单片机典型外围接口技术

*,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,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,8.1.2 LED显示器及接口,8.1.3 LCD显示器及接口,8.2 A/D转换器及接口技术,8.2.1 A/D转换器的概述,8.2.2 ADC0809 A/D转换器芯片,8.2.3 ADC0809与51单片机的接口,8.2.4 ADC0809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,8.3 D/A转换器及接口技术,8.3.1 D/A转换器的概述,8.3.2 并行输入D/A转换芯片DAC0832,8.3.3 DAC0832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,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。,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520ms。,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。,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。,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。,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,C,D,E,F,第2行,08,09,A,B,第1行,04,05,06,07,第0行,00,01,02,03,void keyscan(),;/定义行号、列号变量,char lnum,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);,void delayms(uchar x),uchar j;,while(x-)!=0),for(j=0;j125;j+) ;,编程扫描方式程序,键盘及接口,3.矩阵式键盘及其接口,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,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,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).,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）。,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 510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。,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,1,Vss,接地,0V,2,VDD,电路电源,5V10%,3,VEE,液晶驱动电压,保证VDD-VEE=4.55V电压差,4,RS,寄存器选择信号,H:数据寄存器 L:指令寄存器,5,R/W,读/写信号,H:读 L:写,6,E,片选信号,下降沿触发,锁存数据,714,DB0DB7,数据线,数据传输,15,A,背光电源正极,接+5V,16,K,背光电源负极,接地,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,RS,R/W,操 作,0,0,指令寄存器(IR)写入,0,1,忙标志和地址计数器读出,1,0,数据寄存器(DR)写入,1,1,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。,显示器及接口,点阵字符式LCD模块的应用,显示器及接口,点阵字符式LCD模块的应用,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,8.1.2 LED显示器及接口,8.1.3 LCD显示器及接口,8.2 A/D转换器及接口技术,8.2.1 A/D转换器的概述,8.2.2 ADC0809 A/D转换器芯片,8.2.3 ADC0809与51单片机的接口,8.2.4 ADC0809应用8路巡回检测系统,转换器的概述,A/D(Analog to Digital Converter)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。,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,8.2.2ADC0809 A/D转换器芯片,8.2.3 ADC0809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,8.3 D/A转换器及接口技术,8.3.1 D/A转换器的概述,8.3.2 并行输入D/A转换芯片DAC0832,8.3.3 DAC0832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,8.3.1 D/A转换器的概述,1.DA转换器的主要技术指标,分辨率,建立时间,转换精度,输出电压范围,8.3.2 并行输入D/A转换芯片DAC0832,8.3.3 DAC0832与51单片机的接口单缓冲方式,8.3.3 DAC0832与51单片机的接口双缓冲方式,主要内容,第8章 单片机典型外围接口技术,8.3 D/A转换器及接口技术,8.3.1 D/A转换器的概述,8.3.2 并行输入D/A转换芯片DAC0832,8.3.3 DAC0832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,8.4 开关量接口,8.4.1 通道的隔离,在单片机应用系统中，为防止现场强电磁的干扰或工频电压通过通道串入到测控系统，使系统工作稳定可靠，一般需要采用通道隔离技术，把单片机系统与干扰源隔开。通道的隔离常用光藕合器件来实现。,8.4.2 开关量输入接口,1.拨码开关与单片机的接口,8.4.3 开关量输出接口,开关量输出是通过单片机的I/O口或扩展I/O口输出的，以控制外部对象处于“开”或“关”的状态。在对外部设备进行控制时，控制状态一般需要保持到下一个新状态值给出为止，所以一般需要增加74LS273、74LS373等器件作为开关量输出锁存器。另外，由于锁存器的驱动能力有限，一般不足以驱动功率开关（如继电器等），因此，经常需要在锁存器后配接具有足够驱动能力的输出驱动电路。,8.4.3 开关量输出接口,1.小功率直流负载驱动电路,小功率直流负载主要有发光二极管、LED数码显示器、小功率继电器和晶闸管等器件，要求提供5-40 mA的驱动电流。通常采用小功率三极管（如9012，9013，9014等）和集成电路（如75451, 74LS245和SN75466等）作驱动电路。,8.4.3 开关量输出接口,2.中功率直流负载驱动电路,这类电路常用于驱动功率较大的继电器和电磁开关等控制对象，要求能提供50-500 mA的电流驱动能力，可以采用达林顿管、中功率三极管来驱动。常用的达林顿管有MC1412, MC1413和MC1416等，其集电极电流可达500 mA，输出端的耐压可达100 V，很适合驱动继电器或接触器。,8.4.3 开关量输出接口,3.固态继电器输出接口,固态继电器（SSR）是一种采用固体元件组装而成的新型模块化电子继电器，其输入控制电流较小，用TTL, HTL或CMOS集成器件的输出或晶体三极管就可以直接驱动。其输出利用晶体管或晶闸管驱动，无触点。与普通电磁式继电器和磁力开关相比，具有无机械触点噪声、无抖动和回跳、开关速度快、体积小、质量轻、寿命长和工作可靠等优点，特别适用于控制大功率设备的场合。,8.4.3 开关量输出接口,3.固态继电器输出接口,直流型固态继电器（DCSSR）主要用于直流大功率控制场合。其输入端为光电耦合电路，可用OC门或晶体管直接驱动，驱动电流一般为330 mA，输入电压为530 V。其输出端为晶体管输出，输出控制电压为30180 V。当输出控制端为感性负载时，要加保护二极管，以防止直流固态继电器因突然截止产生的高电压而损坏继电器。,交流型固态继电器（ACSSR）主要用于交流大功率控制场合，分过零型和非过零型。对于非过零型ACSSR，输入信号有效时，不管负载电源电压相位如何，负载端立即导通；而过零型ACSSR必须在负载电源电压过零且输入控制信号有效时才能接通输出端的负载电源。当输入端的控制电压撤销后，流过双向晶闸管负载电流为零时才关断。,END,谢谢！,