片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù)

1、第7章 單片機典型I/O接口技術(shù)7.1 鍵盤及接口電路7.2 顯示器及接口電路7.3 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機的接口片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù)7.1 鍵盤及接口電路7.1.1 鍵盤的分類 根據(jù)按鍵的識別方法分類，可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤： 1. 編碼鍵盤 鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件譯碼器實現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編號或鍵值。 2. 非編碼鍵盤 沒有專用的硬件譯碼器，其按鍵的識別和鍵值的產(chǎn)生由軟件完成，該類鍵盤成本較低，且使用靈活。7.1.2 鍵盤的工作原理 鍵盤中每個按鍵都是一個常開開關(guān)電路，是利用機械觸點來實現(xiàn)按鍵的閉合和釋放。 1. 抖動現(xiàn)象 由于彈性作用的影響，按鍵的

2、機械觸點在閉合及斷開的瞬間都會有抖動的現(xiàn)象，即不能馬上實現(xiàn)按鍵的完全閉合或斷開，從而使輸入電壓信號也出現(xiàn)抖動現(xiàn)象， 片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù)2. 連擊的處理 當按鍵在一次被按下的過程中，其功能程序被反復(fù)多次執(zhí)行的現(xiàn)象，好像按鍵被多次按下一樣，這種現(xiàn)象就稱為連擊。7.1.3 鍵盤結(jié)構(gòu)及掃描子程序 無論是編碼鍵盤還是非編碼鍵盤都可以分為獨立連接式和矩陣式兩類。在單片機系統(tǒng)中多用非編碼鍵盤 。 1. 獨立式非編碼鍵盤接口及處理程序 很多實際的應(yīng)用系統(tǒng)均為采用較少幾個按鍵組成的非編碼鍵盤，也稱其為開關(guān)式鍵盤，或線性鍵盤，它們與單片機的連接如圖7-1所示。每一個鍵對應(yīng)P1口的一根

3、口線，各鍵是相互獨立的。當某個鍵按下時，該鍵所對應(yīng)的口線的電位就由高電平變?yōu)榈碗娖?，CPU訪問并查詢所有接鍵口線，即可識別是哪一個鍵按下。 這種鍵盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是電路簡單；缺點是當按鍵較多時，要占用較多的I/O。 片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù)2. 矩陣式鍵盤接口及工作原理當按鍵數(shù)較多時，為節(jié)省I/O口線和減少引線，常將其按矩陣方式連接。每條行線與列線的交叉處通過一個按鍵來連通，則只需N條行線和M條列線，即可組成具有NM個按鍵的鍵盤。其連接形式如圖7-2所示。鍵盤掃描程序代碼參考教材 。 圖7-1 開關(guān)式鍵盤圖7-2 矩陣鍵盤連接形式 片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接

4、口技術(shù)7.1.4 鍵盤接口擴展設(shè)計 當鍵盤的按鍵較多或單片機的I/O端口較緊張時，就需要通過外部擴展來實現(xiàn)鍵盤的功能。通常通過8255、8155等并行接口芯片，或通過單片機的串行口進行鍵盤的擴展，也可通過專用鍵盤、顯示接口芯片如8279進行鍵盤擴展。 8051經(jīng)8155擴展鍵盤 圖7-3為48鍵盤，經(jīng)8155與單片機相連，鍵掃描子程序參看教材。 圖7-3 8051通過8155擴展建盤片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù)7.2 顯示器及接口電路 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，現(xiàn)場的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)需實時地監(jiān)測和觀察，常用于觀察的顯示器主要有LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器）。 7.2

5、.1 LED狀態(tài)顯示 用LED作狀態(tài)指示器具有電路簡單、功耗低、壽命長、響應(yīng)速度快等特點，而且LED還有紅、黃、綠等多種顏色供選擇。特別是LED的低功耗、長壽命特性，使它正在逐漸取代傳統(tǒng)上由白熾燈指示的場合 。7.2.2 LED數(shù)碼顯示 LED顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件，有7段和“米”字段之分，單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用7段LED顯示器。 1. LED七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及原理 這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。 片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù)圖7-5 七段LED數(shù)碼管a) 共陰型 b)

6、共陽型 c) 管腳分布a） b） c）片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù) 2. LED顯示器接口及顯示方式 在實際應(yīng)用中，LED數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。 （1）靜態(tài)顯示方式 靜態(tài)顯示形式，即七段LED數(shù)碼管在顯示某一個字符時，相應(yīng)的段（發(fā)光二極管）恒定的導(dǎo)通或截至，直至換顯其他字符為止。 （2）動態(tài)顯示方式 為了解決靜態(tài)顯示占用I/O口資源較多的問題，在多位顯示時通常采用動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示是將所有數(shù)碼管的段碼線對應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的輸出口控制，每位數(shù)碼管的公共端（稱位選線）分別由一位I/O口線控制，以實現(xiàn)各位的分時選通。 片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機

7、典型IO接口技術(shù)7.2.3 七段LED數(shù)碼管顯示接口 動態(tài)顯示方式的接口電路及軟件譯碼，通?？梢酝ㄟ^并行接口芯片如8155、8255等進行擴展。使用時需要一個8位的I/O輸出端口用于輸出數(shù)碼管的段碼，還需要根據(jù)系統(tǒng)的需求來確定用于輸出位碼控制的I/O端口的位數(shù)。8051連接6位動態(tài)顯示方式接口電路如圖7-8所示。圖7-8 8051接6位動態(tài)顯示接口電路片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù)7.2.4 LCD液晶顯示器接口 LCD液晶顯示器是一種被動顯示器，以其微功耗、體積小、抗干擾能力強，顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點，在儀器儀表上和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。液晶顯示器從顯示的形式上

8、可分為段式、點陣字符式和點陣圖形式。 LCD七段顯示器除了段極引腳ag外，還有一個公共引腳COM，它可靜態(tài)方式驅(qū)動（加直流信號），也可動態(tài)方式驅(qū)動（加交流信號）。由于直流信號將會使LCD的壽命減少，故通常采用動態(tài)驅(qū)動方式。為了顯示方便，可采用硬件譯碼，Motorola公司生產(chǎn)的MC14543芯片是一種常用的LCD鎖存/譯碼/驅(qū)動電路，使用十分簡單。 點陣字符型液晶顯示器是指顯示的基本單元是由一定數(shù)量的點陣組成，可以顯示數(shù)字、字母、符號等。由于LCD的控制必須使用專用的驅(qū)動電路，而且LCD面板的接線需要特殊方式，一般這類顯示器需要將LCD面板、驅(qū)動器與控制電路組合在一起制作成一個LCD液晶顯示模

9、塊（LCM）。片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù)7.3 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機的接口 在實際應(yīng)用中，通常利用傳感器將被控對象的物理量轉(zhuǎn)換成易傳輸、易處理的連續(xù)變化的電信號，然后再將其轉(zhuǎn)換成計算機能接受的數(shù)字信號，完成這種轉(zhuǎn)換任務(wù)的器件稱為模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器。而將計算機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為被控對象能接受的模擬信號的器件稱為數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器。 7.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器在測控系統(tǒng)中將計算機產(chǎn)生的數(shù)字量控制信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，用于驅(qū)動外部執(zhí)行機構(gòu)。 1. D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理 D/A轉(zhuǎn)換器的基本功能是將一個用二進制表示的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)

10、換的基本方法是對應(yīng)二進制數(shù)的每一位，產(chǎn)生一個相應(yīng)的電壓（電流），而這個電壓（電流）的大小則正比于相應(yīng)的二進制的權(quán)。 片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù) 2. D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)有： (1) 分辨率。 (2) 轉(zhuǎn)換時間。 (3) 線性度。 (4) 輸出電平。 3. 集成D/A轉(zhuǎn)換器舉例DAC0832 DAC0832是采用先進的CMOS工藝制成的雙列直插式單片8位D/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換速度為1s，可直接與微機接口。 片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù)7.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器是測控系統(tǒng)中將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的重要器件。 1. A/

11、D轉(zhuǎn)換原理 根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的原理可將A/D轉(zhuǎn)換器分成兩大類。一類是直接型A/D轉(zhuǎn)換器，其輸入的模擬電壓被直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，不經(jīng)任何中間變量；另一類是間接型A/D轉(zhuǎn)換器，其工作過程中，首先把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成某種中間變量(時間、頻率、脈沖寬度等等)，然后再把這個中間變量轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼輸出。片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù) 2. A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標 (1) 分辨率。 (2) 量程。 (3) 精度。 (4) 轉(zhuǎn)換時間。 3. A/D轉(zhuǎn)換器的外部特性 各集成A/D轉(zhuǎn)換芯片的封裝不盡相同，性能各異。但從原理和應(yīng)用的角度來看，任何一種A/D轉(zhuǎn)換器芯片一般具有以下控制信號線 。

12、 (1) 啟動轉(zhuǎn)換信號線（START）。 (2) 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號線（EOC）。 (3) 片選信號線（）。 片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù) 4. 集成A/D芯片舉例ADC0809 ADC0809具有8路模擬量輸入，可在程序控制下對任意通道進行A/D轉(zhuǎn)換，輸出8位二進制數(shù)字量。 （1）ADC0809的結(jié)構(gòu) ADC0809是一個8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。具有8路模擬量輸入，片內(nèi)有8路模擬開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存及譯碼電路?？稍诔绦蚩刂葡聦崿F(xiàn)分時的對任意通道進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，輸出的數(shù)據(jù)為8位二進制數(shù)字量。 片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接

13、口技術(shù) ADC0809引腳功能為： IN7IN0：8路模擬量輸入通道，在多路開關(guān)控制下，任一時刻只能有一路模擬量實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。0809要求對輸入模擬量為單極性，電壓范圍05V，如果信號過小還需要進行放大。對于信號變化速度比較快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路。 ADDA、B、C：8路模擬開關(guān)的三位地址選通輸入端，用來選通對應(yīng)的輸入通道。其對應(yīng)關(guān)系見表7-5。 ALE：地址鎖存輸入線，該信號的上升沿可將地址選擇信號A、B、C鎖入地址寄存器。 START：啟動轉(zhuǎn)換輸入線，其上升沿用以清除A/D內(nèi)部寄存器，其下降沿用以啟動內(nèi)部控制邏輯，開始A/D轉(zhuǎn)換工作。片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù) ADC0809與8051接口電路 (2) ADC0809與MCS-51的接口 圖為ADC0809與8051的典型接口電路。片機原理及應(yīng)用(C51版)單片機典型IO接口技術(shù)對8路模擬信號輪流采樣一次，并把結(jié)果依次存到數(shù)組中;#include/頭文件定義 #includeunsigned char a8;/*延時函數(shù) */void delay(unsigned char m)unsigned char i,j;for(i=0;im;i+)for(j=0;j123;j+);void main()un