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1、单片机原理及应用,北京化工大学信息科学与技术学院主讲教师：郭青,第七章单片机的典型外围接口技术,7.1 键盘接口,单片机组成的控制系统通常需要配置键盘，用户可以通过键盘向单片机输入数据或命令，以便实现控制系统的人机对话。键盘可以直接利用口线连接按键开关、开关型传感器或电子线路来实现，内部程序仅通过判断口线的电平就能够确定输入的键值。采用这种识别方式的键盘称为非编码键盘。非编码键盘设计简单，使用方便，但口线利用率较低，受单片机口线数量的限制，其键盘规模无法做大。键盘的另一种形式是编码键盘，这种方式将口线与按键开关连接成矩阵电路，通过软件扫描、识别I/O口上的编码，按编码规则识别输入键值。编码键盘
2、的最大优点就是口线利用率高，键盘规模可以做得较大。,一、简易键盘接口 独立连接式,与门,上拉电阻,按键抖动问题,按键闭合时的电平变化波形,按键开关在接通或断开瞬间并非完全可靠接触，而是存在一个抖动期，tH为开关断开时口线上高电平存在的时间，tL为开关闭合时口线上低电平稳定存在的时间。tW1、tW2为键按下和松开时的抖动期存在时间。抖动期一般不超过10 ms。在口线电平抖动期间，单片机无法准确检测出口线电平的正确值，必须采取一定的措施进行鉴别。,延时消抖法,例如遇到由高向低的电平转换后先不急于读取口线键值，而是在中断服务程序的开始执行一段1020 ms的延时程序。若延时程序后再次判断口线仍为低电
3、平则进入口线的键值读取程序，否则放弃键值读取操作。延时去抖动及读取键值的中断服务程序如下：ORG0003HLJMPKRDKRD：MOVP1，#0FFH；P1口置为输入口CALLDEL20；调20 ms延时子程序MOV A，P1；读P1口键值JNBACC.0，KPR0；判断P1.0P1.7是否有键按下JNBACC.1，KPR1,JNB ACC.2，KPR2JNB ACC.3，KPR3 JNBACC.4，KPR4JNB ACC.5，KPR5JNB ACC.6，KPR6JNB ACC.7，KPR7RETI KPR0：；P1.0按键处理程序 RETI KPR1：；P1.1口线按键处理程序 KPR7：；
4、P1.7口线按键处理程序 DEL20：；20 ms延时子程序,二、矩阵式键盘接口,简易键盘电路中每一个按键占用一根I/O口线，其口线利用率较低，如果将口线按照行、列排成矩阵形式则可在相同口线数量的条件下增大键盘的规模。例如，可以将P1口的8根I/O线排列成44矩阵形式，连接16只按键开关。,44矩阵式键盘电路,P1口的8根I/O口线分成行、列线连接，P1.0P1.3为行线，P1.4P1.7为列线。16只按键分别跨接在对应的行、列线节点上。行线特定的4位数据输出和列线对应的4位数据输入可以组成一个8位的特征字，该特征字即为键值。,1、键盘电路的工作原理,矩阵式键盘将P1口的8根I/O口线分成行、
5、列线连接，图中P1.0P1.3为行线，P1.4P1.7为列线。16只按键分别跨接在对应的行、列线节点上。如果单片机在行线对应的I/O口线上有数据输出，当有键按下时，行、列线短路，单片机在列线对应的I/O口线上的输入数据将由行线上的电平决定。行线特定的4位数据输出和列线对应的4位数据输入可以组成一个8位的特征字，该特征字即为键值，代表了按下的键所在的位置。,2、扫描法产生键值,以行线作为扫描输出，以列线作为接收输入。依次将行线置为低电平，并在列线上逐次接收数据。如果发现接收到的某一列线有低电平，则表示该列线与行线连接的按键已经闭合。在接收到低电平的那次扫描中，行线数据与列线数据的组合便是所期望的
6、键值，由该键值可确定闭合键在矩阵连接中的连接位置。,3、键盘扫描方式,1)硬件中断识别法将矩阵式键盘电路的所有列线连接至“与”门电路的输入端，“与”门电路的输出端与单片机外部中断连接。把全部行线置为低电平，全部列线置为高电平，当有键按下时列线上出现低电平，产生中断，在中断服务程序中扫描键盘。2)软件查询识别法将全部行线置为低电平，全部列线置为高电平，定时从列线对应的I/O口线输入数据，如果判定接收的数据中有低电平存在，则说明有按键按下，开始执行键盘扫描程序。采用硬件中断识别方式可以随时响应键盘动作，具有较强的实时性，而采用软件查询方式则可以简化电路。,4矩阵键盘扫描程序举例,P1.0P1.1P
7、1.2P1.3,P1.7P1.6P1.5P1.4,行线，扫描输出,列线，扫描输入,接与门输入端，与门输出接INT0,键盘扫描程序如下：,INT0ISR:中断服务程序 MOV P1,#0FFH CLR P1.4；扫描输出 MOV A,P1；扫描输入 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY0 LCALL DELAY10MS MOV A,P1 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY0；判断P1.4行是否有键按下,；以下判断键码MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0EH,NEXT1 MOV KEY,#3 LJMP OKNEXT1:CJNE
8、 A,#0DH,NEXT2 MOV KEY,#7 LJMP OKNEXT2:CJNE A,#0BH,NEXT3 MOV KEY,#11 LJMP OKNEXT3:CJNE A,#07H,NOKEY0 MOV KEY,#15 LJMP OK,7.2 显示接口,为了实现人机交互，单片机应用系统通常配有显示器接口，主要显示元件采用LED(发光二极管显示器)或LCD(液晶显示器)，显示形式有笔画式和点阵式。笔画式显示元件大多为LED数码管，用于显示数字或简单字母信息，适合于规模较小的单片机系统。如七段码LED显示器对于大信息量或图形显示一般使用点阵式LCD显示器，这种显示器结构比较复杂，还需要考虑灰度
9、调节、高压背光的配合，电路连接及程序操作都比较繁琐。点阵式LCD显示器多采用内置控制器的模组形式，在这种形式下单片机与点阵式LCD的接口实际上变成了单片机与单片机之间的数据通信。,LCD显示屏接口,LCD图形点阵显示器通常以LCM(液晶显示模组)形式出现，模组中封装了显示器、驱动电路、控制电路及背光调节电路等。本节以MG12864 LCM为例介绍图形点阵LCD显示接口的应用。1MG12864 LCM模块基本参数(1)LCD类型：STN形式。(2)模块尺寸：937012 mm。(3)显示区域尺寸：70.738.8 mm。(4)点阵间距：0.520.52 mm。(5)点阵分布：12864点。(6)
10、每一点阵尺寸：0.480.48 mm。,MG12864 LCM模块内部主要组成部分,2MG12864 LCM模组结构说明,MG12864LCM由以下几部分组成：(1)核心部件：12864 LCD点阵显示器。(2)段驱动电路：两路64列扫描显示驱动电路。(3)行驱动电路：64行扫描显示驱动电路。(4)背光驱动电路：LED发光管照明电路。MG12864 LCM内部还配置了如下部分：(1)显示控制器。(2)显示存储器DDRAM。(3)电源电路。,3MG12864引脚功能及说明,1)数据信号DB0DB7：指令、数据传送总线。2)控制信号RS：指令、数据选择控制线，高电平选择数据传送，低电平选择指令传送
11、。R/W：读写方式控制线，高电平为读方式，低电平为写方式E：信号选通控制线，高电平有效。RSTB：复位信号线，低电平有效。,3MG12864引脚功能及说明,3)地址信号CS1：段驱动电路选择线，高电平有效，选通KS0108B(1)CS2：段驱动电路选择线，高电平有效，选通KS0108B(2)4)供电电源VDD：模块的电源正端。VSS：供电电源地。5)灰度调节VIN：LCD驱动电压输入端。VOUT：LCD背板负电压输出端。6)背光电源SLA：背光源正极(LED5 V)。SLK：背光源负极(LED0 V)。,4MG12864的操作指令,通过DB0DB7可以实现指令或数据的传送操作，指令或数据的选择
12、由RS控制信号确定，传送方向由R/W控制信号确定。1)显示开关指令RS=0，格式如下：,功能：控制显示状态。S0，关显示；S1，开显示。,2)列(Y)地址设置RS=0，格式如下：,列地址的设置范围为063。功能：将列地址写入列寄存器(YC)。,3)页(X)地址设置RS=0，R/W=0，格式如下：,页地址的选择范围为07。功能：将页地址置入页寄存器(PR)。,4)首行设置RS=0，R/W=0，格式如下：,行地址的设置范围为063。功能：设置显示存储器(DDRAM)的首行地址。,5)读取状态RS=0，R/W，格式如下：,BUSY：忙标志，低电平表示操作就绪，高电平表示正在操作中。ON/OFF：显示
13、状态，低电平表示开显示，高电平表示关显示。RESET：复位标志，低电平表示正常运行，高电平表示复位。,6)写数据,RS=1，R/W0 功能：将8位数据写入显示存储器(DDRAM)中，指令结束后列寄存器(YC)加1。7)读数据RS=1，R/W 1 功能：读取8位数据。MG12864 LCM模组的操作步骤包括：显示设置、读写数据及查询状态。,5显示存储器DDRAM的结构(1)整体地址结构如下所示：,(2)以第一页和X地址B8H为例，分页内位与行之间的对应关系如下：,MG12864与单片机的接口电路,7显示程序,显示程序主要完成对MG12864的控制、设定及显示内容的传送等工作。程序步骤包括：开关显
14、示控制，选取段驱动器，设定起始行，设定起始列及传送显示内容等。在每次显示开始时，如果按顺序设置起始的行或列可以实现屏幕上、下滚动或左、右平移的效果。显示内容按页传送，每页对应8行，连续传送64次8位显示数据完成1页显示内容。如果考虑两个驱动器的显示输出，显示整屏则需16页内容。,整屏显示程序流程,一、A/D转换器,A/D转换器是将模拟量转换成数字量的器件。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是声、光、压力和温度等随时间连续变化的非电物理量。非电物理量可通过合适的传感器等转换成电信号，模拟量只有转换成数字量才能被计算机采集、分析和计算处理。,7.3接口,二、A/D转换方法,电压频率式：精度高
15、价格低，但转换速度不高积分式：抗干扰能力好，转换速度低逐次逼近式：转换速度较快并行转换：串行转换：,A/D转换器原理框图,三、硬件设计考虑的问题,选择分辨率（38位/912位/13位以上）确定精度（误差范围）A/D转换时间和路数输入/输出特性和范围电源种类和功耗工作环境接口是否方便,四、8位A/D转换器 ADC0809,ADC0809是逐次比较式的8路8位A/D转换器，转换速度为100 s，电源电压+5V,内部结构图,ADC0809引脚分配,28脚DIP封装IN0IN7：8路模拟输入由通道选择端C，B，A选择其中一路的输入进行A/D转换,引脚功能,C、B、A：模拟通道地址选择线，输入ALE：地
16、址锁存允许信号，输入。由低到高的正跳变有效，此时锁存地址选择线的状态，从而选通相应的模拟通道，以便进行A/D转换。2-8、2-72-1：数字输出线，输出。2-8为最低位（D0，LSB），2-1为最高位（D7，MSB）。START：启动信号，输入，高电平有效。为了启动转换，应加正脉冲信号。脉冲的上升沿将内部寄存器清0，下降沿开始转换。EOC：转换结束信号，输出，高电平有效。在START的上升沿之后08个时钟期间，EOC变为低电平。当转换结束时，EOC变为高电平。OE：输出允许信号，输入，高电平有效。CLK：时钟信号，输入。,ADC0809的主要性能指标,分辨率为8位非调整误差为1 LSB具有锁存
17、功能的8路模拟开关，对8路模拟电压分别进行转换。输出与TTL兼容。可用单一电源供电，模拟电压输入范围为05V，无须调零和满刻度调整。三态锁存输出。低功耗为15mW。,ADC0809与8051的接口原理图,ADC0809与8051接口工作方式,EOC:开始转换时为低电平,当转换结束时为高电平.采集A/D转换结果的三种方式 延时等待方式：执行100s以上延时等待程序 查询方式:查询EOC引脚 中断方式:EOC经反相器接8051的外部中断引脚ALE=START=OE=端口地址确定应使P2.7=A15=0,A0、A1、A2给出被选择的模拟通道地址设未占用地址线为1，则IN0IN7通道地址为7FF8H7
18、FFFH,编程要点,选通模拟量输入通道发出启动信号用延时、查询或中断方法等待转换结束(延时)读取转换结果,MAIN:MOV R1,#data；数据缓冲区首址 MOV DPTR,#7FF8H;P2.7=0,且指向通道O MOV R7,#08H;置通道数LOOP:MOVX DPTR,A;启动A/D转换 MOV R6,#OAH;DLAY：NOP NOP NOP DJNZ R6,DLAY；100s延时 MOVX A,DPTR;读取转换结果 MOV R1，A INC DPTR；指向下一个通道 INC R1;修改数据区指针 DJNZ R7,LOOP;8个通道全采样完了吗?,延时法读取结果,中断方式程序,主
19、程序：SETB IT1 SETB EX1 SETB EA MOV DPTR,#7FF8H MOV A，#0 MOVX DPTR，A,中断服务程序：EINT1:MOV DPTR,#7FF8HMOVX A,DPTRMOV 30H,AMOV A,#00MOVX DPTR,ARETI,五、A/D采集的抗干扰措施,算术平均滑动平均值法(循环队列)去极值法低通滤波,7.4 D/A转换器接口,用D/A转换器把微型机输出的数字量转换成电压或电流，可输出各种波形的信号。,D/A转换器原理框图,一、硬件设计考虑的问题,选择分辨率（38位/912位/13位以上）确定精度（误差范围）D/A转换时间和路数输入/输出特性
20、和范围电源种类和功耗工作环境接口是否方便,二、DAC0832芯片介绍,分辨率8位电流输出,稳定时间1s双缓冲、单缓冲、直通3种数字输入工作方式单电源供电+5V+15V参考电压-10+10V,DAC0832引脚图,引脚功能,ILE：输入寄存器允许，高电平有效。与CS结合，控制WR1是否起作用。CS：片选信号，低电平有效。WR1：写信号1，低电平有效。将数据锁存入输入锁存器中。WR1有效时，ILE和CS也必须同时有效。XFER：传送控制信号，低电平有效。WR2：写信号2，低电平有效。将输入锁存器中的数据传送到DAC寄存器并锁存。,引脚功能,DI0DI7：数字信号输入端。IOUT1、IOUT2：DA
21、C电流输出端。Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。Vref：参考电压输入（-1010V）。Vcc：电源电压（+5+15V）。AGND：模拟地 DGND：数字地，可与AGND接在一起使用。,工作方式,直通方式：各控制端口一直有效单缓冲方式：输入锁存器和8位DAC寄存器锁存信号同时有效；或者一个寄存器控制端一直有效。双缓冲方式：输入锁存器和8位DAC寄存器锁存信号分开控制,双缓冲方式时序信号,单缓冲方式时序信号,DAC0832与MCS51的接口双缓冲方式,双缓冲方式适用于几个模拟量同时输出的系统,XFER CS1 CS2 P2.7 P2.6 P2.5Y 1 0 1 BFFFHX 1 1 0
22、DFFFHDAC 0 1 1 7FFFH,时序图,程序举例,向对应地址单元进行写操作启动转换MOVDPTR,#0BFFFH;DAC1地址MOV A,#Y;待转换数字量MOVX DPTR,A;送Y输入锁存器MOV DPTR,#0DFFFH;DAC2地址MOV A,#X;待转换数字量MOVX DPTR,A;送X 输入锁存器MOVDPTR,#7FFFH;DAC地址MOVXDPTR,A;同时转换输出,单缓冲方式接口电路,系统只有一路模拟量输出或几路模拟量不许同步的输出场合,可采用单缓冲方式,P2.7=0,选通地址：7FFFH,通过运放可输出一个锯齿波,MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#00HLOOP:MOVX DPTR,A INC A SJMP LOOP,
