过学习任务六的完成方法-第8章MCS-51单片机的人机界面接口技术.ppt

学习目标：过学习任务六的完成方法，熟悉单片机的键盘与显示接口、存储器的扩展等。 任务描述：电子密码锁由电路和机械两部分组成。可以完成密码的修改、设定及非法人侵报警、驱动外围电路等功能。从硬件上看，它主要由以下部分组成:LED显示器、键盘输入、外围扩展器件等。能够实现数码输入、数码清除、密码解除、码更改、密码上锁和密码解除等功能。,任务六 电子密码锁的制作,工作原理 系统工作时,用户通过按键输入8位密码,按下“确认”键后,单片机将输入密码与设定密码进行比较,若密码正确,则发出开锁信号,将门打开, 系统不报警;若密码不正确,则有相应的指示灯闪动,并要求重新输入密码,重新输入密码的次数不能超过3次,若3次输入的密码都不正确,则发出报警信号。 当发生破门而入等非正常开锁情况时, 此时系统报警。,第七章 MCS-51单片机的系统扩展,7.1 存储器的扩展 7.2 并行口的扩展 7.3 8279接口芯片 7.4 键盘及显示接口,为什么要扩展？,单片机内部资源有限,在复杂的运用中,需要进行资源性扩展,7.1 存储器的扩展,扩展原则 （）地址唯一性，一个单元一个地址； （）同一时刻，CPU只能访问一个地址，即只能与一 个单元交换数据。 扩展方式 采用总线结构形式 总线：连接系统中各扩展部件的一组公共信号线 8051是通过三类总线完成扩展的。 单片机系统扩展的实现,返回本章首页,三类总线,地址总线AB 作用：传送单片机送出的地址信息，用于访问外 部存储器或I/O端口，为单向线。16根，由P0、P2实现。 数据总线DB 作用：单片机与外部存储器或I/O端口（外设）之间数据传送，为双向线。8根，由P0实现。 控制总线CB 作用：为单片机与外设之间的联络信号线，为双向线。,单片机系统扩展的实现,一、8051单片机的引脚与功能 二、外部ROM的扩展 三、外部RAM的扩展,返回本节,INT0/P3.2,INT1/P3.3,一、8051单片机的引脚与功能,P0输出低8位地址信息，ALE=1 P0输出8位数据信息，ALE=0 P2输出高8位地址信息 锁存器74LS373 74LS373：8D锁存器芯片,返回,1.常用ROM介绍 ROM EPROM E2PROM Intel的EPROM：2716、2764、27128等 27系列号 后跟的数据为该芯片的容量 例：2764 容量 64/8=8KB 27256 容量 256/8=32KB 2.以2764为例（P7-3）,二、外部ROM的扩展,地址线：13根 A0A12 数据线：8根 D0D7 片选线：CS 数据输出选通线：OE 电源：VCC 编程电源：Vpp 地：GND 编程脉冲：PGM NC,3.ROM扩展的实现 AB：A0A7 P0 A8A12 P2的低5位 DB：P0 D0D7 CB：PSEN OE ALE 74LS373的G 外部程序存储器一般连接方法 例.用一片2764扩展8KBROM的8031系统。 解：见下图。,扩展8K字节程序存储器的连线图,地址范围,0000H,1FFFH,返回,1.RAM的分类 MOS型 工艺 双极型 静态：只须电源 工作方式 动态：增加刷新电路 2.常用芯片 Intel 6116 6264 62128等 61 62系列号 后跟的数据表示该芯片的容量 例如 6116 容量为16/8=2KB 6264 容量为64/8=8KB 62128 容量为128/8=16KB 3.以6116为例,三、外部RAM的扩展,地址线：11根 A0A10 数据线：8根 D0D7 片选信号输入线：CE 读选通信号输入线：OE 写选通信号输入线：WE 电源：VCC 地：GND NC 例.用一片6116扩展2KBRAM的8031系统。 解：见下图。,扩展2KB数据存储器的线路图,地址范围,0000H,07FFH,综合扩展实例,扩展16KB RAM和16KBROM,返回,一、 简单I/O口的扩展 二、 专用可编程并行口芯片,7.2 并行口的扩展,返回本章首页,一、 简单I/O口的扩展,简单I/O接口扩展电路,三态门74LS244作输入8D锁存器作输出,返回本节,8155 8255,二、 专用可编程并行口芯片,返回本节,1.8155的结构和引脚,8155,2.8155口地址分布,3.8155与单片机的连接,8155的RAM和I/O口地址分配,扩展一片8155的基本方案,48155片内RAM的使用,C口工作方式,8155方式4的逻辑结构图,5作定时/计数器用,8155定时器输出方式,1.8255结构 2.8255A控制字 3.8255A工作方式 4.MCS-51与8255的连接方式,8255,1.8255结构,内部结构 8255A由三部分组成。 、与外设接口部分 8255A内部包括三个8位的输入输出端口，分别是端口A、端口B、端口C，相应信号线是PA7PA0、PB7PB0、PC7PC0。端口都是8位，都可以作为输入或输出，但功能上各有特色： 端口A：一个8位数据输出锁存和缓冲器；一个8位数据输入锁存器。 端口B：一个8位数据输入/输出、锁存/缓冲器；一个8位数据输入缓冲器。 端口C：一个8位数据输出锁存/缓冲器；一个8位数据输入缓冲器（输入没有锁存）。,、与微处理器接口部分 这部分主要完成数据传送及逻辑控制。 CS、RESET、RD、WR、A1 A0、VCC、 GND,、内部控制部分 由A、B两组控制电路组成，主要作用是根据CPU送来的控制字用以决定两组端口（A组为A口C口的高4位，B组为B口和C口的低4位。）的工作方式，也可根据控制字的要求对C口按位进行置位或复位。,2.8255A控制字,、工作方式控制字,例 要求8255的PA口为方式0，输入；PB为方式1，输出；PC4PC7输出；PC0PC3为输入。 解：工作方式控制字 10010101,、8255A置位复位控制字,例 从PC0输出一个方波。 解：置位 00000001 复位 00000000,3.8255A工作方式,三种基本的工作方式： 方式0基本的输入输出方式 方式1选通输入输出方式 方式2双向传送方式。 、方式0 方式0不使用联络信号，也不使用中断，A口和B口可定义为输入或输出口，C口分成两个部分（高四位和低四位），C口的两个部分也可分别定义为输入或输出。在方式0，所有口输出均有锁存，输入只有缓冲，但无锁存，C口还具有按位将其各位清0或置1的功能。,、方式1 A口借用C口的一些信号线用作控制和状态线，形成A组，B口借用C口的一些信号线用作控制和状态线，组成B组。在方式1下，A口和B口的输入输出均带有锁存。,、方式2 方式2是A组独有的工作方式。外设既能在A口的8条引线上发送数据，又能接收数据。此方式也是借用C口的5条信号线作控制和状态线，A口的输入和输出均带有锁存。,4.MCS-51与8255的连接方式,例 设PA口接一组开关，PB接指示灯，将R2的内容送指示灯，将开关转态读入A。 解：10010000 控制口地址：7FFFH PA口地址 ：7FFCH PB口地址 ：7FFDH PC口地址 ：7FFEH MOV DPTR，#7FFFH MOV A，#90H MOVX DPTR,#7FFDH MOV A,R2 MOVX DPTR,A MOV DPTR,#7FFCH MOVX A,DPTR,例 从PC0送出一方波。 解： 置位00000001 复位00000000 控制口地址：7FFFH PA口地址 ：7FFCH PB口地址 ：7FFDH PC口地址 ：7FFEH MKOV DPTR，#7FFFH L3：MOV A，#01H MOVX DPTR,A MOV R0,#0FFH L1:DJNZ R0,L1 MOV A,#00H MOVX DPTR,A MOV R1,#0FFH L2:DJNZ R1,L2 SJMP L3,7.3 8279接口芯片,8279是专用键盘/显示器控制芯片，能对显示器自动扫描，能识别键盘上按下键的键号；可充分提高CPU的工作效率。 8279与MCS-51接口方便，由它构成的标准键盘/显示器接口在微机应用系统中使用越来越广泛。,返回本章首页,18279接口和编程的一般方法 接口电路的一般连接方法 8279的键盘/显示器电路与8031接口的一般连接方法如图8-22所示。 ALE可直接与8279CLK相连，由8279设置适当的分频数，分频至100KHz。,8279的键盘/显示器电路及与8031接口,8279键盘、显示接口应用特性： （1）8279操作命令（表8-2所示） （2）8279的FIFO状态查询 （3）8279的数据输入/输出 （4）显示器的填入/移位方式 （5）8279的内部译码与外部译码 （6）键盘键值的给定,8279命令功能键一览表,（续表）,8031和8279键盘/显示器接口的编程方法 对于图8-22所示的一般接口电路，键盘的读出既可用中断方式，也可用查询方式。 设若16位LED显示，16个按键，键盘采用查询方式读出。16位显示数据的段选码存放在8031片内RAM的30H3FH单元；16个键的键值读出后存放在 40H4FH中。8031晶振为8MHz。,88键盘的键值与键号,返回本节,7.4 键盘及显示接口,7.4.1键盘接口 一、行列式键盘 二、独立式键盘接口 三、键盘工作方式,返回本章首页,7.4.2显示接口,一、LED显示器接口,二、 LCD显示器接口,三、 典型键盘/显示器接口实例,行列扫描键盘,单个按键在键盘上的结构,P12,VCC,一、行列式键盘,1,0,行列式键盘工作原理,1 判断有没有键被按下 2 键盘抖动的消除 3 键盘按下键的辨认 4 键盘松开的等待,（一）键盘工作原理 行列式键盘电路原理如图8-3所示。按键设置在行列式交点上，行列线分别连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接+5伏时，被钳位在高电平状态。 键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的。键盘中哪一个键按下可由列线逐列置低电平后，检查行输入状态来判断。,（二）.行列式键盘工作过程,1 判断案键的按下,首先判断是否有按键动作 P10、P11、P12三线有上拉电阻，平时高电平 输出P13、P14、P15、P16低电平， 如果没有键盘按下， P10、P11、P12 仍高电平 如果有键盘按下， P10、P11、P12 就有低电平出现,电子开放实验室,2 机械按键的抖动消除,抖动现象： 按键按下过程，列线的状态如下,按下按键前，列线为高电平,按键按下与送开后，列线处于抖动的不稳定状态,按键稳定了,松开按键之后,电子开放实验室,如何消除抖动？,根据机械键盘的特性，抖动的时间在1030毫秒之间 所以，一般在判断到有可能是按键按下之后，再延时1030毫秒，再判断，这时已经是键盘按下的稳定时期。没有抖动了！ 下面的事情就是判断是哪个键被按下了,3 判断是哪个按键被按下,一行一行地扫描： 什么叫扫描？ 送出低电平给行线 再判断列线状态 比如：P13 低电平 如果 P11 被检测到也是低 则说明在 P13与P11的交叉点上的按键 被按下了！ 四行全扫一遍，就得到全部情况,VCC,P12,4 等待按键松开,原因： 如果按键没有松开就退出程序 则又检测到有按键被按下了 如果等松开再退出 则只得到唯一一个被按下的按键值,单独按键键盘的原理,单独按键键盘很简单 只需要测试与按键相 连接口线的电平即可 如果是高电平 则没有被按下 如果是低电平 则该按键被按下,VCC,K2,K1,K0,P10,P11,P12,二、独立式键盘接口,三、键盘工作方式,键盘的工作方式： 编程扫描方式、定时扫描方式、中断扫描方式三种。 在键盘扫描子程序中完成下述几个功能。 （1）判断键盘上有无键按下 （2）去键的机械抖动影响。 （3）求按下键的键号。 （4）键闭合一次仅进行一次键功能操作。,图8-4 8155扩展I/O口组成的行列式键盘,键扫描子程序框图,定时扫描方式程序框图,中断方式键盘接口,一、 LED显示器接口,1LED显示器结构与原理 LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。 在微机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种，如图8-10所示。七段显示块与微机接口非常容易。如表8-1所示。,（a）共阴极 （b）共阳极 （c）管脚配置 七段LED显示块,七段LED的段选码,2LED显示器与显示方式 在微机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。图8-11是N位显示器的构成原理。 LED显示器有两种方式： （1）LED静态显示方式（如图8-12所示） （2）LED动态显示方式（如图8-13所示）,图8-11 N位LED显示器,图8-12 四位静态LED显示器电路,图8-13 八位LED动态显示器电路,3LED显示器接口实例 从LED显示器的原理可知，为了显示字母与数字，必须最终转换成相应的段选码。这种转换可以通过硬件译码器或软件进行译码。 l 硬件译码器LED显示器接口（如图8-14所示） l 软件译码LED显示器接口（如图8-15 8-16所示）,图8-14 利用硬件译码器的七段LED接口电路,图8-15 通过8155扩展I/O口控制的8位LED动态显示接口,动态显示子程序流程图,返回本节,二、 LCD显示器接口,1LCD的基本结构及工作原理,液晶显示器基本结构,2LCD的驱动方式 静态驱动方式：静态驱动回路及波形如图8-18所示，图中LCD表示某个液晶显示段。 时分割驱动电压平均化：当显示字段增多时，为减少引出线和驱动回路数，需要采用时分割驱动法。时分割驱动方式通常采用电压平均化法，其占空比有1/2，1/8，1/11，1/16，1/32，1/64等，偏比有1/2，1/3，1/4，