课件：人机接口.ppt

第9章 单片机系统的人机接口设计,9.1 键盘与接口 9.2 键盘输入基础知识 9.3 键盘抖动及消除 9.4 键盘接口方法 9.5 LED显示及接口 9.6 MCS-51单片机与8155H的接口,常用芯片,74LS373 三态同相八D锁存器，输出口具有锁存作用 74LS273 带公共时钟复位八D触发器，锁存器 74LS377 单边输出公共使能八D锁存器 74LS173 三态输出四位D型寄存器 74LS374三态反相八D锁存器 74LS244 八同相三态缓冲器/线驱动器，缓冲器 输入口具有缓冲作用 74LS245八同相三态总线收发器，缓冲器 74LS138 3-8线译码器 74LS139 双2-4线译码器 74LS164 八位串行入/并行输出移位寄存器,9.1 键盘与接口 （硬件和软件二部分） 硬件：键盘结构及与主机的连接方式。 软件：键盘管理程序。 9.2 键盘输入基础知识 9.2.1 键盘的组织 （1）编码式键盘 键和专用键盘编码器构成，有键按下，自动生成键值。 例如: MM5740AA芯片; INTEL 8279等。 （2）非编码式键盘(本章介绍) 不含编码器,键盘只送出一个简单的闭合信号,对应的键值 需有软件来译出。,键盘和显示是单片机应用系统中实现人机对话的一种基本形式，两种接口设计的好坏，直接影响到人机接口的友好程度。,9.2.2非编码键盘 （1）独立式键盘 特点: 一键一线。 优点: 结构简单，键容易识别。 缺点: 占用较多I/O口线， 不便组成大型键盘。,（2）矩阵式键盘 特点: 把检测线分成二组，一组为行线，另一组为列线，按键放在行线和列线的交叉点上。或称为：输入口和输出口。 优点: 键盘规模可扩大。 缺点: 键盘分析程序较复杂。,（3）键盘的三种工作方式 编程扫描方式(查询方式) 中断工作方式 定时扫描方式,9.3 键盘抖动及消除,由于键盘的机械特性，键盘在按下和松开的过程中会存在 抖动过程，具体如图所示： 键抖动可能导致计算机将按键操作识别为多次操作。为 了消除干扰，必须采取措施消除抖动。,9.3.1 键盘消抖 （1）硬件电路消除法 经过一个单稳态电路后，对脉冲进行整形。得到标准脉冲。 （2） 软件延时法 当判定按键按下时，用软件延时10ms20ms，等待键稳后重新再判一次，以躲过触点抖动期。,9.4 键盘接口方法,9.4.1 独立式键盘接口方法 （1）查询方式 例9-1： KEY:JNB P1.0,KEY1 JNB P1.1,KEY2 JNB P1.2,KEY3 JNB P1.3,KEY4 AJMP KEY KEY1: KEY2: KEY4:,（2）中断方式 在某些实时性要求较高的场合，需要采用中断方式。 例9-2： WB0: CLR EX0 MOV P1，#0FFH; 设P1口为输出状态 MOV A,P1 JNB ACC.0,KEY1 JNB ACC.1,KEY2 JNB ACC.2,KEY3 JNB ACC.3,KEY4 FANH: NOP SETB EX0 RETI KEY1: LJMP FANH KEY4: LJMP FANH,9.4.2 矩阵式键盘接口方法,（1）行扫描法 所有输出口(P1.4-P1.7)输出0，读取输入口(P1.0-P1.3)状态； 判是否有键按下(没有键按下，读入值为0FH )。 若确定有键按下，则开始逐列送0，进行列扫描。最后记录行值和列值，获取键值。 为保证消抖，考虑消抖措施。 具体见下页。,输出口,输入口,列,行扫描法 按键的识别过程及程序 所有输出口输出0，读取输入口； 如果输入口全为1，重新执行第1步，否则向下； 输出口（列）逐个送0，读取输入口；若全为1，则下一个输出口送0，否则能够确定列和行； 记录当前列值N，记录行值M。 计算获取键值(M-1)4+N=（116）,列,输出口,输入口,KEY: MOV P1,#0FH NOP MOV A,P1 CJNE A,#0FH,LS1 AJMP KEY LS1: MOV P1,#0EFH NOP MOV A,P1 CJNE A,#0EFH,HS1 LS2: MOV P1,#0DF NOP MOV A,P1 CJNE A,#0DFH,HS2 LS3: MOV P1,#0BFH NOP MOV A,P1 CJNE A,#0BFH,HS3 LS4: MOV P1,#7FH NOP MOV A,P1 AJMP HS4,HS1: MOV N,#01H LCALL HQHZ AJMP OK HS2: MOV N,#02H LCALL HQHZ AJMP OK HS3: MOV N,#03H LCALL HQHZ AJMP OK HS4: MOV N,#04H LCALL HQHZ AJMP OK HQHZ: MOV M,#00H NEXT1: RRC A INC M JC NEXT1 RET,OK: MOV A,M DEC A MOV B,#04H MUL AB ADD A ,N 。,以某一个按键按下为例，进行计算,输出口,输入口,例9-3：,计算获取键值 (M-1)4+N=（116）,（2） 线路反转法,反转法工作原理 先让P1高四位输出“0” ，从P1的低四位读键盘状态，如E键被按下，从P1的低四位输入为1101，“0”对应按键代表的列。 线路反转，P1的低四位输出“0”电平，从P1高四位读键盘状态，从P1高四位输入0111，“0”对应按键代表的行位置。 数据合成特征码0111 1101（7DH），完全确定按键位置。 通过查键码转换表找到对应的键值(顺序码)。,特征码按顺序排列存入特征码表中，如E的特征码为7DH，把获取的特征码和特征码表中的特征码比较，相等后，根据偏移量就可获得键值，从而执行相应的键盘程序。,MOV R6,00H MOV R7，15 NEXT： MOV A，R6 MOVC A，ADPTR CJNE A，52H，NEXT1 RET NEXT1：INC R6 DJNZ R7，NEXT RET TZM：DB 0E7H，0EBH，0EDH，0EEH DB 0D7H，0DBH，0DDH，0DEH 。,键盘子程序设置： MOV P1,#0FH;高位输出0 NOP MOV 50H，P1；0XH MOV P1,0F0H；低位输出0 NOP MOV 51H，P1; Y0H MOV A，50H ANL A，0FH MOV 50H，A MOV A，51H ANL A，0F0H ORL A，50H；获得键码拼凑字节YXH MOV DPTR，TZM MOV 52H，A,从TZM表中搜寻所有特征码，和（52H）比较，找到是哪个按键按下，结果存在R6里。,例9-4：,9.5 LED显示及接口,9.5.1 LED显示原理 LED-发光二极管。 （52）15200欧 LED的正向压降： 1.2V 2.6V，工作电流: 5mA 20mA。 适合于脉冲工作状态，电路须串联适当的限流电阻。 LED显示器的类型： 单个、七段、米字型和点阵式。 9.5.2 单个LED显示器 常用于仪器的状态显示。,9.5.3 七段LED显示器,将数个LED组成一个阵列,并封装于一个标准的外壳中，七段LED显示器有共阳极和共阴极两种结构。 可用于显示09数字和多种字母。,如果数码管要显示“1”，则需要b段和c段亮，其余段灭。要显示字母“A”，则需要除了d段和DP段灭外，其余段都亮。,为了让数码管能正确显示数字或字母，须点亮相应的段，这样就需要对其译码。在译码方式上主要有两种，硬件和软件。 无论是硬件译码还是软件译码，实际是都是给出要显示数字或者字符的段码。,（1）硬件译码 七段译码/驱动器（47）译码器 47译码器，4位输入，7位输出；BCD译码器。 只需要给该译码器输入相应的BCD码后，译码器会自动译出相应的段码。 特点：计算机时间的开销较小，但硬件开支大。,（2） 软件译码,省略了硬件，其要显示的BCD码通过软件的方法，将其转换为相应的段码。 具体措施： 先将要显示的数字和字母的段码计算出来； 将段码按顺序做成段码表，存入程序存储器中； 把要显示的BCD码作为偏移量，通过查表的方式来查段码； 取出段码，送至显示数码管进行显示。,7段LED 段码表,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Dp g f e d c b a,9.5.4 点阵式LED显示器,以点阵格式进行显示,显示的字符较逼真，但接口电路和控 制程序较复杂。常用57点阵。字型码生成辅助软件。,9.5.5七段LED显示及接口,按显示方式分：静态显示和动态显示之分。 （1）静态显示及其接口 特点: 每位LED的8个段都配有独立的I/O口线，公共端直接接地或者接VCC。 优点: 每一位显示输出后能够保持显示不变，直至重新送入新的数据。 缺点: 当显示位数较多时，占用的I/O口较多。 （2） 动态扫描显示及其接口 特点: 把所有数码管的段线并联在一起，每个数码管的公共端由独立的I/O口进行控制。定时对各显示器进行扫描，显示器件分时轮流工作，每次只允许一个器件显示。 优点: 使用硬件少，占用I/O口少。 缺点: 占用机时长，只要不执行显示程序，就立刻停止显示。,4位LED的静态显示接口电路,+5V,步骤: 选择串行口工作在方式0同步移位寄存器功能； 把要显示的数据存入缓冲单元； 把要显示的数据的段码送至串口缓冲区（SBUF）； 检查TI标志位，发送完后一字节后清除标志位，开始下一字节； 所有数据显示完没有。 程序如下：,例9-5：,MOV SCON，00H MOV 50H，1 MOV 51H，2 MOV 52H，3 DISP： MOV R7，03 MOV R0，50H NEXT： MOV A，R0 MOV DPTR，DDSEG MOVC A，A+DPTR MOV SBUF，A NEXT1： JNB TI，NEXT1 CLR TI INC R0 DJNZ R7，NEXT END,DDSEG：DB C0H，F9H，A4H DB B0H，99H，92H DB 82H，F8H，80H DB 90H，88H，83H DB C6H，A1H，86H DB 8EH，89H，8CH DB C1H，FFH,自己定义一个缓存区，存放要显示的数字，如 50H,51H,52H,LED上显示的数字是什么？,9.5.6 8155H芯片介绍,1.8155H的逻辑结构,如图9-11所示。,补充： MCS-51单片机与8155H的接口,可编程I/O口的扩展,图 8155的结构和引脚,2. 8155H的引脚功能,（1）AD7AD0（8条） （2）I/O总线（22条）,（3）控制总线（8条） RESET：复位输入线 CE*和IO/M* RD*和WR* ALE：地址锁存允许 TIMERIN和TIMEROUT*：,（4）电源线（2条） Vcc：+5V电源 Vss：地,3.CPU对8155H I/O端口的控制,(1) 8155H各端口地址分配,（2）8155H的命令字,（3）8155H的状态字,8155H的工作方式,1.存储器方式,对片内RAM单元进行读写，若IO/M*=0和CE*=0，则 通过AD7AD0上的地址对RAM存储器任一单元读写。,2.I/O方式,8155H的I/O方式分为基本I/O和选通I/O两种工作 方式，如表9-3所示。可对片内任一寄存器读写， 端口地址由A2、A1、A0三位决定（见表9-2）。,表9-3 C口在两种I/O工作方式下各位定义,（1）基本I/O方式,（2）选通I/O方式 (见右图）,a.选通I/O输入 b.选通I/O输出,3. 内部定时器/计数器及使用,14位的减1定时器/计数器，计数长度和计数方式 由写入计数寄存器的控制字来确定。,计数器的两个寄存器的格式如图9-16。,T13T0:计数器长度,M2、M1:设置定时器的4种工作方式,4种工作方式及相应输出波形如图9-17。,MCS-51与8155H接口及软件编程,1.MCS-51与8155H的硬件接口电路,2. 8155H的编程举例,(1) 初始化程序设计,例9-6：若A口定义为基本输入方式，B口定义为基本输出方 式，对输入脉冲进行24分频，初始化程序如下：,START:MOV DPTR, 7F04H ；指针指向定时器低8位 MOV A,18H ；计数初值24送A, MOVX DPTR,A ；计数初值低8位装入定时器,INC DPTR ；指针指向定时器高8位 MOV A,40H ；设定时器连续方波输出 MOVX DPTR,A ；计数初值高6位装入定时器,MOV DPTR,7F00H ；指向命令/状态口 MOV A,#0C2H ；设定命令控制字 MOVX DPTR,A ；A口输入，B口输出,开定时器,动态接口,例9-7：,共阴极数码管,假设：共阴极数码管 8155端口地址：控制口：7F00H,A口：7F01H, B口：7F02H; 6位要显示的数据存放于内部RAM 78H-7DH单元中； 初始化控制字为03H ，A口为输出口，B口为输出口 （P202） 段码表存于DDSEG中。 操作步骤： 初始化8155（往控制口送入控制字03H）； 准备要显示的数据（78H首地址送入R0中）； 给A口送入位选字00100000B（左边先亮，以后右移即可）； 查表获取要显示的第一位数据的段码送入B口，延时10ms； 所有数据显示完吗？否则地址加一，位选字右移，下位显示。,KKOU DATA 7F00H ：8155命令口地址 AKOU DATA 7F01H ；8155A口地址 BKOU DATA 7F02H ；8155B口地址 . DISP：MOV R0，78H ；显示数据首地址送R0 MOV A，03H ；A口、B口均为输出口 MOV DPTR，KKOU MOVXDPTR，A ；8155初始化 MOV R3，00100000B ；使显示器最左边位亮 NEXT: MOV DPTR，AKOU ；数据指针指向A口 MOV