第九章-MCS的接口技术.ppt

一、接口的概念,9.1概述,输入/输出接口（或称为I/O口）：通常是指在计算机和外部设备之间起连接或传输作用的芯片和器件。接口的任务：外设的种类多。工作速度相差很大，与单片机的运行速度也不同。字符格式不同。I/O接口电路应解决外设与单片机之间速度匹配问题，字符格式转换问题。,I/O端口：指I/O芯片上起输入/输出作用的端口（寄存器）。单片机的接口技术：是解决单片机如何与接口芯片连接的问题，解决单片机与外部设备的信息交流问题。,二、MCS51单片机的接口信号和编址方式,1、单片机是通过三总线与外设交换信息的：地址总线AB数据总线DB控制总线CB所有外部芯片都通过这三组总线进行连接,单片机的接口信号,2、I/O口的编址方式,1、统一编址2、独立编址MCS51单片机系统的I/O口是和外部RAM统一编址的，用户可以把外部64KBRAM空间的一部分作为扩展IO接口的地址空间，CPU像访问外部RAM存储单元那样访问外部IO接口。一个外部I/O接口往往占用多个端口地址。,统一编址：没有独立地址空间，没有专用的IO接口指令。单片机与外部数据RAM单元之间的数据传送指令就是接口指令.独立编址：有独立地址空间和独立I/O指令。,三、单片机与外设的数据交换方式,三种方式：1、查询方式2、中断方式3、DMA直接存储器访问方式,1、查询方式特点,a）发启动外设的信号；b）然后读入外设的状态或标志；c）判断其是否已作好数据交换的准备；d）如外设未作好准备，则一直查询；e）外设准备好了，用输入输出指令进行数据交换。优点：能够自动适配外设的工作速度缺点：花费CPU时间较多。在CPU不太忙的情况下可采用此方式。,2、中断方式特点,a）设置中断，开中断；b）当外设需要与单片机交换数据时，发中断请求；c）单片机响应中断请求，执行中断服务程序，与外设交换数据。特点：可充分利用单片机的工作效率并适配外设的工作速度。因此，中断方式是应用最多的一种I/O数据交换方式。但中断方式需要的硬件资源较多一些。,3、DMA直接存储器访问方式,不需CPU干预，只需让出总线。基本由硬件DMA控制器完成。适合大批量的数据的交换。,四、MCS-51的I/O指令与编程方法,因统一编址，没有专用的IO接口指令，接口指令就是单片机与外部RAM单元之间的数据传送指令MOVXA，Ri；输入MOVXRi，A；输出MOVXA，DPTR；输入MOVXDPTR，A；输出,例：设单片机需要将端口地址为7CF7H中的数据EDH读入累加器A中，试编写程序。,两种方式：解1：如果采用R0或R1间址，程序如下：MOVP2，#7CH；将高8位地址送P2口MOVR0，#0F7H；将低8位地址送R0MOVXA，R0；输入指令执行后，（A）EDH。,解2：如果采用DPTR间址，程序如下：MOVDPTR，#7CF7HMOVXA，DPTR；将16位端口地址送DPTR；输入指令执行后，（A）EDH。,因为输入/输出设备是应用系统中不可缺少的部分，而键盘输入、显示输出是人机对话的主要手段。本章主要介绍最基本的键盘、显示器接口及功率负载接口。还介绍A/D、D/A接口的原理和方法。,9.2键盘接口,键盘分类（按结构形式）：编码键盘：被按键由硬件产生键的编码非编码键盘：用软件产生被按键码。非编码键盘分类：独立式：每个按键都需一条I/O线。行列式：若干个键按行列排成矩阵组成，在行列的交点处对应有一个键。,非编码行列式键盘结构简单成本低廉，是单片机常用的键盘。如图92所示。,行列式非编码键盘的结构及工作过程键盘接口和程序设计,本节要点,关键点：键的识别、键码的产生,一、键的识别,键盘通常是由若干个键按行列排成矩阵组成，在行列的交点处对应有一个键。键盘接口技术的主要内容就是如何确定被按键的行列位置，并据此产生键码。键的识别一般要解决以下问题：,1测试是否有键按下,列线：输出低电平行线：输入各状态若各行线状态皆为高电平，则无键按下。若各行线状态中有低电平出现，则有键按下。,2去抖动,为保证准确识别键，当测试表明有键按下，紧接着进行去抖动处理。两种方法：硬件和软件。硬件方法：增加RS去抖电路软件方法：采用时间延迟避开抖动时间，待信号稳定之后再进行状态的输入。单片机系统多采用软件方法。延迟时间约1020ms。,3键扫描、确定被按键的物理位置,48键的键盘，按四行八列矩阵排列。假定A键按下，键盘矩阵中A点的行列线相通。键扫描的过程是：列线输出FEH，即左端为低电平，然后输入行线状态，判断是否有低电平,低位,若无低电平，再输出FDH，再判断行线状态。依次向下，当输出FBH时，行线状态中有一条为低电平，读入行字为非FFH，则闭合键找到。如此继续，以发现多键可能同时被按下的现象。,4.计算键码键码=行首键号列号,根据被按下键的行线号和列线号，求得闭合键的键码。键码是键在矩阵中从左向右、从上向下的序号本键盘32个键的键码为00H1FH,0行的首键号00H2行的首键号10H3行的首键号18H,键码=行首键号列号键码=10H+2H=12H,5等待键释放,等键完全释放之后，根据得到的键码转相应的键处理子程序，进行数据的输入或命令的处理。等待和判断键释放的方法:延时后键扫描,键扫描程序流程图,在系统运行过程中，为及时响应键盘操作，通常在10ms左右就要对键盘进行一次扫描。,程序控制扫描：主程序中直接调用键盘扫描子程序。定时扫描：利用内部的定时器，产生10ms的定时中断，CPU响应中断对键盘进行扫描。中断扫描：CPU平时不扫描，只要有键闭合就产生中断请求，CPU即进行键盘扫描,键扫描三种方式,二、键盘接口和程序设计,下面以典型4行8列键盘为例，说明实际的键盘接口和程序的设计：1、键盘接口芯片为8155PA输出口，接列线，地址为7F01HPC输入口，PC3PC0接4条行线。地址为7F03H,PA作输出口，接列线，地址为7F01H,PC作输入口，PC0PC3接4条行线。地址为7F03H,2、键盘扫描子程序设计,键盘扫描子程序分两步粗扫描：判断是否有键按下。没有键按下，则返回主程序。有键按下，则去抖动后进入第二步。细扫描：找出按下的是哪一个健，并求出相应的健码。,粗扫描通过调用2个子程序实现：KS1判断子程序判断是否有键闭合。T12延时子程序。执行时间约为12ms。细扫描包括三个程序段：逐行扫描程序段LK2下一列扫描程序段NEXT求键码程序段LKP。,下面逐个介绍,MOVDPTR，7F01H；设定PA口地址MOVA，#00H；全扫描字00H送AMOVXDPTR，A；全扫描字送PA口INCDPTR；设定PC口地址INCDPTR；MOVXA，DPIR；PC口输人行状态CPLA；行线状态取反ANLA，0FH；屏蔽高4位RET；A不为0，则有键按下,判断子程序KS1的程序：,出口状态：A=0，没有键按下,粗扫描程序,KEY：ACALLKS1；调子程序判断有键按下否？JNZLKl；A非0有键按下，转去抖动AJMPKEY；A=0无键按下，返回LK1：ACALLT12；有键按下延时12ms去抖动ACALLKS1；再次确认是否有键按下JNZLK2；有键闭合，转逐行扫描LK2SJMPKEY；是干扰，无键按下，返回，继；续等待,细扫描（真有键按下）,逐行扫描程序段LK2下一列扫描程序段NEXT求键码程序段LKP,逐行扫描程序段LK2送一个列信号后，逐行扫描：该行有键按下，确定行首键号，求键码3.LKP该行无键按下，转查下一行。若直到4行扫描完仍无键按下，则转2.下一列扫描程序NEXT,细扫描（真有键按下）,逐行扫描程序段LK2下一列扫描程序段NEXT求键码程序段LKP,2、下一列扫描程序段NEXT列号加1，判8列扫描完否？若8列扫描完了，则无键按下，重新开始扫描。否则扫描字左移，为下一列扫描作好准备。转下一列扫描。,细扫描（真有键按下）,逐行扫描程序段LK2下一列扫描程序段NEXT求键码程序段LKP,3、求键码程序段LKP求键码行首键号列号等待键释放,有键按下时，才执行RET，退出键盘扫描子程序：出口状态：A为键码,9.3单片机与LED显示器接口技术,单片机应用系统中，经常使用的数码显示器有LED数码显示器和LCD数码显示器。这两种显示器的价格便宜，配置灵活，与单片机接口方便。内容：LED（LightEmitingDiode）显示器。八个发光二极管排成“8”字形（包括小数点），通过各段发光二极管亮灭的不同组合，可以显示十六进制数字及一些其它字母或符号。LED显示器接口显示程序,1、LED显示器：共阴、共阳,字型代码(段选码)：,为了显示数字或符号，要给LED显示器提供代码。因为这些代码是为了显示字型的，因此称之为字型代码或段选码。正好是一个字节，由一个并行输出口提供给各段的输入端,2、LED显示器接口,多位LED显示器接口电路需要有两个输出口，一个输出8位段控码，另一个输出位控码，位控码的位数应等于显示器的位数。动态扫描：对多位LED显示器通常采用动态扫描的方法进行显示，即逐个地循环点亮各位显示器。段控和位控:为了动态扫描，要提供段码（字形代码），位码。这就是通常所说的段控和位控。,使用8155实现6位LED显示器接口电路,A口：输出口（段控口），输出8位字型代码。为提高显示亮度，加74LS244进行段控输出驱动。C口：输出口（位控口），以PC5PC0输出位控码。由于位控的驱动电流较大，8段全亮时约为4060MA，因此PC口输出可加反向驱动器，然后再接各LED显示器的位控端,LED显示器接口电路,3、显示程序（显示数据的缓冲区为79H7EH）,DIR：MOVR0，#79H；置显示缓冲区首地址MOVR3，#01H；置位选码初值MOVA，R3LOOP：MOVDPTR，#7F03H；PC口地址MOVXDPTR，A；输出位选码DECDPTRDECDPTR