第8章-應用系統(tǒng)配置及接口技術(shù)ppt課件(全)

1、第8章 應用系統(tǒng)配置及接口技術(shù)上海電子信息職業(yè)技術(shù)學院 何永艷主編8.1 按鍵概述鍵盤的結(jié)構(gòu)規(guī)則排列的按鍵組成，一個按鍵實際上是一個開關(guān)元件。鍵盤通常使用機械觸點式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機械上的通斷轉(zhuǎn)換1和0。常見的種類有獨立式按鍵和矩陣式鍵盤。 8.1.1 獨立式按鍵1.按鍵開關(guān)去抖動問題 按鍵在閉合和斷開時，觸點會存在抖動現(xiàn)象： 圖8.1 鍵操作和鍵抖動如圖8.1所示，鍵盤的抖動時間一般為510ms，抖動現(xiàn)象會引起CPU對一次鍵操作進行多次處理，從而可能產(chǎn)生錯誤。 消除抖動不良后果的方法有：硬件、軟件兩種方法 硬件去抖動 圖8.2硬件消抖電路簡單實用，效果較好 軟件去抖動 檢測到按鍵按下

2、后，執(zhí)行延時10ms子程序后再確認該鍵是否確實按下，從而消除抖動影響。 2.按鍵連接方式特點特點： 各按鍵相互獨立，電路配置靈活； 按鍵數(shù)量較多時，I/O端線耗費較多，電路結(jié)構(gòu)繁雜； 軟件結(jié)構(gòu)簡單。適用于按鍵數(shù)量較少的場合 8.1.2 獨立式按鍵接口電路應用1.按鍵直接與I/O口連接 【例8.2】結(jié)構(gòu)如圖8.4所示，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O線，每個按鍵工作不會影響其他I/O口線的狀態(tài)。多用于所需按鍵不多的場合，可采用JNB或JB來查詢哪一個按鍵按下，并轉(zhuǎn)向相應的功能處理程序。JNB P1.0,B1；如P1.0鍵按下，則跳到B1圖8.4獨立式按鍵JNB P1.1,B2；如P1.1鍵按下

3、，則跳到B2 JNB P1.2,B3 JNB P1.3,B4 JNB P1.4,B5 JNB P1.5,B6JNB P1.6,B7 JNB P1.7,B8圖8.4獨立式按鍵8.1.3 用獨立式按鍵控制燈移動【例8.3】如圖8.5所示電路，用4個獨立式按鍵開關(guān)組成獨立式按鍵，要求按下K1，燈依次左移；按下K2，燈依次右移；按下K3，使右邊4個燈與左邊4個燈交替閃爍；按下K4，使燈閃爍。 圖8.5 獨立式按鍵控制電路圖8。6 程序流程圖程序見書8.2 矩陣式鍵盤8.2.1 矩陣式鍵盤在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖8.7所示。 圖8.7矩陣式鍵盤矩陣式

4、鍵盤的按鍵識別方法： 確定矩陣式鍵盤上有無按鍵被按下的“行掃描法”。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，按鍵識別過程如下。1）判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。2）判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。8.2.2 用矩陣式鍵盤應用【例8.4】圖8.5所示。80C51單片機的P1口用作鍵盤I/O口，鍵盤的列線接到P1口的低4位，鍵盤的行線接到P1口的高4位。列線分別接有4個上拉電阻到正電源+5V，并把列線設置為輸入線，行線設置為輸出線。4根行線和4根列線形成16個相交點。圖8.6鍵盤掃描程序流程圖

5、方法：1.檢測當前是否有鍵被按下。2.去除鍵抖動。3.若有鍵被按下，應識別出是哪一個鍵閉合。方法是對鍵盤的行線進行掃描。 8.3 LED顯示器顯示器接口是實現(xiàn)單片機信息輸出的重要電路。用戶的程序、數(shù)據(jù)、命令等相關(guān)信息的表示都需要通過顯示裝置顯示，才能直觀的知道輸入的正確與否。目前在單片機應用中，常用的有LED顯示器和LCD顯示器兩大類，顯示方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種， 8.3.1 LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理用LED數(shù)碼數(shù)碼管顯示器來顯示各種數(shù)字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。LED數(shù)碼管的主要特點如下：（1）能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與C

6、MOS、ITL電路兼容。（2）發(fā)光響應時間極短（0.1s），高頻特性好，單色性好，亮度高。（3）體積小，重量輕，抗沖擊性能好。（4）壽命長，使用壽命在10萬小時以上，甚至可達100萬小時。成本低。因此它被廣泛用作數(shù)字儀器儀表、數(shù)控裝置、計算機的數(shù)顯器件。共陽極LED共陰極LED如何將顯示數(shù)轉(zhuǎn)換為顯示字段碼呢？轉(zhuǎn)換過程需分兩步進行。 從顯示數(shù)中分離出顯示的每一位數(shù)字，通用的方法是將顯示數(shù)除以十進制的權(quán)。例顯示數(shù)238，除以100，分離出百位顯示數(shù)字2；再除以10，分離出十位顯示數(shù)字3；余數(shù)3為個位顯示數(shù)字。 將分離出的顯示數(shù)字轉(zhuǎn)換為顯示字段碼，通常方法是查表。8.3.2 用4位開關(guān)控制LED顯示

7、器【例8.5】P3作為輸入端口接有1組8個DIP撥動開關(guān)，開關(guān)的另一端接地。P0作為輸出端口接有1位LED顯示器。用DIP開關(guān)中的低4位作二進制的輸入，控制輸出端數(shù)碼管顯示器的顯示。電路原理圖如圖8.8所示。程序流程圖如圖8.9所示。 圖8.8 DIP開關(guān)輸入電路圖圖8.9 程序流程圖8.3.3 用矩陣式鍵盤控制LED顯示器【例8.6】如圖8.10所示的電路，使用44矩陣式鍵盤，共有16個按鍵，通過掃描方法控制顯示器輸出0F十六進制數(shù)。圖8.10 矩陣式鍵盤控制LED顯示器電路在使用按鍵數(shù)量較多的場合下，可以將按鍵開關(guān)按矩陣式排列組成矩陣式鍵盤。在單片機P3端口接有44矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤由

8、4條行線和4條列線所組成，16個按鍵設置在行、列線交叉點上。當掃描開始時，首先將行設置低電平，在判斷有鍵按下后，讀入列狀態(tài)。如果列狀態(tài)出現(xiàn)并非全部為1狀態(tài)，這時0狀態(tài)的列與行相交的鍵就是被按下的鍵。使用矩陣式鍵盤時，通過不斷對鍵盤進行掃描的辦法來確定是否有鍵被按下。一旦按下不同的鍵號，顯示器就會顯示出相應的數(shù)。對于按鍵的抖動，通過調(diào)用延時子程序這種軟件方法來消除。 圖8.11 程序流程圖8.3.4 靜態(tài)顯示電路在靜態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字段需要一個8位I/O口控制，而且該I/O口須有鎖存功能，相應的驅(qū)動電路能夠鎖存數(shù)據(jù)并使顯示器顯示穩(wěn)定的顯示相應的信息直至CPU刷新。N位顯示器就要N個8

9、位。靜態(tài)顯示連接電路的特點為編程較簡單，但占用I/O口線多，一般適用于顯示位數(shù)較少的場合。 【例8.7】并行擴展靜態(tài)顯示電路。3位LED靜態(tài)顯示電路如圖8.12所示，編制顯示子程序，顯示數(shù)（255）存在內(nèi)RAM 30H中。 圖8.12 3位LED靜態(tài)顯示電路芯片74377為帶有輸出允許控制的8D觸發(fā)器。 芯片介紹74377并行擴展8位I/O口 ，P0輸出8位字段碼，P2.5,P2.6,P2.7分別片選百、十、個位74377,控制顯示。8.3.5 交通路口讀秒計時顯示器【例8.8】交通路口讀秒計時顯示器，2位LED顯示器要求能顯示060S。硬件電路如圖8.13所示，采用靜態(tài)掃描方式。 8.13

10、交通路口讀秒計時顯示器電路芯片7447介紹七段LED數(shù)碼顯示器的輸入信號應該是要顯示數(shù)字的七段碼，而一般習慣上將要顯示的數(shù)字直接以8421BCD碼的形式由單片機輸出。這時就需要一個轉(zhuǎn)換器件，她將單片機輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換成七段碼，然后送給七段LED數(shù)碼顯示器。7447就是這樣一種器件，它的全稱是4線七段譯碼器/驅(qū)動器，其輸入是4位8421BCD碼，輸出是七段碼。用80C51的P1.0P1.3經(jīng)7447控制個位的LED顯示器，P1.4P1.7經(jīng)7447控制十位的LED顯示器。做交通路口讀秒顯示器時也可以不使用7447,而是將數(shù)字09的七段碼以表格的形式存放在RAM單元中，然后通過查表指令實

11、現(xiàn)從8421BCD碼到七段碼的轉(zhuǎn)換。8.3.6 動態(tài)顯示電路為了實現(xiàn)LED顯示器的動態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段碼（字形編碼）的輸入之外，還要對顯示器加位的控制（控制LED顯示器亮滅），這就是通常所說的位控和段控。段位的連接方式為將顯示各位的所有相同字段線連在一起，共8段，由一個8位I/O口控制，而每一位的公共端（共陽或共陰COM）由另一個I/O口控制，這種連接就是位控連接方式。在動態(tài)顯示即單片機定時對顯示器掃描。此時，顯示器件分時工作，每次只能有一個器件顯示。即在這一瞬間，只有一位在顯示，其他幾位暗。同樣，在下一瞬間，單獨顯示下一位，這樣依次循環(huán)掃描，輪流顯示，由于人的視覺滯留效應，人們看到

12、的是多位同時穩(wěn)定顯示。動態(tài)顯示方式編程較復雜，CPU要定時掃描刷新顯示，占用CPU，只要單片機不執(zhí)行顯示程序，顯示就立即停止。使用元件少，電路較簡單，硬件成本低，如圖8.14所示，只有1個段碼端口但是有4個位碼端口?！纠?.9】如圖8.14是一個共陰型8位動態(tài)顯示電路，試編制循環(huán)掃描（10次）顯示子程序，已知顯示字段碼存在以30H（低位）為首址的8字節(jié)內(nèi)RAM中。8.14 共陰極8位動態(tài)顯示電路8.4 8255可編程外圍接口芯片從前面學習中知道，80C51在系統(tǒng)擴展時，P0口，P2口常被用作地址線，P0又被兼做數(shù)據(jù)線，P3口被專用線占用，只有P1口可以用作I/O接口，但是只有一個8位I/O接口

13、往往是不夠的，故I/O接口也需要擴展，本節(jié)重點介紹I/O接口擴展方法及應用實例。I/O接口一般有二種擴展方法：總線擴展法，串行口擴展法?？偩€擴展又可分為簡單I/0接口擴展和可編程I/O接口擴展。簡單I/O接口擴展常用芯片有TTL、CMOS鎖存器、三態(tài)門，如74系列的373、244、273、367等，可編程芯片有8255、8155等。 8.4.1 8255芯片介紹8255是Intel公司生產(chǎn)的一種可編程芯片，8255合理設置，應用靈活，可與MCS-51單片機系統(tǒng)總線直接接口。1.8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能圖8.15 8255引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.8255的控制字8255是一個可編程器件，其工作方式

14、由軟件來選擇，類似于單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器及串行通信端口等的工作方式選擇。8255有兩種控制字，方式選擇控制字和端口PC置位復位控制字，這兩種控制字都寫入8255的控制寄存器中。8255的控制字格式中最高位D7是特征位。D7=1是方式選擇控制字，D7=0是PC口置位/復位控制字。1）方式選擇控制字2）PC口按位置位/復位控制字3.8255擴展電路及地址設置（1）8255地址口確定圖8.18 80C51擴展一片8255電路（2）8255初始化使用8255芯片時，首先要對它初始化。所謂初始化，是對8255的3個端口的工作方式預先設置。設置控制字經(jīng)控制口寫入。4.8255的工作方式8255有三種可

15、通過程序來選擇的基本工作方式：方式0基本輸入輸出方式；方式1選通輸入輸出方式；方式2雙向傳送方式（僅用于PA口）。工作方式的選擇由方式控制字決定。8.4.2 利用8255 實現(xiàn)簡單輸入輸出應用 【例8.10】試設計一個80C51單片機與并行接口芯片8255的接口電路。端口A接一組指示燈，顯示的內(nèi)容由A口輸出至指示燈； 端口B接一組開關(guān)，將開關(guān)的內(nèi)容由B口輸入，并將此開關(guān)狀態(tài)通過A口由指示燈顯示出來。8255的A口、B口、C口和控制字的地址分別為7F00H、7F01H、7F02H和7F03H。圖8.19 80C51單片機與8255的接口電路1.使8只LED循環(huán)點亮源程序如下：D8255 EQU

16、7F03HH ;8255 狀態(tài)/命令口地址D8255A EQU 7F00H ;8255 PA 口地址D8255B EQU 7F01H ;8255 PB 口地址D8255C EQU 7F02H ;8255 PC 口地址 ORG 0000H LJMP START ORG 0100HSTART: MOV SP,#60H LCALL DELAY ;延時 MOV DPTR,#D8255 MOV A,#82H ;置8255狀態(tài) ;方式0，PA，PC口輸出，PB口輸入 MOVX DPTR,A MOV A,#7FH MOV DPTR,#D8255AROTATE: MOVX DPTR,A ;點亮LED RL A

17、 ;循環(huán)右移 LCALL DELAY ;延時 SJMP ROTATEDELAY: MOV R0,#0H ;延時子程序DELAY1: MOV R1,#0H DJNZ R1,$ DJNZ R0,DELAY1 RET END2.開關(guān)的狀態(tài)在對應LED上顯示出來。源程序如下：D8255 EQU 7F03H ;8255 狀態(tài)/命令口地址D8255A EQU 7F00H ;8255 PA 口地址D8255B EQU 7F01H ;8255 PB 口地址D8255C EQU 7F02H ;8255 PC 口地址 ORG 0000H LJMP START ORG 0100HSTART: LCALL DELAY

18、 ;延時 MOV DPTR,#D8255 MOV A,#82H ;置8255狀態(tài) ;方式0，PA，PC口輸出，PB口輸入 MOVX DPTR,AROTATE: MOV DPTR,#D8255B MOVX A,DPTR ;讀開關(guān)狀態(tài) MOV DPTR,#D8255A MOVX DPTR,A ;點亮對應的LED SJMP ROTATEDELAY: MOV R0,#0H ;延時子程序DELAY1: MOV R1,#0H DJNZ R1,$ DJNZ R0,DELAY1 RET END8.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換接口由于單片機只能對數(shù)字信號進行處理。而在測控領(lǐng)域中，很多時候需要對模擬量進行采集、處理，這些模擬量涉

19、及到溫度、速度、壓力、電流、電壓等信號。所有常常需要把檢測到的連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便單片機進行加工和處理，這便需要用到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件，其具有數(shù)字量輸出，并和單片機接口方便，還具有體積小、功能強、誤差小、功耗低、可靠性高等優(yōu)點，因此得到廣泛應用。這種轉(zhuǎn)換過程稱為A/D轉(zhuǎn)換，完成這種轉(zhuǎn)換的器件稱為A/D轉(zhuǎn)換器。 8.5.1 A/D轉(zhuǎn)換器 數(shù)據(jù)采集是將模擬信號源輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并送入單片機中保存和進行處理的過程。常用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片有ADC0809（8位），ADC0804（10位），AD574（12位）。在此介紹A/DC0809芯片的使用。1.A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指

20、標1）分辨率分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。2）量化誤差3）轉(zhuǎn)換精度：A/D轉(zhuǎn)換精度指出了一個實際A/D轉(zhuǎn)換在量化值上與理想A/D轉(zhuǎn)換器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的差值，可以用兩個方式來表示：絕對精度：用最低位（LSB）的倍數(shù)表示，如1/2LSB等。用絕對精度除以滿量程值的百分數(shù)來表示。4）轉(zhuǎn)換時間與轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換時間為完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，轉(zhuǎn)換速度是轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)2.A/D轉(zhuǎn)換器的分類按其轉(zhuǎn)換原理，可分為逐次近式，雙積分式和V/F轉(zhuǎn)換式1）逐次逼近式逐次逼近式A/D屬直接式A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度高，轉(zhuǎn)換速度快，是目前應用最為廣泛的A/D轉(zhuǎn)換，缺點是抗干擾能力較差，比如

21、8位ADD809，12位的AD574等。2）雙積分式雙積分式是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器，其優(yōu)點是抗干擾能力強，轉(zhuǎn)換精度高，缺點是轉(zhuǎn)換時間長，速度較慢。比如31/2位14433，41/2位71353）V/F轉(zhuǎn)換式V/F轉(zhuǎn)換式是將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號可以代替A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強。比如：AD650，LM331等 8.5.2 ADC0809 8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，8位，28引腳，雙列直插式，最快的轉(zhuǎn)換速度為100s,圖8.20所示為內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖。它由8路模擬開關(guān)，8位A/D轉(zhuǎn)換器，三態(tài)輸出鎖存器以及地址鎖存器譯瑪器等組成。8.5.3 ADC0809

22、應用【例8.11】如圖8.21所示為例，將IN0IN7通道的模擬量各采樣一次，結(jié)果放入40H47H單元中，下面分別用查詢和中斷二種方式實現(xiàn)圖8.21 ADC0809與80C51的連接（1）查詢方式程序清單如下：ORG 0000HSTART： MOV R0，#47H ; ；采樣數(shù)據(jù)存放首址MOV DPTR ,#7FFFH ；IN7通道地址MOV R2，#08H ；模擬量通道道數(shù)CLR EX0LOOP： MOVX R1， A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換 MOV R3， #20H DELY： DJNZ R3，DELY ；等待EOC信號變低 SETB P3.2POLL： JB P3.2，POLL ；查詢轉(zhuǎn)換是否

23、結(jié)束 MOVX A , DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R0， A ；存放結(jié)果 DEC R0 DEC DPL ；DPTR減1，指向下個通道 DJNZ R2 ，LOOP ；8通道未完，則采集下一個通道SJMP $ END在上述程序中，有一段延時程序，其目的是A/D啟動后，需等待一段時間后EOC信號才變低 （2）中斷方式程序清單如下：ORG 0000HSTART： AJMP MAINORG 0003HAJMP EXINT0MAIN： MOV R0， #47H ；采樣數(shù)據(jù)存放地址MOV DPTR，#7FFFH ；IN7通道地址MOV R2 ，#08H ；模擬量通道數(shù)MOVX DPTR，A ；啟動A

24、/D轉(zhuǎn)換SETB IT0 ；外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式SETB EX0 ；允許外部中斷0中斷SETB EA ；開放CPU中斷SJMP $EXINT0：PUSH PSW ；保護現(xiàn)場CLR RS0CLR RS1MOVX A , DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV R0， A ；存放結(jié)果DEC R0DEC DPLDJNZ R2，NEXT ；8通道未完，則采集下一通道CLR EX0 ；采集完畢，則停止中斷SJMP DONENEXT： MOVX DPTR， A ；啟動下一通道A/D轉(zhuǎn)換DONE： POP PSW RETI END 8.6 數(shù)模轉(zhuǎn)換接口 在控制系統(tǒng)中，需要將單片機的控制信號轉(zhuǎn)換位期望的電壓或電流

25、等模擬信號。這就要用數(shù)模轉(zhuǎn)換接口電路。D/A轉(zhuǎn)換器在精度、轉(zhuǎn)換速度、可靠性、方便性等方面都日趨成熟，很好的滿足了各種測控系統(tǒng)的需求，且其特有的數(shù)字接口可以很方便的和單片機相連，便于控制。8.6.1 D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器進行的是數(shù)字量和模擬量之間的轉(zhuǎn)換，也稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換，實際上是單片機的一個輸出設備。常見的D/A轉(zhuǎn)換器有8位和12位。此外還有F/V轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標 ：1） 分辨率2） 線性度3） 精度4）建立時間5）失調(diào)誤差8.6.2.DAC0832 8位D/A轉(zhuǎn)換器1. DAC0832 介紹DAC0832是最為常見的8位D/A轉(zhuǎn)換器 圖8.22 DAC0832結(jié)構(gòu)框圖 2.

26、 DAC0832的引腳介紹3.DAC0832工作方式 DAC0832利用1 、 2 、ILE、XFER 控制信號可以構(gòu)成三種不同的工作方式。（1） 直通方式1= 2 =0時，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩個寄存器直接進入D/A轉(zhuǎn)換器。（2）單緩沖方式 兩個寄存器之一始終處于直通，即1=0或2=0，另一個寄存器處于受控狀態(tài)。（3）雙緩沖方式 兩個寄存器均處于受控狀態(tài)。這種工作方式適合于多模擬信號同時輸出的應用場合。 4.單緩沖方式的接口與應用 所謂單緩沖方式就是使DAC0832的兩個輸入寄存器中有一個（多位DAC寄存器）處于直通方式，而另一個處于受控鎖存方式。 單緩沖方式連接 如圖8.24所示。8.6.3

27、.單緩沖方式實現(xiàn)鋸齒波電壓發(fā)生器【例8.12】簡易波形發(fā)生器 在一些控制應用中，需要有一個線性增長的信號來控制檢測過程、移動記錄筆或移動電子束等。對此可通過在DAC0832的輸出端接運算放大器，由運算放大器產(chǎn)生不同的波形來實現(xiàn)，其電路連接圖如圖8.25所示 圖8.25中的DAC0832工作于單緩沖方式，其中輸入寄存器受控，而DAC寄存器直通。由于DAC0832DE /CS端接80C51單片機的P2.7引腳，故外擴的輸入寄存器地址為7FFFH，要求產(chǎn)生鋸齒波（如圖8。26所示）、方波、梯形波。1）鋸齒波的產(chǎn)生：只要單片機從輸出數(shù)字量0開始，逐次加1到255，然后再從0開始，如此重復DAC0832即可輸出鋸齒波。1）輸出連續(xù)鋸齒波源程序如下：ORG 0000HAJMPMAINORG 0100HMAIN:MOV DPTR，#7FFFH ；指向0832口地址LOOP2: MOV A， #00H ；取下限值 LOOP1： MOVX DPTR，A ；啟