單片機 第七章外圍接口技術(shù)

1、單片機 第七章外圍接口技術(shù)第1頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二第七章單片機的典型外圍接口技術(shù)第2頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二 7.1 鍵盤接口單片機組成的控制系統(tǒng)通常需要配置鍵盤，用戶可以通過鍵盤向單片機輸入數(shù)據(jù)或命令，以便實現(xiàn)控制系統(tǒng)的人機對話。鍵盤可以直接利用口線連接按鍵開關(guān)、開關(guān)型傳感器或電子線路來實現(xiàn)，內(nèi)部程序僅通過判斷口線的電平就能夠確定輸入的鍵值。采用這種識別方式的鍵盤稱為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤設(shè)計簡單，使用方便，但口線利用率較低，受單片機口線數(shù)量的限制，其鍵盤規(guī)模無法做大。鍵盤的另一種形式是編碼鍵盤，這種方式將口線與按鍵開關(guān)連接

2、成矩陣電路，通過軟件掃描、識別I/O口上的編碼，按編碼規(guī)則識別輸入鍵值。編碼鍵盤的最大優(yōu)點就是口線利用率高，鍵盤規(guī)?？梢宰龅幂^大。第3頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二一、 簡易鍵盤接口 獨立連接式與門上拉電阻第4頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二按鍵抖動問題按鍵閉合時的電平變化波形按鍵開關(guān)在接通或斷開瞬間并非完全可靠接觸，而是存在一個抖動期，tH為開關(guān)斷開時口線上高電平存在的時間，tL為開關(guān)閉合時口線上低電平穩(wěn)定存在的時間。tW1、tW2為鍵按下和松開時的抖動期存在時間。抖動期一般不超過10 ms。在口線電平抖動期間，單片機無法準(zhǔn)確檢測出口線電平的

3、正確值，必須采取一定的措施進行鑒別。第5頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二延時消抖法例如遇到由高向低的電平轉(zhuǎn)換后先不急于讀取口線鍵值，而是在中斷服務(wù)程序的開始執(zhí)行一段1020 ms的延時程序。若延時程序后再次判斷口線仍為低電平則進入口線的鍵值讀取程序，否則放棄鍵值讀取操作。 延時去抖動及讀取鍵值的中斷服務(wù)程序如下： ORG0003HLJMPKRDKRD：MOVP1，#0FFH ；P1口置為輸入口CALLDEL20 ；調(diào)20 ms延時子程序MOV A，P1 ；讀P1口鍵值JNBACC.0，KPR0；判斷P1.0P1.7是否有鍵按下JNBACC.1，KPR1第6頁，共58頁，

4、2022年，5月20日，2點30分，星期二 JNB ACC.2，KPR2JNB ACC.3，KPR3 JNBACC.4，KPR4JNB ACC.5，KPR5JNB ACC.6，KPR6JNB ACC.7，KPR7RETI KPR0： ；P1.0按鍵處理程序 RETI KPR1： ；P1.1口線按鍵處理程序 KPR7： ；P1.7口線按鍵處理程序 DEL20： ；20 ms延時子程序第7頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二二、矩陣式鍵盤接口 簡易鍵盤電路中每一個按鍵占用一根I/O口線，其口線利用率較低，如果將口線按照行、列排成矩陣形式則可在相同口線數(shù)量的條件下增大鍵盤的規(guī)模。

5、 例如，可以將P1口的8根I/O線排列成44矩陣形式，連接16只按鍵開關(guān)。 第8頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二44矩陣式鍵盤電路P1口的8根I/O口線分成行、列線連接，P1.0P1.3為行線，P1.4P1.7為列線。16只按鍵分別跨接在對應(yīng)的行、列線節(jié)點上。 行線特定的4位數(shù)據(jù)輸出和列線對應(yīng)的4位數(shù)據(jù)輸入可以組成一個8位的特征字，該特征字即為鍵值。第9頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二1、鍵盤電路的工作原理 矩陣式鍵盤將P1口的8根I/O口線分成行、列線連接，圖中P1.0P1.3為行線，P1.4P1.7為列線。16只按鍵分別跨接在對應(yīng)的行、列線節(jié)

6、點上。 如果單片機在行線對應(yīng)的I/O口線上有數(shù)據(jù)輸出，當(dāng)有鍵按下時，行、列線短路，單片機在列線對應(yīng)的I/O口線上的輸入數(shù)據(jù)將由行線上的電平?jīng)Q定。 行線特定的4位數(shù)據(jù)輸出和列線對應(yīng)的4位數(shù)據(jù)輸入可以組成一個8位的特征字，該特征字即為鍵值，代表了按下的鍵所在的位置。第10頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二2、 掃描法產(chǎn)生鍵值以行線作為掃描輸出，以列線作為接收輸入。依次將行線置為低電平，并在列線上逐次接收數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)接收到的某一列線有低電平，則表示該列線與行線連接的按鍵已經(jīng)閉合。在接收到低電平的那次掃描中，行線數(shù)據(jù)與列線數(shù)據(jù)的組合便是所期望的鍵值，由該鍵值可確定閉合鍵在矩陣連

7、接中的連接位置。第11頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二3、鍵盤掃描方式1) 硬件中斷識別法將矩陣式鍵盤電路的所有列線連接至“與”門電路的輸入端，“與”門電路的輸出端與單片機外部中斷連接。把全部行線置為低電平，全部列線置為高電平，當(dāng)有鍵按下時列線上出現(xiàn)低電平，產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中掃描鍵盤。2) 軟件查詢識別法將全部行線置為低電平，全部列線置為高電平，定時從列線對應(yīng)的I/O口線輸入數(shù)據(jù)，如果判定接收的數(shù)據(jù)中有低電平存在，則說明有按鍵按下，開始執(zhí)行鍵盤掃描程序。采用硬件中斷識別方式可以隨時響應(yīng)鍵盤動作，具有較強的實時性，而采用軟件查詢方式則可以簡化電路。第12頁，共58

8、頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二4矩陣鍵盤掃描程序舉例P1.0P1.1P1.2P1.3P1.7P1.6P1.5P1.4行線，掃描輸出列線，掃描輸入接與門輸入端，與門輸出接INT0第13頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二鍵盤掃描程序如下：INT0ISR: 中斷服務(wù)程序 MOV P1, #0FFH CLR P1.4 ；掃描輸出 MOV A, P1 ；掃描輸入 ANL A, #0FH XRL A, #0FH JZ NOKEY0 LCALL DELAY10MS MOV A, P1 ANL A, #0FH XRL A, #0FH JZ NOKEY0；判斷P1.4行是否

9、有鍵按下；以下判斷鍵碼MOV A, P1 ANL A, #0FH CJNE A, #0EH, NEXT1 MOV KEY, #3 LJMP OKNEXT1:CJNE 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第14頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二7.2 顯示接口為了實現(xiàn)人機交互，單片機應(yīng)用系統(tǒng)通常配有顯示器接口，主要顯示元件采用LED(發(fā)光二極管顯示器)或LCD

10、(液晶顯示器)，顯示形式有筆畫式和點陣式。筆畫式顯示元件大多為LED數(shù)碼管，用于顯示數(shù)字或簡單字母信息，適合于規(guī)模較小的單片機系統(tǒng)。如七段碼LED顯示器對于大信息量或圖形顯示一般使用點陣式LCD顯示器，這種顯示器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，還需要考慮灰度調(diào)節(jié)、高壓背光的配合，電路連接及程序操作都比較繁瑣。點陣式LCD顯示器多采用內(nèi)置控制器的模組形式，在這種形式下單片機與點陣式LCD的接口實際上變成了單片機與單片機之間的數(shù)據(jù)通信。第15頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二LCD顯示屏接口 LCD圖形點陣顯示器通常以LCM(液晶顯示模組)形式出現(xiàn)，模組中封裝了顯示器、驅(qū)動電路、控制電路及背光

11、調(diào)節(jié)電路等。本節(jié)以MG12864 LCM為例介紹圖形點陣LCD顯示接口的應(yīng)用。1MG12864 LCM模塊基本參數(shù)(1) LCD類型：STN形式。(2) 模塊尺寸：937012 mm。(3) 顯示區(qū)域尺寸：70.738.8 mm。(4) 點陣間距：0.520.52 mm。(5) 點陣分布：12864點。(6) 每一點陣尺寸：0.480.48 mm。第16頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二MG12864 LCM模塊內(nèi)部主要組成部分第17頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二2MG12864 LCM模組結(jié)構(gòu)說明MG12864LCM由以下幾部分組成：(1) 核

12、心部件：12864 LCD點陣顯示器。(2) 段驅(qū)動電路：兩路64列掃描顯示驅(qū)動電路。(3) 行驅(qū)動電路：64行掃描顯示驅(qū)動電路。(4) 背光驅(qū)動電路：LED發(fā)光管照明電路。MG12864 LCM內(nèi)部還配置了如下部分：(1) 顯示控制器。(2) 顯示存儲器DDRAM。(3) 電源電路。第18頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二3MG12864引腳功能及說明1) 數(shù)據(jù)信號DB0DB7：指令、數(shù)據(jù)傳送總線。2) 控制信號RS：指令、數(shù)據(jù)選擇控制線，高電平選擇數(shù)據(jù)傳送，低電平選擇指令傳送。R/W：讀寫方式控制線，高電平為讀方式，低電平為寫方式E：信號選通控制線，高電平有效。RST

13、B：復(fù)位信號線，低電平有效。第19頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二3MG12864引腳功能及說明3) 地址信號CS1：段驅(qū)動電路選擇線，高電平有效，選通KS0108B(1)CS2：段驅(qū)動電路選擇線，高電平有效，選通KS0108B(2)4) 供電電源VDD：模塊的電源正端。VSS：供電電源地。5) 灰度調(diào)節(jié)VIN：LCD驅(qū)動電壓輸入端。VOUT：LCD背板負電壓輸出端。6) 背光電源SLA：背光源正極(LED5 V)。SLK：背光源負極(LED0 V)。 第20頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二4MG12864的操作指令通過DB0DB7可以實現(xiàn)指令或

14、數(shù)據(jù)的傳送操作，指令或數(shù)據(jù)的選擇由RS控制信號確定，傳送方向由R/W控制信號確定。1) 顯示開關(guān)指令RS=0，格式如下：功能：控制顯示狀態(tài)。S0，關(guān)顯示；S1，開顯示。第21頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二2) 列(Y)地址設(shè)置RS=0，格式如下：列地址的設(shè)置范圍為063。功能：將列地址寫入列寄存器(YC)。第22頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二3) 頁(X)地址設(shè)置RS=0，R/W=0，格式如下：頁地址的選擇范圍為07。功能：將頁地址置入頁寄存器(PR)。第23頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二4) 首行設(shè)置RS=0， R

15、/W=0， ，格式如下： 行地址的設(shè)置范圍為063。功能：設(shè)置顯示存儲器(DDRAM)的首行地址。 第24頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二5) 讀取狀態(tài)RS=0，R/W，格式如下： BUSY：忙標(biāo)志，低電平表示操作就緒，高電平表示正在操作中。ON/OFF：顯示狀態(tài)，低電平表示開顯示，高電平表示關(guān)顯示。RESET：復(fù)位標(biāo)志，低電平表示正常運行，高電平表示復(fù)位。第25頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二6) 寫數(shù)據(jù) RS=1，R/W0 功能：將8位數(shù)據(jù)寫入顯示存儲器(DDRAM)中，指令結(jié)束后列寄存器(YC)加1。7) 讀數(shù)據(jù)RS=1，R/W 1 功能：

16、讀取8位數(shù)據(jù)。MG12864 LCM模組的操作步驟包括：顯示設(shè)置、讀寫數(shù)據(jù)及查詢狀態(tài)。第26頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二5顯示存儲器DDRAM的結(jié)構(gòu)(1) 整體地址結(jié)構(gòu)如下所示：第27頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二(2) 以第一頁和X地址B8H為例，分頁內(nèi)位與行之間的對應(yīng)關(guān)系如下：第28頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二MG12864與單片機的接口電路第29頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二7顯示程序 顯示程序主要完成對MG12864的控制、設(shè)定及顯示內(nèi)容的傳送等工作。程序步驟包括：開關(guān)顯示控制，

17、選取段驅(qū)動器，設(shè)定起始行，設(shè)定起始列及傳送顯示內(nèi)容等。在每次顯示開始時，如果按順序設(shè)置起始的行或列可以實現(xiàn)屏幕上、下滾動或左、右平移的效果。顯示內(nèi)容按頁傳送，每頁對應(yīng)8行，連續(xù)傳送64次8位顯示數(shù)據(jù)完成1頁顯示內(nèi)容。如果考慮兩個驅(qū)動器的顯示輸出，顯示整屏則需16頁內(nèi)容。第30頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二整屏顯示程序流程第31頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二一、A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是聲、光、壓力和溫度等隨時間連續(xù)變化的非電物理量。非電物理量可通過合適的傳感器等轉(zhuǎn)換成電信號，

18、模擬量只有轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被計算機采集、分析和計算處理。7.3接口第32頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二二、A/D轉(zhuǎn)換方法電壓頻率式：精度高 價格低，但轉(zhuǎn)換速度不高積分式：抗干擾能力好，轉(zhuǎn)換速度低逐次逼近式：轉(zhuǎn)換速度較快并行轉(zhuǎn)換：串行轉(zhuǎn)換：A/D轉(zhuǎn)換器模擬輸入（Vin）參考電壓 +（Vref） -電源+ -數(shù)字輸出（Dn D0）A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖第33頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二三、硬件設(shè)計考慮的問題選擇分辨率（38位/912位/13位以上）確定精度（誤差范圍）A/D轉(zhuǎn)換時間和路數(shù)輸入/輸出特性和范圍電源種類和功耗工作環(huán)境接口是否方便第34

19、頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二四、8位A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809ADC0809是逐次比較式的8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度為100 s，電源電壓+5V內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第35頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二ADC0809引腳分配28腳DIP封裝IN0IN7：8路模擬輸入由通道選擇端C，B，A選擇其中一路的輸入進行A/D轉(zhuǎn)換第36頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二引腳功能C、B、A：模擬通道地址選擇線，輸入ALE：地址鎖存允許信號，輸入。由低到高的正跳變有效，此時鎖存地址選擇線的狀態(tài)，從而選通相應(yīng)的模擬通道，以便進行A/D轉(zhuǎn)換。2

20、-8、2-72-1：數(shù)字輸出線，輸出。2-8為最低位（D0，LSB），2-1為最高位（D7，MSB）。START：啟動信號，輸入，高電平有效。為了啟動轉(zhuǎn)換，應(yīng)加正脈沖信號。脈沖的上升沿將內(nèi)部寄存器清0，下降沿開始轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，高電平有效。在START的上升沿之后08個時鐘期間，EOC變?yōu)榈碗娖?。?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC變?yōu)楦唠娖健E：輸出允許信號，輸入，高電平有效。CLK：時鐘信號，輸入。第37頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二ADC0809的主要性能指標(biāo)分辨率為8位非調(diào)整誤差為1 LSB具有鎖存功能的8路模擬開關(guān)，對8路模擬電壓分別進行轉(zhuǎn)換。輸出與TT

21、L兼容?？捎脝我浑娫垂╇?，模擬電壓輸入范圍為05V，無須調(diào)零和滿刻度調(diào)整。三態(tài)鎖存輸出。低功耗為15mW。第38頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二ADC0809與8051的接口原理圖第39頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二ADC0809與8051接口工作方式EOC:開始轉(zhuǎn)換時為低電平,當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平.采集A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三種方式 延時等待方式：執(zhí)行100s以上延時等待程序 查詢方式: 查詢EOC引腳 中斷方式: EOC經(jīng)反相器接8051的外部中斷引腳ALE=START=OE=端口地址確定應(yīng)使P2.7=A15=0, A0、A1、A2給出被選擇的模

22、擬通道地址設(shè)未占用地址線為1，則IN0IN7通道地址為7FF8H7FFFH第40頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二編程要點選通模擬量輸入通道發(fā)出啟動信號用延時、查詢或中斷方法等待轉(zhuǎn)換結(jié)束(延時)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果第41頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二MAIN: MOV R1, #data；數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址 MOV DPTR, #7FF8H; P2.7=0,且指向通道O MOV R7, #08H; 置通道數(shù)LOOP: MOVX DPTR, A; 啟動A/D轉(zhuǎn)換 MOV R6, #OAH;DLAY：NOP NOP NOP DJNZ R6, DLAY；100s延

23、時 MOVX A, DPTR; 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R1，A INC DPTR；指向下一個通道 INC R1; 修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DJNZ R7, LOOP; 8個通道全采樣完了嗎?延時法讀取結(jié)果第42頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二中斷方式程序 主程序： SETB IT1 SETB EX1 SETB EA MOV DPTR, #7FF8H MOV A，#0 MOVX DPTR，A中斷服務(wù)程序：EINT1: MOV DPTR, #7FF8HMOVX A, DPTRMOV 30H, AMOV A, #00MOVX DPTR, ARETI第43頁，共58頁，2022年，5月

24、20日，2點30分，星期二五、A/D采集的抗干擾措施算術(shù)平均滑動平均值法(循環(huán)隊列)去極值法低通濾波第44頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二7.4 D/A轉(zhuǎn)換器接口 用D/A轉(zhuǎn)換器把微型機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓或電流，可輸出各種波形的信號。D/A轉(zhuǎn)換器+電流輸出-參考電壓 +（Vref） -電源+ -數(shù)字輸入IoIoD/A轉(zhuǎn)換器原理框圖第45頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二一、硬件設(shè)計考慮的問題選擇分辨率（38位/912位/13位以上）確定精度（誤差范圍）D/A轉(zhuǎn)換時間和路數(shù)輸入/輸出特性和范圍電源種類和功耗工作環(huán)境接口是否方便第46頁，共58頁，

25、2022年，5月20日，2點30分，星期二二、DAC0832芯片介紹分辨率8位電流輸出, 穩(wěn)定時間1s雙緩沖、單緩沖、直通3種數(shù)字輸入工作方式單電源供電 +5V +15V參考電壓 -10 +10V第47頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二DAC0832引腳圖第48頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二引腳功能ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。與CS結(jié)合，控制WR1是否起作用。CS：片選信號，低電平有效。WR1：寫信號1，低電平有效。將數(shù)據(jù)鎖存入輸入鎖存器中。WR1有效時，ILE和CS也必須同時有效。XFER：傳送控制信號，低電平有效。WR2：寫信號2，低電平有效。將輸入鎖存器中的數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器并鎖存。第49頁，共58頁，2022年，5月20日，2點30分，星期二引腳功能DI0DI7：數(shù)字信號輸入端。IOUT1、IOUT2：DAC電流輸出端。Rfb：是集成在片內(nèi)的外接運放的反饋電阻。Vref：參考電壓輸入（-1010V）。Vcc：電源電壓（+5+15V）。AGND：模擬地 DG