_单片机典型外围接口技术

第8章单片机典型外围接口技术学习目标掌握单片机扩展键盘原理及接口技术掌握单片机扩展LED显示器原理及接口技术掌握单片机扩展LCD显示器原理及接口技术掌握常用AD转换器原理及接口技术掌握常用DA转换器原理及接口技术掌握单片机扩展开关量原理及接口技术主要内容第8章单片机典型外围接口技术8.1人机接口技术8.1.1键盘及接口8.1.2LED显示器及接口8.1.3LCD显示器及接口8.2A/D转换器及接口技术8.2.1A/D转换器的概述8.2.2ADC0809A/D转换器芯片8.2.3ADC0809与51单片机的接口8.2.4ADC0809应用——8路巡回检测系统主要内容第8章单片机典型外围接口技术8.3D/A转换器及接口技术8.3.1D/A转换器的概述8.3.2并行输入D/A转换芯片DAC08328.3.3DAC0832与51单片机的接口8.4开关量接口8.4.1通道的隔离8.4.2开关量输入接口8.4.3开关量输出接口第8章单片机典型外围接口技术控制或测量对象传感器执行机构信号调理电路信号放大A/DD/A数字量输出数字量输入51单片机键盘打印机显示器人机接口8.1.1键盘及接口键盘是一组常开型按钮开关按键的集合，平时键的二个触点处于断开（开路）状态，按下键时它们才闭合（短路）。键盘按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，键盘上闭合键的识别是由专用硬件实现的，称为编码键盘，靠软件实现的称为非编码键盘。编码式键盘是一种内部带有硬件编码器的通用键盘，根据所按的键输出相应的编码，这种键盘工作可靠，不花费CPU的额外时间，和微型计算机接口也比较方便，并己有一些可编程专用接口芯片可供选用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机组成的测控系统及智能化仪器中。下面将重点介绍非编码键盘接口。8.1.1键盘及接口1.按键抖动及去抖按键开关通常为机械弹性式开关，在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，机械触点通常伴随有一定的机械抖动，然后其触点才能稳定下来。其抖动过程如图8-2所示。抖动的时间长短由按键开关的机械特性及按键的人为因素决定，一般为5~20ms。8.1.1键盘及接口1.按键抖动及去抖在触点抖动期间检测按键的通与断状态，如果处理不当会引起一次按键被误处理多次，导致判断出错。为了确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，则必须消除按键抖动。消除按键抖动就是要在键闭合稳定时取键状态，而一般是判别到键释放稳定后再作处理。消除键抖动可从硬件、软件两方面予以考虑。通常在按键较少时，可采用硬件去抖，而当按键较多时，采用软件去抖。输出VCC(+5V)ABVCC(+5V)8.1.1键盘及接口2.独立式键盘及接口独立式键盘是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。图8-4所示为一种简单的键盘结构，图中电路为查询方式电路。当任何一个键按下，则与之相连的输入数据线即被置为低电平，而平时该输入线的状态为高电平。89C51P1.0+5VP1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.78.1.1键盘及接口3.矩阵式键盘及其接口矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，如图8-5所示为教学实验板中用P2口实现的44矩阵式键盘结构图。89C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7+5V1234567891011121314150X0X1X2X3Y0Y1Y2Y38.1.1键盘及接口3.矩阵式键盘及其接口对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，根据与按键相连的行线和列线的位置就能判断按下的键在矩阵中的位置。若分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。若已知按键的行、列号，可根据如下公式采用计算法转换按键的键号：键号（值）=行号×每行的按键个数+列号44矩阵键盘第0列第1列第2列第3列第3行CDEF第2行0809AB第1行04050607第0行00010203voidkeyscan(){;//定义行号、列号变量charlnum,rnum//全列置0，全行扫描P2=0x0F;//判断有无按键按下if((P2&0x0F)!=0x0F){//有键按下延时消抖处理delay(10);if((P2&0x0F)!=0x0F){/*-以下确定行号-*/if(P2==0x07)lnum=3;if(P2==0x0B)lnum=2;if(P2==0x0D)lnum=1;if(P2==0x0E)lnum=0;/*以下确定列号*/P2=0xF0;//全行置0，全列扫描if((P2&0xF0)!=0xF0){if(P2==0xE0)rnum=0;if(P2==0xD0)rnum=1;if(P2==0xB0)rnum=2;if(P2==0x70)rnum=3;keysnum=lnum*4+rnum;}}}return(keysnum);}voiddelayms(ucharx){ucharj;while((x--)!=0){for(j=0;j125;j++){;}}}编程扫描方式程序8.1.1键盘及接口3.矩阵式键盘及其接口8.1.1键盘及接口3.矩阵式键盘及其接口实际使用键盘时常采用定时扫描键盘的方式，它利用单片机内部的定时器产生一定时间（例如10ms）的定时间隔，当定时时间到就产生定时器溢出中断，CPU响应中断时对键盘进行扫描取键值，以响应键输入请求。定时扫描方式程序流程图定时中断服务程序有键闭合吗识别按键执行按键功能返回NYNNYYKM=1？KP=1？KM←0KP←0KP←1KM←18.1.1键盘及接口3.矩阵式键盘及其接口采用上述两种键盘扫描方式时，无论是否有按键按下，CPU都要定时扫描键盘，而按键按下往往不是经常会发生的事件，这样CPU对键盘会时常进行空扫描。为进一步提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下：当无键按下时，CPU处理自己的工作，当键盘上有键闭合时才产生一个外部中断申请，CPU响应键盘中断申请，在中断服务程序中扫描并判别键盘上闭合的键号，再作相应的处理。中断扫描方式8.1.2LED显示器及接口1.静态显示方式静态显示方式就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止。这种显示方式每一个七段LED显示器需要一个8位锁存器输出口控制段选位，各位选位连在一起固定接低电平（共阴极时）或接高电平（共阳极时).abcdefgdp.abcdefgdp.abcdefgdp.8255PC0~PC7PB0~PB7PA0~PA789C51COMCOMCOM+5V8.1.2LED显示器及接口2.动态显示方式动态显示方式是采用分时的方法轮流点亮各位显示器，每一位显示器间隔一定的时间轮流点亮一次。通常，将七段LED显示器的所有段选位并联在一起，由一个8位I/O口控制（称为数据口或字形口），而共阴极或共阳极的公共端分别由相应的I/O口控制（称为扫描口或字位口）。1008......COM5COM4COM3COM2COM1COM0共阴极显示器PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PA5PA4PA3PA2PA1PA0815574LS0774LS06+5V89C518.1.3LCD显示器及接口1）笔段型。笔段型是以笔段式显示像素组成一个字符显示位。该类型主要用于数字显示，也可用于显示西文字母或某些字符。这种段型显示通常有六段、七段、八段、九段、十四段和十六段等，在形状上总是围绕数字“8”的结构变化，其中以七段显示最常用，广泛用于电子表、数字仪表、笔记本计算机中。2）点阵字符型。点阵字符型是以点阵快组成一个字符显示位，专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。在电极图形设计上它是由若干个5×8或5×10点阵组成，每一个点阵显示一个字符。这类模块广泛应用于寻呼机、大哥大电话、电子笔记本等类电子设备中。3）点阵图形型。点阵图形型是在整个显示区域形成矩阵形式的点阵，这类液晶显示器可广泛用于图形显示如游戏机、笔记本电脑和彩色电视等设备中。8.1.3LCD显示器及接口点阵字符式LCD模块的引脚引线号引脚名名称功能1Vss接地0V2VDD电路电源5V±10%3VEE液晶驱动电压保证VDD-VEE=4.5∽5V电压差4RS寄存器选择信号H:数据寄存器L:指令寄存器5R/W读/写信号H:读L:写6E片选信号下降沿触发,锁存数据7~14DB0~DB7数据线数据传输15A背光电源正极接+5V16K背光电源负极接地8.1.3LCD显示器及接口点阵字符式LCD模块的引脚其中RS是寄存器选择信号，R/W是读写控制信号，数据寄存器和指令寄存器的读写控制逻辑关系RSR/W操作00指令寄存器(IR)写入01忙标志和地址计数器读出10数据寄存器(DR)写入11数据寄存器读出当忙标志为1时,表明正在进行内部操作，不能对指令或数据寄存器进行写入操作，要等内部操作结束,即忙标志为0时才能进行操作。8.1.3LCD显示器及接口点阵字符式LCD模块的应用8.1.3LCD显示器及接口点阵字符式LCD模块的应用开电源并等待电源稳定写入30H指令等待4ms以上写入30H指令写入功能设置指令等待4ms以上写入30H指令写入功能设置指令等待4ms以上写入功能设置指令检查忙标志位或延时40us写入控制显示开关指令检查忙标志位或延时40us写入清屏指令检查忙标志位或延时40us写入输入方式设置指令初始化结束主要内容第8章单片机典型外围接口技术8.1人机接口技术8.1.1键盘及接口8.1.2LED显示器及接口8.1.3LCD显示器及接口8.2A/D转换器及接口技术8.2.1A/D转换器的概述8.2.2ADC0809A/D转换器芯片8.2.3ADC0809与51单片机的接口8.2.4ADC0809应用——8路巡回检测系统8.2.1A/D转换器的概述A/D(AnalogtoDigitalConverter)转换器是一种用来将连续的模拟信号转换成二进制数字量的器件。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是声、光、压力、温度、湿度等随时间连续变化的非电量的物理量。非电量的模拟量可以通过合适的传感器（如光电传感器、压力传感器、温度传感器）转换成电信号。模拟量只有被转换成数字量才能被计算机采集、分析、计算。A/D的种类很多，按转换原理可分为以下四种：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。双积分式A/D转换器的主要优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜；但转换速度较慢。因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式的，逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快精度较高的转换器。其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。8.2.1A/D转换器的概述1.A/D转换器的主要技术指标分辨率量化误差转换时间与转换速率8.2.2ADC0809A/D转换器芯片12345678910111213142827262524232221201918171615ADC08080809IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCOECLKVCCVREF+GND2-52-7IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALE2-12-22-32-42-8VREF-2-6(MSB)(LSB)8路模拟量开关IN0...IN7地址锁存与译码3ADDAADDBADDCALE8位A/D转换器VREF+VREF-8EOCD0...D7三态输出锁存器OESTARTCLKVCCGND8.2.3ADC0809与51单片机的接口主要内容第8章单片机典型外围接口技术8.3D/A转换器及接口技术8.3.1D/A转换器的概述8.3.2并行输入D/A转换芯片DAC08328.3.3DAC0832与51单片机的接口8.4开关量接口8.4.1通道的隔离8.4.2开关量输