单片机原理及应用第7章单片机典型IO接口技术 ppt课件

1、第第7 7章章 单片机典型单片机典型I/OI/O接口技术接口技术7.1 7.1 键盘及接口电路键盘及接口电路7.2 7.2 显示器及接口电路显示器及接口电路7.3 A/D7.3 A/D、D/AD/A转换器与单片机的接口转换器与单片机的接口7.1 7.1 键盘及接口电路键盘及接口电路7.1.1 7.1.1 键盘的分类键盘的分类 根据按键的识别方法分类，可分为编码键根据按键的识别方法分类，可分为编码键盘和非编码键盘：盘和非编码键盘： 1. 1. 编码键盘编码键盘 键盘上闭合键的识别由公用的硬件译码器实键盘上闭合键的识别由公用的硬件译码器实现，并产生键编号或键值。现，并产生键编号或键值。 2. 2.

2、 非编码键盘非编码键盘 没有公用的硬件译码器，其按键的识别和键没有公用的硬件译码器，其按键的识别和键值的产生由软件完成，该类键盘本钱较低，且值的产生由软件完成，该类键盘本钱较低，且运用灵敏。运用灵敏。7.1.2 7.1.2 键盘的任务原理键盘的任务原理 键盘中每个按键都是一个常开开关电路，键盘中每个按键都是一个常开开关电路，是利用机械触点来实现按键的闭合和释放。是利用机械触点来实现按键的闭合和释放。 1. 1. 抖动景象抖动景象 由于弹性作用的影响，按键的机械触点在由于弹性作用的影响，按键的机械触点在闭合及断开的瞬间都会有抖动的景象，即不能闭合及断开的瞬间都会有抖动的景象，即不能马上实现按键的

3、完全闭合或断开，从而使输入马上实现按键的完全闭合或断开，从而使输入电压信号也出现抖动景象，电压信号也出现抖动景象， 2. 2. 连击的处置连击的处置 当按键在一次被按下的过程中，其功能程序被反复多次执当按键在一次被按下的过程中，其功能程序被反复多次执行的景象，好似按键被多次按下一样，这种景象就称为连行的景象，好似按键被多次按下一样，这种景象就称为连击。击。7.1.3 7.1.3 键盘构造及扫描子程序键盘构造及扫描子程序 无论是编码键盘还是非编码键盘都可以分为独立衔接式无论是编码键盘还是非编码键盘都可以分为独立衔接式和矩阵式两类。在单片机系统中多用非编码键盘和矩阵式两类。在单片机系统中多用非编码

4、键盘 。 1. 1. 独立式非编码键盘接口及处置程序独立式非编码键盘接口及处置程序 很多实践的运用系统均为采用较少几个按键组成的非编很多实践的运用系统均为采用较少几个按键组成的非编码键盘，也称其为开关式键盘，或线性键盘，它们与单片码键盘，也称其为开关式键盘，或线性键盘，它们与单片机的衔接如图机的衔接如图7-17-1所示。每一个键对应所示。每一个键对应P1P1口的一根口线，各口的一根口线，各键是相互独立的。当某个键按下时，该键所对应的口线的键是相互独立的。当某个键按下时，该键所对应的口线的电位就由高电平变为低电平，电位就由高电平变为低电平，CPUCPU访问并查询一切接键口线，访问并查询一切接键口

5、线，即可识别是哪一个键按下。即可识别是哪一个键按下。 这种键盘构造的优点是电路简单；缺陷是当按键较多时，这种键盘构造的优点是电路简单；缺陷是当按键较多时，要占用较多的要占用较多的I/OI/O。 2. 2. 矩阵式键盘接口及任务原理矩阵式键盘接口及任务原理当按键数较多时，为节省当按键数较多时，为节省I/OI/O口线和减少引线，常将其按矩口线和减少引线，常将其按矩阵方式衔接。每条行线与列线的交叉处经过一个按键来连阵方式衔接。每条行线与列线的交叉处经过一个按键来连通，那么只需通，那么只需N N条行线和条行线和M M条列线，即可组成具有条列线，即可组成具有NMNM个按键个按键的键盘。其衔接方式如图的键

6、盘。其衔接方式如图7-27-2所示。键盘扫描程序代码参考所示。键盘扫描程序代码参考教材教材 。 图图7-1 开关式键盘开关式键盘图图7-2 矩阵键盘衔接方式矩阵键盘衔接方式 7.1.4 7.1.4 键盘接口扩展设计键盘接口扩展设计 当键盘的按键较多或单片机的当键盘的按键较多或单片机的I/OI/O端口较紧张端口较紧张时，就需求经过外部扩展来实现键盘的功能。通时，就需求经过外部扩展来实现键盘的功能。通常经过常经过82558255、81558155等并行接口芯片，或经过单片等并行接口芯片，或经过单片机的串行口进展键盘的扩展，也可经过公用键盘、机的串行口进展键盘的扩展，也可经过公用键盘、显示接口芯片如

7、显示接口芯片如82798279进展键盘扩展。进展键盘扩展。 8051 8051经经81558155扩展键盘扩展键盘 图图7-37-3为为4 48 8键盘，经键盘，经81558155与单片机相连，键扫与单片机相连，键扫描子程序参看教材。描子程序参看教材。 图图7-3 8051经过经过8155扩展建盘扩展建盘7.2 7.2 显示器及接口电路显示器及接口电路 单片机运用系统中，现场的任务形状和单片机运用系统中，现场的任务形状和数据需实时地监测和察看，常用于察看的显数据需实时地监测和察看，常用于察看的显示器主要有示器主要有LEDLED发光二极管显示器和发光二极管显示器和LCDLCD液晶显示器。液晶显示

8、器。 7.2.1 LED7.2.1 LED形状显示形状显示 用用LEDLED作形状指示器具有电路简单、功作形状指示器具有电路简单、功耗低、寿命长、呼应速度快等特点，而且耗低、寿命长、呼应速度快等特点，而且LEDLED还有红、黄、绿等多种颜色供选择。特还有红、黄、绿等多种颜色供选择。特别是别是LEDLED的低功耗、长寿命特性，使它正在的低功耗、长寿命特性，使它正在逐渐取代传统上由白炽灯指示的场所逐渐取代传统上由白炽灯指示的场所 。7.2.2 LED7.2.2 LED数码显示数码显示 LED LED显示器是由假设干个发光二极管组显示器是由假设干个发光二极管组成显示字段的显示成显示字段的显示器件，有

9、器件，有7 7段和段和“米字段之分，单片机运米字段之分，单片机运用系统中通常运用用系统中通常运用7 7段段LEDLED显示器。显示器。 1. LED 1. LED七段数码管构造及原理七段数码管构造及原理 这种显示器有共阴极和共阳极两种，发这种显示器有共阴极和共阳极两种，发光二极管的阳极连在一同的称为共阳极显示光二极管的阳极连在一同的称为共阳极显示器，阴极连在一同的称为共阴极显示器。器，阴极连在一同的称为共阴极显示器。 图图7-5 七段七段LED数码管数码管a) 共阴型共阴型 b) 共阳型共阳型 c) 管脚分布管脚分布a b c 2. LED显示器接口及显示方式 在实践运用中，LED数码管有静态

10、显示和动态显示两种显示方式。 1静态显示方式 静态显示方式，即七段LED数码管在显示某一个字符时，相应的段发光二极管恒定的导通或截至，直至换显其他字符为止。 2动态显示方式 为理处理静态显示占用I/O口资源较多的问题，在多位显示时通常采用动态显示方式。动态显示是将一切数码管的段码线对应并联在一同，由一个8位的输出口控制，每位数码管的公共端称位选线分别由一位I/O口线控制，以实现各位的分时选通。 7.2.3 7.2.3 七段七段LEDLED数码管显示接口数码管显示接口 动态显示方式的接口电路及软件译码，通常可动态显示方式的接口电路及软件译码，通常可以经过并行接口芯片如以经过并行接口芯片如8155

11、8155、82558255等进展扩展。等进展扩展。运用时需求一个运用时需求一个8 8位的位的I/OI/O输出端口用于输出数码输出端口用于输出数码管的段码，还需求根据系统的需求来确定用于输管的段码，还需求根据系统的需求来确定用于输出位码控制的出位码控制的I/OI/O端口的位数。端口的位数。80518051衔接衔接6 6位动态位动态显示方式接口电路如图显示方式接口电路如图7-87-8所示。所示。图7-8 8051接6位动态显示接口电路7.2.4 LCD7.2.4 LCD液晶显示器接口液晶显示器接口 LCD LCD液晶显示器是一种被动显示器，以其微功液晶显示器是一种被动显示器，以其微功耗、体积小、抗

12、干扰才干强，显示内容丰富等优点，耗、体积小、抗干扰才干强，显示内容丰富等优点，在仪器仪表上和低功耗运用系统中得到越来越广泛在仪器仪表上和低功耗运用系统中得到越来越广泛的运用。的运用。液晶显示器从显示的方式上可分为段式、点阵字符液晶显示器从显示的方式上可分为段式、点阵字符式和点阵图方式。式和点阵图方式。 LCD LCD七段显示器除了段极引脚七段显示器除了段极引脚a ag g外，还有一外，还有一个公共引脚个公共引脚COMCOM，它可静态方式驱动加直流信，它可静态方式驱动加直流信号，也可动态方式驱动加交流信号。由于直号，也可动态方式驱动加交流信号。由于直流信号将会使流信号将会使LCDLCD的寿命减少

13、，故通常采用动态驱的寿命减少，故通常采用动态驱动方式。为了显示方便，可采用硬件译码，动方式。为了显示方便，可采用硬件译码，MotorolaMotorola公司消费的公司消费的MC14543MC14543芯片是一种常用的芯片是一种常用的LCDLCD锁存锁存/ /译码译码/ /驱动电路，运用非常简单。驱动电路，运用非常简单。 点阵字符型液晶显示器是指显示的根本单元是点阵字符型液晶显示器是指显示的根本单元是由一定数量的点阵组成，可以显示数字、字母、符由一定数量的点阵组成，可以显示数字、字母、符号等。由于号等。由于LCDLCD的控制必需运用公用的驱动电路，的控制必需运用公用的驱动电路，而且而且LCDL

14、CD面板的接线需求特殊方式，普通这类显示面板的接线需求特殊方式，普通这类显示器需求将器需求将LCDLCD面板、驱动器与控制电路组合在一同面板、驱动器与控制电路组合在一同制形成一个制形成一个LCDLCD液晶显示模块液晶显示模块LCMLCM。7.3 A/D7.3 A/D、D/AD/A转换器与单片机的接口转换器与单片机的接口 在实践运用中，通常利用传感器将被控对象的在实践运用中，通常利用传感器将被控对象的物理量转物理量转换成易传输、易处置的延续变化的电信号，然后再换成易传输、易处置的延续变化的电信号，然后再将其转将其转换成计算机能接受的数字信号，完成这种转换义务换成计算机能接受的数字信号，完成这种转

15、换义务的器件的器件称为模称为模/ /数数A/DA/D转换器。而将计算机输出的数字转换器。而将计算机输出的数字信号转信号转换为被控对象能接受的模拟信号的器件称为数换为被控对象能接受的模拟信号的器件称为数/ /模模D/AD/A转换器。转换器。 7.3.1 D/A7.3.1 D/A转换器转换器 D/A D/A转换器在测控系统中将计算机产生的数字转换器在测控系统中将计算机产生的数字量控制信量控制信号转换成模拟信号，用于驱动外部执行机构。号转换成模拟信号，用于驱动外部执行机构。 1. D/A 1. D/A转换器的根本原理转换器的根本原理 D/A D/A转换器的根本功能是将一个用二进制表示转换器的根本功能

16、是将一个用二进制表示的数字量的数字量转换成相应的模拟量。实现这种转换的根本方法是转换成相应的模拟量。实现这种转换的根本方法是对应二对应二进制数的每一位，产生一个相应的电压电流，进制数的每一位，产生一个相应的电压电流，而这个而这个电压电流的大小那么正比于相应的二进制的权。电压电流的大小那么正比于相应的二进制的权。 2. D/A 2. D/A转换器的主要参数转换器的主要参数 D/A D/A转换器的主要参数有：转换器的主要参数有： (1) (1) 分辨率。分辨率。 (2) (2) 转换时间。转换时间。 (3) (3) 线性度。线性度。 (4) (4) 输出电平。输出电平。 3. 3. 集成集成D/A

17、D/A转换器举例转换器举例DAC0832DAC0832 DAC0832 DAC0832是采用先进的是采用先进的CMOSCMOS工艺制成的双列直插式单片工艺制成的双列直插式单片8 8位位D/AD/A转换器。转换速度为转换器。转换速度为1s1s，可直接与微机接口。，可直接与微机接口。 7.3.2 A/D7.3.2 A/D转换器转换器 A/D A/D转换器是测控系统中将模拟信号转换成数转换器是测控系统中将模拟信号转换成数字信号的重要器件。字信号的重要器件。 1. A/D 1. A/D转换原理转换原理 根据根据A/DA/D转换器的原理可将转换器的原理可将A/DA/D转换器分成两转换器分成两大类。一类是

18、直接型大类。一类是直接型A/DA/D转换器，其输入的模拟转换器，其输入的模拟电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量；电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量；另一类是间接型另一类是间接型A/DA/D转换器，其任务过程中，首转换器，其任务过程中，首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量先把输入的模拟电压转换成某种中间变量( (时间、时间、频率、脉冲宽度等等频率、脉冲宽度等等) )，然后再把这个中间变量转，然后再把这个中间变量转换为数字代码输出。换为数字代码输出。 2. A/D转换器的主要技术目的 (1) 分辨率。 (2) 量程。 (3) 精度。 (4) 转换时间。 3. A/D转换器的外部特

19、性 各集成A/D转换芯片的封装不尽一样，性能各异。但从原理和运用的角度来看，任何一种A/D转换器芯片普通具有以下控制信号线 。 (1) 启动转换信号线START。 (2) 转换终了信号线EOC。 (3) 片选信号线。 4. 集成A/D芯片举例ADC0809 ADC0809具有8路模拟量输入，可在程序控制下对恣意通道进展A/D转换，输出8位二进制数字量。 1ADC0809的构造 ADC0809是一个8位逐次逼近式A/D转换器。具有8路模拟量输入，片内有8路模拟开关，以及相应的通道地址锁存及译码电路。可在程序控制下实现分时的对恣意通道进展A/D转换，转换的数据送入三态输出数据锁存器，输出的数据为8

20、位二进制数字量。 ADC0809 ADC0809引脚功能为：引脚功能为： IN7 IN7IN0IN0：8 8路模拟量输入通道，在多路开关控制下，路模拟量输入通道，在多路开关控制下，任一时辰只能有一路模拟量实现任一时辰只能有一路模拟量实现A/DA/D转换。转换。08090809要求对输要求对输入模拟量为单极性，电压范围入模拟量为单极性，电压范围0 05V5V，假设信号过小还需，假设信号过小还需求进展放大。对于信号变化速度比较快的模拟量，在输入求进展放大。对于信号变化速度比较快的模拟量，在输入前应添加采样坚持电路。前应添加采样坚持电路。 ADDA ADDA、B B、C C：8 8路模拟开关的三位地

21、址选通输入端，路模拟开关的三位地址选通输入端，用来选通对应的输入通道。其对应关系见表用来选通对应的输入通道。其对应关系见表7-57-5。 ALE ALE：地址锁存输入线，该信号的上升沿可将地址选：地址锁存输入线，该信号的上升沿可将地址选择信号择信号A A、B B、C C锁入地址存放器。锁入地址存放器。 START START：启动转换输入线，其上升沿用以去除：启动转换输入线，其上升沿用以去除A/DA/D内部内部存放器，其下降沿用以启动内部控制逻辑，开场存放器，其下降沿用以启动内部控制逻辑，开场A/DA/D转换转换任务。任务。 ADC0809与与8051接口电路接口电路 (2) ADC0809 (2) ADC0809与与MCS-51MCS-51的接口的接口 图为图为ADC0809ADC0809与与80518051的典型接口电路。的典型接口电路。对对8 8路模拟信号轮番采样一次，并把结果依次存到数组中路模拟信号轮番采样一次，并把结果依次存到数组中; ;#include#include/头文件定义头文件定义 #include#includeunsigned