數(shù)字信號輸入輸出接口電路PPT學習教案

1、會計學1數(shù)字信號輸入輸出接口電路數(shù)字信號輸入輸出接口電路2022-6-18 在這種方式中，直接利用CPU I/O引腳輸入/輸出開關信號，如圖7-1(a)所示 。第2頁/共80頁 在這種方式中，將若干條用途相同（均為輸入或輸出）的I/O引腳組合在一起，按二進制編碼后輸入或輸出。例如，對于n條輸出引腳，經(jīng)過譯碼后，可以控制2n個設備；對于2n個不同時有效的輸入量，經(jīng)過編碼器與CPU連接時，也只需要n個引腳，如圖7-1(b)所示。 第3頁/共80頁 將CPU I/O引腳分成兩組，用N條引腳構成行線，M條引腳構成列線，行、列的交叉點就構成了所需的NM個檢測點。顯然，所需的I/O引腳數(shù)目為N+M,而檢測

2、點總數(shù)達到了NM個，如圖7-1（C）所示。可見，I/O引腳的利用率較高，硬件開銷少，因此得到了廣泛應用。 在矩陣編碼方式中，如果行線、列線均定義為輸出狀態(tài)，就可以輸出NM個開關量；當行、列線中有一組為輸出線，另一組為輸入線時就構成了NM個輸入檢測點，如矩陣鍵盤電路。 第4頁/共80頁 通過單片機實現(xiàn)數(shù)字信號的輸入處理和輸出控制時，必須了解以下問題： (1) 準確理解CPU中各引腳的功能，確定可利用的I/O資源，并做出相對合理的使用規(guī)劃。 (2) 作輸出控制信號時，必須了解CPU復位期間和復位后該引腳的狀態(tài)。 MCS-51系列CPU在復位期間和復位后各I/O端口的狀態(tài)可參閱第2章有關內容。 (3

3、)了解I/O端口輸出級電路結構和I/O端口的負載能力。只有了解了CPU I/O端口輸出級電路結構和負載能力，才可能設計出原理正確、工作可靠的I/O接口電路。 (4)了解I/O端口輸出電平范圍 。 (5)了解I/O端口耐壓。 第5頁/共80頁2022-6-18 對于輸出口，當輸出高電平時，能給負載提供的最大驅動電流就是該輸出口高電平驅動能力，當輸出電流大于最大驅動電流時，上拉MOS管內阻上的壓降將增加，VOH會下降。當VOH小于某一數(shù)值后，后級電路會誤認為輸入為低電平， 產(chǎn)生邏輯錯誤。因此，要注意輸出高電平時的負載能力。 而當輸出低電平時，輸出級飽和，負載電流倒灌。同樣，倒灌的電流也不能太大，否

4、則會使輸出級因過流而損壞，即使沒有損壞，也會因灌電流太大，造成輸出低電平VOL上升。當VOL大于某一數(shù)值后，后級電路同樣會誤以為輸入為高電平，產(chǎn)生錯誤。第6頁/共80頁2022-6-18 當僅需要擴展少量的I/O引腳時，可使用鎖存器、觸發(fā)器或三態(tài)門電路實現(xiàn)。 第7頁/共80頁2022-6-18 MCS-51寫外部RAM時，用 作寫選通信號。在時序上，數(shù)據(jù)輸出有效到 有效時間TQVWX最小值為零，而 無效到數(shù)據(jù)輸出無效（即數(shù)據(jù)保持）時間TWHQX也不超過1個機器周期。而利用觸發(fā)器擴展輸出口時，觸發(fā)器送數(shù)時鐘信號由外部RAM寫選通信號 和高位地址譯碼信號經(jīng)過“與門”或“或非門”產(chǎn)生，這樣送數(shù)時鐘信

5、號就存在一定的延遲，因而只能利用 的前沿將數(shù)據(jù)鎖存到觸發(fā)器中，常使用74LS273（八上升沿觸發(fā)器，帶公共清零端）、74LS174（六上升沿觸發(fā)器）、74LS374（八上升沿觸發(fā)器，三態(tài)輸出）、74LS377（八上升沿觸發(fā)器，帶使能端）來擴展MCS-51的輸出口，如圖7-2所示。 WRWRWRWRWR第8頁/共80頁圖7-2 使用74LS273擴展輸出口 第9頁/共80頁 對輸入口來說，一般無須鎖存，原則上三態(tài)門電路、具有三態(tài)輸出的總線緩沖器、驅動器、D型觸發(fā)器（如74LS374）以及電平觸發(fā)的鎖存器（如74LS373）等均可以作為輸入口擴展芯片，如圖7-3所示。 第10頁/共80頁A15A1

6、4A13A1B2C3G2A4G2B5G16Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015U474LS138A11A122.2KVC COE1LE111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U174LS373D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7C PUD7 D0C PUD7 D0R D1G11A21Y34Y114A124G132G42A52Y63Y83A93G10U374LS125D0D1D2D3數(shù) 據(jù) 輸 入數(shù) 據(jù) 輸 入數(shù) 據(jù) 輸 入STBOC1C LK111D31Q22D42Q

7、53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U?74LS374第11頁/共80頁 圖7-4是一個實用的輸入/輸出口擴展電路，其中74LS273構成8位輸出口，74LS373構成8位輸入口。 圖7-4 擴展輸入/輸出口 第12頁/共80頁2022-6-18 在速度要求不高情況下，可利用74LS164、74HC594、74HC595 等“串入并出”芯片擴展輸出口；利用74LS165、74HC597等“并入串出”芯片擴展輸入口，也是一種簡單、實用的I/O口擴展方式。當串行口未用時，可通過串行口方式0完成串行數(shù)據(jù)的輸入或輸出（可參閱第4章）；而當串行口已做

8、它用時，可根據(jù)串行芯片的操作時序，使用I/O引腳完成數(shù)據(jù)的輸入/輸出，例如在圖7-5中使用89C5X芯片三根I/O線，借助兩片74HC595即可獲得16根輸出線。 第13頁/共80頁QB1QC2QD3QE4QF5QG6QH7QA15SDO9SCLR10SRCLK11RCLK12OE13SDI14U274HC595P1.0P1.1P1.2QB1QC2QD3QE4QF5QG6QH7QA15SDO9SCLR10SRCLK11RCLK12OE13SDI14U374HC595串 行 數(shù) 據(jù) 輸 出移 位 脈 沖8XC5XU1VCCED0ED1ED2ED3ED4ED5ED6ED7ED8ED9ED10ED1

9、1ED12ED13ED14ED1598U4D56U4C34U4B12U4ACD40106圖7-5通過“串入并出”芯片擴展輸出引腳 第14頁/共80頁2022-6-18 Intel公司8255芯片是一塊通用的可編程并行接口（PPI）芯片，除地址線A1、A0外，可直接與Intel公司8位微處理器，如MCS-51芯片相應總線直接相連，是MCS-51單片機應用系統(tǒng)中較常見的并行I/O擴展芯片之一。 第15頁/共80頁 8255采用DIP40、LCC44或QFP44封裝形式，引腳功能及排列如圖7-6所示。 第16頁/共80頁2022-6-18 8255屬于可編程的I/O擴展芯片，其工作方式由寫入工作方式

10、控制寄存器的工作方式控制字決定，如表7-2所示。 1b6 b5b4b3b2b1b0工作方式控制字特征A口工作方式控制00（方式0）01（方式1）1x（方式2）A口輸入/輸出控制0（輸出）1（輸入）C口高4位輸入/輸出控制0（輸出）1（輸入）B口工作方式控制0（方式0）1（方式1）B口輸入/輸出控制0（輸出）1（輸入）C口低4位輸入/輸出控制：0（輸出）1（輸入）與A口工作方式有關的控制位A組(PC7PC4)輸入/輸出控制與B口工作方式有關的控制位B組(PC3PC0)輸入/輸出控制表7-2 8255工作方式控制字各含義 第17頁/共80頁2022-6-18 8255 I/O口有三種工作方式： 方

11、式0，基本輸入/輸出方式。特點是對輸出信號鎖存功能；對輸入信號沒有鎖存功能。 方式1，選通輸入/輸出方式。特點是使用C口部分引腳作為A、B通信聯(lián)絡信號，對輸入、輸出數(shù)據(jù)均具有鎖存功能。 方式2，雙向傳輸方式。只有A口可以工作于方式2，使用C口部分引腳作為雙向傳輸聯(lián)絡信號，對輸入、輸出數(shù)據(jù)均具有鎖存功能。 第18頁/共80頁2022-6-18 可見8255三個I/O口的地位不完全相同，其中A口有三種工作方式，B口有兩種工作方式；而C口較特殊，被分成A (PC7PC4)、B(PC3PC0)兩組，只有當A、B口工作在方式0時，C口才可作為輸入/輸出引腳使用（PC7PC4、PC3PC0處于輸入還是輸出

12、狀態(tài)，分別由工作方式控制字的b3、b0位決定），而當A、B口工作在方式1或2時，C口部分引腳作為A、B口通信聯(lián)絡信號（這時未用的C口引腳仍可作為輸入/輸出引腳使用，由控制寄存器的b3、b0位選擇），具體情況如表7-3所示。 第19頁/共80頁2022-6-18STBSTBACKC口引腳方式1（A或B口）方式2（A口）輸入輸出輸入輸出PC0INTRBINTRBPC1IBFB PC2PC3PC4PC5PC6PC7STBACKBBOBFBINTRAINTRAINTRAINTRAIBFAIBFASTBACKOBFOBFAAAAAA表7-3 A、B口工作在方式1/2下C口引腳的含義 第20頁/共80頁2

13、022-6-18(a) A口工作在選通輸入方式下信號連接方式及時序 (b) A口工作在選通輸出方式下信號連接方式及時序 第21頁/共80頁2022-6-18MCS-51CPU 與8255接口芯片按如下方式連接：8255芯片數(shù)據(jù)總線與CPU數(shù)據(jù)總線直接相連。讀控制信號（ ）、寫控制信號（ ）分別與CPU讀寫控制信號相連。8255芯片地址線A1、A0可直接與CPU高8位地址，如A9（即P2.1引腳）、A8（即P2.0引腳）相連；當然如果已使用了D型鎖存器（如74LS373）鎖存了MCS-51芯片P0口低8位地址信號A7A0，則8255芯片地址線A1、A0也可以與CPU地址線A1、A0相連。片選信號

14、 可直接與CPU高位地址線相連（即采用線選法，如圖7-8所示）或由高位地址譯碼后產(chǎn)生，如例7.1所示。 RDWRCS第22頁/共80頁A8A9A10A11A12A13A14A15RDWRD0D1D2D3D4D5D6D7輸出口RESRES2.0KVCCD034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6R?82

15、55EA/Vpp31X119X218RESET9RD/P3.717WR/P3.616INT0 /P3.212INT1 /P3.313T0/P3.414T1/P3.515P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30P3.1/TXD11P3.0/RXD10U18XC5X圖7-8 MCS-51與8255芯片的連接 第23頁/共80頁D

16、03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U274LS373A8A9A10A11A12A13A14A15RDWRD0D1D2D3D4D5D6D7A15A14A13A11A12SW7SW8SW3SW9SW4SW5SW6SW1SW2SW0SWASWFSWCSWDSWESWBESCUPEnterDOWN9.1K4VCC接8255的B口由B口依次輸出只有一個為低電平的掃描碼接8255的C口（PC0PC3輸入）沒有按鍵被按下為高電平PB0PC0PC1PC2PC3VCCA0A1RDWRPC0PC1PC2PC3PB0PB1PB

17、2PB3PC0PC3引腳輸入輸出口PB4PC4PC7輸出輸出RES8255B芯片地址：A口：8800HB口：8801HC口：8802H控制口：8803HPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7D/IR/WCS1CS2CS3ERES12U5A74LS04D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A6A7RESDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7FM19264 LCDRESET6.8K8A1B2C3G2A4G2B5G16Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015U474LS1382.0KVCCD034D133D23

18、2D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6R?8255EA/Vpp31X119X218RESET9RD/P3.717WR/P3.616INT0 /P3.212INT1 /P3.313T0/P3.414T1/P3.515P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.0

19、39P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30P3.1/TXD11P3.0/RXD10U18XC5XD11N4148PB1D21N4148PB2D31N4148PB3D41N4148PB4D51N4148第24頁/共80頁2022-6-18 8155/8156曾經(jīng)是MCS-51單片機系統(tǒng)常用的可編程并行I/O擴展芯片之一，與MCS-51接口方便。采用DIP40、LCC44或QFP44封裝形式，單一+5V工作電源。8155/8156

20、可編程I/O擴展芯片除了可提供三個可編程的I/O端口(A、B均為8位I/O口，C口為6位I/O端口)外，還具有256字節(jié)的SRAM存儲單元和一個14位的可編程定時/計數(shù)器，并內置了地址鎖存器，地址線可直接與MCS-51單片機的P0口相連，無須使用74LS373鎖存低8位地址信號，適合擴展具有片內程序存儲器的MCS-51單片機CPU，如8751、8752、87C51/52/54/58、89C51/52/54/58、87C51X2/52X2/54X2/58X2、89C51X2/52X2/54X2/58X2等的I/O口。當系統(tǒng)所需外部數(shù)據(jù)存儲器容量不大時，由1片CPU和1片8155即可構成I/O端口

21、較多的單片機應用系統(tǒng)。第25頁/共80頁2022-6-18 8155/8156芯片內部結構及引腳排列如圖7-10所示。 第26頁/共80頁2022-6-18 8155內部有一個命令寄存器，其內容規(guī)定8155的工作方式，各位含義如表7-4所示。 第27頁/共80頁2022-6-18 當I/O引腳資源不夠時，用另一塊CPU來擴展I/O端口比通過三態(tài)門、觸發(fā)器、專用I/O擴展芯片如8255、8155等擴展I/O引腳，在某些單片機應用系統(tǒng)中可能更經(jīng)濟。一方面，不僅擴展了I/O引腳，也擴展了其他硬件資源（如定時/計數(shù)器、中斷輸入端），部分工作可由擴展CPU完成，有效地減輕了主CPU負擔。另一方面，由于C

22、PU I/O口電平可任意設置，完全可以省去承擔邏輯轉換的與非門電路芯片。 利用CUP擴展I/O資源時，可使用UART、I2C異步通信方式、類似SPI接口同步串行通信方式或并行通信方式實現(xiàn)兩CPU之間的信息交換。 第28頁/共80頁 發(fā)光二極管在本質上與普通二極管差別不大，也是一個PN結，同樣具有正向導通，反向截止的特性。發(fā)光二極管的伏安特性曲線與普通二極管相似，如圖7-12所示(為了便于比較，圖中用虛線表示普通二極管的伏安特性曲線)。 圖7-12 LED二極管伏安特性曲線第29頁/共80頁（1） 外加正向電壓小于0.9V1.1V時，LED不導通；當外加電壓大于正向閥值電壓時，LED導通，同時發(fā)

23、光。顯然，LED二極管的正向導通電壓比普通二極管大，具體數(shù)值與LED材料有關，如表7-7所示。 表7-7 LED正向壓降與材料的關系（2） LED導通后，伏安特性曲線更陡，即LED導通后，內阻更小（因此也常用作降壓元件，如將+5V電源降為3V電源）。 (3) LED二極管反向擊穿電壓比普通二極管低，一般在5V10V之間。 LED材料正向導通電壓VF /V砷化鎵(GaAs)1.2鎵鋁砷(GaAlAs)1.61.8磷化鎵(GaP)1.92.5磷砷化鎵(GaAsP)1.61.8 第30頁/共80頁 LED工作電流較大，而MCS51系列CPU P1P3口I/O引腳負載能力僅為四個TTL 門電路，因此不

24、能直接驅動LED發(fā)光二極管， 必須使用三極管或驅動IC芯片驅動，如圖7-13所示。 PNPRb10KRLEDVCCP1.XCPUP1.XCPU12U1A7407RLEDVCCP1.XCPU12U1A7406RLEDVCC(a)(b)(c)P0.XCPURLEDVCC(d)圖7-13 CPU與LED接口電路（a）、(b)、(d)低電平有效；(c)高電平有效 第31頁/共80頁2022-6-18 一般說來，單個LED有“亮”、“滅”顯示兩種狀態(tài)，但在單片機應用系統(tǒng)中，由于I/O引腳、成本等因素限制，要求一只LED發(fā)光二極管顯示出更多的狀態(tài)。例如電源監(jiān)控設備中的電源指示燈就可能用“滅”、“常亮”、“

25、快閃”、“慢閃”四種狀態(tài)分別表示“無交流”、“交流正?！?、“過壓”、“欠壓”四種狀態(tài)；又如，帶有后備電池設備的電源指示燈也可用“滅”、“常亮”、“快閃”、“慢閃”分別表示“無交流/電池電壓正常”、“交流正常/電池電壓正?！薄ⅰ敖涣髡?電池低壓”、“無交流/電池低壓”四種狀態(tài)。在這種情況下，一般用兩個bit記錄每一只LED發(fā)光二極管的狀態(tài)，如00表示滅；01表示慢閃；10表示快閃；11表示常亮，這樣一字節(jié)內部RAM單元可記錄4個LED指示燈的狀態(tài)。 第32頁/共80頁2022-6-18 當系統(tǒng)中存在兩個或兩個以上LED發(fā)光二極管以閃爍方式表示不同的狀態(tài)時，就遇到LED顯示同步問題，否則可能出現(xiàn)

26、甲燈亮時，乙燈滅呈現(xiàn)類似霓虹的走動顯示效應。 解決方法：快閃、慢閃時間呈倍數(shù)關系，如快閃切換時間為0.15s0.25s，則慢閃切換時間可設為0.45s0.75s(23倍)；然后在定時中斷服務程序中設置快、慢閃切換標志，并根據(jù)LED狀態(tài)關閉或打開LED指示燈即可。 第33頁/共80頁2022-6-18 LED數(shù)碼管是單片機控制系統(tǒng)中最常用的顯示器件之一，LED數(shù)碼管在單片機應用系統(tǒng)中的地位類似于CRT (陰極射線管)顯示器在臺式微機系統(tǒng)中的地位。在單片機系統(tǒng)中，常用一只到數(shù)只，甚至十幾只LED數(shù)碼管顯示CPU的處理結果、輸入/輸出信號的狀態(tài)或大小。 第34頁/共80頁2022-6-18LED數(shù)碼

27、管的外觀如圖7-14(a)所示，筆段及其對應引腳排列如圖7-14(b)所示，其中ag段用于顯示數(shù)字或字符的筆畫，dp顯示小數(shù)點，而3、8引腳連通，作為公共端。一英寸以下的LED數(shù)碼管內，每一筆段含有1只LED發(fā)光二極管，導通壓降為1.2V2.5V；而一英寸及以上LED數(shù)碼管的每一筆段由多只LED發(fā)光二極管以串、并聯(lián)方式連接而成，筆段導通電壓與筆段內包含的LED發(fā)光二極管的數(shù)目、連接方式有關。 在串聯(lián)方式中，確定電源電壓Vcc時，每只LED工作電壓通常以2.0V計算，例如4英寸七段 LED數(shù)碼顯示器LC4141的每一筆段由四只LED發(fā)光二極管按串聯(lián)方式連接而成，因此導通電壓應在7V8V之間，電源

28、電壓Vcc必須取9V以上。第35頁/共80頁根據(jù)LED數(shù)碼管內各筆段LED發(fā)光二極管的連接方式，可以將LED 數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩大類。在共陰極LED數(shù)碼管中，所有筆段的LED發(fā)光二極管的負極連在一起，如圖7-14(c)所示；而在共陽極LED數(shù)碼管中，所有筆段的LED發(fā)光二極管的正極連在一起，如圖7-14(d)所示。圖7-14 LED數(shù)碼顯示管 第36頁/共80頁2022-6-18 從LED數(shù)碼管結構可以看出，點亮不同筆段就可以顯示出不同的字符， 例如筆段a、b、c、d、e、f被點亮時，就可以顯示數(shù)字“”；又如筆段a、b、c、d、g被點亮就顯示數(shù)字“3”。理論上，七個筆段可以顯示128種

29、不同的字符，扣除其中沒有意義的組合狀態(tài)后，七段LED數(shù)碼管可以顯示的字符如表7-9所示。 依據(jù)顯示驅動方式的不同，可將LED數(shù)碼顯示驅動電路分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。第37頁/共80頁2022-6-18 LED靜態(tài)顯示接口電路由筆段代碼鎖存器、筆段譯碼器(采用軟件譯碼的LED靜態(tài)顯示驅動電路不用筆段譯碼器)、驅動器等部分組成。在單片機應用系統(tǒng)中，一般不用七段譯碼器芯片，如74249、CD4511等構成筆段譯碼，而是采用軟件方式實現(xiàn)譯碼，原因是軟件譯碼靈活、方便，下面是單片機系統(tǒng)中常用的LED靜態(tài)顯示接口電路形式。 第38頁/共80頁+5VP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P

30、1.6200abcefgdpa7b6c4d2e1f9g10dp538d12345689U1740712345689U27407P1.7 (1) 圖7-15(a)是一位的共陽LED靜態(tài)顯示驅動電路， P1口輸出筆段代碼，通過7407驅動LED數(shù)碼管。該電路優(yōu)點是結構簡單，直接利用P1 口鎖存器作筆段代碼鎖存器，缺點是占有了P1.0P1.6七根I/O線。 第39頁/共80頁2022-6-18 (2) 在圖7-15(b)中，通過八上升沿D型觸發(fā)器74LS273擴展輸出口，分別作為LED1、LED2的筆段代碼鎖存器。 231U2A74LS02564U2B74LS02CLR1CLK111D31Q22D4

31、2Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U374LS273CLR1CLK111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U474LS273A1B2C3G2A4G2B5G16Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015U174LS138A11A12A13A14A15WRD0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D738abcdefgdp764219105dpabcdfgeLED12008VCCVCCD7.D01234568911101213U

32、574071234568911101213U6740712345689U7740738abcdefgdp764219105dpabcdfgeLED12008VCC第40頁/共80頁2022-6-18 (3) 如果LED數(shù)碼管工作電流小于10mA，使用74HC273芯片后，可省去OC輸出的驅動芯片7407，如圖7-15(c)所示。 231U2A74LHC2564U2B74HC02CLR1CLK111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U374HC273CLR1CLK111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D1

33、35Q126D146Q157D177Q168D188Q19U474HC273A1B2C3G2A4G2B5G16Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015U174HC138A11A12A13A14A15WRD0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D738abcdefgdp764219105dpabcdfgeLED11K838abcdefgdp764219105dpabcdfgeLED21K8VCCVCCVCCD7.D0第41頁/共80頁2022-6-18 (4) 當系統(tǒng)中I/O引腳資源不緊張時，可使用I/O引腳作D型觸發(fā)器鎖存脈沖，如圖7-15(d)。 CL

34、R1CLK111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U174HC273CLR1CLK111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U274HC273D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D738abcdefgdp764219105dpabcdfgeLED11K838abcdefgdp764219105dpabcdfgeLED21K8VCCVCCVCCD7.D0P2.7P2.6第42頁/共80頁2022-6-18 在靜態(tài)顯示方式中，

35、顯示驅動程序簡單，CPU占用率低，但每一位LED數(shù)碼管需要一個8位鎖存器來鎖存每一顯示位的筆段代碼，硬件開銷大(元件數(shù)目多，印制板面積也會隨之增加)，僅適用于顯示位數(shù)較少(4位以下)的場合。當需要顯示的位數(shù)在412時， 多采用按位掃描軟件（在單片機系統(tǒng)一般不用硬件）譯碼的動態(tài)顯示方式或按筆段掃描的動態(tài)顯示方式，如圖7-16所示。第43頁/共80頁2022-6-18EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0

36、633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U189C5238abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg eP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7(100 120)81.8K874072共

37、陽 LED數(shù) 碼 管P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.712345689U212345689U3T0T1T2T3T4T5T6T7VCCDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7第44頁/共80頁 在圖7-15中，使用P2口作為筆段碼鎖存器，用7407作筆段碼驅動器（由于在LED動態(tài)顯示電路中，為獲得足夠亮度，限流電阻小，LED瞬態(tài)電流大，一般不能省去筆段驅動器）；P0口作位掃描碼鎖存器，用低頻中功率PNP管作位驅動器。顯然，筆段、位掃描均采用軟件譯碼方式。顯示時，依次將各位筆段碼送P2口，位掃描碼送P口，即可分時

38、顯示所有位。就微觀來說，任一時刻只有一只LED數(shù)碼管工作，但由于人眼視覺惰性特征，只要刷新頻率不小于25Hz，宏觀上就看到所有位同時亮，且沒有閃爍感。從圖中可以看出，在軟件譯碼的動態(tài)LED顯示電路中，無論位數(shù)多寡，都只需一套筆段碼鎖存器與驅動器，一套位掃描碼鎖存器與驅動器，硬件開銷少。因此，在單片機應用系統(tǒng)中得到了廣泛應用。 第45頁/共80頁2022-6-18 當CPU I/O引腳資源緊張時，可采用D型鎖存器、可編程8255并行I/O擴展芯片構成動態(tài)LED顯示器的筆段碼鎖存器和位掃描碼鎖存器，如圖7-16所示。圖(a)使用兩片74LS273構成筆段碼鎖存器和位掃描碼鎖存器，而圖(b)用825

39、5的B口作為筆段碼鎖存器；A口作為位掃描碼鎖存器。由于8255 A口負載能力有限，不能直接驅動LED，為此圖中采用中功率PNP管（如MPS8850）增大筆段驅動電流。 第46頁/共80頁CLR1CLK111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U174HC273CLR1CLK111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U274HC273D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D72.0K8VCCD7.D0P2.7P2.6123456

40、89U3740712345689U47407120838abcdefgdpdpabcdfgeLED738abcdefgdpdpabcdfgeLED638abcdefgdpdpabcdfgeLED538abcdefgdpdpabcdfgeLED438abcdefgdpdpabcdfgeLED338abcdefgdpdpabcdfgeLED238abcdefgdpdpabcdfgeLED138abcdefgdpdpabcdfgeLED0T7T6T5T4T3T2T1T0VCCDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7(a) 由74LS273(74

41、HC273)構成的按位掃描動態(tài)顯示驅動電路 第47頁/共80頁2022-6-18當顯示位數(shù)較多，如12位以上時，即使將顯示刷新率降到25Hz(實際上當刷新頻率降到25Hz時已出現(xiàn)明顯閃爍現(xiàn)象)后，仍不能保證每位顯示時間大于1ms時，可采用按字段掃描方式或按位分組掃描方式的動態(tài)顯示驅動電路。 在按字段掃描方式中，不論位數(shù)多少，對于八段數(shù)碼顯示器來說，筆段引腳只有8根，即使顯示刷新頻率為50Hz，按字段掃描時，每一字段顯示時間依然為1/(508)=2.5ms。顯示時每次點亮一個字段（即掃描信息從字段引腳dpa輸入），同一字段的顯示信息由位選擇電路控制，如圖7-17(a)所示，顯示時先將顯示數(shù)碼緩沖

42、區(qū)內數(shù)碼轉換為筆段碼，然后將筆段碼緩沖區(qū)內信息轉化為位筆段顯示信息碼，如下所示。顯示時只將位筆段顯示信息送位選擇口。第48頁/共80頁2022-6-1838abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e38abcdefgdpdpabcdfg e(100 120)81.8K874072共 陽 LED數(shù) 碼 管12345689U212345689U3T0T1

43、T2T3T4T5T6T7VCCD034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6U18255PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7D0D1D2D3D4D5

44、D6D7A8A9RDWR由8255構成的按位掃描動態(tài)顯示驅動電路 第49頁/共80頁2022-6-18 在單片機應用系統(tǒng)中，除了復位按鈕外，可能還需要其他按鍵，以便控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，或向系統(tǒng)輸入運行參數(shù)。鍵盤電路一般由鍵盤接口電路、按鍵（由控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的功能鍵和向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)的數(shù)字鍵組成）以及鍵盤掃描程序等部分組成。 7.5.1 按鍵結構按鍵電壓波形 7.5.2 鍵盤電路形式 7.5.3 鍵盤按鍵編碼 7.5.4 鍵盤監(jiān)控方式 第50頁/共80頁 單片機控制系統(tǒng)中廣泛使用的機械鍵盤的工作原理是：按下鍵帽時，按鍵內的復位彈簧被壓縮，動片觸點與靜片觸點相連，使按鍵的兩個引腳被接通，接觸電阻大

45、小與按鍵觸點面積及材料有關，一般在數(shù)十以下；松手后，復位彈簧將動片彈開，使動片與靜片觸點脫離接觸，兩引腳斷開。可見，機械鍵盤或按鈕的基本工作原理就是利用動片和靜片觸點的接觸和斷開來實現(xiàn)鍵盤或按鈕兩引腳的通、斷。 第51頁/共80頁 在理想狀態(tài)下，按鍵引腳電壓變化如圖7-20(a)所示。但實際上，在按鍵被按下或放開的瞬間，由于機械觸點存在彈跳現(xiàn)象，實際按鍵電壓波形如圖7-20（b）所示，即機械按鍵在按下和釋放瞬間存在抖動現(xiàn)象，抖動時間的長短與按鍵的機械特性有關，一般在5ms10ms之間，而按鍵穩(wěn)定閉合期長短與按鍵時間有關，從數(shù)百毫秒到數(shù)秒不等。為了保證按鍵由“按下”到“松手”之間僅視為一次或數(shù)次

46、輸入（對于具有重復輸入功能的按鍵），必須在硬件或軟件上采取去抖動措施，避免一次按鍵輸入一串數(shù)碼。 第52頁/共80頁2022-6-18 根據(jù)所需按鍵個數(shù)、I/O引腳輸出級電路結構以及可利用的I/O引腳數(shù)目，確定鍵盤電路形式。 第53頁/共80頁2022-6-18 通過檢測單片機I/O引腳電平狀態(tài)，判別有無按鍵輸入就構成了直接編碼鍵盤，如圖7-19(b)所示。優(yōu)點是鍵盤接口電路簡單，適用于僅需少量按鍵的場合 第54頁/共80頁2022-6-18 當系統(tǒng)所需按鍵個數(shù)較多時，為了減少鍵盤電路占用的I/O引腳數(shù)目，一般采用矩陣鍵盤形式，如圖7-22所示。在矩陣鍵盤電路中，行線是輸入引腳，列線是輸出引腳

47、（當然也可以倒過來，將行線作為輸出引腳，而列線作為輸入引腳）。 第55頁/共80頁P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7列線(輸出）行線（輸入）ooMCS-51PC.0PC.1PC.2PC.3PC.4PC.5PC.6PC.7R19.1KR2R3R4D1D2D3D4PIC16C5X1N溝2P溝PC.XVCC1N溝2P溝PC.XVCC輸入輸出VN溝P1.XVCCVN溝P1.XVCC輸入輸出內置上拉電阻VCCVCC(a)11(b)VVVV(c)VVVV(d)第56頁/共80頁2022-6-18 在鍵盤電路中，按鍵的個數(shù)不止一個，即存在鍵盤按鍵編碼（鍵值）問題。按鍵編碼與按鍵

48、功能（即鍵名）有關聯(lián)，但又是兩個不同的概念。鍵盤電路結構不同，確定鍵值的方式也不同，例如對于圖7-19這樣的簡單鍵盤接口電路，將K0對應的按鍵值定義為“0”；K1對應的按鍵值定義為“1”；依此類推，K3對應的按鍵值定義為“3”。對于圖7-22所示的矩陣鍵盤接口電路，確定鍵值的方法很多：可用行、列對應的二進制值作為鍵值，例如當列線P1.7P1.4輸出的掃描信號為1110，如果P1.4與P1.0交叉點對應按鍵，即第一個按鍵被按下時，從P1.3P1.0口讀入的信息必然為1110，因此P1.0與P1.4交叉點對應的按鍵值為1110，1110（即0EEH）；同理，P1.0與P1.5交叉點對應的按鍵值為1

49、101，1110（即0BEH）, P1.0與P1.7交叉點對應的按鍵值為0111，1110（即7EH）。但通過這種編碼方式獲得的鍵值分散性大，且不等距。因此，一般均按順序對鍵盤按鍵進行編碼，即將按鍵行列對應的二進制碼作為掃描碼，查表轉換為鍵值。 第57頁/共80頁例如，可按如下順序對圖7-23所示矩陣鍵盤的按鍵進行編號： SW7SW8SW3SW9SW4SW5SW6SW1SW2SW0SWASWFSWCSWDSWESWBESCUPEnterDOWN9.1K4VCC接8255的B口由B口依次輸出只有一個為低電平的掃描碼接8255的C口（PC0PC3輸入）沒有按鍵被按下為高電平PB0PC0PC1PC2

50、PC3D11N4148PB1D21N4148PB2D31N4148PB3D41N4148PB4D51N4148 將P1.0引腳對應行線的行號定義為0，P1.1引腳對應行線的行號定義為1，P1.2引腳對應行線的行號定義為2，P1.3引腳對應行線的行號定義為3；P2.0引腳對應列線的列號定義為0，P2.1引腳對應列線的列號定義為1，依次類推，P2.4引腳對應列線的列號定義為4，則鍵盤任意按鍵的掃描碼=5行號+列號（因為一行為5列）或4列號+行號（因為一列為4行）。 第58頁/共80頁2022-6-18 在單片機應用系統(tǒng)中，可采用查詢方式（包括隨機掃描方式和定時中斷掃描方式）或硬件中斷方式監(jiān)視鍵盤有

51、無按鍵輸入。 第59頁/共80頁2022-6-18 在隨機掃描方式中，CPU完成某一特定任務后，執(zhí)行鍵盤掃描程序，以確定鍵盤有無按鍵被按下，然后根據(jù)按鍵功能執(zhí)行相應的操作。但這種掃描方式因不能在執(zhí)行按鍵規(guī)定操作中檢測鍵盤有無輸入，失去了對系統(tǒng)的控制，很少采用。 第60頁/共80頁2022-6-18 定時掃描方式與隨機掃描方式基本相同，利用CPU內的定時中斷，每隔一定時間（10ms-50ms）掃描鍵盤有無按鍵被按下，鍵盤反映速度較快，在執(zhí)行按鍵功能規(guī)定操作過程中，可通過鍵盤命令進行干預，如取消，或暫停等。 在定時掃描方式中，為提高CPU利用率，盡量避免通過被動延遲10ms20ms方式等待按鍵穩(wěn)定

52、閉合，建議在定時中斷服務程序中，用3個位存儲單元記錄最近三次定時中斷檢測到的按鍵狀態(tài)（可初始化為111態(tài)）。如果規(guī)定沒有按鍵被按下時為“1”，有按鍵被按下時為“0”，則按鍵狀態(tài)含義下： 第61頁/共80頁111表示最近三次定時中斷均未發(fā)現(xiàn)按鍵被按下；110表示前兩次定時中斷未檢測到按鍵被按下，只在本次定時中斷檢測到按鍵被按下，未延遲，還不能肯定按鍵被按下。100表示最近兩次定時中斷檢測到按鍵被按下，且已延遲了一次定時中斷時間；對鍵盤進行掃描，確定哪一按鍵被按下，并執(zhí)行按鍵規(guī)定的動作。000表示處于按鍵穩(wěn)定閉合期。001按鍵可能處于釋放狀態(tài)。011按鍵已經(jīng)釋放。010在很短時間內（小于兩次中斷時

53、間）檢測到按鍵處于釋放狀態(tài)，視為干擾，作000態(tài)處理。101在很短時間內（小于兩次中斷時間間隔）檢測到按鍵處于按下狀態(tài)，視為干擾，作111態(tài)處理。 再利用一字節(jié)內部RAM單元保存按鍵值和按鍵有效標志（在單片機控制系統(tǒng)中，按鍵個數(shù)一般不超過64個，為減小內存開銷，可使用該字節(jié)的b7位作為按鍵有效標志），如下所示。這樣不僅記錄了最近按了哪一按鍵，也記錄是否已執(zhí)行了按鍵規(guī)定的操作。第62頁/共80頁2022-6-18 當單片機芯片以并行方式與另一單片機芯片或并行輸入/輸出設備連接時，就涉及并行接口問題，在并行接口中主要涉及下列信號： (1) 數(shù)據(jù)線及寬度。對于8位并行接口設備來說，數(shù)據(jù)線寬度為8位，

54、即D7D0；對16位并行接口來說，數(shù)據(jù)線寬度為16位，即D15D0。在單片機應用系統(tǒng)中，由于I/O引腳限制，數(shù)據(jù)線寬度也可能只有4位(D3D0)，即一個字節(jié)分兩次傳送。 第63頁/共80頁2022-6-18(2) 選通脈沖 (Strobe)。由輸出設備提供，輸入設備用 信號鎖存數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)。至于采用低電平有效，還是高電平有效由并行通信協(xié)議決定。(3) 應答信號 (Acknowledge)。由輸入設備提供，當輸入設備已讀取了數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)時，向輸出設備回送的應答信號。此外，一些高速并行輸入設備，如并行接口打印機帶有一定容量的輸入緩沖器，可連續(xù)接收輸入數(shù)據(jù)，在這類并行設備中多使用Busy（輸

55、入設備忙）聯(lián)絡信號代替 應答信號。輸出設備將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線，并給出選通信號 后，如果檢測到Busy信號無效，就接著輸出下一數(shù)據(jù)，直到Busy信號有效為止（表示輸入緩沖器滿）。 STBSTBACKACKSTB第64頁/共80頁MCS-51與并行輸出/輸入設備之間可按圖7-25所示連接。 D7.D0ST BAC K并 行 輸 出 設 備M C S-51PxPx.yINT 0數(shù) 據(jù) 口選 通 脈 沖 輸 入應 答 信 號 輸 出D7.D0ST BB USY并 行 輸 出 設 備M C S-51PxPx.yINT 0數(shù) 據(jù) 口選 通 脈 沖 輸 入應 答 信 號 輸 出D7.D0ST BAC K并

56、 行 輸 入 設 備M C S-51PxPx.yINT 0數(shù) 據(jù) 口選 通 脈 沖 輸 出應 答 信 號 輸 入D7.D0M ST B /SAC KSAC K/M ST BPxPx.yINT 0PxPx.yINT 0主 機從 機(a)(b)(c)(d)圖7-25 MCS-51與并行輸入/輸出設備之間的連接 第65頁/共80頁2022-6-18 1. 并行打印機接口標準 并行打印機一般采用與Centronic標準兼容的DB-25并行接口，各信號含義如表7-9所示，DB-25插座引腳編號、信號時序如圖7-26所示。 第66頁/共80頁表7-9 Centronic并行接口標準信號 ACK引腳編號信號

57、名稱信號流向(輸入/輸出)含義1輸入，低電平有效輸入選通脈沖29D0D7輸入數(shù)據(jù)總線。由主控設備，如計算機主機向打印機輸出控制命令及數(shù)據(jù)。10輸出，低電平有效打印機應答信號。表明打印機已可靠接收了主機輸出的數(shù)據(jù)。11Busy輸出，高電平有效打印機忙信號，當該信號有效時，表示打印機忙（即打印機輸入緩沖器滿，不能再接收數(shù)據(jù)）。12PE輸出，高電平有效打印機缺紙。當PE為高電平時，表示打印機處于缺紙狀態(tài)。13SEL輸出，高電平有效聯(lián)機信號。當SEL為低電平時，表明打印機處于脫機狀態(tài)(如打印電纜未連接或用戶觸發(fā)聯(lián)機按鈕造成脫機)14備用 15輸出，低電平有效出錯。當輸入命令有錯時，該信號有效1617備

58、用 1825GND 接地STB第67頁/共80頁2022-6-18圖7-26 并行打印機插座引腳編號及信號時序 第68頁/共80頁2022-6-182. MCS-51與并行打印機之間連接實例 當I/O引腳資源不緊張時，并行打印機各信號線直接掛接在MCS-51的I/O引腳上，如圖7-27(a)所示；當I/O引腳資源緊張時，可通過并行I/O口擴展芯片，如8255與并行打印機相連，如圖7-27(b)所示。為充分利用8255功能，當8255通過PA口輸出打印數(shù)據(jù)時，最好將8255芯片A口置為方式1（即選通輸出方式），這時PC7是輸出緩沖器滿信號，將它作為打印機 選通脈沖；打印機應答信號 接PC6引腳，8255中斷請求INTR為高電平有效，可通過NPN三極管反相后接MCS-51外中斷輸入端。 STBACK第69頁/共80頁D7.D0STBAC K并 行 打 印 機M C S-51P2P1.0INT0數(shù) 據(jù) 口選 通 脈 沖 輸 入應 答 信 號 輸 出(a)PESELER R ORP1.1P1.2P1.3D7.D0STBAC K并 行 打 印 機8255PA7 PA0PC 7PC 6數(shù) 據(jù) 口選 通 脈 沖 輸 入應 答 信 號 輸 出(b)PESELER R ORPC 0PC 1PC 2PC 3INTRINT0TNPN10K4.7KVC C接 M C S51 C PU圖7