《单片机原理与应用技术》课件第8章

第八章显示器及键盘接口电路8.1显示器及其接口

8.2键盘接口

8.3A/D转换接口电路

8.4D/A转换器及其单片机接口电路

8.5习题

实训八显示器及键盘接口电路设计实训

8.1显示器及其接口

8.1.1LED数码管

LED显示器由8个发光二极管组成。根据内部二极管连接方式，LED显示器在结构上又分为共阴极型和共阳极型两种。共阴极型内部发光二极管的阴极连接在一起，接低电平；共阳极型内部发光二极管的阳极连接在一起，接高电平。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划发光，控制相应的二极管导通，就能显示出对应字符。一般情况下，把其中7只发光二极管构成“8”字型，第8个二极管显示小数点的这种显示器称为七段数码显示器，也有人称之为八段显示器，如图8-1所示。图8-1七段LED显示器从图8-1中可见，a、b、c、d、e、f、g分别为7个发光二极管，dp引脚为小数点。在图8-1(b)中，将各段发光二极管的阳极连在一起作为公共端COM的这种显示器称为共阳极LED。当给共阳极七段LED中的某一段二极管接低电平时，相应的二极管因导通而发光，否则不发光。而在图8-1(c)中，将各段发光二极管的阴极连在一起作为公共端COM的这种显示器称为共阴极LED。当给共阴极七段LED中的某一段二极管接高电平时，该二极管因导通而发光。控制共阳极或共阴极中的不同段二极管的亮与灭，可构成一个显示字符，这样形成的显示字符代码称为LED字符显示码或段选码。表8-1是显示字形与共阳极和共阴极两种接法的字段码的对应关系。表8-1LED数码管显示字形与字段码的对应关系

【例8-1】

已知显示数RAM50H(高位)、51H(低位)，试将其转换为5位共阴极字段码并存放在以40H为首址的内RAM中。

解：这个程序可以分为两个部分。

(1)分离显示数字子程序。

8.1.2LED数码管静态显示方式及其典型应用电路

静态显示电路的接法有以下几种方式。

1．串行扩展静态显示电路

图8-2为串行扩展的3位LED数码管静态显示电路。其中，RXD串行输出显示字段码，TXD发出移位时钟，而P1.0为串行移位使能端。LED数码管为共阳结构。图8-2串行输出的静态显示电路

【例8-2】

按照图8-2中的LED数码管的显示顺序，依次显示存放在内存RAM中的41H～43H单元的数据。

解：利用汇编语言编写程序如下：

2．并行扩展静态显示电路

图8-3为并行扩展6位LED数码管静态显示电路，74LS237并行扩展8位I/O口，P0口输出8位字段码，P2口用于片选6位数据的74LS237，控制显示LED数码管为共阳结构。图8-3并行口静态显示电路

【例8-3】

按照图8-3中的LED数码管的显示顺序，依次显示数据88H,83H,C6H,A1H,86H,8EH。

解：利用汇编语言编写程序如下：

8.1.3LED数码管动态显示方式及其典型应用电路

1．共阴型6位动态显示电路

图8-4为共阴型6位动态显示电路。图8-4共阴型6位动态显示电路

【例8-4】

按照图8-4，试编制循环扫描6次显示子程序，已知显示字段码存放在以50H为首址的6个字节内RAM中。

解：利用汇编语言编程如下:

2．共阳型6位动态显示电路

图8-5为由PNP型三极管74LS377组成的共阳型6位LED数码管动态扫描显示电路。图8-5共阳型6位动态显示电路

【例8-5】

根据图8-5所示电路，试编制6位动态扫描显示程序，已知显示字段码存在以30H为首址的6字节内RAM中。

解：利用汇编语言编写程序如下：8.1.4LCD及其接口原理

LCD(LiquidCrystalDisplay)是液晶显示器的缩写。液晶显示器是一种平面超薄显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。液晶显示器具有功耗低、体积小、厚度薄、重量轻、工作电压低、无辐射、无闪烁、能直接与CMOS集成电路匹配等特点。因此，LCD备受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。液晶显示模块按显示图形和控制方式，分为笔段式液晶显示模块、点阵字符型液晶显示模块和点阵图形液晶显示模块。

LCD的数字和字符显示与LED一样分为7个(a、b、c、d、e、f、g)段，另外还有一个公共极(COM)，如图8-6所示。图8-6LCD的字形段和公共极例如要显示数字“2”，应使a、b、d、e、g段的方波与COM极上方波的相位相反，而c、f段的方波与COM极上方波的相位相同。假定COM极上加负方波，则段码方波极性及数字显示见表8-2。表8-2LCD段码与显示数字 8.2键盘接口

键盘是微型计算机最常用的外部输入设备，用户可以通过键盘实现与计算机的人机对话交流。键盘通过若干个按键组成的开关矩阵向计算机输入指令、地址和数据，以达到控制计算机的目的。

键盘根据识别方式的不同，可以分为编码键盘和非编码键盘两种。采用专用的硬件实现键盘闭合识别功能的键盘称为编码键盘；而采用软件方式实现键盘闭合识别功能的键盘称为非编码键盘。

键盘接口电路用于实现外部键盘矩阵与计算机之间的通信功能，包括：

(1)键盘扫描功能：检测是否有按键闭合。

(2)键盘识别功能：确定闭合按键所在的行、列位置号。

(3)产生相应的键代码(键值)。

(4)消除按键抖动。

8.2.1按键开关的抖动问题

一般情况下，按键的触点分为触点式和非触点式两种。在单片机应用系统中，一般都采用机械触点。在图8-7中，当按键S断开时，P1.0输入高电平；当按键S闭合时，P1.0输入低电平。因为按键是机械触点，在按下或断开时会产生接触不稳定的情况，引起P1.0点电平不稳定，如图8-8所示。图8-8按键按下和弹起时的抖动图8-7按键原理图常见的去抖动的方法有两种：硬件方法和软件方法。

1．硬件去抖动

硬件去抖动通常采用的电路有三种：

(1)利用双稳电路的去抖动电路；

(2)利用单稳电路的去抖动电路；

(3)利用RC滤波电路的去抖动电路。

2．软件去抖动

软件去抖动的方法就是根据按键抖动的不稳定性，在第一次检测到按键按下时，大约执行10 ms左右的延时子程序后再确认该键是否确实按下，从而消除按键抖动对单片机读键值的影响。8.2.2键盘扫描控制方式

1．程序控制扫描方式

在该种控制扫描方式下，CPU只有在空闲时间内才能调用键盘扫描子程序，使外部键盘设备真正占用CPU。键盘扫描子程序的编写一般固定在主程序的某个程序段，当主程序依次运行到该程序段时，按照顺序进行键盘扫描，判断是否有键按下。若有，则计算按键编号，执行相应的键功能子程序。在这种程序控制扫描方式下工作，键盘扫描程序占用CPU的时间最小，对CPU的利用率不会造成影响。但是键盘处理的时间间隔不宜太长，以免影响识别键盘响应的实时性。

【例8-6】

单片机控制32个按键的动作如图8-9所示。利用程序控制扫描方式来进行按键的扫描。图8-98031与4 × 8键盘的连接

2．定时扫描方式

定时扫描工作方式就是利用定时器/计数器每隔一定时间产生定时中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描。通常利用单片机内部的定时器产生10 ms的定时中断，CPU响应定时器发出的中断请求，对键盘进行扫描，响应键盘的输入请求。定时扫描方式和程序控制扫描方式的区别是：程序控制扫描方式是用软件程序来实现扫描间隔时间的定时；而定时扫描工作方式是利用定时器/控制器来实现定时控制的。定时扫描方式下定时时间不能太长，如果时间过长会影响CPU对按键输入响应的实时性。

3．中断控制方式

中断控制方式就是利用单片机的外部中断源0和1来响应按键输入信号。当键盘上有键按下时产生中断请求(只有有键按下时CPU才能响应中断)，执行中断服务程序，判断键盘上闭合键的键号，并作相应的处理。中断控制方式可以大大提高CPU的利用效率。

如图8-10所示的中断方式下的键盘接口电路。图8-10中断方式的键盘接口电路8.2.3按键键盘与单片机的连接

键盘与单片机的连接方法大致可以分为独立式按键键盘和矩阵式按键键盘两种方式。

1．独立式按键接口技术及编程

1)按键直接通过I/O口连接

按键的数量就是需要的单片机的I/O口的数量，即一个按键接一条I/O口线。每一条I/O口线的工作状态互不影响，各个按键彼此独立。如图8-11所示，4个按键分别接到P3.0、P3.1、P3.2、P3.3，这里取用S1和S2两个按键，采用不断查询的方法，检测是否有键闭合，如有键闭合，则去除键抖动，判断键号并转入相应的键处理。图8-11独立按键接口电路图

【例8-7】

在图8-11中，当有键按下时，对应的I/O口线为低电平；当按键断开时，对应的I/O口线为高电平。

利用汇编语言编写键识别程序如下：

2)采用中断方式

如图8-12所示，如果每个按键都接到一个与非门上，当有任何一个按键按下时，都会使与非门输出为低电平，从而引起单片机的中断。此方式的优势在于免去了在主程序中不断地循环查询，如果有键按下，单片机再去做相应的处理。图8-12中断方式按键连接电路图

3)按键与扩展I/O口连接

单片机扩展I/O口可以有并行扩展和串行扩展两种方式，这两种扩展方式都可以与按键进行连接。

(1)按键与并行扩展I/O口连接。单片机一般采用74LS373锁存器进行并行扩展I/O口。图8-13所示为80C31与按键进行并行扩展的连接电路图。图8-13按键与并行扩展I/O口连接电路图图8-14按键与串行扩展I/O口连接电路图

2．矩阵式键盘接口技术及编程

矩阵式键盘的结构与工作原理：在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键来连接。这样，一个端口(P1口、P2口或P3口)就可以构成4×4=16个按键，比直接将端口线用于键盘的扩展多出了一倍，而且线数越多，扩展的按键的数量也越多。如果再多加一条口线就可以构成4×5=20个键的键盘，而直接用端口线则只能多出

一个键。因此，在需要的按键数量比较多的情况下，采用矩阵式结构来设计键盘是非常合理的。采用矩阵式结构来设计键盘显然要比直接法要复杂一些。例如图8-15中，键盘矩阵的列线通过限流电阻R接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入端。当键盘中没有按键按下时，所有的输入端都是高电平，表示无键按下。一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可以判断是否有键按下了。图8-15矩阵式键盘

1)判断键盘中有无键按下的过程

逐行扫描查询法是一种最常用的按键识别方法，又称为行扫描法，具体的工作过程如下：

(1)将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低电平，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。

(2)当确认有键按下后，就要判断闭合键所在的位置。确认的方法是在确认有键按下后，依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其他线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低电平，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。行扫描法识别按键的过程就好像在二维平面上找确定的点一样。按键扫描法就是先确定它的行线位置，再确定它的列线位置，最后通过公式：键值 = 行号 × 列数 + 列号来计算得到键值。

例如图8-16中的行线为扫描线(输出)，列线为状态线(输入)。图8-16矩阵式键盘

2)键处理程序

如图8-16所示，8031的P1口用作键盘I/O口，键盘的列线接到P1口的低4位，键盘的行线接到P1口的高4位。列线P1.0～P1.3分别接有4个上拉电阻到正电源 +5 V，并把列线P1.0～P1.3设置为输入线，行线P1.4～P1.7设置为输出线。4根行线和4根列线形成16个按键的相交点。按键扫描过程如下：

(1)检测当前是否有键按下。检测的方法是P1.4～P1.7输出全“0”，读取P1.0～P1.3的状态，若P1.0～P1.3为全“1”，则无键闭合，否则有键闭合。进入读按键值的下一个过程。

(2)去除按键抖动。当检测到有键按下后，延时一段时间后再进入下一步的读键值的检测判断过程。

(3)若有键被按下，采用行扫描法读键值，来判断闭合键所在的位置。

P1.4～P1.7按照下述4种组合依次输出：

P1.71110

P1.61101

P1.51011

P1.40111在每组行输出时读取P1.0～P1.3，若全为“1”，则表示这一行没有键闭合，否则有键闭合。由此得到闭合键的行值和列值，然后可采用查表法或计算法将闭合键的行值和列值转换成所定义的键值。在键处理程序中，如果键闭合一次只能进行一次键功能操作，则需等待按键释放后，再进行键功能操作；否则，按一次键，有可能会连续多次进行同样的键处理操作，为了保证键每次闭合时CPU仅作一次处理，必须去除键释放时的抖动。图8-17为矩阵式键盘程序流程图。图8-17键盘扫描程序流程图

【例8-8】

按照键盘扫描流程图8-17，编写汇编语言程序如下：图8-18中断方式下的矩阵式键盘接口电路 8.3A/D转换接口电路

8.3.1A/D转换的基本概念

1．A/D转换器的主要技术参数

(1)分辨率：输出的数字量变化一个LSB(LeastSignificantBit，数字代码最低有效位)值时，输入模拟量的变化值，一般定义为转换器的满刻度电压(基准电压)UFSR与2n之间的比值，即分辨率= UFSR/2n。其中，n为A/D转换器输出的二进制位数，n越大，分辨率越高。

(2)满量程误差：输出全为1时输入的电压与理想输入量之差。

(3)转换时间：指A/D转换器完成一次A/D转换所需要的时间。转换时间越短，A/D转换器适应输入信号快速变化的能力越强。当需要A/D转换的模拟量变化较快时，就需选择转换时间短的A/D转换器，否则会引起较大误差。其倒数就是转换速率。

(4)转换速率：完成一次A/D采样的时间。

(5)转换精度：实际A/D结果与理想值之差。

(6)与CPU之间的接口方式：并行接口或串行接口方式。

(7)温度系数：A/D转换器受温度影响的程度，一般用环境温度变化1℃所产生的相对误差来表示，单位是10－6/℃。

2．A/D转换器的分类

随着大规模集成电路技术的飞速发展，A/D转换器的种类也越来越多。按照工作原理划分，A/D转换器的种类主要有逐次逼近式、积分式、并行比较型/串并行式、∑-△调制式、电容阵列逐次比较式及压频变换式。

下面介绍最常用的逐次逼近式、并行式、双积分式和V/F变换式的转换原理。

(1)逐次逼近式。逐次逼近式属于直接式A/D转换器，由一个比较器和D/A转换器通过逐次比较逻辑构成。其工作原理可以简单地理解为将输入模拟量逐次与UREF/2、UREF/4、UREF/8、…、UREF/2n-1比较，模拟量大于比较值的取值为数字1；否则，取0。最终得到的数字值就是A/D转换的结果。其电路规模属于中等规模。逐次逼近式A/D转换器转换精度较高，速度较快，价格适中，功耗低，是目前种类最多、应用范围最广的A/D转换器。典型的8位A/D逐次逼近式A/D芯片有ADC0809。

(2)并行式。并行式也属于直接式A/D转换器，它是所有类型A/D转换器中转换速度最快的，但由于结构复杂、价格高，因此只适用于要求高速转换的场合。

(3)双积分式。双积分式是一种间接式A/D转换器，其工作原理是：先用积分器把输入模拟电压转换成中间量(时间T或频率F)，然后再把中间量转换成数字。它的优点是转换精度高，抗干扰能力强，价格便宜；缺点是转换时间较长，一般要几十毫秒，适用于转换速度不快的场合，如用于数字式测量仪表中。典型芯片有MC14433和ICL7135等。

(4) V/F变换式。V/F变换器也是一种间接式A/D转换器，能够将模拟电压信号转换成频率信号，再对频率信号计数，将其转换为数字量。其特点是结构简单、价格低廉、高精度、抗干扰能力强以及便于长距离传送等，可替代A/D转换，但转换速度偏低。

下面介绍在单片机应用系统中应用较为广泛的8位并行A/D芯片ADC0809的工作原理及应用实例。8.3.2并行A/D转换器ADC0809及其接口电路

1．8位A/D转换芯片0809的结构和引脚

ADC0809是8位CMOS逐次逼近型A/D转换器，带8个模拟量输入通道及通道地址译码锁存器，输出带三态数据锁存器。启动信号为脉冲启动方式。每一通道的转换时间大约为100 ms。它的主要性能指标如下：

(1)分辨率为8位；

(2)最大不可调误差为 +1LSB；

(3)单电源 +5 V供电，基准电压由外部提供，典型值为 +5 V；

(4)具有锁存控制的8路模拟选通开关；

(5)输出电平与TTL电平兼容；

(6)功耗为15 mW；

(7)转换速度取决于芯片的时钟频率。时钟频率范围为(10～1280)kHz，当CLK=500 kHz时，转换时间为128 ms。

ADC0809的结构图如图8-19所示。图8-19ADC0809的内部结构从图8-19中可以看出，ADC0809由两大部分组成：一部分为输入通道，包括8位模拟开关、3条地址线的锁存器和译码器，可以实现8路模拟输入通道的选择；另一个部分为一个逐次逼近型A/D转换器。

下面介绍它的引脚和通道地址码。ADC0809的引脚如图8-20所示。图8-20ADC0809引脚图从上面的引脚说明可以看出，只有在ALE信号有效时，C、B、A输入的通道地址才被锁存。启动信号START启动后开始转换，但是EOC信号是在START的下降沿到来10 ms后才变为无效的低电平。这要求查询程序待EOC无效后再开始查询。转换结束后由OE产生信号输出数据。具体的模拟通道地址的选择如表8-3所示。表8-3模拟通道地址码

2．ADC0809与8051的接口

ADC0809与80C51的典型连接电路如图8-21所示。图8-21ADC0809与8051的接口电路

ADC0809进行A/D转换，可用中断、查询和延时等待三种方式编制程序。

(1)中断方式。把转换完成的状态信号EOC作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。编写程序时，在主程序执行的过程中，遇到需要进行A/D转换的时候才启动中断转入执行A/D转换过程，并继续执行主程序。当接收到ADC的转换结束EOC信号后，立即转去执行中断服务程序，并在中断程序中取回A/D转换结果，启动下一次转换等操作。

【例8-10】按照图8-22所示的电路，采用中断方式分别对8路模拟信号轮流采集一遍，并将结果存入以40H为首地址的80C51片内RAM单元中。设单片机的晶振频率为fOSC=6 MHz。图8-22采用中断方式下的ADC0809与MCS-51单片机的接口电路

(2)查询方式。A/D转换芯片转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，如果完成则接着进行数据传送。

【例8-11】按照图8-23所示的电路，改用P2.1直接与ADC0809芯片的EOC端相连，使用查询方式编制程序，对8路模拟信号依次进行A/D转换一次，并把结果存入以50H为首址的80C51片内RAM单元中。设单片机的fOSC=6 MHz。

利用汇编语言编写程序如下：图8-23采用查询方式下的ADC0809与MCS-51单片机的接口电路

(3)延时等待方式。对于一种A/D转换类型来说，转换时间是一项技术指标，并且是已知和固定的。例如我们这里研究的ADC0809的转换时间为128 ms，相当于6 Hz的MCS-51单片机的64个机器周期。因此可以设计一个延时子程序，当A/D转换启动后即可调用此子程序，延时时间一到，转换也肯定已经完成了，接着就可以进行数据传送。

下面是利用延时等待的方法进行8路模拟信号的采集的Cx51程序：

【例8-12】

根据图8-24所示，采用软件延时的方法编写ADC0809采样汇编语言程序。设ADC0809的地址是7FF8H～7FFFH，要求对8路模拟信号轮流采样，采样后的结果存放到50H～57H中。在程序中启动ADC0809的同时将通道号写到ADC0809中。图8-24ADC0809与MCS-51单片机的接口电路 8.4D/A转换器及其单片机接口电路

8.4.1D/A转换

1．D/A转换的基本概念

基本的D/A转换器由电压基准或电流基准、精密电阻网络、电子开关及全电流求和电路构成。选择D/A转换器时要看三个重要指标，分别是分辨率、准确度和转换速度。另外还要考虑其基本要求，例如温度稳定性、输入编码、输出方式、基准和功耗等。

D/A转换器的工作原理是通过应用电阻解码网络将n位数字量逐位转换成模拟量，再经过运算器相加，从而得到一个与n位数字量成比例的模拟量。由于CPU输出的数字量数据是不连续的，经过D/A转换的过程也需要一定的时间，转换后的模拟量结果也是断续的。因此，事实上CPU进行D/A转换后输出的模拟量随时间的变化曲线不是连续的，而是呈阶梯状。

D/A转换器的种类有很多，下面从两个方面来进行分类。按照数据的输入方式，D/A转换器有串行和并行方式两种，输入数据包括8位、10位、12位、14位、16位等多种规格，输入数据位数越多，分辨率也越高；按照输出模拟量的性质分，D/A转换器分为电流输出型和电压输出型两种。电压输出又有单极性和双极性之分，如0～+5 V、0～+10 V、±2.5 V、±5 V、±10 V等，可以根据实际需要进行选择。

2．D/A转换器的动态指标

1)分辨率

当输入的数字信号发生单位数码变化时，所对应的输出模拟量的变化量即为分辨率。用数学公式表示为分辨率 = 模拟输出满量程值/2N，其中N表示数字量的位数。

在实际应用中，更常用的方法是用输入的数字量的位数来表示分辨率，如8位二进制的D/A转换器常称其分辨率为8位。有时分辨率也可用相对值表示：相对分辨率 = 1/2N。它反映了输出模拟量的最小变化值。D/A转换的位数越多，分辨率越高。例如：8位D/A转换器，其相对分辨率为1/28 ≈ 0.0039。因此，在实际使用中，也经常用数字输入信号的有效位数给出分辨率，例如0832的分辨率为8位。

2)线性度

线性度也称为非线性误差，通常用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。一般情况下，我们把理想的输入/输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分比定义为非线性误差。

3)转换精度

转换精度是以最大静态转换误差的形式给出的。在D/A转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。

转换精度与分辨率是两个不同的概念。精度是指转换后所得的实际值对于理想值的接近程度；而分辨率是指能够对转换结果发生影响的最小输入量。D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。如果不考虑其他D/A转换误差时，D/A的转换精度就是分辨率的大小，因此要获得高精度的D/A转换结果，首先要保证选择有足够分辨率的D/A转换器。同时D/A转换精度还与外接电路的配置有关，当外部电路器件或电源误差较大时，会造成较大的D/A转换误差，当这些误差超过一定程度时，D/A转换就产生错误。对于分辨率很高的D/A转换器一定具有较高的精度。

4)建立时间

建立时间是指输入的数字量发生变化后，输出模拟量达到了稳定数值(即进入规定的精度范围内)所需要的时间。建立时间指标是描述D/A转换速度快慢的一个重要指标。

5)温度系数

指在规定的温度范围内，温度每变化1℃时，DAC的增益、线性度、零点等参数的变化量。它们分别称为增益温度系数、线性度温度系数等。

6)电源抑制比

D/A转换器受电源变化影响的指标为电源抑制比，通常用电源变化1 V时所产生的输出误差相对满量程的比值来描述。8.4.2D/A转换芯片及其单片机接口

DAC0832是国内使用较为普遍的8位D/A转换器，由于其片内有输入数据寄存器，故可以直接与单片机接口。DAC0832是由美国国家半导体公司研制的，同系列的芯片还有DAC0830和DAC0831，它们都是8位D/A转换器，可以互换。DAC0832一般以电流形式输出，当需要转换为电压输出时，可以外接运算放大器。

DAC0832芯片的主要技术参数如下：

(1)分辨率为8位；

(2)电流建立时间1 ms；

(3)数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；

(4)输出电流线性度可在满量程下调节；

(5)逻辑电平输入与TTL电平兼容；

(6)温度系数为2×10－6/℃；

(7)单一电源供电(+5 V～+15 V)；

(8)非线性度误差：DAC0830为0.05%FSR，DAC0831为0.10%FSR，DAC0832为0.20%FSR；

(9)低功耗为20 mW。

1．DAC0832的结构和引脚

DAC0832由8位输入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A转换器构成。DAC0832中有两级锁存器，第一级即输入寄存器，第二级即DAC寄存器。因为有两级锁存器，故DAC0832可以工作在双缓冲方式下，在输出模拟信号的同时可以采集下一个数字量。这样能够有效地提高转换速度。另外，有了两级锁存器，可以在多个D/A转换器同时工作时，利用第二级锁存信号实现多路D/A的同时输出。

DAC0832的逻辑结构如图8-25所示。图8-25DAC0832结构和引脚

1)直通工作方式

直通工作方式是将两个寄存器的5个控制信号均预先置为有效，两个寄存器都开通，处于数据接收状态，只要数字信号送到数据输入端DI0～DI7，就立即进入D/A转换器进行转换，这种方式主要用于不带微机的电路中。

2)单缓冲工作方式

DAC0832工作于单缓冲工作方式时的接口电路如下图8-26所示。图8-26DAC0832与8051的单缓冲接口电路

3)双缓冲工作方式

在多路D/A转换情况下，如果用户要求同步输出数模转换数据，必须采用双缓冲工作方式。例如智能示波器要求同步输出X轴信号和Y轴信号，若采用单缓冲工作方式，X轴信号和Y轴信号只能先后输出，不能同步输出，否则会形成光点偏移。图8-27为双缓冲工作方式时接口电路图。图8-27DAC0832的双缓冲接口电路

2．12位D/A芯片AD7521

AD7521是12位的D/A转换器，片内不带输入寄存器。对于没有输入寄存器的D/A转换器，当输入数据变化时，输出电流或电压也随之变化；当输入数据消失时，输出电流或电压也会消失。在实际控制过程中，为了控制一个对象，往往要求转换之后的模拟量要保持一定时间。因此，在连接这类D/A转换器之前，需要增加一个数据锁存器再与总线相连。这类D/A转换器是总线不兼容的。

1) AD7521的引脚

AD7521共有18个引脚，引脚图如图8-28所示。图8-28AD7521引脚图

2) AD7521与8051的接口

AD7521是12位数据输入的，因此需要外加12位数据锁存器。我们采用低8位和高4位数据分别进行锁存，主要采用74LS377和74LS379两个锁存器。低8位采用2片74LS377作为双缓冲寄存器，高4位用1片74LS379作为单缓冲寄存器。输出数据进行转换时，先输出低8位数据到第一级缓冲寄存器，然后输出高4位数据到4位缓冲寄存器。在输出高4位数据的同时，把低8位数据打入第二级缓冲寄存器，以便12位数据同时转换。AD7521与8051的接口电路如图8-29所示。图8-29AD7521与8051的接口图8-30DAC0832与8051接口电路 8.5习题

1．常见的显示器件有几种？LED数码管具有什么特点？

2．LED显示有哪两种显示结构？LED显示器在结构上又分为哪两种？如何工作？

3．按照下列要求编制LED数码管8段字段码表：

(1)共阴顺序小数点亮(a低位)；

(2)共阴逆序小数点亮(a高位)；

(3)共阳逆序小数点暗(a高位)；

(4)共阳逆序小数点亮(a高位)。

4．LED的外形尺寸、颜色、亮度如何划分？LED正向压降、额定电流和最大电流各是多少？

5．如何从显示数中分离出显示数字？

6．如何将显示数转换为显示字段码？

7．编制下列不规则英文字母aACdEFHLPUy(共阴顺序小数点暗)的字段码。

8．已知显示数存放在RAM30H(高位)、31H(低位)，试将其转换为5位共阴极字段码并存放在以50H为首址的内RAM中。

9．LED数码管工作方式有哪两种？各有什么优缺点？

10．静态显示电路的接法有哪几种？

11．参照图8-2，利用74164代替CD4094完成串行输出的静态显示电路中的LED数码管的显示顺序，依次显示存放在内存RAM中的51H～53H单元的数据。

12．参照图8-3，按照下列要求修改并画出电路图，编制显示程序。

(1)百、十、个位利用74LS377片选端改为P2.0、P2.1、P2.2;

(2)数码管改为共阴，显示字段码要求按逆序排列小数点暗;

(3)显示数为88H、83H、C6H。

13．什么是动态扫描显示？与静态扫描显示相比有什么优势？如何连线？对数码管的驱动电流有什么要求？

14．参照图8-4所示共阴极6位动态显示电路，画出循环扫描电路图。要求将P1.5、P1.6、P1.7与74LS138相连，P2.6片选74LS377。并编制反复循环显示程序，已知待显示字段码存在以50H(低位)为首址的8字节内RAM中。

15．根据图8-5所示电路，画出8位动态扫描显示程序的共阳极8位动态扫描显示电路，并编制8位动态扫描显示程序，已知显示字段码存放在以40H为首址的8字节内RAM中。

16．什么是LCD显示器？简述LCD显示器的工作原理。

17．LCD显示器与LED显示器相比有什么不同？

18．LCD显示器的种类有哪几种？

19．什么是键盘？键盘可以分为哪几种？什么是键盘接口？键盘接口实现的功能是什么?

20．按键开关为什么有去抖动问题？如何消除？简述消除按键抖动问题的方法。

21．键盘扫描控制方式有哪几种？各有什么优缺点？

22．设计单片机控制键盘扫描系统，要求单片机控制16个按键的动作，设计4×4键盘的硬件电路图，并编制程序控制扫描方式下的按键扫描程序。参照例题8-6。

23．设计单片机控制键盘扫描系统，要求单片机控制16个按键的动作，设计4×4键盘的硬件电路图，并编制定时扫描方式下的按键扫描程序。参照例题8-6。

24．设计单片机控制键盘扫描系统，要求单片机控制16个按键的动作，设计4×4键盘的硬件电路图，并编制中断控制方式下的按键扫描程序。参照例题8-6。

25．键盘与单片机的连接方法有哪几种？各有什么特点？

26．设计一个单片机控制8个按键的独立式按键接口电路，当有键按下时，对应的I/O口线为低电平；当按键断开时，对应的I/O口线为高电平。

27．利用并行扩展I/O口，设计8个按键与并行扩展I/O口电路，并编制按键扫描程序。

28．利用串行扩展I/O口，设计8个按键与串行扩展I/O口电路，并编制按键扫描程序。

29．简述矩阵式键盘结构特点和工作原理。

30．简述矩阵式键盘按键的扫描过程及判别按键闭合的方法。

31．设计一个3×3矩阵式键盘单片机控制系统，绘制硬件电路图并编制键盘扫描程序。

32．设计一个3×3矩阵式键盘单片机控制系统，要求单片机工作在中断方式下，绘制硬件电路图并编制键盘扫描程序，将键盘序号存入内RAM40H中。

33．什么叫A/D转换？为什么要进行A/D转换？

34．A/D转换器的主要性能指标都有哪些？

35．A/D转换器是如何分类的？各有什么特点？

36．并行A/DC0809芯片有什么特点？它的性能指标都有哪些？

37．ADC0809转换器有几种工作方式？各有什么优缺点？

38．ADC0809的ALE信号和START信号应如何处理？

39．利用ADC0809芯片采用中断方式对8路模拟信号依次进行A/D转换一次，并把结果存入以40H为首址的内RAM中，设计硬件电路并编制汇编扫描程序。

40．利用P1.7口直接与0809EOC端相连，采用查询方式编制程序，对8路模拟信号依次进行A/D转换，并把结果存入以50H为首址的内RAM中。

41．ADC0809芯片的EOC端开路，fOSC=6 MHz，试用延时等待方式编制程序，对8路模拟信号依次A/D转换一次，并把结果存入以60H为首址的内RAM中。

42．什么是D/A转换？进行D/A转换的目的是什么？

43．简述进行D/A转换的工作原理。

44．如果数字量数据D=35H，VREF=5V，求经过8位D/A转换后输出电压是多少？

45．根据下列已知条件求D/A转换后输出电压UA。

(1) D=54H，VREF = 4 V，N = 8；

(2) D=4AH，VREF = 5 V，N = 12；

(3) D=ABH，VREF = 3 V，N = 8；

(4) D=B9H，VREF = 4 V，N = 8。

46．D/A转换器有哪些主要性能指标？叙述其含义。

47．DAC0832芯片的主要技术参数有哪些？

48．DAC0832芯片的工作方式有哪几种？各有什么特点？各有什么区别？

49．12位的AD7521芯片与DAC0832有什么区别？各有什么特点？

50．要输出图8-31所示的连续锯齿波形，其峰值为FFH，P1.0片选，试画出DAC0832双缓冲应用电路，编制程序，并计算t1时间(fOSC=12MHz)。实训八显示器及键盘接口电路设计实训

一、实验目的

(1)掌握动态和静态LED数码管显示方式及其典型应用电路的工作原理；

(2)掌握动态和静态LED数码管显示的软件设计方法；

(3)掌握键盘接口的典型应用电路的工作原理及软硬件设计方法；

(4)掌握键盘扫描控制方式的特点；

(5)掌握利用外部中断的方法进行矩阵式键盘的设计及编程方法。二、实验设备与元器件

(1)至少20 MB硬盘、16 MB内存的Pentium、Pentium-Ⅱ或相应兼容处理器的PC机；

(2) KeilCV8.08版本的mVision2/3软件；

(3)本实验中电路图所涉及的元器件；

(4)面包板。

三、实验要求

(1)学习I/O口扩展电路的设计方法；

(2)学习动态和静态LED数码显示方式及其典型应用的软硬件设计方法；

(3)熟悉并掌握键盘接口的I/O口扩展电路的