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[工学]第9章应用系统配置及接口技术

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应用系统配置及接口技术

应用系统配置及接口技术

单片机典型应用系统的结构
单片机应用系统的研制过程包括： 单片机应用系统的研制过程包括： 确定任务 总体设计 硬件设计 软件设计 系统调试 产品化 等几个阶段。它们不是绝对分开的，有时是交叉进行的。 等几个阶段。它们不是绝对分开的，有时是交叉进行的。
第二节
显示器接口技术
一、LED显示器接口原理 显示器接口原理 LED（Light Emitting Diode）：发光二极管的缩写。 （ ）：发光二极管的缩写 ）：发光二极管的缩写。 常用的LED显示器为8 常用的LED显示器为8段（或7段，8段比7段多了一 LED显示器为 段比7 个小数点“dp” 个小数点“dp”段）。 根据内部发光二极管的接线形式，LED可分为： 根据内部发光二极管的接线形式，LED可分为： 可分为 共阴极 共阳极 使用时，共阴极数码管公共端接地，共阳极数码管 使用时，共阴极数码管公共端接地，共阳极数码管 数码管公共端接地 公共端接电源 每段发光二极管需5～ 接电源。 公共端接电源。每段发光二极管需 ～10mA的驱动电 的驱动电 流才能正常发光，一般需加限流电阻控制电流的大小。 流才能正常发光，一般需加限流电阻控制电流的大小。
本章主要内容
单片机应用系统概述 显示器接口技术 键盘接口技术 数/模转换接口技术 模转换接口技术 模/数转换接口技术 数转换接口技术 单
单片机应用系统是为完成某项任务而研制开发的用户 单片机应用系统是为完成某项任务而研制开发的用户 完成某项任务 系统， 以单片机为核心，配以外围电路和软件， 系统，是以单片机为核心，配以外围电路和软件，能实 现设定任务、功能的实际应用系统。 现设定任务、功能的实际应用系统。 根据不同的用途和要求， 根据不同的用途和要求，单片机应用系统的系统配置 用途 及软件也就有所不同， 及软件也就有所不同，但它们的开发过程和方法大致相 同。 一般的通用计算机系统大概包括以下主要设备： 一般的通用计算机系统大概包括以下主要设备： 主机（有主板、 主机（有主板、CPU、内存条）； 、内存条）； 人机交流设备（键盘、鼠标、显示器）； 人机交流设备（键盘、鼠标、显示器）； 存储器（光驱、软驱、 盘等 盘等）； 存储器（光驱、软驱、U盘等）； 网卡、打印机等 网卡、打印机等。

第9章应用系统配置及接口技术.ppt

第9章应用系统配置及接口技术.ppt
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单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术
图10-4：4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一 个8位I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。
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单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术
图10-5为8位LED动态显示2003.10.10的过程。 图（a)是显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通
@DPTR,A
INC DPTR
；数据指针指向PB口
MOV A,@R0 ADD A,＃0DH
；显示数据→A
；加偏移量（下条指令到表首间 ；所有指令占的单元数）
MOVC A,@A＋PC ；根据显示数据来查表取段码
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单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术
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单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术
为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码 （或称字型码）。
提供给LED显示器的段码（字型码）正好是一个字 节（8段）。各段与字节中各位对应关系如下：
按上述格式，8段LED的段码如表10-1所示。
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单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术
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单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术
图10-9用三态缓冲器扩展的I/O口的按键接口电
路。
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单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术
对图10-9独立式键盘编程，软件消抖，查询方式检
测键的状态。仅有一键按下时才有效才处理。
KEYIN:MOV DPTR,#0BFFFH；键盘端口地址BFFFH
显示，其余位则是熄灭的； 图（b)是实际显示结果，人眼看到的是8位稳定的
同时显示的字符。
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第9章 应用系统配置及接口技术(2)

第9章 应用系统配置及接口技术(2)

第9章 应用系统配置及接口技术
相应的程序如下：
MOV MOV MOVX MOV MOV MOVX MOV MOVX DPTR,#0DFFFH ；指向DAC0832(1) A,#data1 ；#data1送A @DPTR,A ；data1写入DAC0832(1)的输入锁存器 A,#data2 ；data2送A DPTR,#0BFFFH ；指向DAC0832(2) @DPTR,A ；data2写入DAC0832(2)的输入锁存器 DPTR,#7FFFH @DPTR,A ；完成两路DAC同时转换
单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术
③ 查询方式 转换结束信号EOC经反相接至单片机的外中断输入/INT1 的引脚上，该引脚也可以作为I/O线用。由程序查询该端口线 的状态，以判断是否转换结束。 SAMP: MOV R1，#30H ；数据区的首地址为30H MOV R7,#08H ；采集通道数送R7 MOV DPTR，#0FEF8H ；指向通道0 SAMP1:MOVX ＠DPTR，A ；启动转换 MOV R2，#10H ；因tEOC延时 DJNZ R2,$ JB P3.3,$ ；等待转换完成 MOVX A,@DPTR ；取回转换结果 MOV @R1,A ；保存结果 INC DPTR ；指向下一个通道 INC R1 ；修改数据指针 DJNZ R7,SAMP1 RET 单片机技术
单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术
图9.17 DAC0832的原理框图 单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术
2．DAC0832引脚功能 该D／A转换器为20脚双列直插式封装，见图9.32。各引脚 含义如下：
图9.18 DAC0832引脚 单片机技术
第9章 应用系统配置及接口技术

单片机第9章 应用系统配置及接口技术内容全.

单片机第9章 应用系统配置及接口技术内容全.
若输入是非电的模拟信号，还需要通过传感器转换成电信号并加以放大，把模 拟量转换为数字量。该过程称为“量化”，也称模/数转换。 实现模／数转换的设备称为模／数转换器(Ａ／Ｄ)，将数字量转换成模拟量的 设备称为数／模转换器(Ｄ／Ａ)。 图9－1所示为具有模拟量输入、模拟量输出以及键盘、显示器、打印机等配置 的89C51应用系统框图。
• 如果按键较多，常用软件方法去抖动，即检测出键闭合后执行 一个延时程序，产生5～10 ms的延时；让前沿抖动消失后，再 一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正 有键按下。当检测到按键释放后，也要给5～10 ms的延时，待 后沿抖动消失后，才能转入该键的处理程序。
1. 键盘结构
• 键盘可以分为独立连接式和行列式(矩阵式)两类，每一类按其译码方法又 都可分为编码及非编码两种类型。这里只介绍非编码键盘。
JNB ACC.3，P3F；3号键按下转P3键按下转P4F标号地址
JNB ACC.5，P5F；5号键按下转P5F标号地址
JNB ACC.6，P6F；6号键按下转P6F标号地址
JNB ACC.7，P7F；7号键按下转P7F标号地址
LJMP START；无键按下返回
KEY1：JNZ KEY1；按键未释放，等待 LCALL D10ms；释放，延时去抖动 MOV A，B；取键值送A JB ACC.0，PKEY1；K1按下转PKEY1 JB ACC.1，PKEY2；K2按下转PKEY2 JB ACC.2，PKEY3；K3按下转PKEY3 JB ACC.3，PKEY4；K4按下转PKEY4 EKEY：RET PKEY1：LCALL K1；K1命令处理程序
图9－1 系统前向、后向人机通道配置框图
9.1 人机通道配置与接口技术
• 单片机应用系统通常都需要进行人机对话。这包 括人对应用系统的状态干预与数据输入，还有应 用系统向人显示运行状态与运行结果等。如键盘、 显示器就是用来完成人机对话活动的人机通道。

单片机应用系统配置及接口技术(幻灯片)

单片机应用系统配置及接口技术(幻灯片)

SKEY2：MOV A，R3
MOV P1，A；输出行扫描字，高4位全1
NOP
NOP
NOP；3个NOP操作使P1口输出稳定
2021/12/27
25
MOV A，P1；读列值 MOV R1,A；暂存列值 ANL A，#0F0H；取列值 CPL A；高电平则有键闭合 S123： JNZ SKEY3；有键按下转SKEY3，无键按下时进行一行扫描 INC R0；行计数器加1 SETB C；准备将行扫描左移1位，形成下一行扫描字,C=1保证输 出行扫描字中高4位全为1，为列输入作准备，低4位中只有1位为0 MOV A，R3；R3带进位C左移1位
CPL A；求反后，有高电平就有键按下
JZ
EKEY；无键按下时退出
LCALL DEL20 ms；延时20 ms去抖动
SKEY： MOV A，#00；下面进行行扫描，1行1行扫
MOV R0，A；R0作为行计数器，开始为0
MOV R1，A；R1作为列计数器，开始为0
MOV R3 #0FEH；R3为行扫描字暂存，低4位为行扫描字
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PKEY1：LCALL
K1；K1命令处理程序
RET
PKEY2：LCALL
K2；K2命令处理程序
RET
PKEY3：LCALL
K3；K3命令处理程序
RET
PKEY4：LCALL
K4；K4命令处理程序
RET
D10ms：MOV R7，#10H；10 ms延时子程序
DS1： MOV R6，#0FFH
2021/12/27
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【例9-1】 设计一个有4个独立式按键的键盘接口， 并编写键扫描程序。
解： 电路原理图如图9-5所示。

第9章应用系统配置及接口技术

第9章应用系统配置及接口技术

DIS显示子程序清单如下：
DIS： MOV
R0，#7EH；显示缓冲区末地址→R0 79H、 7AH、 7BH、 7CH 、7DH、 7EH
MOV R2，#01H；位控字，先点亮最低位（右边）
MOV A，R2
MOV DPTR，#TAB；字型表头地址→DPTR
LP0： MOV P1，A；位选
MOV A,@R0；取显示数据
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字型码
►改动后情况： ►dp g f e d c b a ►QD QH QG QA QB QC QE QF ► 0 0 0 0 0 1 1 0 06h ► 1 1 1 1 1 0 0 1 f9h
► 发光二极管的阳极连在一起的(公共端K0)称为共阳 极显示器
► 阴极连在一起的(公共端K0)称为共阴极显示器。 ► 一位显示器由8个发光二极管组成，其中，7个发光
二极管构成字型“8”的各个笔划(段)a～g，另一个 小数点为dp发光二极管。 ► 当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该 段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不 被损坏，须外加限流电阻。
► A、B： 串行输入端。
► CLR： 清除端，零电平时，使 74LS164输出清0。
►
CLK： 时钟脉冲输入端，在脉冲的上
升沿实现移位。
图9-16
74HC164引脚图
► 当CLK=0、CLR=1时，74HC164保持 原来的数据状态。
1. 硬件电路
► 如图9-17所示，图中“与”门的作用是避免键盘操作时对显示器的影响， 即仅当P1.2=1时，才开放显示器传送。 2X8的行列式键盘 0——9 数字键 A——F 功能键

第1章应用系统配置及接口技术.ppt

►当按键K未被按下时，P1.0输入为高电平；当K闭 合时，P1.0输入为低电平。
图9-2 按键电路
2020/10/3
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► 通常按键所用的开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合 时，电压信号波形如图9-3所示。
► 由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳 定地接通，在断开时也不会一下子断开。
► 当任何一个键按下时，与之相连 的输入数据线即被清0(低电平)， 而平时该线为1(高电平)。要判别 是否有键按下，用单片机的位处 理指令十分方便。
► 这种键盘结构的优点是电路简单； 缺点是当键数较多时，要占用较 多的Ｉ／Ｏ线。
图9-4 独立连接式非编码键盘
2020/10/3
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►图9-4所示查询方式键盘的处理程序比较简单。 程序中没有使用散转指令，并且省略了软件去 抖动措施，只包括键查询、键功能程序转移。 P0F～P7F为功能程序入口地址标号，其地址间 隔应能容纳JMP指令字节；PROM0～PROM7分别为 每个按键的功能程序。
在输出通道中，单片机完成控制处理后的输出，总是以数 字信号或模拟信号的形式，通过I/O口或者数据总线传送给被控 对象。输出通道的结构如下页图所示。
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7
3．信号处理电路
输入通道中，信号处理的任务是可由硬件实现能够完成小 信号放大，信号变换，滤波、零点校正、线性化处理、温度补 偿、误差修正和量程切换等任务。可由硬件实现，有些也可由 软件实现。
2020/10/3
8
（1）开关量输入
被控对象的一些开关状态可以经开关量输入通道输入到 单片机系统，这些开关信号根据实际情况需要经过电平匹配、 电气隔离或互感器后才能够通过单片机接口，接入到单片机 系统。

应用系统配置及接口技术


位选
6位LED动态显示接口电路 ■
7407
100 □ X 8
? +5V
<
V V V
<<<
6只LED动I态显示接口
动态显示：扫描每位LED的间隔不能超过20ms,并注意保持延时一段时间。 ■
DIS显不子程序流程图
DIS: MOV R0,#7EH ；显示缓冲区 R2,#01H
；位码 MOV A5R2 LPO: MOV DPTR3#7F01H
AJMP KEY1 Scankeypad:MOV R2,#0FEH
MOV LK4: MOV
R45#00H
MOV
DPTR3#7F01H
A5R2 MOVX @DPTR5A
INC DPTR
INC DPTR
MOVX A,@DPTR JB
ACCQLONE MOV
A5#00H AJMP LKP
;判断有无键按下
ACC.7,KND ；完，返回
KND: IfPressKey :
T12MS: TM: TM6:
RL A
MOV R2,A AJMP LK4
AJMP KEY1
MOV DPTR3#7F01H
MOV A5#OOH MOVX @DPTR5A
INC DPTR INC DPTR
MOVX A,@DPTR CPL A
NEXT:
MOV A5#10H AJMP LKP
JB ACC.3,NEXT
MOV A,#18H ADD A5R4 ；行首键号+列号 PUSH ACC
ACALL IfPressKey JNZ LK3 POP ACC
;等待键释放 ;键号送A
RET
INC MOV JNB

应用系统配置及接口技术PPT文档共77页


60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
应用系统配置及接口技术
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克

第9章应用系统配置及接口技术

DIGPRO:
AAA BBB CCC DDD EEE FFF GGG HHH III JJJJ KKK LLL MMM
9.1.2 LED显示器接口及显示程序
单片机应用系统中使用的显示器主要有: ❖ 发光二极管，简称 LED (Light Emitting Diode)； ❖ 液晶显示器，简称 LCD (Liquid Crystal Display)； ❖ CRT显示器
例如:行码＝1011B；列码＝1101B则：键码=10111101B
键的位置码及键值的译码过程
❖ 扫描过程后得到的行号存放在R0，列号存放在R2中。 ❖ 键值（号）的获得（译码）通常采用计数译码法。 根据矩阵的结构，每个按键值=行号×每行按键数+列号即：
键号（值）=行首键号+列号 第0行的键值为：0行×4+列号（0～3）为0、1、2、3； 第1行的键值为：1行×4+列号（0～3）为4、5、6、7； 第2行的键值为：2行×4+列号（0～3）为8、9、A、B； 第3行的键值为：3行×4+列号（0～3）为C、D、E、F。 4×4键盘行首键号为0、4、8、C，列号为0，1，2，3。 键值译码子程序为DECODE，该子程序出口：键值在A中
1. LED显示器
结构原理: 有共阴极和共阳极两种
图9-11 LED 7段显示器
表9-1 共阴极和共阳极7段LED显示字型编码
显示
字符 0
1
2
3
4
5
6
7
8
共阴 极段 选码
3F 06 5B 4F 66 6D 7D 07 7F （BF) （36) （DB）（CF）（F6）（FD）（FD） （87） （FF）
┊ LJMP PROM7 … LJMP START … LJMP START
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JNB ACC.1，P1F；1号键按下转P1F标号地址
JNB ACC.2，P2F；2号键按下转P2F标号地址
JNB ACC.3，P3F；3号键按下转P3F标号地址
JNB ACC.4，P4F；4号键按下转P4F标号地址
JNB ACC.5，P5F；5号键按下转P5F标号地址
JNB ACC.6，P6F；6号键按下转P6F标号地址
② 进行行扫描，判断是哪一个键按下，若有键按下，则 调用延时子程序去抖动；
③ 读取按键的位置码；
④ 将按键的位置码转换为键值（键的顺序号）0、1、2…、 F。
h
11
1)判别键盘中有无键按下：由Ｉ／Ｏ口向键盘 送(输出)全扫描字，然后读入(输入)列线状态来 判断。
方法： 向行线(水平线)输出全扫描字00H，把全部
CPL A
；求反后，有高电平就有键按下
JZ EKEY
；无键按下时退出
LCALL DEL20 ms
；延时20 ms去抖动
3)行扫描法识别键号的工作原理：
✓ 将第0行输出低电平，其余行高电平时，输出编码为1110。然 后读取列，判别第0行是否有键按下。若有一键按下，则相应 列被拉到低电平，则表示第0行和此列相交位置上有按键按下。 若没有任一条列线为低电平，则说明0行上无键按下。
✓ 将第1行变为低电平，其余行高电平时，输出编码为1101。读 取各列,判别是有哪一列键按下方法同上。
h
13
4)键的位置码及键值的译码过程:
✓ 扫描过程后得到的行号存放在R0，列号存放在R2中。 ✓ 键值（号）的获得（译码）通常采用计数译码法。 根据矩阵的结构，每个按键值=行号×每行按键数+列号
键号（值）=行首键号+列号 第0行的键值为：0行×4+列号（0～3）为0、1、2、3； 第1行的键值为：1行×4+列号（0～3）为4、5、6、7； 第2行的键值为：2行×4+列号（0～3）为8、9、A、B； 第3行的键值为：3行×4+列号（0～3）为C、D、E、F。 4×4键盘行首键号为0、4、8、C，列号为0，1，2，3。
┊
PROM7：…
LJMP START
由程序可以看出，各按键由软件设置了优先级，
优先级顺h 序依次为0～7。
9
2) 行列式键盘接口及工作原理
为了减少 键盘与单片机 接口时所占用 I/O线的数目， 在键数较多时， 通常都将键盘 排列成行列矩 阵形式
图9-h6 4×4矩阵键盘接口图 10
❖ 按键扫描的工作过程如下： ① 判断键盘中是否有键按下；
行线置为“0”，然后将列线的状态读入累加器A中。 如果有按键按下，总有一根列线电平被拉至低电平， 使列输入不全为1。
2)判断键盘中哪一个键被按下：通过将行线逐 行置低电平后，检查列输入状态实现的。
方法： 依次给行线送“0”，然后查所有列线状 态，称行扫描。如果全为1，则所按下的键不 在此行；如果不全为1，则所按下的键必在此 行，而且是在与“0”列h线相交交点上的那键。12
JNB ACC.7，P7F；7号键按下转P7F标号地址
LJMP START；无键按下返回
h
8
P0F： LJMP PROM0
P1F： LJMP PROM1
；入口地址表
┊┊
P7F ： LJMP PROM7
PROM0：…
；0号键功能程序
LJMP START
；0号键执行完返回
PROM1：…
LJMP START
下。当检测到按键释放后，也要给5～10 ms的延时，待后
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
沿抖动消失后，才能转入该键h 的处理程序。
6
1、键盘结构
1) 独立式非编码键盘接口及处理程序
❖ 各按键相互独立地接通一条输 入数据线，如图所示。
❖ 当一个键按下时，与之相连的 输入数据线即清0(低电平)， 平时该线为1(高电平)。要判 别是否有键按下，用单片机的 位处理指令十分方便。
✓ 将第2行变为低电平，其余行为高电平时，输出编码为1011。 判别是否有哪一列键按下的方法同上。
✓ 将第3行变为低电平，其余行为高电平时，输出编码为0111。 判别是否有哪一列键按下的方法同上。
根据行线扫描值（行码）与列线输入值（列码）可
唯一确定按下的键并获得该键的位置码（键码）
例如:行码＝1011B；列码＝1101B则：键码=10111101B
h
14
图9-7 4×4键h 盘扫描流程图
15
（3） 键盘扫描子程序
❖ 出口： 键值（键号）在A中
KEY： MOV P1 ， #0F0H
；令所有行为低电平
KEY1：MOV R7 ， #0FFH
；设置计数常数
DJNZ R7，KEY1
；延时
MOV A ， P1
；读取P1口的列值
ANL A，#0F0H
；判别有键值按下吗？
► 键盘、 显示器用来完成人机对话的人机通道。
h
3
9.1.1 键盘接口及处理程序
❖ 键盘分编码键盘和非编码键盘。 ❖ 键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现，
并产生键编号或键值的称为编码键盘，如BCD 码键盘、ASCII码键盘等； ❖ 靠软件识别的称为非编码键盘。
h
4
❖ 键盘中的按键： 都是一个常开开关电路。 ❖ 当按键K未被按下时， P1.0输入为高电平；
当按键K闭合时，P1.0输入为低电平。
图9-2 按键电路
h
5
键的消抖
❖ 通常按键在闭合及断开的瞬间均伴有一连串的抖动。如 图所示。抖动时间一般为5～10 ms。
❖ 键抖动会引起一次按键被误读多次，必须去除键抖动。可 用硬件或软件两种方法消除。
❖ 软件方法去抖动，即检测出键闭合后执行一个5～10 ms延 时程序，再一次检测，如果仍保持闭合，则确认为真正按
第九章 应用系统配置及接口技术
h
1
应用系统配置及接口
系统前向通道：
数字量、开关量、模拟量输入(Ａ／Ｄ)
系统后向通道：
数字量、开关量、模拟量输出(Ｄ／Ａ)
人机通道：键盘、显示器、打印机等
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2
9.1 人机通道配置与接口技术
► 进行人机对话。包括人对系统的状态干预与数 据输入,还有系统显示运行状态与运行结果等。
❖ 优点:电路简单；
❖ 缺点:占用Ｉ／Ｏ线多。
h
图9-4 独立连接式非编码键盘
7
查询方式键盘的处理程序
程序清单(设Ｉ／Ｏ为P1口)：
START： MOV A，#0FFH ；输入时先置P1口为全1
MOV P1,A
MOV A，P1
；键状态输入
PL1：
JNB ACC.0,P0F ；0号键按下转P0F标号地址