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1、第6章 单片机扩展系统设计,6.5 概述,6.6 可编程并行I/O接口芯片8255A,6.7 可编程RAM/IO扩展器8155/8156,下页,6.9 显示器与键盘接口,6.8 用TTL芯片扩展简单的I/O接口,6.10 并行打印机接口,常用的接口器件,上页,下页,回目录,上页,下页,回目录,上页,下页,回目录,MCS-51单片机的I/O接口：P0、P1、P2、P3口，最多提供32根口线。在扩展系统中：P0口做数据总线，P2口做地址总线。只有P1口、P3口部分口线可作I/O使用，需根据应用系统需要进行I/O接口电路扩展，以满足应用系统需要。,7.2 可编程并行I/O接口芯片8255A,上页,下
2、页,回目录,D0D7：双向数据总线RESET：复位输入 A0A1：地址线，选择端口地址PA7PA0：端口A，I/O线PB7PB0：端口B，I/O线PC7PC0：端口C，I/O线,：写选通,一、8255的引脚功能,：读选通,：片选,I/O端口PA、PB、PC,A口：可编程为8位输入或输出，或双向传送等 功能，具有 锁存功能。,B口：可编程为8位输入或8位输出，不能进行双向传送。具有锁存功能。,C口：可编程为8位输入或8位输出；也可分为两个4位口用于输入或输出；也可用做A口、B口的状态控制信号；具有位操作功能。,A组、B组控制电路,上页,下页,回目录,(3)双向三态数据总线缓冲器,8位的双向三态驱
3、动器。D0D7和单片机的数据总线相连。在CPU和8255之间传送命令、数据、状态,(4)读写和控制逻辑,(5)RESET：复位信号，高电平有效,上页,下页,回目录,RD、WR：接CPU读、写信号线，实现 信息读写操作。,CS：芯片片选信号线。,1.8255工作方式选择,工作方式的选择由“方式选择字”决定，下面介绍该控制字的作用：,方式0：基本输入输出方式；方式1：选通输入输出方式；方式2：双向传送方式(仅A口),8255有三种基本工作方式，可通过编程来选择。,三、8255的操作说明,上页,下页,回目录,表7-2 方式选择字格式,(1)方式选择控制字,上页,下页,回目录,上页,下页,回目录,例7
4、-1。若将方式选择字91H写入控制寄存器,由上表可知，8255被编程为：A组工作在基本输入输出方式，其中PA口为8位 输入方式，PC口高4位为4位输出方式。B组工作在基本输入输出方式，其中PB口为8位输出方式，PC口低4位为4位输入方式。,表7-5 PC口置/复位控制格式,(2)PC口按位置/复位控制字,上页,下页,回目录,例如：07H写入控制口，将PC3位置“1”，若08H写入控制器，PC4位被置“0”，其它位不变。,上页,下页,回目录,由于8255的方式选择字和C口置/复位控制字共用一个地址(即共用一个控制寄存器)，故其控制字的D7位是特征标志。D7=1，表示该控制字为8255方式选择字；
5、D7=0，表示该控制字为PC口置/复位控制字,四、应用举例,例7-3 8031扩展8255A，将PA口设置成输入方式，PB口设置成输出方式，PCH口设置成输入方式，PCL口设置成输出方式。试设计扩展接口电路，并给出初始化程序。,8255A芯片的PA端口的地址为7FFCH，PB端口的地址为7FFDH，PC端口的地址为7FFEH，控制寄存器的地址为7FFFH。可用“MOVX”指令来访问这些端口。,MOVA，#98H；方式控制字AMOVDPTR，#7FFFH；选通控制寄存器MOVXDPTR，A；方式控制字送入8255AMOVDPTR，#7FFCH；MOVXA，DPTR；读PA口数据MOVDPTR，#
6、7FFDH；MOVXDPTR，A；送PB口输出,采用TTL或CMOS电路的锁存器，如74LS273、74LS373、74LS377、74LS244等。这些芯片结构简单，配置灵活方便，较易扩展，使系统降低了成本缩小了体积。因而在单片机应用系统中经常被采用。,7.4 用TTL电路扩展简单的I/O接口,上页,下页,回目录,图7-11 8031与74LS377接口逻辑,1、用74LS377扩展8位输出口,其输出操作程序如下：MOV DPTR，#7FFFH；指向377口地址MOV A，#data；取数MOVX DPTR，A；送377锁存器,图中377的口地址为7FFFH(即P2.7=0),2、用74LS
7、373扩展一个8位并行输入口,3、用74LS273和74LS244扩展输入/输出口,MOV DPTR，#0BFFFH；指向244输入口MOVXA，DPTR；输入数据,MOV DPTR，#7FFFH；指向273输出口MOV A，#DATA；取数MOVX DPTR，A；输出数据,7.5 开关量输入/输出通道的抗干扰技术,1、I/O接口单元的延时复位,在单片机应用系统中，某些I/O接口芯片（如8255、8155）的复位端口与单片机复位端口接在一起，即统一复位。接口芯片因生产厂家不同复位时间稍有不同；复位线较长也有较大的分布电容，导致芯片的复位过程滞后与单片机，芯片初始化失败。因此，有必要当单片机进入
8、0000H后首先执行110ms的软件延时，再对接口芯片初始化。,2、开关量输入软件抗干扰措施,对接口中的输入数据信息进行多次检测，若检测结果一致，则是真的输入信号；若相邻检测内容不一致，或多次检测结果不一致，则是伪输入信号。两次检测之间要有一定的时间间隔。,3、开关量输出信号软件抗干扰措施,1）输出数据锁存器尽可能和CPU安装在同一电路板上，使传输线上传送的都是已锁存的电位控制信号。,2）对重要的输出设备，最好建立检测通道，CPU可以通过检测通道检查输出结果是否正确。,3）在软件上，最为有效的方法就是重复输出同一个数据，重复周期尽可能短。,4）采用负逻辑传输定义低电平为有效电平，高电平为无效电
9、平，减少干扰引起的误动作，提高数字信号传输的可靠性。（因为干扰源作用在高阻的线路上容易形成大幅度干扰信号）,7.5 显示器与键盘接口,一、LED显示器特点与接口,1.LED显示器,LED（Light Emitting Diode）显示器称为发光二极管也称为数码管，由8个发光二极管组成，分共阴极和共阳极两种。,段码,位码,上页,下页,回目录,a,b,c,d,e,f,g,h,h g f e d c b a,高电平,共阴极,R8,com,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,段码,能显示：09，A、B、C、D、E、F、P、U、Y等有限字符,a b c d e f g h 某段为高电平时 该
10、段点亮发光,点阵LED,数码LED,交通灯,像束管,2、LED数码管特点,上页,下页,回目录,1、能在低电压、小电流（工作电流一般在10MA/段）条件下发光，能与CMOS、TTL电路兼容；,2、发光时间极短（0.1US），高频特性好，单色性好，亮度高；,3、体积小，重量轻，抗冲击性能好；,4、寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时，成本低。,广泛应用作数字仪器仪表、数控装置、计算机数显器件。,有7段码、米字码、点阵LED（可显汉字）等多种产品形式。,3、LED显示接口,静态,动态扫描,显示方式,动态扫描,用8155设计动态扫描驱动接口,上页,下页,回目录,h g f e d c
11、 b a,CPU,A口送段码,C口送位码,共阴极,四位LED的同名端连在一起,OC门,上页,下页,回目录,PA7 PA0 段码,PC0,PC1,PC2,PC3,分时动态扫描时序:,h g f e d c b a,0 0 0 0,0,0,0,0,四位LED的同名端连在一起,位码,该时序是自左至右动态轮流扫描显示产生的效果,自右至左,上页,下页,回目录,3.软件驱动,要对8155初始化:A口、C口均设为输出要设置一个显示缓冲区：DISBUF 存放要显示的数，利用内部RAM（70H73H）在程序中建立一个段码（字形码）表：TAB利用查表指令：MOVC A，A+DPTR 取出段码轮流扫描显示（位码左移
12、，指向下一位LED）,设：8155的控制口地址为：CWR,A口地址为：PA,C口地址为：PC,软件驱动程序如下：,显示要点,上页,下页,回目录,二、液晶显示器特点与接口,1、液晶显示器特点,1）功耗小，同样的显示面积，其功耗比LED小几百倍，特别适宜与低功耗的CMOS电路匹配，用于各种便携式仪器仪表、微型计算机的终端显示。,2）可在明亮环境下使用，在黑暗环境中不能使用，需采用辅助光源。,3）尺寸小，外型薄，使用方便。,4）响应时间和余辉时间长，响应速度较慢，为MS级。,5）使用寿命较长（5X104）。,6）工作温度范围较窄，约-570。,7）显示内容丰富，可显示字符、汉字、图形。,8）有液晶字
13、符、液晶点阵字符、液晶点阵图形等多种产品。,2、点阵图形LCM与单片机接口,产品形式多样，不一定完全兼容，需认真选择。,1、灭零处理,在显示的时候，应将高位的零熄灭，如00345应显示成345，这样可以减少阅读误差，符合阅读习惯。,处理规则：整数部分从高位到低位的连续零均不显示，从遇到的第一个非零数值开始均要显示；小数部分个位的零和小数部分均要显示。,设计显示程序应注意问题,2、闪烁处理,在显示过程中，有时为了提醒操作者注意，可对显示进行闪烁处理。闪烁方式有两种：,1、全闪：即整个内容进行闪烁，多用于异常状态的提示，如参数超范围，提醒操作者进行及时处理，以免引起更大的异常情况；,2、单字闪烁：
14、多用于定位提示，如采用按键来调整一个多位数字参数时，可用单字闪烁的方法来指示当前被调整的数字位置。,进行闪烁处理的 基本方法：一段时间正常显示，一段时间熄灭显示，互相交替产生闪烁效果。一般每秒闪烁14次。,6.9.2 键盘接口,键盘的工作原理：,一、独立式按键（非扫描方式）：直接用一根I/O口线组成的单个按键电路。,在SW-PB 键 没有按下以前，CPU自P1.0 读入信号为高电平,在SW-PB键 按下后，CPU自P1.0 读入信号为低高电平,按键触点在闭合和断开时均会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，现在一般均用软件延时方法来避开抖动阶段，延时时间应大于5MS，一般可取1020MS。,
15、独立式键盘设计：,也可利用各种I/O接口设计,KEY:MOV P1,#0FFH MOV A,P1 ANL A,#1FH CJNE A,#1FH,AN1 RETAN1:LCALL DEALY；延时去抖 MOV A,P1 ANL A,#1FH CJNE A,#1FH,AN2 RET；无键按下，返回AN2:JNB P1.0,JIA；判按下的键 JNB P1.1,JIAN JNB P1.2,HUICHE JNB P1.3,ZUOYOU JNB P1.4,SHXIA RETJIA:;“加”键操作子程序 RET JIAN:;“减”键操作子程序 RET,二、阵列式键盘接口,当没有键按下时，行线和列线之间是不
16、相连的。若第N行第M列的键被按下，那么第N行与第M列的线就被接通。,如果在 行线上加上信号，根据列线的状态，便可得知是否有键按下。,如果在行线上逐行加上一个扫描信号，就可以根据行、列信号判断按键的位置。,当P1.4、P1.5输出高电平，无论键是否按下，CPU自P1.0、P1.1 输入信号为高电平，无法识别按键,当P1.4=0，P1.5=0，任何键 按下时，自P1.1、P1.0 读入信号不再全为高电平，说明有键按下。,解决的第二个问题：哪个键按下？采用行列扫描方法，先扫描第一行：,解决的第一个问题：是否有键按下？,同样原理，扫描第2行、第3行、,上页,下页,回目录,8155键盘接口,PA0PA1
17、PA2PA3PA4PA5PA6PA7,PC0 PC1 PC2 PC3,CPU,（8行4列=32键）小键盘,PA口作输出：作键盘的行扫描线,PC口输作入：作键盘的列回扫线,从C口读入的是列编码,上页,下页,回目录,（A）=列编码+行编码 键的特征码,（A）0，读入的是列编码,D7 D6 D5 D4,D3 D2 D1 D0,行编码,列编码,0 0 0 PA0 行有键闭合,0 0 1 PA1 行有键闭合,.,1 1 1 PA7 行有键闭合,PC3 PC2 PC1 PC0,对应列,1 有键闭合,0 无键闭合,0,键的特征码,上页,回目录,PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7,PC0 PC1
18、 PC2 PC3,专用可编程的键盘/显示接口：1、intel 8279并行接口键盘、显示器接口芯片2、HD7279串行接口键盘、显示器接口芯片*可驱动8位共阴极LED显示器；*同时可连接多达64键的键盘矩阵；*内含译码器，可将BCD或二进制码直接译成7段码；*具有消隐、闪烁、左移、右移及段寻址等多种控制指令。,键盘程序设计中应注意的问题,键盘编码和功能定义,键盘有两种编码方式：一是键值，一是键号,1）键值：通过键盘扫描得到的各键的编码，离散度很大。,2）键号：对键盘中各键按一定顺序进行编码和定义。,2、按键处理方式,根据实际应用系统要求，键可有以下按键处理方式：,1）键一按下，执行按键处理程序
19、，执行完毕等待按键抬起,2）键按下并抬起，执行按键处理程序,3）键按住在一定时间内不释放，重复执行按键处理程序，直到该键释放为止；,4）复合键功能处理：复合键利用两个以上按键同时按下进行功能操作的方式。利用复合键可扩展键盘功能，也可提高操作的安全性。可以在键盘设计时，定义一些“引导”键，这些键单独按下无任何意义，和其它键同时按下形成一个复合键。（如微机中“SHIFT”、”CTRL”、”ALT”键）,应用系统监控程序设计,系统监控程序是控制单片机系统按预定操作方式运转的程序。是单片机系统程序的框架。,监控程序的任务：完成系统自检、初始化、处理键盘命令、处理接口命令、处理条件触发并完成显示功能。,
20、习惯上监控系统程序指键盘解析程序，其它任务分散在某些特定的功能模块中。,1、系统监控程序的定义和任务,Ok，over,2、监控程序结构,系统监控程序结构主要取决于系统功能的复杂性和键盘的操作方式。不同设计者对同一系统会设计出风格不同的程序来。,常见结构主要有：,1、作业顺序调度型,系统运行后按一个预定顺序依次执行一系列的作业，循环不已。常见于各类无人值守的单片机系统。,这类单片机系统的主要完成信息采集、预处理、存储、发送、报警等功能。,作业触发的方式有三种：,1）接力方式：上一道作业完成后触发下一道作业。,如某数显压力表的监控程序流程：,2）定时方式：预先安排好每一道作业的运行时刻表，由系统时
21、钟来顺序触发对应的作业。,如某数显压力表的监控程序流程：,3）外部信息触发方式：当外部信息满足一定条件时触发一系列作业。,如某数显压力表的监控程序流程：（主要进行压力报警）,2、作业优先调度型,这类系统作业具有优先级的差别，优先级高者先运行。常见于智能测控系统。,如某具有远程通信功能的系统监控程序结构：,3、键码分析作业调度型,作业调度完全服从操作者意图，操作者通过键盘来发出作业调度命令，监控程序接到控制命令后，通过分析启动对应作业。,键盘信号的获取有三种方法：第一是单纯查询方法；第二是中断方法（按键引起中断）；第三是定时查询方法（每隔一定时间查询一次键盘）。,定时查询方式的监控程序结构：,人
22、机界面的容错设计,微机系统和人打交道的部分称为人机界面。,人机界面应具有以下特点：,1、友好性,只需短时间训练就能顺利操作,即使操作过程中出现失误也不会引起事故，还能及时给操作者以帮助，为操作者提供更正错误的机会,其输出信息清楚明白，不易引起误解。,2、安全性,对某些重要操作，人机界面能提供安全保护功能。,1、输入功能设计,参数输入分三个阶段：接受命令 参数输入 结束输入,1）命令键处理过程,对命令输入的环境进行检查,2）数值键处理过程,3）回车键处理过程,2、输入界面的安全性设计,判断操作者的身份是否合法？,1）硬件安全性措施,锁开关、暗开关、加封记、复合按键操作、按键延时操作,2）软件安全性措施,设置密码：密码存放、密码输入、更换密码等,3、输出界面的容错设计,包括显示部分、指示部分、报警部分、打印部分，应提供尽可能多的信息给用户，必须用人们乐于接受、直观明了、不易引起阅读误差的格式来完成。,如：输出数据格式中要加提示信息：F=1000Hz U=1.23V,
