片机接口技术及实例仿真

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,9,单片机接口技术及实例仿真,*,电气与电子信息工程学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电气与电子信息工程学院,9,单片机接口技术及实例仿真,2,教学目的,了解单片机接口技术基本含义,了解,MCS-51,单片机的常用外围显示装置（如,LED,发光二极管、点阵,LED,、数码管、,12864,点阵,LCD,等），常见按键（如独立式按键和矩阵式按键）和信号采集分析与控制中常用的转换装置（如,ADC0808,模数转换器和,DAC0832,数模转换器）等常用器件的接口使用方法。,掌握常用外围设备的接口仿真方法,3,本章内容,显示器接口应用实例与仿真,键盘接口应用实例与仿真,A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,9.1,显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（,LED,）及数码管,LED,点阵显示屏,液晶显示器（,LCD,）,5,为什么进行接口扩展？,MCS-5l,系列单片机有,4,个,8,位并行输入输出口,P0,口一般作地址线的低,8,位和数据线使用；,P2,口作地址线的高,8,位使用；,P3,一般使用其第二功能，产生控制信号 ；,当单片机在外部扩展了程序存储器、数据存储器时，可专供外部输入,/,输出设备使用的只剩下,P1,口。,现实系统常需单片机接多个外设，,I/O,口资源不足，必须进行接口扩展,9.1,显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（,LED,）及数码管,6,单片机接口扩展方法,MCS-51,单片机的,I/O,口扩展主要是通过总线,(P,0,),口扩展,利用,P,0,口扩展时必须分时使用,要求,P2,口提供高,8,位地址或较多的片选控制线，控制外部扩展芯片的选通或截止。,单片机通过,I/O,口或接口芯片连接键盘、显示器，通过,I/O,口和驱动芯片控制电动机等。这时必须考虑与之相连的外设电气特性，如驱动功率、电平、干扰抑制及隔离等，这也是我们所说的接口技术。,9.1,显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（,LED,）及数码管,7,发光二极管,发光二级管（,LED,）在日常生活中常被用来做开关指示灯或信号指示灯，在与单片机构成系统时要考虑单片机的驱动功率。一般高亮,LED,的工作电流取,5mA,，普通,LED,的工作电流取,10mA,。单片机单个,I/O,口的驱动能力一般在,10mA,左右，为了防止电路中电流过大烧毁二极管和单片机，需要串联限流电阻标准化的必要性,在驱动发光二极管时，一般考虑单片机,I/O,口的灌电流能力较强的特点，采用图,9.1,所示下拉驱动点亮的方式点亮发,LED,。,9.1,显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（,LED,）及数码管,LED,驱动电路,8,9.1,显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（,LED,）及数码管,9,LED,数码管,LED,数码管是由,7,段发光二极管按顺序排列组成字形，同时在段数码组成的图形右下角还有,1,段表示小数点发光二极管，这样完整的数码管显示应该是位段数码管组成。,LED,数码管有静态显示和动态显示两种方式,9.1,显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（,LED,）及数码管,10,例,1 74LS244,驱动数码管实现静态显示,功能：实现,0,9,循环计数，计数时间间隔,s,。,说明：在电路中使用了,74LS244,驱动芯片。该芯片引脚,A0,A3,为输入口，,Y0,Y3,为输出口，,是低电平有效三态允许端。,74LS244,在使用的时候，,需接低电平，,A0,A3,输入高电平或低电平时，,Y0,Y3,相应的输出高电平或低电平。若,接高电平，无论输入端是什么电平，输出端都是高阻状态。,74LS244,的实物是个输入端和,8,个输出端，在,proteus,仿真库内只显示了组输入输出，这一点请读者学习时注意参考,74LS244,的说明书。,9.1,显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（,LED,）及数码管,11,74LS244,芯片驱动数码管显示的仿真电路,程序请参考教材。,9.1,显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（,LED,）及数码管,12,9.1.2 LED,点阵显示屏,88,点阵,LED,外观及引脚图,9.1,显示器接口应用实例与仿真,LED,点阵显示屏,13,LED,点阵显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。,常见的是,88,点阵,LED,，其实物等效电路图如下图,9.1,显示器接口应用实例与仿真,LED,点阵显示屏,14,88,点阵共需要,64,个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。当点阵中的某一行置高电平，某一列置低电平，则该行列线交叉点的二极管就点亮。因此要实现某一列的发光二级管都点亮，则该列的列线上应送低电平，所有行线送高电平；若实现某一行的发光二级管都点亮，该行的行线上送高电平，所有列线送低电平，这一操作可以利用软件扫描的方法实现，下面以例,2,进行说明。,9.1,显示器接口应用实例与仿真,LED,点阵显示屏,15,例,2 88 LED,点阵图形显示,功能：利用,AT89C52,设计单片机系统，通过按键控制,88LED,点阵显示,， ，,三种不同图形。,说明：,7407,是六高压输出缓冲器,/,驱动器，即六输入六输出。输入端为,A1,A6,，输出端位,Y1,Y6,。,7407,在使用时输出电平值是和输入电平值一致的，即输入端输入高电平或低电平，相应的输出端也输出高电平或低电平，它只起到了提高驱动能力的作用。使用时要注意，,7407,的输出是集电极开路型，只有接上拉电阻才能输出高电平。在,proteus,的仿真库内简化了,7407,的结构，只显示一个输入输出，这一点也是需要读者注意的。,9.1,显示器接口应用实例与仿真,LED,点阵显示屏,16,88LED,点阵图形显示,proteus,仿真电路,程序请参考教材,9.1,显示器接口应用实例与仿真,LED,点阵显示屏,17,例,3 168,点阵,LED,显示,功能：将,88LED,矩阵扩展成,168LED,矩阵，要求循环显示,0,9,十个数字，且要求数字是由上下两块点阵上图形组合成的，如数字,0,，要求上下点阵块上的两部分图形共同组成“,0,”图形。,说明：在电路中使用两片,74HC595,分别驱动两个点阵块的行，接点阵块的共阳极。,74HC138,输出端接点阵块阴极，通过,PNP,三极管,TIP127,选择驱动点阵块的列线。,9.1,显示器接口应用实例与仿真,LED,点阵显示屏,74HC595,的引脚分布情况如图,9.8,所示,各引脚功能：,Q1Q7,是并行数据输出口，即储存器的数据输出口,Q7 ,串行输出口，其应该接,SPI,总线的,MISO,接口,ST_CP,存储寄存器的时钟脉冲输入口,SH_CP,移位寄存器的时钟脉冲输入口,输出使能端,芯片复位端,DS ,串行数据输入端,18,9.1,显示器接口应用实例与仿真,LED,点阵显示屏,74HC595,的使用方法,74HC595,是具有,8,位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器使用独立的时钟。数据在,SH_CP,的上升沿输入，在,ST_CP,的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入端,DS,，一个串行输出,Q7,。当多个,74HC595,并列使用时，可以将第一片,74HC595,的,Q7,和第二片,74HC595,的,DS,连接实现多片扩展。,是输出使能端，该端为低电平时，数据从,74HC595,寄存器内输出到数据总线上。下面以例,9.2,说明,74HC595,扩展并驱动,LED,点阵的方法。,19,9.1,显示器接口应用实例与仿真,LED,点阵显示屏,168点阵LED显示proteus仿真电路,程序请参考教材,20,9.1,显示器接口应用实例与仿真,LED,点阵显示屏,9.1.3,液晶显示器（,LCD,）,液晶显示器是一种低功耗液晶显示器件。工作电流小，适合于仪表和低功耗系统。常用的有笔划型液晶显示器、点阵字符型液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。本节主要介绍点阵字符型液晶显示器及其应用。,液晶显示器按显示图案的不同可分为笔端型,LCD,、字符型,LCD,和点阵图形型,LCD 3,种。,以,AMPIRE128X64,为例来说明,LCD128X64,接口应用。,AMPIRE 128X64,内置,ks0108,型图形液晶模块驱动,它的引脚功能和指令功能如表,9.1,和表,9.2,所示。,21,9.1,显示器接口应用实例与仿真,液晶显示器（LCD）,管脚号,管脚名称,电平,管脚功能描述,1,CS1/ CS2,H/L,片选信号，芯片,1/,芯片,2,控制液晶左半屏,/,右半屏,2,GND,0V,电源地,3,VCC,+5V,电源正,4,V0,-,对比度（亮度）调整,5,RS,H/L,RS=“H”,表示,DB7DB0,为显示数据,RS=“L”,表示,DB7DB0,为显示指令数据,6,R/W,H/L,R/W=“H”,E=“H”,数据被读到,DB7DB0,R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0,的数据被写到,IR,或,DR,7,E,H/L,使能信号,8,DB0,DB7,H/L,三态数据线,9,/RST,H/L,复位端，低电平有效,10,VOUT,-,LCD,驱动电压输出端,22,表,9.1 LCD12864,引脚功能表,9.1,显示器接口应用实例与仿真,液晶显示器（LCD）,23,表,9.2 ks0108,控制器指令功能列表,指令名称,控制状态,指令代码,RS,R/W,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,显示开关设置,0,0,0,0,1,1,1,1,1,D,显示起始行设置,0,0,1,1,L5,L4,L3,L2,L1,L0,页面地址设置,0,0,1,0,1,1,1,P2,P1,P0,列地址设置,0,0,0,1,C5,C4,C3,C2,C1,C0,读取状态设置,0,0,BUSY,0,ON/OFF,RESET,0,0,0,0,写显示数据,1,0,数据,读显示数据,1,1,数据,液晶显示器（,LCD,）,9.1,显示器接口应用实例与仿真,为了便于读者学习，现以实例说明,12864,点阵,LCD,的图形显示应用方法。,例,4 12864,点阵,LCD,的图形显示,功能：使其在,12864,点阵,LCD,屏幕上显示“河南理工大学”六个字符，且向上滚动显示。,说明：,AMPIRE 12864,点阵,LCD,的编程方法，主要是依靠对控制器,KS0108,的设置，在程序设计时要依照说明书对控制器,KS0108,各控制单元进行设置。,24,9.1,显示器接口应用实例与仿真,液晶显示器（LCD）,12864,点阵,LCD,的图形显示,proteus,仿真电路,程序请参考教材,25,液晶显示器（,LCD,）,9.1,显示器接口应用实例与仿真,9.2,键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,行列式键盘与单片机的接口,27,键盘概述：,键盘由一组常开的按键组成，可以通过键盘输入数据或命令。每个按键都被赋予一个代码，称为键码。键码分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘是通过一个编码电路识别闭合键的键码，如,BCD,码。非编码键盘是通过软件来识别键码。由于非编码键盘的硬件电路简单，用户可以方便改变键的数量，因此在单片机系统中应用广泛。这里主要介绍非编码键盘的借口电路。,非编码键盘可以分为两种结构形式：独立式键盘和行列式键盘。,9.2,键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,28,独立式按键与单片机的接口,独立式按键电路和电压抖动过程图。,双稳态硬件去抖电路,(a),按键输入电路,(b),电压抖动,9.2,键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,29,行列式键盘与单片机的接口,行列式键盘结构,检测键盘有无闭合以及查找闭合键的键号，一般采用扫描法。,1,先向所有连接线的,I/O,线输出,0,，然后检测连接行线的按键状态，由相应的,I/O,线读入累加器,A,中。有键按下时，对应的行线输入,0,，无键按下时所有的行线输入为,1,。,9.2,键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,2,如果有键闭合，依次从一条列线上逐列输出低电平，然后检测各线的状态。若都为,1,，说明闭合键不在该列；若有的行线为,0,，则说明闭合键在该列与为,0,的行线的交点上。由于每个按键所有的行号与列号不相同，所以每个按键都按行列号赋予了一个键号。,键盘的工作方式有程序扫描方式，定时扫描方式和中断扫描方法三种,1,程序扫描方式是,CPU,在工作空余，主动调用键盘扫描子程序，响应键输入要求。,2,定时扫描方式是利用定时器产生定时（例如,10ms,）中断，,CPU,响应中断后对键盘进行扫描并在有键闭和时转入该功能程序。,30,9.2,键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,.,为了提高,CPU,的利用效率，可以让键盘工作在中断方式。有键闭合时产生中断请求，完成消抖，求键码等工作。无键闭合，不产生中断。,例,44,矩阵键盘扫描,功能：,44,矩阵键盘共,16,个键，第一行按键从左到右依次对应数字,1,4,；第二行按键从左到右依次对应数字,5,8,；第三行和第四行按键按同样的设置方法，按键分别对应数字,9,16,。每按一次键，数码管就显示一次按键代表的数字,说明：数码管的位控制端由,P0,口,P0.4,P0.6,通过,74HC138,控制，,P0.0,P0.4,通过,74LS47,译码器,/,驱动器驱动数码管的各码段。为了提高效率，本程序采用定时器中断扫描的方法，扫描数码管，将字型码送至数码管。,31,9.2,键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,44,矩阵键盘扫描,proteus,仿真电路,程序请参考教材,32,9.2,键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,9.3 A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,A/D,转换器,D/A,转换器,34,9.3.1 A/D,转换器,1,A/D,转换器的工作原理,2,A/D,转换器的主要技术参数,（,1,）分辨率,（,2,）量程,（,3,）转换精度,（,4,）转换时间,（,5,）工作温度范围,9.3 A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,A/D转换器,3,8,位,A/D,转换器,ADC0808/0809,（,1,）电路组成及转换原理,35,9.3 A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,A/D转换器,(2) ADC0808/0809,的外引脚功能,36,9.3 A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,A/D转换器,37,例,6 ADC0808,模数转换。,功能：实现由输入电压,0,4.99V,到数字量,0,255,的模数转换，并在数码管上显示。,说明：,ADC0808 CLK,上的时钟频率为,500KHz,。为得到此频率，,AT89C52,采用,12MHz,的时钟频率，然后经过,74LS74,芯片,4,分频得到,500KHz,，此时的转换速度,128s,。在程序运行时，利用,P3.2,检测,ADC0808,的,EOC,接口，判断,ADC0808,是否转换结束。若,EOC,输出一个正脉冲，则申请中断，此时取出地址,0x7FF8,里面的转换数据给变量,ad_data,，中断结束后，通过显示模块将其转换为段码送至数码管显示。,9.3 A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,A/D转换器,ADC0808,电压模数转换,proteus,仿真电路,程序请参考教材,38,9.3 A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,A/D转换器,39,9.3.2 D/A,转换器,1. D/A,转换器工作原理,2. D,A,转换器的主要参数,（,1,）分辨率,（,2,）稳定时间,（,3,）输出电平,（,4,）输入编码,（,6,）温度范围,3. 8,位,D/A,转换器,DAC0832,（,1,）,DAC0832,的结构,9.3 A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,D/A转换器,40,（,2,）各引脚的功能定义,9.3 A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,D/A转换器,41,（,3,）,DAC0832,与微型计算机的接口,DAC0832,有,3,种工作方式：,a.,直通方式；,b.,单缓冲方式；,c.,双缓冲方式,例,7 DAC0832,实现三角波输出,功能：利用,DAC0832,输出的电压范围为,0,15V,。,说明：地址的设置与接口电路的连接方式有关。,P2.7,端口与,DAC0832,的,片选端相连，要选通,DAC0832,，要求,引脚上为低电平，即,P2.7,端口要保持低电平，而其他引脚均为高电平，则,DAC0832,的入口地址为,0x7FFF.,9.3 A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,D/A转换器,42,DAC0832,数模转换,proteus,仿真电路,程序请参考教材,9.3 A/D,、,D/A,接口应用实例与仿真,D/A转换器,本章小结,发光二极管LED及LED数码管,LED点阵屏,LCD液晶显示屏,独立式键盘,并列式键盘,A/D转换,D/A转换,