機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì)

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)的選機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì)擇及接口設(shè)計(jì)第1頁/共105頁第四章第四章 微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì)第2頁/共105頁第四章第四章 微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì)第一節(jié)第一節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般知識(shí)微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般知識(shí) 第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路第三節(jié)第三節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的微機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與種類構(gòu)成與種類 第四節(jié)第四節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件與程序設(shè)計(jì)語言軟件與程序設(shè)計(jì)語言 第五節(jié)第五節(jié) 微機(jī)微機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域及其選用要點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域及其

2、選用要點(diǎn)第八節(jié)第八節(jié) 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其最小應(yīng)用系統(tǒng) 第九節(jié)第九節(jié) 數(shù)字顯示器及鍵盤的接口電路數(shù)字顯示器及鍵盤的接口電路 第十節(jié)第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入輸出控制可靠性設(shè)計(jì)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入輸出控制可靠性設(shè)計(jì) 習(xí)題與思考題習(xí)題與思考題第3頁/共105頁第4頁/共105頁第5頁/共105頁第6頁/共105頁第7頁/共105頁第8頁/共105頁第9頁/共105頁第10頁/共105頁第11頁/共105頁第12頁/共105頁第13頁/共105頁第14頁/共105頁（3）微型計(jì)算機(jī)選擇微型計(jì)算機(jī)選擇第15頁/共105頁第16頁/共105頁第17頁/共105頁第18頁/共

3、105頁第19頁/共105頁第20頁/共105頁第21頁/共105頁第22頁/共105頁第23頁/共105頁第24頁/共105頁單片機(jī)的設(shè)計(jì)充分考慮了機(jī)械的控制需要，它獨(dú)單片機(jī)的設(shè)計(jì)充分考慮了機(jī)械的控制需要，它獨(dú)有的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和輸入輸出有的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和輸入輸出(I/O)(I/O)能能力，提供了有效的控制功能、故又稱為力，提供了有效的控制功能、故又稱為微控制器微控制器(Microcontroller)(Microcontroller)。同時(shí)，它與通用微處理器一樣，具有很強(qiáng)的運(yùn)算同時(shí)，它與通用微處理器一樣，具有很強(qiáng)的運(yùn)算功能，因而它不但是一種高效能的過程控制機(jī)，功能，因而它不但是一

4、種高效能的過程控制機(jī)，同時(shí)也是同時(shí)也是有效的數(shù)據(jù)處理機(jī)有效的數(shù)據(jù)處理機(jī)。隨著單片機(jī)性能的。隨著單片機(jī)性能的提高和功能的增強(qiáng)，使單片機(jī)的應(yīng)用打破了原來提高和功能的增強(qiáng)，使單片機(jī)的應(yīng)用打破了原來認(rèn)為只能用于簡(jiǎn)單的小系統(tǒng)的概念。認(rèn)為只能用于簡(jiǎn)單的小系統(tǒng)的概念。目前，單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于家用電器、機(jī)電產(chǎn)品目前，單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于家用電器、機(jī)電產(chǎn)品、儀器儀表、辦公室自動(dòng)化產(chǎn)品、機(jī)器人等的機(jī)、儀器儀表、辦公室自動(dòng)化產(chǎn)品、機(jī)器人等的機(jī)電一體化。上至航天器、下至兒童玩具，均是單電一體化。上至航天器、下至兒童玩具，均是單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。第25頁/共105頁第26頁/共105頁第27頁/共105頁2

5、)單板機(jī)單板機(jī)在單板機(jī)的印制電路板上裝有在單板機(jī)的印制電路板上裝有一個(gè)十六進(jìn)制的小鍵盤和數(shù)字一個(gè)十六進(jìn)制的小鍵盤和數(shù)字顯示器顯示器,可完成一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)可完成一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理和編輯功能。用單板機(jī)實(shí)處理和編輯功能。用單板機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)電一體化成本現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)電一體化成本低，在機(jī)械設(shè)備的簡(jiǎn)易數(shù)控、低，在機(jī)械設(shè)備的簡(jiǎn)易數(shù)控、檢測(cè)設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人的控制檢測(cè)設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人的控制等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 第28頁/共105頁 根據(jù)需要，將微型計(jì)算機(jī)、根據(jù)需要，將微型計(jì)算機(jī)、ROMROM、RAMRAM、I/OI/O接口電路、電源等組裝在不同的印制接口電路、電源等組裝在不同的印制

6、電路板上，然后組裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，再電路板上，然后組裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，再配上鍵盤、配上鍵盤、CRTCRT顯示器、打印機(jī)、硬盤和顯示器、打印機(jī)、硬盤和軟盤驅(qū)動(dòng)器等多種外圍設(shè)備和足夠的系軟盤驅(qū)動(dòng)器等多種外圍設(shè)備和足夠的系統(tǒng)軟件統(tǒng)軟件, ,就構(gòu)成了一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。就構(gòu)成了一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。如如IBM-PC(IBM-PC(如：如：PP、P P 、PP等等) ) 。 由由PC機(jī)組成的控制系統(tǒng)可充分利用機(jī)組成的控制系統(tǒng)可充分利用PC機(jī)原有的系統(tǒng)資源，但由于機(jī)原有的系統(tǒng)資源，但由于PC機(jī)本來是機(jī)本來是用作辦公自動(dòng)化的，所以對(duì)操作環(huán)境有用作辦公自動(dòng)化的，所以對(duì)操作環(huán)境有一定的限制，因此，一定的限制，因此，普

7、通普通PC多用于數(shù)據(jù)多用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或其他環(huán)境較好的場(chǎng)合。當(dāng)用采集系統(tǒng)或其他環(huán)境較好的場(chǎng)合。當(dāng)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，對(duì)于各種干擾、振動(dòng)及在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，對(duì)于各種干擾、振動(dòng)及環(huán)境等要采取防范措施或采用環(huán)境等要采取防范措施或采用工業(yè)工業(yè)PC機(jī)機(jī)。 3) 3) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)普通普通PC機(jī)：機(jī)： 第29頁/共105頁第30頁/共105頁第31頁/共105頁(2)(2)按微處理機(jī)位數(shù)分類按微處理機(jī)位數(shù)分類第32頁/共105頁(3)(3)按用途分類按用途分類第33頁/共105頁第34頁/共105頁第35頁/共105頁 1. 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域第36頁/共105頁 不同領(lǐng)域可選用不同品種、不同檔次的

8、微機(jī)。不同領(lǐng)域可選用不同品種、不同檔次的微機(jī)。一般的工業(yè)控制設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、交通與能源管一般的工業(yè)控制設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、交通與能源管理等可使用理等可使用8位或位或16位微機(jī)系統(tǒng)；位微機(jī)系統(tǒng)；控制系統(tǒng)與被控對(duì)象分離時(shí)，可使用單板機(jī)、微控制系統(tǒng)與被控對(duì)象分離時(shí)，可使用單板機(jī)、微機(jī)系統(tǒng)；機(jī)系統(tǒng)；微機(jī)裝在產(chǎn)品內(nèi)時(shí)微機(jī)裝在產(chǎn)品內(nèi)時(shí)(如家用電器、計(jì)算器等如家用電器、計(jì)算器等)可采用可采用4位或位或8位單片機(jī)。位單片機(jī)。復(fù)雜實(shí)時(shí)控制及過程控制復(fù)雜實(shí)時(shí)控制及過程控制(如智能機(jī)器人、導(dǎo)航系如智能機(jī)器人、導(dǎo)航系統(tǒng)等統(tǒng)等),主要使用主要使用16位與位與32位微機(jī)。位微機(jī)。 總之，總之，4位機(jī)常用于較簡(jiǎn)單、規(guī)模較小的系

9、統(tǒng)位機(jī)常用于較簡(jiǎn)單、規(guī)模較小的系統(tǒng)(或產(chǎn)品或產(chǎn)品)，16位與位與32位機(jī)及位機(jī)及64位機(jī)主要用于較復(fù)雜位機(jī)主要用于較復(fù)雜的大系統(tǒng)，的大系統(tǒng)，8位機(jī)則用于中等規(guī)模的系統(tǒng)。位機(jī)則用于中等規(guī)模的系統(tǒng)。 2. 選用要點(diǎn)選用要點(diǎn)第37頁/共105頁一、單片機(jī)概述一、單片機(jī)概述 單片微機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)SCMC（Single Chip Micro Computer）的譯名簡(jiǎn)稱，常簡(jiǎn)稱為單片機(jī)單片機(jī)。由于主要面向控制，也叫微控制器微控制器（Micro-Controller UnitMCU），嵌入到專用系統(tǒng)中就叫嵌入式微控制器嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller）它包

10、括中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和并行I/O等等。 除了工業(yè)控制領(lǐng)域，單片微機(jī)在家用電器、電子玩具、通信、高級(jí)音響、圖形處理、語言設(shè)備、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域迅速發(fā)展。目前單片微機(jī)的世界年產(chǎn)量已達(dá)100億片，而在中國(guó)大陸地區(qū)單片微機(jī)的年應(yīng)用量已達(dá)6億片左右。由此可見單片微機(jī)的廣泛用途和發(fā)展前景！ 1970年微型計(jì)算機(jī)研制成功之后，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展又出現(xiàn)了單片微機(jī)。第38頁/共105頁第39頁/共105頁第40頁/共105頁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM（Random Access Memory）程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器 ROM（Rea

11、d Only Memory）閃速存儲(chǔ)器閃速存儲(chǔ)器 Flash MemoryEPROM Erazible Programmable ROMEEPROM/E2PROM Electrical Erasable Programmable ROM (如如winbond公司公司W(wǎng)27C系列系列)靜態(tài)存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器 SRAM Static RAM(6管管) 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 DRAM Dynamic RAM(4,3,1管管)按字節(jié)尋址：每個(gè)字節(jié)按字節(jié)尋址：每個(gè)字節(jié)( (8個(gè)位個(gè)位) )占一個(gè)地址占一個(gè)地址按位尋址：有的存儲(chǔ)器每一個(gè)位就有一個(gè)地址按位尋址：有的存儲(chǔ)器每一個(gè)位就有一個(gè)地址單片機(jī)的存儲(chǔ)器紫外

12、線擦除，如紫外線擦除，如2716(2Kx8 位位)、2732(4Kx8位位)、2764(8Kx8 位位)、27128(16Kx8位位)、27256(32Kx8 位位)、27512(64Kx8位位)等等第41頁/共105頁MCS-51單片機(jī)基本特性單片機(jī)基本特性8 8 位的位的 CPUCPU， 片內(nèi)有振蕩器和時(shí)鐘電路片內(nèi)有振蕩器和時(shí)鐘電路, ,工作頻率為工作頻率為 1 112MHz12MHz片內(nèi)有片內(nèi)有 128/256128/256字節(jié)字節(jié) RAMRAM片內(nèi)有片內(nèi)有 0K/4K/8K0K/4K/8K字節(jié)字節(jié) 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器ROMROM可尋址片外可尋址片外 64K64K字節(jié)字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)

13、據(jù)存儲(chǔ)器RAMRAM可尋址片外可尋址片外 64K64K字節(jié)字節(jié) 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器ROMROM片內(nèi)片內(nèi) 21/2621/26個(gè)個(gè) 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）4 4個(gè)個(gè)8 8位位 的并行的并行I/OI/O口（口（PIOPIO）1 1個(gè)個(gè) 全雙工串行口（全雙工串行口（SIO/UARTSIO/UART）2/32/3個(gè)個(gè)1616位位 定時(shí)器定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)器（TIMER/COUNTERTIMER/COUNTER）可處理可處理 5/65/6個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)內(nèi)置內(nèi)置1 1個(gè)布爾處理器和個(gè)布爾處理器和1 1個(gè)布爾累加器（個(gè)布爾累加器（CyCy）M

14、CS-51MCS-51指令集含指令集含 111111條指令條指令(254(254個(gè)代碼個(gè)代碼) )第42頁/共105頁MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第43頁/共105頁第44頁/共105頁第45頁/共105頁第46頁/共105頁第47頁/共105頁第48頁/共105頁第49頁/共105頁 一、數(shù)字顯示器的結(jié)構(gòu)及其工作原理一、數(shù)字顯示器的結(jié)構(gòu)及其工作原理 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用LED(發(fā)光二極管，發(fā)光二極管，Light Emitting Diode )、CRT（陰極射線管（陰極射線管Cathode Ray Tube）顯示器和）顯示器和LCD(液晶顯示器，液晶顯示器，L

15、iquid Crystal Display )等作為顯示器件。其中等作為顯示器件。其中LED和和LCD成本低、配置靈活、與單片機(jī)接口方便，應(yīng)用廣泛。成本低、配置靈活、與單片機(jī)接口方便，應(yīng)用廣泛。 第50頁/共105頁LED是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆劃發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆劃發(fā)亮。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。這種管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。這種筆劃式的七段顯示器筆劃式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量少，但控制簡(jiǎn)單、使用方便。，能顯示的字符數(shù)量少，但控制簡(jiǎn)單、使用方便。

16、發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極共陽極顯示器，陰極顯示器，陰極連在一起的稱為連在一起的稱為共陰極共陰極顯示器。顯示器。共陽極共陽極共陰極共陰極第51頁/共105頁第52頁/共105頁第53頁/共105頁七段七段LED的段選碼的段選碼 第54頁/共105頁第55頁/共105頁第56頁/共105頁第57頁/共105頁第58頁/共105頁第59頁/共105頁第60頁/共105頁第61頁/共105頁位選通信號(hào)位選通信號(hào) (0 x002H) 段碼輸出段碼輸出(0 x004H)地址總線地址總線 實(shí)驗(yàn)儀提供了6位8段碼LED顯示電路，只要按地址輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示器

17、的控制。顯示共有顯示共有6位，用動(dòng)態(tài)位，用動(dòng)態(tài)方式顯示方式顯示。8位段碼、6位 位 碼 是 由 兩 片74LS374輸出。位碼經(jīng)MC1413或ULN2003倒相驅(qū)動(dòng)后，選擇相應(yīng)顯示位。 實(shí)驗(yàn)儀中8位段碼輸出地址為0X004H，位碼輸出地址為 0X002H。此處X是由KEY/LED CS 決定，參見地址譯碼。做鍵盤和LED實(shí)驗(yàn)時(shí)，需將需將KEY/LED CS 接到相應(yīng)的地址接到相應(yīng)的地址譯碼上譯碼上,以便用相應(yīng)的地址來訪問以便用相應(yīng)的地址來訪問。例如，將KEY/LED CS 接到CS0上，則段碼地址為08004H，位碼地址為08002H。第62頁/共105頁CS008000H08FFFHCS10

18、9000H09FFFHCS20A000H0AFFFHCS30B000H0BFFFHCS40C000H0CFFFHCS50D000H0DFFFHCS60E000H0EFFFHCS70F000H0FFFFH第63頁/共105頁第64頁/共105頁鍵盤及鍵盤及LED顯示電路顯示電路 實(shí)驗(yàn)儀的實(shí)驗(yàn)儀的LED顯示電路和鍵盤電路如圖。顯示控制的顯示電路和鍵盤電路如圖。顯示控制的位碼由位碼由74HC374輸出，經(jīng)輸出，經(jīng)MC1413反向驅(qū)動(dòng)后，做反向驅(qū)動(dòng)后，做LED的位選通信號(hào)。位選通信號(hào)也可做為鍵盤列掃描的位選通信號(hào)。位選通信號(hào)也可做為鍵盤列掃描碼，鍵盤掃描的行數(shù)據(jù)從碼，鍵盤掃描的行數(shù)據(jù)從74HC245讀

19、回，讀回，374輸出的輸出的列掃描碼經(jīng)列掃描碼經(jīng)245讀入后，用來判斷是否有鍵被按下，以讀入后，用來判斷是否有鍵被按下，以及按下的是什么鍵。如果沒有鍵按下，由于上拉電阻及按下的是什么鍵。如果沒有鍵按下，由于上拉電阻的作用，經(jīng)的作用，經(jīng)245讀回的值為高，如果有鍵按下，讀回的值為高，如果有鍵按下，374輸輸出的低電平經(jīng)過按鍵被接到出的低電平經(jīng)過按鍵被接到245的端口上，這樣從的端口上，這樣從245讀回的數(shù)據(jù)就會(huì)有低位，根據(jù)讀回的數(shù)據(jù)就會(huì)有低位，根據(jù)374輸出的列信號(hào)和輸出的列信號(hào)和245讀回的行信號(hào)，就可以判斷哪個(gè)鍵被按下。讀回的行信號(hào)，就可以判斷哪個(gè)鍵被按下。LED顯示顯示的段碼由另一個(gè)的段碼

20、由另一個(gè)74HC374輸出。輸出。第65頁/共105頁顯示字形顯示字形gfedcba段碼段碼001111113fh1000011006h210110115bh310011114fh4110011066h511011016dh611111017dh7000011107h811111117fh911011116fhA111011177hb11111007chC011100139hd10111105ehE111100179hF111000171h第66頁/共105頁第67頁/共105頁第68頁/共105頁第69頁/共105頁第70頁/共105頁程序。程序。第71頁/共105頁第72頁/共105頁第7

21、3頁/共105頁第74頁/共105頁第75頁/共105頁 例如：例如： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 1 1 0 1 1 1 7 7 H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 1 1 1 0 1 1 7 B H 對(duì)于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由對(duì)于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)唯一確定，因此可分別對(duì)行號(hào)和列號(hào)唯一確定，因此可分別對(duì)行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，兩值合成一個(gè)字節(jié)，高高4位是行號(hào)，位是行號(hào)，低低4位是列號(hào)。位是列號(hào)。 第76頁/共105頁 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，

22、鍵盤掃描只是CPU工作的一個(gè)內(nèi)工作的一個(gè)內(nèi)容之一。容之一。CPU在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤掃描在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤掃描，即既保證不失時(shí)機(jī)地響應(yīng)鍵操作，又不過多占用，即既保證不失時(shí)機(jī)地響應(yīng)鍵操作，又不過多占用CPU時(shí)時(shí)間。因此，要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中間。因此，要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中CPU的忙、閑情況，選擇好的忙、閑情況，選擇好鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式有鍵盤的工作方式有編程掃描方式編程掃描方式、定時(shí)掃描方式和中、定時(shí)掃描方式和中斷掃描方式三種斷掃描方式三種。 a) 編程掃描工作方式編程掃描工作方式: 利用利用CPU在完成其他工作的空閑在完成其他工作的空閑，調(diào)用鍵盤掃

23、描子程序，來響應(yīng)鍵輸入要求。在執(zhí)行鍵功，調(diào)用鍵盤掃描子程序，來響應(yīng)鍵輸入要求。在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)，能程序時(shí)，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求不再響應(yīng)鍵輸入要求。 下面以上圖下面以上圖8155擴(kuò)展擴(kuò)展I/O口組成的行列式鍵盤為例，介口組成的行列式鍵盤為例，介紹編程掃描工作方式的工作過程與鍵盤掃描子程序流程。紹編程掃描工作方式的工作過程與鍵盤掃描子程序流程。在該鍵盤中，在該鍵盤中，鍵值與鍵號(hào)相一致鍵值與鍵號(hào)相一致，依次排列為，依次排列為031，共，共32個(gè)鍵，由個(gè)鍵，由1個(gè)個(gè)8位口和位口和1個(gè)個(gè)4位口組成位口組成48的行列式鍵盤。在的行列式鍵盤。在鍵盤掃描子程序中完成下述幾個(gè)功能：鍵盤掃描子程序中完成下述

24、幾個(gè)功能：第77頁/共105頁第78頁/共105頁第79頁/共105頁第80頁/共105頁第81頁/共105頁第82頁/共105頁第83頁/共105頁在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤和顯示器往往需同時(shí)使用，為在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤和顯示器往往需同時(shí)使用，為節(jié)省節(jié)省I/O口線口線，可將鍵盤和顯示電路做在一起，構(gòu)成實(shí)用的鍵盤、顯示電路。下圖，可將鍵盤和顯示電路做在一起，構(gòu)成實(shí)用的鍵盤、顯示電路。下圖是用是用8155并行擴(kuò)展并行擴(kuò)展I/O口構(gòu)成的典型的鍵盤、顯示接口電路?？跇?gòu)成的典型的鍵盤、顯示接口電路。 LED顯示器采用共陰極數(shù)碼顯示器采用共陰極數(shù)碼管。管。8155的的B口用作數(shù)碼管段選口用作數(shù)碼管段選

25、碼輸出口；碼輸出口；A口用作數(shù)碼管位選口用作數(shù)碼管位選碼輸出口，同時(shí)，它還用作鍵碼輸出口，同時(shí)，它還用作鍵盤列選口；盤列選口；C口用作鍵盤行掃描口用作鍵盤行掃描信號(hào)輸入口。當(dāng)其選用信號(hào)輸入口。當(dāng)其選用4根口線根口線時(shí)，可構(gòu)成時(shí)，可構(gòu)成48鍵盤，選用鍵盤，選用6根根口線時(shí)，可構(gòu)成口線時(shí)，可構(gòu)成68鍵盤。鍵盤。LED采用動(dòng)態(tài)顯示軟件譯碼，采用動(dòng)態(tài)顯示軟件譯碼，鍵盤采用逐列掃描查詢工作方鍵盤采用逐列掃描查詢工作方式，式，LED的驅(qū)動(dòng)采用的驅(qū)動(dòng)采用74LS244總總線驅(qū)動(dòng)器。線驅(qū)動(dòng)器。 還可采用專用的鍵盤、顯示器接口的芯片還可采用專用的鍵盤、顯示器接口的芯片Intel 8279。 第84頁/共105頁

26、鍵盤及鍵盤及LED顯示電路顯示電路 實(shí)驗(yàn)儀的實(shí)驗(yàn)儀的LED顯示電路和鍵盤電路如圖。顯示控制的顯示電路和鍵盤電路如圖。顯示控制的位碼由位碼由74HC374輸出，經(jīng)輸出，經(jīng)MC1413反向驅(qū)動(dòng)后，做反向驅(qū)動(dòng)后，做LED的位選通信號(hào)。位選通信號(hào)也可做為鍵盤列掃描的位選通信號(hào)。位選通信號(hào)也可做為鍵盤列掃描碼，鍵盤掃描的行數(shù)據(jù)從碼，鍵盤掃描的行數(shù)據(jù)從74HC245讀回，讀回，374輸出的輸出的列掃描碼經(jīng)列掃描碼經(jīng)245讀入后，用來判斷是否有鍵被按下，以讀入后，用來判斷是否有鍵被按下，以及按下的是什么鍵。如果沒有鍵按下，由于上拉電阻及按下的是什么鍵。如果沒有鍵按下，由于上拉電阻的作用，經(jīng)的作用，經(jīng)245讀

27、回的值為高，如果有鍵按下，讀回的值為高，如果有鍵按下，374輸輸出的低電平經(jīng)過按鍵被接到出的低電平經(jīng)過按鍵被接到245的端口上，這樣從的端口上，這樣從245讀回的數(shù)據(jù)就會(huì)有低位，根據(jù)讀回的數(shù)據(jù)就會(huì)有低位，根據(jù)374輸出的列信號(hào)和輸出的列信號(hào)和245讀回的行信號(hào)，就可以判斷哪個(gè)鍵被按下。讀回的行信號(hào)，就可以判斷哪個(gè)鍵被按下。LED顯示顯示的段碼由另一個(gè)的段碼由另一個(gè)74HC374輸出。輸出。第85頁/共105頁第86頁/共105頁第87頁/共105頁第88頁/共105頁為了防止強(qiáng)電干擾以及其他干擾信號(hào)通過為了防止強(qiáng)電干擾以及其他干擾信號(hào)通過I/OI/O控制電路進(jìn)入控制電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，影響其工作，

28、通常的辦法是計(jì)算機(jī)，影響其工作，通常的辦法是首先采用首先采用濾波吸收濾波吸收，抑抑制干擾信號(hào)的產(chǎn)生，然后采用制干擾信號(hào)的產(chǎn)生，然后采用光電隔離光電隔離的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)電部件不共地，阻斷干擾信號(hào)的傳導(dǎo)電部件不共地，阻斷干擾信號(hào)的傳導(dǎo)。光電隔離電路主要由。光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成，如下圖所示光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成，如下圖所示. .第89頁/共105頁圖圖a，控制輸出控制輸出時(shí)，微機(jī)輸出的控制信號(hào)經(jīng)時(shí)，微機(jī)輸出的控制信號(hào)經(jīng)74LS04非門反非門反相后，加到光電耦合器相后，加到光電耦合器G的發(fā)光二極管正端。的發(fā)光二極管正端。1.當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)當(dāng)控制

29、信號(hào)為高電平時(shí)，經(jīng)反相后，加到發(fā)光二極管，經(jīng)反相后，加到發(fā)光二極管正端的電平為低電平，因此，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，沒正端的電平為低電平，因此，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，沒有光發(fā)出。這時(shí)光敏晶體管截止，有光發(fā)出。這時(shí)光敏晶體管截止，輸出信號(hào)幾乎等于輸出信號(hào)幾乎等于加在光敏晶體管集電極上的電源電壓。加在光敏晶體管集電極上的電源電壓。2.當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光，光，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光，光敏晶體管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光而導(dǎo)通，于是敏晶體管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光而導(dǎo)通，于是輸出輸出端的電平幾乎等于零端的電平幾乎等于零。圖圖b，將光電耦合器用于，將光電耦合器用于信息的輸入信息

30、的輸入。第90頁/共105頁第91頁/共105頁第92頁/共105頁第93頁/共105頁 二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)圖圖a表示：微機(jī)輸出的開關(guān)量信號(hào)通過功率放大后，能表示：微機(jī)輸出的開關(guān)量信號(hào)通過功率放大后，能夠驅(qū)動(dòng)有關(guān)夠驅(qū)動(dòng)有關(guān)小功率的直流電磁鐵小功率的直流電磁鐵YA。圖圖b表示：如果是交流電磁鐵，或大功率的直流電磁鐵表示：如果是交流電磁鐵，或大功率的直流電磁鐵，就需使用，就需使用繼電器繼電器K作進(jìn)一步的功率放大。作進(jìn)一步的功率放大。圖圖c表示：利用繼電器表示：利用繼電器K也可驅(qū)動(dòng)小功率的交流電動(dòng)機(jī)也可驅(qū)動(dòng)小功率的交流電動(dòng)機(jī)。圖圖d表示：對(duì)于表示：對(duì)于大功率大功率的交流電動(dòng)機(jī)，

31、還需增加的交流電動(dòng)機(jī)，還需增加交流接交流接觸器觸器C才能驅(qū)動(dòng)。才能驅(qū)動(dòng)。第94頁/共105頁 2. 數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換第95頁/共105頁3. 數(shù)模數(shù)模(D/A)、模數(shù)、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換第96頁/共105頁 4. 電量非電量轉(zhuǎn)換電量非電量轉(zhuǎn)換第97頁/共105頁4-1 4-1 試說明試說明CPUCPU、MCMC與與MCSMCS之關(guān)系。之關(guān)系。4-2 4-2 試說明微型計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)及選用要點(diǎn)試說明微型計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)及選用要點(diǎn). . 4-3 4-3 在設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)中首先會(huì)遇到的問題是什么？在設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)中首先會(huì)遇到的問題是什么？4-4 4-4 從控制的角度得出所選擇的微機(jī)應(yīng)能滿足哪些要求？從控制的角度得出所選擇的微機(jī)應(yīng)能滿足哪些要求？4-9 4-9 試說明試說明MCS51MCS51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。4-10 4-10 單片機(jī)具有哪些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)？單片機(jī)具有哪些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)？4-11 4-11 常用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的種類有哪些？常用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的種類有哪些？4-12 4-12 試說明試說明80318031單片機(jī)的輸入輸出及存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法。單片機(jī)的輸入輸出及存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法。4-13 4-13 試說明七段試說明七段LEDLED的組成原理。的組成原理。4-14 4-14 靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯