传感器原理与应用---数据分析第8讲 接口技术I

1、 6.0 接口技术概述接口技术概述 6.1 键盘键盘/鼠标接口技术鼠标接口技术 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术 6.3 打印机接口打印机接口 6.4 拨码盘及语音接口拨码盘及语音接口 内容提要内容提要一、接口和接口技术一、接口和接口技术二、为什么要用接口电路？二、为什么要用接口电路？1）速度匹配问题（）速度匹配问题（CPU快，外设慢）；快，外设慢）；2）电平匹配问题（）电平匹配问题（CPU采用采用TTL电平，外设电平复杂）；电平，外设电平复杂）；3）数据宽带匹配问题（）数据宽带匹配问题（CPU采用并行传输，外设可串可采用并行传输，外设可串可并）；并）；4）多个外设的选择问题；）多个外

2、设的选择问题；CPU接接口口作作用用外外设设模模/数数转转换换( (A/ /D) )数数/模模转转换换( (D/ /A) )模模拟拟量量信信息息类类型型数数字字量量三三态态缓缓冲冲、锁锁存存数数字字量量工工作作速速度度快快解解决决传传送送方方式式慢慢串串/并并转转换换并并/串串转转换换串串行行通通信信方方式式并并行行三三态态缓缓冲冲、锁锁存存并并行行数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB外存外存接口接口I/O接口接口键盘，键盘，扫描仪，扫描仪，光电笔光电笔等等I/O接口接口显示器，显示器，打印机打印机等等CPU微型计算机的结构示意图微型计算机的结构示意图DMA控制器

3、控制器硬盘，软硬盘，软盘，光盘盘，光盘等等通信通信接口接口数据终端，数据终端，MODEM,以太网卡以太网卡等等2）接口的类型）接口的类型I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外 设设ABDBCBCPU3）接口的位置）接口的位置 3、接口应具备详细功能、接口应具备详细功能1）数据缓冲功能，解决速度匹配问题；）数据缓冲功能，解决速度匹配问题；2）接受和执行）接受和执行CPU命令功能；命令功能；3）信号转换功能，解决电平匹配问题；）信号转换功能，解决电平匹配问题；4）设备选择功能；）设备选择功能；5）中断管理功能，如鼠标，使外设与）中断管理

4、功能，如鼠标，使外设与CPU并行工作；并行工作；6）数据宽度变换功能，）数据宽度变换功能，“串串-并并”；7）可编程功能）可编程功能:修改相应驱动程序改变接口的功能；修改相应驱动程序改变接口的功能；说明：接口不局限于普通台式电脑，也可用于笔记本电脑，说明：接口不局限于普通台式电脑，也可用于笔记本电脑，嵌入式系统，单片机，嵌入式系统，单片机，DSP系统。系统。4、CPU与外设之间传送信息方式与外设之间传送信息方式 键盘用于输入数据和命令。键盘用于输入数据和命令。一、键盘分类一、键盘分类 单片机和单片机和PC机的键盘有两种：机的键盘有两种： 一种是全编码键盘（或称独立键盘），每个键相互独立，一种是

5、全编码键盘（或称独立键盘），每个键相互独立，各有一条各有一条I/O线与线与CPU相连。相连。CPU直接读取键码；直接读取键码； 特点：按键速度快，使用方便；占特点：按键速度快，使用方便；占I/O线多，成本高；线多，成本高； 另一种是非编码键盘，这种键盘多采用矩阵行列方式，另一种是非编码键盘，这种键盘多采用矩阵行列方式，利用软件识别键码及完成各种键功能处理。利用软件识别键码及完成各种键功能处理。 本课程是以单片机系统为例，单片机大多采用非编码键本课程是以单片机系统为例，单片机大多采用非编码键盘。盘。 P1.0P1.1P1.7+5vI/O接接口口+5v+5v消除抖动电路开关开关单片机单片机抖动时间

6、抖动时间10ms开关动作时间开关动作时间100ms“ 1 ”“ 0 ”10ms1）硬件去抖动方式：RS触发器电路2)软件去抖动方式：读键号时，增加10ms的延时。SR延时等待延时等待10ms 仍有按键信号？仍有按键信号？Y 有按键信号？有按键信号？NYN键盘处理键盘处理 按键释放？按键释放？NY流程：首先设端口线的初值流程：首先设端口线的初值“1”；检测是否有键按下；调用；检测是否有键按下；调用延时子程序后，再次检测；判断键号，并执行相应的子程序延时子程序后，再次检测；判断键号，并执行相应的子程序 0 1+5v P1.0 P1.1 P1.4 P1.5键盘键盘I/O接口接口2.2.工作原理工作原

7、理 按键设置在行、列线交点处，按键开关的两端分别连接行、按键设置在行、列线交点处，按键开关的两端分别连接行、列线。列线。 行线通过上拉电阻接行线通过上拉电阻接+5V+5V时，被钳位在高电平状态。时，被钳位在高电平状态。 检测是否有键按下时检测是否有键按下时：将所有：将所有I IO O列线均置成低电平，然列线均置成低电平，然后读行线电平状态。后读行线电平状态。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平至低电平，使行输入电平不再全为，使行输入电平不再全为1 1。 然后将列线恢复高电平，并然后将列线恢复高电平，并依次依次给列线送低电平，然后查给列线送低电平，然后

8、查所有行线状态，如果全为所有行线状态，如果全为1 1，则所按下之键不在此列。如果不，则所按下之键不在此列。如果不全为全为l l，则所按下的键必在此列，则所按下的键必在此列，+5V+5V11100000INT0/INT174LS21AT89S51输入I/O口输出D0D1D2D3D4D5D6D711110011AT89S51输出I/O口输入D0D1D2D3D4D5D6D7a） 线 反 转 法 第 一 步 b） 线 反 转 法 第 二 步 键盘扫描只是CPU工作的内容之一。根据系统中CPU的忙、闲情况，键盘的工作方式有编程扫描方式、定时扫描方式和中断编程扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式扫描方式三

9、种。(1)(1)编程扫描工作方式编程扫描工作方式 CPUCPU在完成某些工作的空余，调用键盘扫描子程序，来响在完成某些工作的空余，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。应键输入要求。(2)定时扫描工作方式定时扫描工作方式单片机内部定时器产生定时中断（例如单片机内部定时器产生定时中断（例如10ms10ms）CPUCPU对键盘进行对键盘进行扫描，有键按下转入键功能处理程序。扫描，有键按下转入键功能处理程序。系统工作时，键并不经常按下，因此，编程方式或定时方式系统工作时，键并不经常按下，因此，编程方式或定时方式经常处于空扫描状态。经常处于空扫描状态。为了进一步提为了进一步提CPUCPU效率，可以采用

10、中断扫描工作方式。即在效率，可以采用中断扫描工作方式。即在键盘有键按下时，才执行键盘扫描功能。键盘有键按下时，才执行键盘扫描功能。(3)中断工作方式中断工作方式（1 1）监视键盘）监视键盘当键盘中有键按下时，当键盘中有键按下时，CPU通过特定的程序识别，并转入相应的通过特定的程序识别，并转入相应的键处理程序。键处理程序。1）键值的识别）键值的识别CPU扫描键盘，通过程序读取被按键的行首键号和列号，二者相扫描键盘，通过程序读取被按键的行首键号和列号，二者相加得到地址偏移量；并通过查找键值表得到键号。加得到地址偏移量；并通过查找键值表得到键号。地址偏移量行首键号列号键值按键00H00H00H07H

11、701H00H01H04H4.07H00H07H0BHB 然后读然后读取取PC0-PC3PC0-PC3上的行值。上的行值。当行值不是当行值不是0FH0FH，则有，则有键按下；否键按下；否则，表示无则，表示无键按下。键按下。+5V1k01234567+5VPA7PA0CEWRRDALED0D7PC0PC3PC2PC1P2.7P2.0WRRDALEP0AT89S515.1k4881C55MIO/RESET 891011121314151718192021222325262728293031 162481C55扩展I/O组成的键盘 （1）监视键盘）监视键盘2）判断是否有键按下）判断是否有键按下 51

12、单片机先把全单片机先把全0送到接口芯片（送到接口芯片（81C55）的）的PA7-PA0。（1）监视键盘）监视键盘3）读取行首键号和列号）读取行首键号和列号 CPU逐列对键盘扫描以读取逐列对键盘扫描以读取PC3-PC0的行值，若行值为的行值，若行值为0FH，表明不在本列；否则，在本列。，表明不在本列；否则，在本列。 CPU在将列都置为低电平，判断行号。在将列都置为低电平，判断行号。4 4）按键的抖动和窜键处理）按键的抖动和窜键处理 按键抖动：延时按键抖动：延时10ms10ms后，再读取键值；后，再读取键值； 窜键处理：当多个键按下时，预先设定窜键标志寄存器，窜键处理：当多个键按下时，预先设定窜键

13、标志寄存器，记录按下键的个数。当发生窜键后，获取最后放开键的行首键记录按下键的个数。当发生窜键后，获取最后放开键的行首键号和列值。号和列值。5 5）判断键的类型）判断键的类型 通常，数字键和字符键的键值范围不同，跳转子程序也不通常，数字键和字符键的键值范围不同，跳转子程序也不同。同。延时消抖延时消抖键扫描求键号键扫描求键号延时等待延时等待键译码求键值键译码求键值修改显示缓冲区修改显示缓冲区跳转各功能程序跳转各功能程序有按键输入？有按键输入？确有按键？确有按键？按键释放？按键释放？是数字键？是数字键？ORG 0100HSCAN: MOV DPTR, #0FF21H ;DPTR指向指向PA口口 M

14、OV A, #00H MOVX DPTR, A ；PA口的值输出低电平口的值输出低电平 MOV DPTR,#0FF23H ；DPTR指向指向PC口口 MOVX A, DPTR ; 读读PC口的值口的值 ANL A, #0FH ；屏蔽；屏蔽A的高四位，只留低四位的高四位，只留低四位 CJNE A,#0FH, KEYSCAN ；若有键按下，执行若有键按下，执行KEYSCAN SJMP EXITKEYSCAN: ACALL DY12MS ; 延时延时12ms去抖动去抖动 MOV R2, #0FEH ；R2放列扫描的初值放列扫描的初值 MOV R3, #08H ；总列数；总列数R3 MOV R0, #

15、00H ；列值计数器；列值计数器R0清零清零 KEYSM1: MOV A, R2 MOV DPTR, #0FF21H ；指向；指向PA口口 MOV DPTR, A ；列扫描；列扫描 RL A ；列左移；列左移1位位 MOV R2, A MOV DPTR, #0FF23H ；DPTR指向指向PC口口 MOVX A,DPTRORG 0100H.KEYSCAN: ACALL DY12MS ; 延时延时12ms去抖动去抖动 MOV DPTR, #0FF23H ；DPTR指向指向PC口口 MOVX A,DPTR ANL A, 0FH ;屏蔽行值的高屏蔽行值的高4位位 CJNE A, #0FH, JSAD

16、D ;比较结果比较结果0FH，表示按键不在本列，表示按键不在本列 INC R0 ；若按键不在本列，；若按键不在本列，R0加加1，表示下，表示下一列一列 DJNZ R3,KEYSM1 ；未扫描完，循环；未扫描完，循环 EXIT: MOV A, #0FFH SJMP DONE ANL A, 0FH ;屏蔽行值的高屏蔽行值的高4位位 CJNE A, #0FH, JSADD ;比较结果比较结果0FH，表示按键不在本列，表示按键不在本列 INC R0 ；若按键不在本列，若按键不在本列，R0加加1，表示下，表示下一列一列 DJNZ R3,KEYSM1 ；未扫描完，循环未扫描完，循环 .JSADD: JB

17、ACC.0, JSADD1 ;如果第一行为如果第一行为1，表示不在本行；扫描下一，表示不在本行；扫描下一行行 MOV A,#00H ；第一行行号；第一行行号00H AJMP JSADD4JSADD1: JB ACC.1, JSADD2 MOV A,#08H AJMP JSADD4JSADD2: JB ACC.2, JSADD3 MOV A,#10H AJMP JSADD4JSADD3: JB ACC.3, JSADD4 MOV A,#18H AJMP JSADD4JSADD3: JB ACC.3, JSADD4 MOV A,#18H AJMP JSADD4JSADD4: ADD A, R0 ；

18、行号和列号相加；行号和列号相加 MOV DPTR, #KEYTAB ；指向键值的首地址；指向键值的首地址 MOVC A, A+DPTR ；读取键值；读取键值DONE: RETKEYTAB: DB 07H, 04H,08H,. DB 01H, 00H, DB 10H, 11H, 12H DB 18H, 19H,.(以下为延时子程序以下为延时子程序)DY12MS: MOV R7, #18HDY12MS1: MOV R6, #0FFHDY12MS2: DJNZ R6,DY12MS2 DJNZ R7, DY12MS1 RET四、四、 PCPC键盘的结构及程序键盘的结构及程序（略）（略） 1 1、键盘的

19、分类、键盘的分类 1 1）按键的形式分类）按键的形式分类 PCPC的键盘按其结构形式来分一般有机械式、电容式、的键盘按其结构形式来分一般有机械式、电容式、电感式、磁感式、薄膜式和橡胶垫式等。其中最常用的是机电感式、磁感式、薄膜式和橡胶垫式等。其中最常用的是机械式和电容式键盘。械式和电容式键盘。2）按插口方式分类）按插口方式分类按照键盘插口方式，键盘可分为串口（按照键盘插口方式，键盘可分为串口（AT）键盘（大口）、）键盘（大口）、并口（即并口（即PS/2）键盘（小口）及）键盘（小口）及USB接口三类。接口三类。其接口引脚其接口引脚及功能说明如图所示。及功能说明如图所示。1423514235614

20、USB说明1、KBD DATA 2、保留 3、GND 4、+5V 5、KDB CLK 6、保留1:VCC 2:Data3:DATA+ 4:GND(a)(b)3）按键盘编码方式分类）按键盘编码方式分类 （已学）（已学）l分为编码键盘和非编码键盘。分为编码键盘和非编码键盘。l编码键盘是键盘电路在某个键被按下后，能提供该键所代编码键盘是键盘电路在某个键被按下后，能提供该键所代表的信息代码，并以并行或串行信号输给表的信息代码，并以并行或串行信号输给CPU。l非编码键盘是一种便宜而广泛用于微机系统的输入设备。非编码键盘是一种便宜而广泛用于微机系统的输入设备。这种键盘内部有一个扫描电路，不断地扫描键盘是否

21、有键被这种键盘内部有一个扫描电路，不断地扫描键盘是否有键被按下。此键所代表的键盘信息代码，则由键盘接口及键盘处按下。此键所代表的键盘信息代码，则由键盘接口及键盘处理软件根据键盘送来的位置信息产生，然后再送给理软件根据键盘送来的位置信息产生，然后再送给CPU。2、PC键盘的工作原理键盘的工作原理1）键盘电路的组成 （1）微处理器 （2）译码器 （3）键盘矩阵 键盘矩阵微控制器译码器键盘插座 Vcc 8049 Vcc NumLock CapsLock ScrollLock 状态指示灯 74LS154 A B C D Vcc -Vcc 07 KDB DATA 07 KDB CLK GND X1 DB

22、0 X2 键盘微控制器 P10 DB7 P11 P20 P12 P23 P13 P24 P14 P25 T0 P26 INT P27 416 译 码 器 键盘阵列 13 行18 列 电阻排 晶体 振荡 电路 键盘电路组成示意图 键盘控制电路 工作原理：工作原理：1 1、连接：、连接：键盘通过电缆与主板相连，主板上的键盘接口接键盘通过电缆与主板相连，主板上的键盘接口接受键的扫描码；受键的扫描码；2 2、扫描方式：、扫描方式：扫描过程中，扫描过程中，7 7位计数器循环计数。当高位计数器循环计数。当高5 5位位(D6(D6一一D2)D2)为列线编码，（状态为全为列线编码，（状态为全“0”0”时，经译

23、码器在时，经译码器在O#O#列线上输出一个列线上输出一个“0”,0”,其余均为其余均为“1”1”）而计数器的低二位）而计数器的低二位 (D1D0)(D1D0)通过通过4 4选选1 1多路选择器控制多路选择器控制0303行的扫描。行的扫描。3 3、扫描下一列：、扫描下一列：计数器每计一个数扫描一行，计计数器每计一个数扫描一行，计4 4个数全个数全部行线扫描完。然后移位扫描下一列，行线再扫描一遍。部行线扫描完。然后移位扫描下一列，行线再扫描一遍。4 4、没有键按下、没有键按下，多路选择器一直输出高电平，则计数器循，多路选择器一直输出高电平，则计数器循环计数，对键盘轮番扫描。环计数，对键盘轮番扫描。

24、5 5、当有一个键被按下时、当有一个键被按下时，若扫描到该键所在的行和列，多，若扫描到该键所在的行和列，多路选择器输出一个低电平，去封锁时钟门，使计数器停止路选择器输出一个低电平，去封锁时钟门，使计数器停止计数。这时计数器输出的数据就是被按键的位置扫描码。计数。这时计数器输出的数据就是被按键的位置扫描码。6 6、编码输出：、编码输出：80488048利用程序读取这个键码后，在最高位添利用程序读取这个键码后，在最高位添上一个上一个“O”O”，组成一个字节的数据，然后从，组成一个字节的数据，然后从P22P22引脚以串引脚以串行方式输出。行方式输出。7 7、释放键：、释放键：在在80488048检测

25、到键按下后，还要继续对键盘扫描检测到键按下后，还要继续对键盘扫描检测。当检测到释放时，检测。当检测到释放时，80488048在刚才读出的在刚才读出的7 7位位置码的前位位置码的前面面( (最高位最高位) )加上一个加上一个“1”1”，作为，作为“释放扫描码释放扫描码”，也从，也从 P22P22引脚串行送出去。引脚串行送出去。2、PC键盘的工作原理键盘的扫描主要包含四项任务：键盘的扫描主要包含四项任务：（1）扫描键盘）扫描键盘 （2）读取键盘）读取键盘 （3）去除抖动）去除抖动 （4）组成串行）组成串行扫描码（如图所示）包括：扫描码（如图所示）包括：1位开始码位开始码S，8位数据码位数据码(低位

26、在前，低位在前，高位在后高位在后)，1位校验码，位校验码，1位结束码位结束码KBD CLK波形 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 KBD DATA波形 S 0 0 0 0 0 P 1 1 1 ST “h”键的键码23的串行数据 2、PC键盘的工作原理3）扫描码扫描码的结构一般分成四类：（1）ASCII字符的扫描码即ASCII码+键码。（2）扩充的ASCII字符的扫描码即00+扩充ASCII码。（3）袖珍键盘即ASCII码+键码或ASCII码+E0。（4）增加键即E0+键码，若与袖珍键重复的键则为00+键码。键的动作扫描码信息也分为4种情况：（1）接通码：0+扫描码。（2）断开码：

27、XT键盘的情况为1+扫描码。 AT键盘的情况为：F0+扫描码。（3）组合键扫描码：F0+键Ctrl/Alt/Shift的扫描码+正常键的接通码。 （4）重复动作码：F0+接通码+接通码+（除了Pause键）。2、PC键盘的工作原理4）键盘工作原理）键盘工作原理键盘扫描码的发送完全按串行异步通信格式进行，其格式如下：键盘扫描码的发送完全按串行异步通信格式进行，其格式如下：5）键盘连线图）键盘连线图五、五、鼠标接口技术鼠标接口技术1、鼠标器工作原理及分类、鼠标器工作原理及分类 鼠标器是由位置传感器、专用处理芯片和采样机构组成（如图）。 鼠标专用微处理器Y传感器Y脉冲鼠标机构X传感器SW1SW2SW

28、3RTSTXDDTRGNDX脉冲鼠标器组成原理鼠标器组成原理 工作原理：工作原理：当鼠标器相对桌面移动时，采样机构当鼠标器相对桌面移动时，采样机构按按X，Y相垂直的方向把相垂直的方向把位置和距离信位置和距离信息息送往传感器，由传感器将它们转换送往传感器，由传感器将它们转换成脉冲信号，输入给专用的微处理器，成脉冲信号，输入给专用的微处理器，然后由微处理器按照异步串行口（或然后由微处理器按照异步串行口（或并行口）通讯协议，将动作位移以相并行口）通讯协议，将动作位移以相应的数据格式传送到计算机主机。应的数据格式传送到计算机主机。分类：按工作原理，分类：按工作原理，鼠标鼠标可分为机械式（机电式）可分为

29、机械式（机电式）鼠标、光电式鼠标两大种鼠标、光电式鼠标两大种类。类。按照鼠标的接口按照鼠标的接口来分来分类的话，鼠标可以分为类的话，鼠标可以分为AT接口鼠标、接口鼠标、串行接口鼠标、串行接口鼠标、USB接口鼠标、接口鼠标、红外线鼠红外线鼠标标 、无线电鼠标、无线电鼠标 、蓝牙、蓝牙(Bluetooth)鼠标。鼠标。2、鼠标与计算机的接口、鼠标与计算机的接口1）鼠标器接口标准PS/2接口鼠标引脚示意图 2）鼠标数据传输格式（3字节）（1) MicroSoft 公司标准：表表 MICROSOFT FORMAT 注释：L = 左键状态 1 = 按下, 0 = 释放 R = 右键状态 1 = 按下,

30、0 = 释放 X0-X7 = X 距离Y0-Y7 = Y 距离 X7或Y7为符号位 串口特性：波特率 = 1200 Baud，8 位数据，无校验位，2 停止位。 3、鼠标与计算机的接口、鼠标与计算机的接口2）鼠标数据传输格式（2) MOUSE SYSTEM 公司标准（4字节） 表 MOUSE SYSTEM FORMAT 注释：L = 左键状态1 = 按下,0 = 释放 R = 右键状态1 = 按下,0 = 释放 M = 中间键状态 1 = 按下,0 = 释放 X0-X7 = X 距离Y0-Y7 = Y 距离 X7或Y7为符号位 串口特性：波特率 = 1200 Baud，8 位数据，无校验位，2 停止位。 2）鼠标数据传输