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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,http:/,第,8,章,单片机的典型外围接口技术,教学提示和教学目标,8,.1 键 盘 接 口,8,.2,显 示 接 口,8,.3,DAC,接口,8.4 ADC,接口,8.5,上机指导：键盘显示与信号转换,教学提示和教学目标,教学提示：利用单片机芯片的总线结构，通过片外程序存储器、数据存储器和,I/O,接口的扩展，可以方便地构成一个以单片机芯片为核心的计算机主机系统，但要用它组成一个完整的单片机应用系统时，则还要根据不同外设的类型、速度、信号形式等特点来设计相应的,I/O,接口，实现单片机与外设之间的速度适配、信号适配和时序适配等。,教学目标：掌握,80C51,单片机键盘接口；掌握,80C51,单片机显示接口；掌握数模转换器,DAC0832,的结构、引脚功能及与单片机的连接；掌握模数转换器,ADC0809,的结构、引脚功能及与单片机的 连接。,8,.1 键 盘 接 口,键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是最简单的单片机输入设备，操作员通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机对话。只有通过键盘，操作人员才能输入数据和对系统状态进行干预。单片机控制系统都是专用计算机应用系统，为满足系统微型化的要求，系统的键盘控制程序和键的数量都是根据系统功能要求设计的。,单片机控制系统的键盘从结构形式上可分为非编码键盘和编码键盘，非编码键盘通过软件识别按键，编码键盘则通过硬件识别按键。按键从功能上可分为用于功能转换的功能键和用于数据输入的数字键。,8,.1.1,键盘的工作原理和扫描方式,8,.1.2,键盘的接口电路,8,.1.3,键盘接口的编程,8.1.1,键盘的工作原理和扫描方式,1,独立键盘工作原理,将,I/O,的每根线上各接入一个按键，就可组成一个简易式键盘。每根输入线上的按键工作状态不会影响其他线上的工作状态，所以称为独立式键盘。独立式键盘配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根接口线，在按键数量多时，接口线占用多。所以，独立式键盘常用于按键数量不多的场合。,单片机对独立式键盘的控制方式有,3,种：程序控制扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式。,2,矩阵键盘工作原理,独立式键盘的每个按键需占用一根输入口线，在按键数量较多时，输入口浪费大，电路结构显得很繁杂。这种情况可采用矩阵式键盘，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，因此又称行列式键盘，,如图,8.3,所示,。,3,键盘的编码,识别按键之后要根据所按的键散转进入相应的功能程序。为了散转的方便，通常应得到按下的键号。键号是键盘对每个键的编号，可以是十进制也可以是十六进制。,4,抖动,抖动是指当按下或释放一个键时，往往会出现按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态，其抖动过程,如图,8.4,所示,，抖动的持续时间通常为,5,10ms,，抖动可能造成一次按键的多次处理问题。,5,重键,重键指两个或多个键同时闭合，也称为串按或复按。,图,8.3,矩阵式键盘结构,图,8.4,按键的抖动,8.1.2,键盘的接口电路,键盘的接口电路分为独立键盘接口电路和矩阵键盘接口电路,。,1,独立键盘接口电路,独立式按键软件常采用查询式结构。先逐位查询每根,I/O,口线的输入状态，如某一根,I/O,口线输入为低电平，则可确认该,I/O,口线所对应的按键是否已按下，然后再转向该键的功能处理程序。,2,矩阵键盘接口电路,根据矩阵键盘的工作原理，现在把单片机的,P1,口用作键盘,I/O,口，键盘的列线接到,P1,口的高,4,位，键盘的行线接到,P1,口的低,4,位。列线,P1.0,P1.3,分别接有,4,个上拉电阻到正电源,+5V,，并把列线,P1.4,P1.7,设置为输入线，行线,P1.0,P.13,设置为输出线。,4,根行线和,4,根列线形成,16,个相交点，,如图,8.7,所示,。,图,8.7,矩阵键盘接口电路,8.1.3,键盘接口的编程,常用的键盘接口电路有以下几种：,1,利用,8155,构成的键盘接口电路,利用,8155,构成的键盘接口电路,如图,8.9,所示,。,2,利用,8279,构成的键盘接口,8279,是,Intel,公司生产的通用可编程键盘和显示器,I/O,接口器件，由于它本身可提供扫描信号，因而可代替处理器完成键盘和显示的控制，从而减轻了主机的负担。,3,利用单片机的串行口构成键盘接口电路,当单片机的串行口未用于串行通信时，可以将其用于键盘的接口扩展电路，这里给出接口电路,如图,8.12,所示,。,图,8.9,利用,8155,构成的键盘接口电路,图,8.12 8031,串行,I/O,口扩展的行列式键盘接口,8,.,2,显 示 接 口,显示系统是单片机控制系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值，以便使现场工作人员能够及时掌握生产过程。,8,.,2,.1 LED显示器的工作原理,8,.,2,.2,显示电路的分类与接口,8,.,2,.3,显示接口编程,8.2.1 LED,显示器的工作原理,1,7,段,LED,显示器的工作原理,7,段,LED,通常构成字型“,8”,，还有一个发光二极管用来显示小数点，因此有人称,7,段,LED,数码管为,8,段显示器。,LED,数码管的管脚配置,如图,8.13(a),所示。,LED,数码管有共阴极和共阳极两类，,如图,8.13(b),所示。将多只,LED,的阴极连在一起即为共阴式，而将多只,LED,的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，,LED,的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如将“,b”,和“,c”,段接上正电源，其他端接地或悬空，那么“,b”,和“,c”,段发光，此时，数码管将显示数字“,1”,。而将“,a”,、“,b”,、“,d”,、“,e”,和“,g”,段都接上正电源，其他引脚悬空，此时数码管将显示“,2”,。,使用,LED,显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码，通常称为控制发光二极管的,8,位字节数据为段选码。,7,段数码管加上一个小数点，共计,8,段，因此为,LED,显示器提供的编码正好是一个字节。,2,一位的,LED,显示电路,单片机最小应用系统的,P1,口直接与,LED,数码管的,a,g,引脚相连，中间接上限流电阻，,如图,8.14,所示,。值得一提的是，,80C51,并行口的输出驱动电流并非很大，为使,LED,有足够的亮度，,LED,数码管应选用高亮度的器件，或者加上驱动电路。,图,8.13 7,段,LED,显示器,图,8.14,一位的LED显示电路,8.2.2,显示电路的分类与接口,LED显示方式有静态显示和动态扫描显示两种方式。,1,静态显示,所谓静态显示，是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止。,4,位静态,LED,显示,如图,8.15,所示,。静态显示的特点是：,LED,由接口芯片直接驱动，采用较小的驱动电流就可以得到较高的显示亮度；但这种显示方式每一位都需要有一个,8,位输出口控制，所以占用硬件多，一般用于显示器倍数较小的场合。当位数较多时，用静态显示所需的,I/O,口太多，一般采用动态显示方式。,2,动态扫描显示,所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示，对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次，虽然在同一时刻只有一位显示在工作，但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，所以看到的却是多个字符“同时”显示，就像看胶片电影一样，一张张静止的胶片图片，当轮换速度足够快时，看起来就是连续的了。,显示器的亮度跟点亮时的导通电流有关，也跟点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电路和时间的参数，可实现亮度较高、较稳定的显示。若显示器的位数不大于,8,位，则控制显示，则控制显示器公共极电位只需一个,I/O,口,(,称为扫描口,),，控制各位显示器所显示的字形也需一个,8,位口,(,段选码,),，,如图,8.16,所示,。,图,8.15,4位静态LED显示,图,8.16,8位动态LED显示,8.2.3,显示接口编程,1,并口动态扫描显示电路,如图,8.17,所示,，图中,6,个,LED,采用共阴极连接，,8255,芯片为扩展的并行接口，,8255,的,A,口接,LED,显示器位扫描口，当某根,A,口线输出为低电平时，所连接的,LED,就被选通。,8255,的,B,口接,LED,显示器段数据输出口。,2,串行口静态扫描显示电路,单片机并行,I/O,口数量总是有限的，有时并行口需作其他更重要的用途，一般不会用数量众多的并行,I/O,口专门驱动显示电路。,80C51,的串行通信口是一个功能强大的通信口，下面利用串行通信口设计一个,5,位,LED,显示电路，,如图,8.18,所示,。显示器由,5,个共阴极,LED,数码管组成。输入只有两个信号，它们是串行数据线,DIN,和移位信号,CLK,。,5,个串,/,并移位寄存器芯片,74LS164,首尾相连。每片的并行输出作为,LED,数码管的段码。,图,8.17,6位动态LED显示电路,图,8.18,串行口静态扫描显示电路,8,.,3,DAC接口,在数字系统的应用中，通常要将一些被测量的物理量通过传感器送到数字系统进行加工处理；经过处理获得的输出数据又要送回物理系统，对系统物理量进行调节和控制。传感器输出的模拟电信号首先要转换成数字信号，数字系统才能对模拟信号进行处理。这种模拟量到数字量的转换称为模,-,数,(A/D),转换。处理后获得的数字量有时又需转换成模拟量，这种转换称为数,-,模,(D/A),变换。,A/D,转换器简称为,ADC,，,D/A,转换器简称为,DAC,，它们都是数字系统和模拟系统的接口电路。,8,.,3,.1 D/A转换器及其接口电路的一般特点,8,.,3,.2 D/A转换器的接口电路,8.3.1 D/A,转换器及其接口电路的一般特点,1,D/A,转换器的基本原理,D/A,转换器有并行和串行两种，在工业控制中，主要使用并行,D/A,转换器。,D/A,转换器的原理可以归纳为“按权展开，然后相加”。因此，,D/A,转换器内部必须要有一个解码网络，以实现按权值分别进行,D/A,转换。,解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络和,T,型电阻网络。,2,D/A,转换器的性能指标,D/A,转换器的主要技术指标包括转换精度、分辨率、转换速度和温度系数等。,3,典型的,D/A,转换器芯片,DAC0832,DAC0832,是一个,8,位,D/A,转换器。单电源供电，从,+5,+15V,均可正常工作。基准电压的范围为,10V,；电流建立时间为,1s,；,CMOS,工艺，功耗,20mW,。,4,DAC0832,工作方式,:,直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式,5,DAC0832,的应用,：单极性输出、双极性输出,8.3.2,D/A转换器的接口电路,由于,DAC0832,芯片本身具有数据锁存功能，所以可以从,P0,口直接送入。,1.,单缓冲输出方式,产生锯齿波,前面提到了单缓冲方式就是使,DAC0832,的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式。,通过在,DAC0832,的输出端接运算放大器，由运算放大器产生锯齿波来实现，电路连接,如图,8.26,所示,。,2,双缓冲方式,所谓双缓冲方式，就是将,DAC0832,内部的输入寄存器和,DAC,寄存器均连成独立的受控锁存方式。,图,8.26,DAC0832单缓冲方式接口,8,.,4,ADC接口,A/D,转换器的功能是将输入的模拟电压转换为输出的数字信号。将模拟量转换成与其成比例的数字量。一个完整的,AD,转换过程，必须包括采样、保持、量化、编码,4,部分电路。在具体实施时，常把这,4,个步骤合并进行。,8,.,4,.1 A/D转换器及其接口电路的一般特点,8,.,4,.2 A/D转换器的接口电路,8.4.1 A/D,转换器及其接口电路的一般特点,A/D,转换器按转换原理可分
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