課件：第8章-單片機典型外圍接口技術(shù)

第8章單片機典型外圍接口技術(shù)單片機原理、接口及應(yīng)用課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第1頁。內(nèi)容提要

★A/D、D/A接口技術(shù)

★A/D接口技術(shù) ★

D/A接口技術(shù)

★

V/F(電壓－頻率變換)接口★人機接口技術(shù)

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第2頁。

8.1A/D、D/A接口技術(shù)

在前一章并行接口的擴展中，解決了數(shù)字量或開關(guān)量的檢測和控制，然而很多應(yīng)用系統(tǒng)中，測控的對象是模擬量，計算機只能處理數(shù)字量，因此必須進行數(shù)字量和模擬量之間的轉(zhuǎn)換，這就需要使用A/D或D/A接口。A/D和D/A接口又有串行接口和并行接口之分。本章主要介紹并行D/A和A/D轉(zhuǎn)換接口。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第3頁。8.1.1A/D接口技術(shù)8.1.1.1A/D概述 模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器是一種用來將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的器件。一個完整的A/D變換器通常包括這樣的一些輸入、輸出信號：模擬輸入信號和參考電壓；數(shù)字輸出信號；啟動轉(zhuǎn)換信號；轉(zhuǎn)換結(jié)束信號；數(shù)據(jù)輸出允許信號等。高速A/D一般還應(yīng)有采樣保持電路，以減少孔徑誤差（在A/D轉(zhuǎn)換的孔徑時間內(nèi)，因輸入模擬量的變動所引起輸出的不確定性誤差）。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第4頁。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標有：①分辨率輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。通常用位數(shù)表示,對n位的A/D轉(zhuǎn)換器,分辨率為滿刻度電壓的1/2n。②轉(zhuǎn)換誤差指一個實際的A/D轉(zhuǎn)換器量化值與一個理想的A/D轉(zhuǎn)換器量化值之間的最大偏差，通常以最低有效位的倍數(shù)給出。轉(zhuǎn)換誤差和分辨率一起共同描述A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。值得一提的是，轉(zhuǎn)換誤差或轉(zhuǎn)換精度的概念在國內(nèi)外不同的參考文獻上含義或形式可能會有所不一樣，讀者在閱讀時應(yīng)該注意類別區(qū)別。③轉(zhuǎn)換時間與轉(zhuǎn)換速率A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間為A/D的轉(zhuǎn)換時間。轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率，即1秒種完成轉(zhuǎn)換的次數(shù)。

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ADC0809是逐次逼近型八位A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有八路模擬開關(guān)，可對八路模擬電壓量實現(xiàn)分時轉(zhuǎn)換。典型轉(zhuǎn)換速度100μs

。片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機的數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809的引腳見圖，其信號意義如下：

CLK時鐘信號，典型值為500～640KHZ

VREF+、VREF-基準電壓輸入，通常

VREF+

接＋5V、VREF-接地

ALE地址鎖存允許，其上升緣鎖存

ADDC～ADDA的地址信號

8.1.1.2ADC0809的擴展接口ALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKVREF+VREF-VCCIN0IN7GNDADC0809課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第6頁。

STARTA/D轉(zhuǎn)換啟動信號，上升緣啟動A/D轉(zhuǎn)換。

EOC轉(zhuǎn)換完成信號，啟動轉(zhuǎn)換后，EOC輸出低電平，轉(zhuǎn)換完成后輸出高電平。該信號可用作向單片機提出中斷申請，或者作為查詢信號。

OE數(shù)字量輸出允許信號，該引腳輸入高電平時，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量從D0～D7腳輸出。

IN0～IN7

模擬電壓輸入，八個引腳可分別接八路模擬信號。

ADDA、ADDB、ADDC通道選擇信號，其輸入電平的組合選擇模擬通道IN0～IN7之一：

ADDC、ADDB、ADDA模擬通道

000IN0001IN1

……111IN7…課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第7頁。

轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC根據(jù)不同的方式和單片機的連結(jié)方式不同：

采用延時方式

EOC懸空，在啟動轉(zhuǎn)換后延時

100μs，再讀轉(zhuǎn)換結(jié)果；

采用查詢方式，可將EOC接并行口(P1或P3)的某線，檢測EOC變高后，再讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。

采用中斷方式，可將EOC經(jīng)非門反相接到單片機的中斷請求端，一旦轉(zhuǎn)換完成EOC變?yōu)楦唠娖剑?/p>

8XX51提出中斷請求，進入中斷服務(wù)后讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。如圖10.12是一個中斷方式的接口電路。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第8頁。圖8.3ADC0809和8XX51的連結(jié)ALE~2731~D0D7Q0Q1Q2373G1INT1P08XX51RDWRCLKQALEDQALEADDAADDBADDCSTARTEOC~D0D7OECLKIN0IN7VREF+VREF-VCCGNDADC080988P2.7+5V11課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第9頁。

主程序：

ORG0000HLJMPMAINORG0013H；INT1中斷入口地址

LJMPINT1ORG0030HMAIN：MOVR0，#60H；置數(shù)據(jù)存儲區(qū)首址

MOVR2，#08H；置八路數(shù)據(jù)采集初值

SETBIT1；設(shè)置邊延觸發(fā)中斷

SETBEA課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第10頁。SETBEX1；開放外部中斷1MOVDPTR，#7FF8H；指向0809通道0RD：MOVX＠DPTR，A；啟動A/D轉(zhuǎn)換HE：MOVA，R2；八路巡回檢測數(shù)送AJNZHE；等待中斷，八路未完繼續(xù)中斷服務(wù)程序：INT1：MOVXA，＠DPTR；讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV＠R0，A；向指定單元存數(shù)

INCDPTR；輸入通道數(shù)加1INCR0；存儲單元地址加1MOVX＠DPTR，A；啟動新通道A/D轉(zhuǎn)換

DECR2；待檢通道數(shù)減1RETI；中斷返回課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第11頁。8.1.1.3AD574的擴展接口AD574是逐位比較式12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間小于25微秒，可以方便地與8位或16位單片機接口。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和引腳如圖8.3所示。1）芯片引腳①與外圍器件接口的引腳10VIN：0V～+10V的單極性或-5V～+5V的雙極性輸入線。20VIN：0V～+20V的單極性或-10V～+10V雙極性輸入線。REFOUT：片內(nèi)基準電壓輸出線。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第12頁。REFIN：片內(nèi)基準電壓輸入線。BIPOFF：極性調(diào)節(jié)線。模擬量從10VIN或20VIN輸入，輸入極性由REFIN，REFOUT和BIPOFF的外部電路確定。如圖8.3所示，不論輸入模擬量是單極性還是雙極性，均按從小到大的順序?qū)⑤斎肽M量變換為數(shù)字量000H～FFFH。對單極性的模擬量，0伏對應(yīng)000H,最大電壓值對應(yīng)FFFH；對雙極性的模擬量，負幅值對應(yīng)0，0伏對應(yīng)800H，正幅值對應(yīng)FFFH如果把轉(zhuǎn)換結(jié)果減去800H，可以得到與模擬量極性與大小對應(yīng)的數(shù)字量。0-800H=800H(負幅值)，800H-800H=0（零值）FFFH-800H=7FFH（正幅值）課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第13頁。②與單片機接口的引腳：12位轉(zhuǎn)換或8位轉(zhuǎn)換線。，12位轉(zhuǎn)換結(jié)果同時輸出到數(shù)據(jù)線上；，則根據(jù)A0的狀態(tài)來確定輸出是高8位或低4位有效。當A0＝0，讀出高8位數(shù)據(jù)；當A0＝1，讀出低4位數(shù)據(jù)。通常數(shù)據(jù)線低4位連接到數(shù)據(jù)線高4位上：片選線，低電平選通芯片。

A0：端口地址線。啟動轉(zhuǎn)換時：A0＝0啟動12位轉(zhuǎn)換；A0＝1，啟動8位轉(zhuǎn)換；輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時：A0＝0輸出高8位數(shù)據(jù)；A0＝1輸出低4位數(shù)據(jù)。：讀結(jié)果/啟動轉(zhuǎn)換線，高電平讀結(jié)果，低電平啟動轉(zhuǎn)換。

CE：芯片允許線，高電平允許轉(zhuǎn)換。這5個控制信號之間的邏輯關(guān)系如表8-1所示。

STS：轉(zhuǎn)換狀態(tài)指示，轉(zhuǎn)換開始變?yōu)楦唠娖剑D(zhuǎn)換結(jié)束后輸出變?yōu)榈碗娖?。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第14頁。圖8.4AT89C51與AD574A的接口電路課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第15頁。以中斷方式為例，編程如下。

ORG 0003H LJMP INTS0 ORG 0100H ；主程序

MOV R0,#30H ；設(shè)定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

MOV DPTR,#5FFFH ；AD574A的啟動地址

SETB IE.2 ；外部中斷1允許

SETB IE.7 ；開CPU中斷

MOVX @DPTR,A ；啟動12位轉(zhuǎn)換

…

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第16頁。ORG 1000HINTS0:MOVDPTR，#5FFEH ；準備數(shù)據(jù)高8位地址MOVXA,@DPTR ；讀入A/D轉(zhuǎn)換值的高8位

MOV @R0,A ；存A/D轉(zhuǎn)換值的高8位數(shù)據(jù)

INC DPTR ；準備數(shù)據(jù)低4位地址

INC R0 ；調(diào)整數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針

MOVX A,@DPTR ；讀入A/D轉(zhuǎn)換值的低4位

MOV @R0,A ；保存低4位數(shù)據(jù)

RETI

；中斷返回課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第17頁。8.1.2D/A接口技術(shù)

8.1.2.1D/A概述

數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換器是一種將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的器件，為計算機系統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬環(huán)境的連續(xù)信號之間提供了一種接口。D/A轉(zhuǎn)換器的輸出是由數(shù)字輸入和參考電壓組合進行控制的。大多數(shù)常用的D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入是二進制或BCD碼形式的，輸出可以是電流也可以是電壓，而多數(shù)是電流。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第18頁。D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標有：①分辨率。指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比?；蛴脭?shù)字輸入信號的有效位表示，如8位、12位等。②轉(zhuǎn)換精度。以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出，用來描述轉(zhuǎn)換后的實際轉(zhuǎn)換特性與理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差。該項指標在不同的參考文獻中有可能定義的含義或形式不一樣，讀者在閱讀時應(yīng)該注意區(qū)別。③建立時間。描述D/A轉(zhuǎn)換速率快慢的一個重要參數(shù)，一般是指輸入數(shù)字量變化后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應(yīng)數(shù)值范圍內(nèi)所經(jīng)歷的時間。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第19頁。

8.1.2.2DAC0832的擴展接口

DAC0832是八位的D/A轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有兩個數(shù)據(jù)緩沖器：輸入寄存器和DAC寄存器，兩控制端LE1和LE2分別受ILE、CS、WR1和WR2、XFER的控制。DI0～DI7為數(shù)據(jù)輸入線，轉(zhuǎn)換結(jié)果從IOUT1、IOUT2以模擬電流形式輸出。當輸入數(shù)字為全“1”，IOUT1最大，全“0”

其IOUT1值最小，IOUT1和IOUT2之和為常數(shù)，當希望輸出模擬電壓時需外接運算放大器進行I/V轉(zhuǎn)換。下圖中DAC0832接成單緩沖形式和單片機接口，運算放大器組成的模擬電壓輸出電路，完成電流到電壓的轉(zhuǎn)換。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第20頁。tP0P2.7IOUT1IOUT2VREFREF+-XFERCSWR1WR2VCCILED0-D7V0WRAGNDDGND+5V-5V89C51DAC0832＋－

MOVDPTR，#7FFFHDA1：MOVR0，#00HDA2：MOVA，R0MOVX@DPTR，AINCR0ACALLTIMERAJMPDA2TIMER為延時子程序

單片機執(zhí)行以下匯編程序可在輸出端得到鋸齒波電壓信號,

圖中0832地址為7FFFH;

。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第21頁。8.1.2.3DAC1210的擴展接口

DAC1210邏輯結(jié)構(gòu)與DAC0832類似，所不同的是DAC1210具有十二位數(shù)據(jù)輸入端，一個八位輸入寄存器和一個四位輸入寄存器組成十二位數(shù)據(jù)輸入寄存器。兩個輸入寄存器的輸入允許控制都要求CS和WR1為低電平，八位輸入寄存器的數(shù)據(jù)輸入還同時要求B1/端為高電平。

DAC1210與八位數(shù)據(jù)線的8XX51單片機接口方法如圖8.11所示，將DAC1210輸入數(shù)據(jù)線的高八位DI11～DI4與8XX51單片機的數(shù)據(jù)總線DB7～DB0相連，低四位DI3～DI0接至8XX51數(shù)據(jù)線的高四位DB7～DB4。十二位數(shù)據(jù)輸入經(jīng)兩次寫入操作完成，首先輸入高八位，然后輸入低四位。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第22頁。程序如下：圖8.11DAC1210與8XX51的接口MOVDPTR，#7FFFHMOVA,#DATA1MOVX＠DPTR,A；數(shù)據(jù)DATA1寫入

DAC1210的高八位DI11～DI4MOVDPTR,#5FFFHMOVA,#DATA2MOVX＠DPTR,A；數(shù)據(jù)DATA2寫入

DAC1210的低四位DI3～DI0MOVDPTR,#0BFFFH；指向1210DAC

寄存器MOVX＠DPTR,A；12位數(shù)據(jù)寫入DAC寄存器

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第23頁。8.2V/F(電壓－頻率變換)接口 LM331是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種高性能、低價格的單片集成V/F轉(zhuǎn)換器。由于芯片在設(shè)計上采用了新的溫度補償能隙基準電源，所以芯片能夠達到通常只有昂貴的V/F轉(zhuǎn)換器才有的高度溫度穩(wěn)定性。該器件在量程范圍內(nèi)具有高線性度，較寬的頻率輸出范圍，4～40V的直流工作電源電壓范圍以及輸出頻率不受電源電壓變化影響等諸多優(yōu)點。因此往往成為使用者的首選器件。它由基準電源、開關(guān)電流源、輸入比較器、單穩(wěn)定時器、輸出驅(qū)動及輸出保護電路等構(gòu)成。各部分的功能如下。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第24頁。

基準電源——向電路各單元提供偏置電流并向電流泵提供穩(wěn)定的1.9V直流電壓送到2腳，當2腳外接電阻后，形成基準電流。

開關(guān)電流源——由精密電流鏡、電流開關(guān)等組成。它在單穩(wěn)定時器的控制下，向1腳提供135微安的恒定電流和向2腳提供1.9V的恒定直流電壓。

輸入比較器——輸入比較器的一個輸入端7腳接待測輸入電壓，另一端為閥值電壓端。比較器將輸入電壓與閥值電壓比較，當輸入電壓大于閥值電壓時，比較器輸出為高電平，啟動單穩(wěn)定時器并導通頻率輸出驅(qū)動晶體管和開通電流源。

單穩(wěn)定時器——它由RS觸發(fā)器、定時比較器和復位晶體管組成。加上簡單的外圍元件后，可獲得定時周期信號。

輸出驅(qū)動及保護電路——由集電極開路輸出驅(qū)動管和其輸出保護管組成。正常輸出時需外接上拉電阻，其輸出電流最大為50mA。輸出保護管用來保護輸出驅(qū)動管的。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第25頁。8.2.1V/F轉(zhuǎn)換器應(yīng)用

單片LM331構(gòu)成的V/F轉(zhuǎn)換器雖然具有較理想的技術(shù)指標和較寬的供電電壓范圍，但在實際應(yīng)用中應(yīng)該注意的是它在不同的電源電壓下其轉(zhuǎn)換性能有著明顯的差別。盡管允許電源電壓從4~40V，但從實際使用的要求上看，低電源電壓的不利影響較大。如果在單片機系統(tǒng)中直接使用+5V電源供電，那么實際可用的線性工作區(qū)域很窄，如果改用+15V供電則情況會得到好轉(zhuǎn)。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第26頁。

圖8.17給出了一個高精度的溫度測量電路。溫度傳感器LM35將溫度量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷毫?，?jīng)LM331構(gòu)成的V/F變換器變?yōu)轭l率信號進行傳送。為了使信號的抗干擾能力增強，在接收端進行了光電隔離。另外，為了提高測量精度，利用555芯片對頻率信號作了分頻處理，處理后的輸出信號vo送至51單片機的外部中斷輸入端進行測量。圖8.17溫度測量電路原理圖課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第27頁。8.3人機接口技術(shù)

人機接口最常用的莫過于鍵盤和顯示器，在并行口P0~P3的應(yīng)用舉例中對矩陣鍵盤和LED顯示器原理作了闡述，本章介紹用8279芯片綜合擴展鍵盤和顯示接口，并介紹LCD液晶顯示器的接口方式。8.3.1鍵盤接口擴展本節(jié)對鍵盤設(shè)計中按鍵去抖、按鍵確認、鍵盤的設(shè)計方式、鍵盤的工作方式等問題進行討論。8.3.1.1按鍵去抖一般按鍵開關(guān)為機械彈性開關(guān)，一個電壓信號的開關(guān)對應(yīng)于開關(guān)觸點的合、斷操作。而通常，由于機械開關(guān)觸點的彈性作用，一個按鍵的閉合過程不回馬上穩(wěn)定地接通，而斷開時也不會瞬時斷開，相反地會出現(xiàn)所謂的“抖動”現(xiàn)象，如圖8.18所示。其抖動時間一般為5～10ms。按鍵的抖動會帶來誤觸發(fā)，因此消除抖動是機械按鍵設(shè)計所必須要考慮的問題。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第28頁。去抖通常有軟件去抖和硬件去抖兩種方法。軟件去抖就是在檢測到鍵按下時，執(zhí)行一段延時子程序后，再確認該鍵電平是否仍保持鍵按下時的狀態(tài)電平，若是，則認為有鍵按下。延時子程序的延時時間應(yīng)大于按鍵的抖動時間，通常取10ms以上，從而消除了抖動的影響。軟件去抖可節(jié)省硬件，處理靈活，但會消耗較多的CPU時間。

圖8.18按鍵抖動信號波形課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第29頁。

硬件去抖通常采用基本RS觸發(fā)器來實現(xiàn)。電路原理圖如圖8.19所示，假設(shè)稱開關(guān)S處于A和B之間，即既不與A接觸，又不與B接觸時的狀態(tài)為C。由基本RS觸發(fā)器的特性可以知道，開關(guān)僅與A或B接觸時才會改變觸發(fā)器的狀態(tài)，處于C時將維持RS觸發(fā)器的狀態(tài)。而開關(guān)的抖動僅發(fā)生在A與C（或B與C）之間，不影響觸發(fā)器的輸出，從而消除了抖動的影響。此外，也可以利用積分電路來吸收抖動帶來的干擾脈沖，如圖8.20所示，只要選擇好適當?shù)钠骷?shù)，也可獲得較好的去抖效果。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第30頁。圖8.19基本RS觸發(fā)器按鍵去抖電路圖8.20濾波消抖電路課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第31頁。8.3.1.2按鍵確認 在單片機系統(tǒng)中，通常有且僅有按下一鍵才視為按鍵有效。有效的確認方式通常又可分為兩類。第一類為按釋鍵方式，系統(tǒng)要求從按下到釋放鍵才算一次有效按鍵。另一類為連擊方式，就是一次按鍵可以產(chǎn)生多次擊鍵效果，其連擊頻率可自己設(shè)定，如3次/秒，4次/秒等等。 在按釋鍵方式時，系統(tǒng)先判斷是否有鍵按下，若不用硬件去抖，則同時進行軟件去抖，確認有鍵按下，然后等待至該鍵釋放才算一次按鍵，注意釋鍵判斷同樣要作去抖處理。在連擊方式時，系統(tǒng)在判斷有鍵按下后，通常設(shè)定一個按鍵間隔時間定時器，當時間到時按鍵增加一次，直到該鍵釋放。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第32頁。8.3.1.3鍵盤的設(shè)計方式 從硬件連接方式看，鍵盤通?？煞譃楠毩⑹芥I盤和矩陣（行列）式鍵盤兩類。 所謂獨立式鍵盤是指各按鍵相互獨立，每個按鍵分別與單片機或外擴I/O芯片的一根輸入線相連。通常每根輸入線上按鍵的工作狀態(tài)不會影響其它輸入線的工作狀態(tài)。通過檢測輸入線的電平就可以很容易地判斷哪個按鍵被按下了。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件簡單，但在按鍵數(shù)較多時會占用大量的輸入口線。該設(shè)計方法適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。 為節(jié)省口線，在犧牲速度的情況下可以用并串轉(zhuǎn)換將口線數(shù)據(jù)輸入到單片機的串行口，利用51單片機串行通信方式0擴展鍵盤接口。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第33頁。矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合。它通常由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，如圖8.22所示。矩陣鍵盤按鍵的識別通常由兩種方法：行列掃描法和行列反轉(zhuǎn)法。

圖8.22矩陣式鍵盤電路課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第34頁。

行列掃描法分為粗掃描和細掃描兩步。粗掃描判斷鍵盤是否有鍵按下，其方法為：讓所有列（行）線輸出低電平，讀入各行（列）線值，若不全為高電平，則有鍵按下，若有鍵按下，接下來進行細掃描確定按鍵位置。細掃描就是逐列（行）置低電平，其余列（行）置高電平，檢查各行（列）線電平的值，若某行（列）對應(yīng)的為低電平，即可確定該行該列交叉點處的按鍵被按下。判斷時同樣需要考慮按鍵去抖，在這里通?？偸遣捎密浖ザ兜霓k法。行列反轉(zhuǎn)法亦分為兩步進行，第一步同行列掃描法。若第一步判斷有鍵按下，第二步則是將行列互換，再進行一遍粗掃描。綜合一、二兩步的結(jié)果即可判定按鍵位置的所在。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第35頁。8.3.1.4鍵盤的工作方式圖8.22矩陣式鍵盤電路 通常單片機的鍵盤有三種工作方式：查詢、中斷、定時掃描。查詢和中斷方式同普通的I/O傳送是一致的。定時掃描方式是利用單片機內(nèi)部定時器產(chǎn)生定時中斷，在中斷服務(wù)程序中對鍵盤進行掃描獲得鍵值。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第36頁。8.3.2LED顯示器擴展 N個數(shù)碼管可以構(gòu)成N位LED顯示器，共有N根位選線和8N根段選線。依據(jù)位選線和段選線連接方式的不同，LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。 采用靜態(tài)顯示時，位選線同時選通，每位的段選線分別與一個8位鎖存器輸出相連，各位相互獨立。各位顯示一經(jīng)輸出，則相應(yīng)顯示將維持不變直至顯示下一字符為止。其電路原理如圖8.23所示。靜態(tài)顯示方式有較高的亮度和簡單的軟件編程。缺點是占用口線資源太多。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第37頁。

為克服這一缺點，可以將所有位的相應(yīng)段選線并在一起，位線則分時輪流選通，利用人眼視覺的暫留現(xiàn)象可以獲得穩(wěn)定的視覺效果，這樣一種方式則稱為動態(tài)顯示。電路原理如圖8.24所示。圖8.23靜態(tài)顯示電路圖8.24動態(tài)顯示電路課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第38頁。

動態(tài)顯示方式在使用時需要注意三個方面的問題。第一，顯示掃描的刷新頻率。每位輪流顯示一遍稱為掃描（刷新）一次，只有當掃描頻率足夠的高，對人眼來說才不會覺得閃爍。對應(yīng)的臨界頻率稱為臨界閃爍頻率。臨界閃爍頻率跟多種因素相關(guān)，一般認為大于24Hz即可。第二，顯示器的亮度問題。通常顯示器件從導通到發(fā)光有一定的時延，導通時間太小，發(fā)光太弱。而這樣一種參數(shù)決定了動態(tài)顯示時所能接顯示塊的極限數(shù)目。通常，位線信號為一脈沖信號，該位數(shù)碼管的亮度是與位線脈沖占空比的相關(guān)的。第三，LED顯示器的驅(qū)動問題。LED驅(qū)動器驅(qū)動能力的高低是直接影響顯示器亮度的又一個重要的因素。驅(qū)動能力越強，通過發(fā)光二極管的電流越大，顯示亮度則越高。通常一定規(guī)格的發(fā)光二極管有響應(yīng)的額定電流的要求，這就決定了段驅(qū)動器的驅(qū)動能力，而位驅(qū)動電流則應(yīng)為各段驅(qū)動電流之和。從理論上看，對于同樣的驅(qū)動器而言，N位動態(tài)顯示的亮度不到靜態(tài)顯示亮度的1/N。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第39頁。8.3.3用8279擴展鍵盤與LED顯示器 8279是一款由單一+5V電源供電的可編程鍵盤顯示接口芯片。其功能是：

對鍵盤進行管理控制； 對LED顯示器進行控制、對顯示數(shù)據(jù)、顯示方式進行管理。8.3.3.18279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳

其管腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖8.25所示。由圖可知8279主要由下述幾個部分構(gòu)成。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第40頁。圖8.258279引腳及結(jié)構(gòu)方框圖課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第41頁。①I/O控制器和數(shù)據(jù)緩沖器 數(shù)據(jù)緩沖器是雙向數(shù)據(jù)緩沖器，連接內(nèi)外總線，用于傳送CPU與8279之間的命令和數(shù)據(jù)。I/O控制器則利用和A0以及、信號去控制各種內(nèi)部寄存器讀寫，A0=1表示傳送的是命令和狀態(tài)信息，A0=0時為傳送數(shù)據(jù)信息。②控制和定時寄存器 用于存放鍵盤和顯示方式，以及由CPU編程決定的其它操作方式。CLK可接到系統(tǒng)時鐘或單片機ALE引腳上，從而與系統(tǒng)時鐘同步。定時控制采用軟件分頻，分頻系數(shù)可在2～31之間，以保證內(nèi)部需要的100kHz時鐘，然后再經(jīng)過內(nèi)部分頻，為鍵盤掃描提供適當?shù)闹鹦袙呙钑r間和顯示掃描時間。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第42頁。③掃描計數(shù)器 掃描計數(shù)器有兩種工作方式，第一種為編碼方式，該計數(shù)器進行二進制計數(shù)，這樣必須通過外部譯碼來為鍵盤和顯示提供掃描線。故SL0～SL3四條線不可直接用于鍵盤掃描，外部譯碼可用16選1譯碼器。第二種為譯碼方式，表示該4條線已是經(jīng)過譯碼后的輸出，4條線中同時只有一條線為低電平。

④回饋緩沖器、鍵盤去抖及控制 來自RL0～RL7的8根回饋信號由回饋緩沖器加以緩沖并鎖存。在鍵盤模式時，這些線被掃描，如有鍵按下，便將鍵矩陣中該鍵的地址送入FIFO。在選通輸入模式中，回饋線的內(nèi)容在CNTL/STB的脈沖上升沿被送入FIFO寄存器。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第43頁。⑤FIFO/傳感器RAM

這是一個具有雙重功能的8×8RAM。在鍵盤和選通輸入模式中，它是先進先出的FIFORAM，每一個新的輸入寫入連續(xù)的RAM單元中。并且按輸入的順序讀出。FIFO狀態(tài)寄存器用來存儲FIFO的狀態(tài)，并可讀入CPU中。在傳感器掃描方式中，該存儲器FIFO又作為傳感器RAM，它存放傳感器矩陣中的每一個傳感器狀態(tài)。在此方式中，若檢索出傳感器的變化，IRQ信號變?yōu)楦唠娖?，向CPU申請中斷。⑥顯示地址寄存器和顯示RAM

顯示地址寄存器保持由CPU寫入或讀出的顯示RAM的地址，它可由命令設(shè)定，也可以設(shè)置成每次讀出或?qū)懭胫笞詣舆f增。顯示RAM用來存儲顯示數(shù)據(jù)，容量為16×8位，在顯示過程中，顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄存器輸出。顯示寄存器分為A、B兩組，OUTA0～3和OUTB0～3可單獨送數(shù)，也可組成8位的字顯示。顯示器的數(shù)據(jù)可從右端或左端進入。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第44頁。8.3.3.28279的狀態(tài)字

在鍵輸入和選通輸入方式中，讀8279的狀態(tài)字(A0=1)，可以判斷FIFO中字符的個數(shù)(按入鍵的個數(shù))及是否出錯狀態(tài)字格式如下：

NNN——FIFORAM中字符的個數(shù)。F——FIFORAM滿標志，F(xiàn)=1表示FIFORAM已滿。U——FIFORAM空標志，U=1表示FIFORAM無字符。O——FIFORAM溢出標志，在FIFO滿時，再送一個字符此位置1。S/E——傳感器信號結(jié)束/錯誤特征位。DU——顯示無效特征位，DU=1表示顯示無效，此時不可對顯示RAM寫入數(shù)據(jù)課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第45頁。在鍵盤掃描方式時，發(fā)讀FIFO命令后，從數(shù)據(jù)口(A0=0)讀入數(shù)據(jù)的格式為：D2～D0——指示輸入鍵所在的列號(RL7～RL0的計數(shù)值)。D5～D3——指示輸入鍵所在的行號(SL3～SL0的計數(shù)值)。SHIFT——引腳SHIFT的狀態(tài)，通常在SHIFT上接一按鍵可作為上下檔控制鍵。CNTL——引腳CNTL的狀態(tài)，通常CNTL上接一按鍵與其他鍵連用作特殊命令鍵。在傳感器掃描方式或選通方式中，輸入數(shù)據(jù)為RL7～RL0的輸入狀態(tài)課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第46頁。8.3.3.38279的接口編程8279與單片機及鍵盤和顯示部分的接口電路如圖8.26所示

圖8.2651單片機的8279鍵盤及顯示擴展接口電路課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第47頁。8279的編程分為三部分：①初始化8279：選擇鍵盤和顯示方式。根據(jù)外接的CLK頻率選定定標值，使內(nèi)部時鐘為100kHz。選擇寫顯示RAM方式。選擇讀FIFORAM方式。其中后兩步亦可在顯示程序中或在鍵盤程序中設(shè)置。如果鍵盤采用中斷方式，初始化程序中還要注意對單片機開中斷。②顯示程序只需將字形碼輸出到數(shù)據(jù)口，8279即會按規(guī)定的方式寫入顯示RAM，并進行顯示。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第48頁。③鍵盤程序 采用查詢方式：從控制/狀態(tài)口輸入狀態(tài)寄存器，查詢到FIFO中有數(shù)據(jù)，即可從數(shù)據(jù)口(即FIFORAM)中讀入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的D0～D5即為按鍵的行值和列值。若采用中斷方式，當有鍵按下時，產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)中讀取按鍵數(shù)據(jù)，經(jīng)過查鍵功能表，即可查得此鍵功能。 圖8.26電路中，8279管理4×5鍵盤，4位LED顯示器，fosc=6MHz，ALE=1MHz，定標值選10(1MHz/10=100kHz)，內(nèi)部RAM30H單元為首址存放著待顯示的字形碼。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第49頁。匯編語言程序：MOVDPTR，#7FFFH；指向命令/狀態(tài)口MOVA，#0D1HMOVX@DPTR，A；送清除命令WAIT：MOVXA，@DPTRJBAcc.7，WAITMOVA，#2AH；定標值為10MOVX@DPTR，AMOVA，#08H；顯示器左邊輸入，16位顯示雙鍵互鎖編碼 掃描MOVX@DPTR，ASETBEA；開中斷SETBEX1；允許INT1中斷LCALLDIR……

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第50頁。顯示子程序DIR：MOVDPTR，#7FFFH；指向命令口，送寫顯示RAM命令MOVA，#90H；寫入顯示RAM起始為0單元，地址自動 加1MOVX@DPTR，AMOVR0，#30H；字形碼存放單元首址MOVR2，#04H；顯示4位MOVDPTR，#7EFFH；指向數(shù)據(jù)口LP1：MOVA，@R0MOVX@DPTR，A；字形碼送入8279顯示RAMINCR0DJNZR2，LP1；四個字形選碼送完?RET課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第51頁。鍵盤中斷服務(wù)程序KEY：PUSHPSW……MOVDPTR，#7FFFHMOVA，#40H；送讀FIFORAM命令字，在鍵盤方式中， 按先進先出原則讀出，與AI和A2A1A0無關(guān)MOVX@DPTR，AMOVDPTR，#7EFFHMOVXA，@DPTRLJMPKEYE；轉(zhuǎn)鍵值處理程序

……POPPSWRETI課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第52頁。8.3.4LCD顯示器擴展8.3.4.1段式LCD顯示器擴展液晶顯示器LCD具有體積小，重量輕，功耗低等優(yōu)點，已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。液晶顯示的原理是液晶在電場的作用下，液晶分子的排列方式發(fā)生了改變，從而使其光學性質(zhì)發(fā)生了變化，顯示圖形。由于液晶分子在長時間的單向電流作用下容易發(fā)生電解，因此液晶的驅(qū)動不能用直流電，但是液晶在高頻交流電作用下，也不能很好地顯示，故一般液晶的驅(qū)動采用125～150Hz的方波。液晶顯示器從顯示的形式上可分為段式(或稱為筆劃式)、點陣字符式和點陣圖形式。本小節(jié)介紹通常儀器上使用的段式顯示器和單片機的接口。段型LCD以七段顯示器最為常用，其驅(qū)動的集成電路的型號有多種，如CD4055/4056，CC14513/14、ICM7211……等。下面介紹LCD驅(qū)動器7211的使用。

課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第53頁。ICM7211系列為4位的液晶顯示驅(qū)動器，共有四種型號：ICM7211、ICM7211A、ICM7211M、ICM7211AM。7211內(nèi)部由脈沖發(fā)生器，數(shù)據(jù)鎖存器及位譯碼器和驅(qū)動器構(gòu)成，采用40腳雙列直插式塑封，其引腳如圖8.27所示，具體說明如下：圖8.278279的引腳圖課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第54頁。a1～g1、a2～g2、a3～g3、a4～g4：段碼控制。這些引腳分別控制四位LCD的字形各段。OSC：內(nèi)部振蕩控制。懸空時振蕩器工作，接地時振蕩不工作。BP：LCD公共驅(qū)動極(或稱為背電極)。當OSC懸空時輸出125Hz脈沖，當OSC接地時是系統(tǒng)的工作脈沖輸入極。B0～B3：顯示字符數(shù)據(jù)輸入位。在7211(A)中為BCD碼輸入，在7211(A)M中可以為十六進制輸入。D1～D4(DS1～CS2)：位選和片選輸入。 在7211(A)中D1～D4為四位LCD的位選，D1選低位LCD，D4選高位LCD，以此類推。在7211(A)M中為DS1～CS2，其中DS2、DS1送至內(nèi)部譯碼選四個LCD的數(shù)位，CS1、CS2作為片選使7211(A)M可以多片級連，其真值表如表8-3所示。課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第55頁。表8-3ICM7211的真值表課件：第8章--單片機典型外圍接口技術(shù)全文共62頁，當前為第56頁。 OSC和BP引腳的連接方法決定了ICM7211的工作方式，如果OSC懸空則表示芯片內(nèi)振蕩器工作，產(chǎn)生19KHz的脈沖，此脈沖經(jīng)過內(nèi)部128分頻后，產(chǎn)生一個頻率為150Hz的脈沖由BP輸出。BP極可以用來驅(qū)動液晶顯示器的公共腳和從外部引入ICM7211的同步脈沖。如果ICM7211的OSC腳接地，此時片內(nèi)的振蕩器停止工作，BP腳變?yōu)檩斎攵?，工作脈沖由別的7211的BP腳提供。有了這樣兩種工作方式，ICM7211就可以進行級聯(lián)。從而可以驅(qū)動更多的7段LCD。

ICM7211(A)輸入結(jié)構(gòu)為4條數(shù)據(jù)線B3～B0和4條位選線D1～D4。數(shù)據(jù)線B3～B0輸入為BCD碼，BCD碼經(jīng)內(nèi)部譯碼后輸出七段顯示字形，4條位選線D1～D4分別控制4位七段譯碼鎖存器，每一位選線都是“1”選通，“0”封鎖。它們可以同時為“1”，即四位可以完全選通，也可以4位全為“0”，即4位全封鎖。只有在全部封鎖時，數(shù)據(jù)線的變化才不會影響顯示。由于ICM7211(A)沒有片選信號所以不能采用總線方式連接MCU，只能通過I/O接口連接。

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