是LM75B 也會跟著熱起來。如果電阻越小，則通過的電流越大，產生的熱量也就越大。當按鍵按下時電路導通，這時可以通過測溫電路觀察溫度上升情況。

圖 4.26 加熱電路

3． 溫度測量

針對 LM75B，AMetal 提供了相應的軟件包，其函數原型為：

顯然，使用這兩個通用接口，很容易讀取當前的溫度值。由于只有兩位數碼管，因此只顯示整數部分；當溫度為負數時，也不顯示負，僅顯示溫度值，詳見程序清單 4.49。

程序清單 4.49 LM75 溫度讀取和顯示范例程序

將程序編譯后下載到開發板上運行，如果數碼管顯示 28，表示當前溫度為 28℃。如果按下加熱按鍵，則低阻值加熱電阻 R32 開始發熱，那么顯示的溫度值會不斷升高。

在顯示溫度值時，之所以將溫度值右移了 8 位，這是因為 lm75_read()讀取的數值是實際溫度的 256 倍，所以實際溫度應該是讀取的值除以 256.0。同時，由于不需要顯示小數部分，所以直接右移 8 位，就表示除以了 256，只剩下了整數部分。

>>> 4.7.3 溫控器

下面將結合此前編寫的程序，使用 LED、蜂鳴器、數碼管、矩陣鍵盤和溫度采集，實現一個簡易的溫控器。

1． 功能簡介

使用標準I²C接口LM75B溫度傳感器采集溫度在數碼管上顯示，由于只有兩位數碼管，因此只顯示整數部分；當溫度為負數時，也不顯示負，僅顯示溫度值。

可設置溫度上限值和溫度下限值，當溫度高于上限值或低于下限值時，則蜂鳴器鳴叫。

2． 狀態指示

在調節過程中，使用兩個 LED 用于狀態指示，用短路跳線器連接 J9 和 J10 即可。

• LED0 亮：表明當前值為上限值，數碼管顯示上限值；

• LED1 亮：表明當前值為下限值，數碼管顯示下限值；

• 兩燈閃爍：表明正常運行狀態，數碼管顯示環境溫度值。

3． 操作說明

設置上下限值時，共計使用 4 個按鍵。即：

• SET 鍵：用于進入設置狀態。點擊后首先進入溫度上限值設定，再次點擊可進入溫度下限值設定，再次點擊回到正常運行狀態；

• 左移/右移鍵：用于切換當前調節的位（個位/十位）。當進入設置狀態后，當前調節的位會不斷的閃爍；點擊該鍵可以切換當前調節的位，由個位切換到十位，或由十位切換到個位；

• 加 1 鍵：當進入設置狀態后，當前調節的位會不斷的閃爍，按該鍵可以使該位上的數值增加 1；

• 減 1 鍵：當進入設置狀態后，當前調節的位會不斷的閃爍，按該鍵可以使該位上的數值增減 1。

（1）設置上限值

首次按下 SET 鍵進入上限值設置，此時 LED0 點亮，數碼管顯示上限值溫度，個位不停閃爍。按“加 1 鍵”或“減 1 鍵”可以對當前閃爍位上得值進行調整，按下“左移/右移鍵”可以切換當前調節的位。

（2）設置下限值

在設置上限值的基礎上，再次點擊 SET 鍵即可進入下限值的設定，此時 LED1 點亮，數碼管顯示下限值溫度，個位不停閃爍。按“加 1 鍵”或“減 1 鍵”可以對當前閃爍位上的值進行調整，按“左移/右移鍵”可以切換當前調節的位。

4． 功能實現

如程序清單 4.50 所示為溫控器的范例程序，程序中比較繁瑣的是按鍵的處理程序。為了使程序結構更加清晰，分別對 3 種按鍵：切換狀態（KEY0）、切換當前調節位（KEY2）、調節當前位的值（KEY1 和 KEY3）寫了 3 個函數，各個函數直接在 key_process()按鍵處理程序中調用。其它部分均在 while(1)主循環中完成，主要完成 3 件事情：溫度值的采集，每隔 500ms 進行一次；鍵盤掃描，每隔 10ms 進行一次；數碼管掃描，每隔 5ms 進行一次。

程序清單 4.50 綜合實驗范例程序