单片机原理与应用技术5.ppt

1、单片机原理与应用技术教学课件,第五讲：接口与系统扩展（2）,本讲重点： 键盘接口（键盘种类,矩阵键盘的行扫描与 线反转法的电路、原理与编程）; D/A转换接口（DAC0832产生各种波形）; A/D转换接口（ADC0809三种读取方式,电路 及单路采集与多路采集编程应用）.,单片机原理与应用技术教学课件,扩展键盘接口,单片机原理与应用技术教学课件,四、键盘接口 P.194,键盘 单片机系统中完成控制参数输入及修改的基本输入设备，是人工干预系统的重要手段。,单片机与计算机在键盘规模/键符设置等方面差别很大。,键盘分类 按键值编码方式分 (硬件)编码键盘与非(硬件)编码键盘。 按键组连接方式分 独

2、立连接键盘与矩阵连接键盘。,单片机原理与应用技术教学课件,编码键盘: 采用专用的编码/译码器件,被按下的键由该器件译码输出相应的键码/键值。 特点：增加了硬件开销，编码因选用器件而异，编码固定，但编程简单。适用于规模大的键盘。,非编码键盘: 单片机系统多采用此类键盘 采用软件编/译码的方式,通过扫描，对每个被按下的键判别输出相应的键码/键值。 特点：不增加硬件开销，编码灵活，适用于小规模的键盘，特别是单片机系统。但编程较复杂,占CPU时间，还须软件“消颤”。,按键值编码方式:编码键盘与非编码键盘,单片机原理与应用技术教学课件,按键组连接方式:独立连接键盘与矩阵连接键盘,独立连接键盘: 每键相互

3、独立，各自与一条I/O线相连，CPU可直接读取该I/O线的高/低电平状态。 特点：占I/O口线多，但判键速度快，多用于设置控制键、功能键。适用于键数少的场合。,矩阵连接键盘: 键按矩阵排列,各键处于矩阵行/列的结点处,CPU通过对连在行(列)的I/O线送已知电平的信号,然后读取列(行)线的状态信息。逐线扫描,得出键码。 特点：键多时占用I/O口线少,但判键速度慢,多用于设置数字键。适用于键数多的场合。,独立连接式键盘例1：,特点：此子程序需不断(或定时)调用，否则可能漏判。4个键的优先级由指令顺序决定。,P1.0P1.1P1.2P1.3,KEY: JNB P1.0,FUNC1 ;逐键判别 JN

4、B P1.1,FUNC2 JNB P1.2,FUNC3 JNB P1.3,FUNC4 RET ;无任何键按下由此返回 FUNC1: ;做P1.0要求的“功能1” RET FUNC2: ;做P1.1要求的“功能2” RET FUNC3: ;做P1.2要求的“功能3” RET FUNC4: ;做P1.3要求的“功能4” RET,AT89C51,独立连接式键盘例2,特点： 此子程序采用中断 查询不会漏判,省时。 键的优先级由指令 顺序决定。 为防止一次按键多 次中断，在功能子程 序里应安排“关/开中 断指令”并“延时”。,P1.0P1.1P1.2P1.3,ORG 0003H LJMP KEY KEY

5、: JNB P1.0,FUNC1 ;逐键判别 JNB P1.1,FUNC2 JNB P1.2,FUNC3 JNB P1.3,FUNC4 RETI ;无任何键按下由此返回 FUNC1: ;做P1.0要求的“功能1” RETI FUNC2: ;做P1.1要求的“功能2” RETI FUNC3: ;做P1.2要求的“功能3” RETI FUNC4: ;做P1.3要求的“功能4” RETI,INT0,查有无键闭合 JNZ LK1 ;有键闭合转消颤 LJMP LK8 ;无键闭合则退出 LK1：LCALL DL6ms ;消颤12ms LCALL DL6ms LCALL KS1 ;再查有无键闭合 JNZ L

6、K2 ;的确有，转处理 LJMP LK8 ;确实无，退出去,查有无键闭合的子程序KS1： KS1：MOV DPTR，#0101H ;指向 A口 MOV A, #00H ;8条行线都送0 MOVX，DPTR，A;送到行线上去 INC DPTR INC DPTR ;指向 C口 MOVX A，DPTR ;读列线的电平 ANL A，#0FH ;保留C口低4位 若确有键按下,则Acc中必有“0” ORL A，#0F0H ;将Acc高4位赋1 CPL A ;Acc取反后，高4位=0; 若有键按下,则低4位中必有“1” RET 检查的结果（出口）： 若(A)0,则有键按下； 若(A)0,则无键按下。,行线,

7、列线,0列,3列,1列,2列,0行 1行 2行 3行 4行 5行 6行 7行,0 4 8 12 16 20 24 28,1 5 9 13 17 21 25 29,2 6 10 14 18 22 26 30,3 7 11 15 19 23 26 31,KEY1:LCALL KS1 ;查有无键闭合 JNZ LK1 ;有键闭合转消颤 LJMP LK8 ;无键闭合则退出 LK1：LCALL DL6ms ;消颤12ms LCALL DL6ms LCALL KS1 ;再查有无键闭合 JNZ LK2 ;的确有，转处理 LJMP LK8 ;确实无，退出去,LK2：MOV R3，#00H ;(R3)行号初值 M

8、OV R2，#0FEH;(R2)行扫描初值 LK3：MOV DPTR #0101H;指向8155 A口 MOV A， R2 ;取行扫描值 MOVX，DPTR，A ;送到行线上去 INC DPTR INC DPTR ;指向8155 C口 MOVX A，DPTR ;读列线的电平 ANL A，#0FH ;保留C口低4位 MOV R4，A ;列值暂存进R4 CJNE A，#0FH,LK4;列值全“1” 表明此次送0的行有键按下,转LK4处理, 若全1,表明此次送0的行无键按下。, 行号：第0行第7行(R3) (0,1,2,3,4,5,6,7) 行扫描值： 0FEH (R2) (FE,FD,FB,F7,

9、EF,DF,BF,7F) FEH = 1111 1110 B(首次扫描) FDH = 1111 1101 B (2次扫描) FBH = 1111 1011 B (3次扫描) F7H = 1111 0111 B (4次扫描) EFH = 1110 1111 B (5次扫描) DFH = 1101 1111 B (6次扫描) BFH = 1011 1111 B (7次扫描) 7FH = 0111 1111 B (8次扫描) 列值： (0F,0E,0D,0B,07) 从C口低4位读进 (R4) 0F：表示此行无键按下。 0E07：此行的03列有键按下。,KEY1:LCALL KS1 ;查有无键闭合

10、JNZ LK1 ;有键闭合转消颤 LJMP LK8 ;无键闭合则退出 LK1：LCALL DL6ms ;消颤12ms LCALL DL6ms LCALL KS1 ;再查有无键闭合 JNZ LK2 ;的确有，转处理 LJMP LK8 ;确实无，退出去 LK2：MOV R3,#00H ;(R3)行号初值 MOV R2,#0FEH;(R2)行扫描初值 LK3：MOV DPTR #0101H;指向8155 A口 MOV A， R2 ;取行扫描值 MOVX，DPTR，A ;送到行线上去 INC DPTR INC DPTR ;指向8155 C口 MOVX A，DPTR ;读列线的电平 ANL A，#0FH

11、 ;保留C口低4位 MOV R4，A ;列值暂存进R4 CJNE A,#0FH,LK4;列值全“1” 表明此次送0的行有键按下,转LK4处理, 若全1,表明此次送0的行无键按下。,MOV A，R2 ;取出此次行扫描值 JNB ACC.7,LK8 ;若已扫过最后 一行就退出扫描,否则扫下一行。 RL A ;Acc中的“0”左移一位 MOV R2,A ;新扫描值仍存进R2 INC R3 ;行号加1指向下一行 SJMP LK3 ;转LK3去扫描下一行, 行号：第0行第7行(R3) (0,1,2,3,4,5,6,7) 行扫描值： 0FEH (R2) (FE,FD,FB,F7,EF,DF,BF,7F)

12、FEH = 1111 1110 B(首次扫描) BFH = 1011 1111 B (7次扫描) 7FH = 0111 1111 B (8次扫描) 注意： 只有第8次扫描值最高位= 0,KEY1:LCALL KS1 ;查有无键闭合 JNZ LK1 ;有键闭合转消颤 LJMP LK8 ;无键闭合则退出 LK1：LCALL DL6ms ;消颤12ms LCALL DL6ms LCALL KS1 ;再查有无键闭合 JNZ LK2 ;的确有，转处理 LJMP LK8 ;确实无，退出去 LK2：MOV R3,#00H ;(R3)行号初值 MOV R2,#0FEH;(R2)行扫描初值 LK3：MOV DP

13、TR #0101H;指向8155 A口 MOV A， R2 ;取行扫描值 MOVX，DPTR，A ;送到行线上去 INC DPTR INC DPTR ;指向8155 C口 MOVX A，DPTR ;读列线的电平 ANL A，#0FH ;保留C口低4位 MOV R4，A ;列值暂存进R4 CJNE A,#0FH,LK4;列值全“1” 表明此次送0的行有键按下,转LK4处理, 若全1,表明此次送0的行无键按下。,MOV A，R2 ;取出此次行扫描值 JNB ACC.7,LK8 ;若已扫过最后 一行就退出扫描,否则扫下一行。 RL A ;Acc中的“0”左移一位 MOV R2,A ;新扫描值仍存进R

14、2 INC R3 ;行号加1指向下一行 SJMP LK3 ;转LK3去扫描下一行,LK4：MOV A, R3;此行有按键,取行号 ADD A, R3 ;行号乘 4 MOV R5, A ;得行首值 ADD A, R5 ;即:0,4,8,12 MOV R5, A ;暂存进 R5,KEY1:LCALL KS1 ;查有无键闭合 JNZ LK1 ;有键闭合转消颤 LJMP LK8 ;无键闭合则退出 LK1：LCALL DL6ms ;消颤12ms LCALL DL6ms LCALL KS1 ;再查有无键闭合 JNZ LK2 ;的确有，转处理 LJMP LK8 ;确实无，退出去 LK2：MOV R3,#00

15、H ;(R3)行号初值 MOV R2,#0FEH;(R2)行扫描初值 LK3：MOV DPTR #0101H;指向8155 A口 MOV A， R2 ;取行扫描值 MOVX，DPTR，A ;送到行线上去 INC DPTR INC DPTR ;指向8155 C口 MOVX A，DPTR ;读列线的电平 ANL A，#0FH ;保留C口低4位 MOV R4，A ;列值暂存进R4 CJNE A,#0FH,LK4;列值全“1” 表明此次送0的行有键按下,转LK4处理, 若全1,表明此次送0的行无键按下。,MOV A，R2 ;取出此次行扫描值 JNB ACC.7,LK8 ;若已扫过最后 一行就退出扫描,

16、否则扫下一行。 RL A ;Acc中的“0”左移一位 MOV R2,A ;新扫描值仍存进R2 INC R3 ;行号加1指向下一行 SJMP LK3 ;转LK3去扫描下一行,LK4：MOV A, R3;此行有按键,取行号 ADD A, R3 ;行号乘 4 MOV R5, A ;得行首值 ADD A, R5 ;即:0,4,8,12 MOV R5, A ;暂存进 R5,MOV A, R4 ;列值只可能 #0F,#0E,#0D,#0B,#07H LK5: RRC A ;取列值的最低位到Cy JNC LK6 ;Cy=0就找到了,即R5 INC R5 ;否则行值增1,即同 行中的下一个键值 SJMP LK

17、5 ;再转LK5判C键值 LK6: PUSH 05H ;将找到的键值压栈 保存起来。,KEY1:LCALL KS1 JNZ LK1 LJMP LK8 LK1：LCALL DL6ms LCALL DL6ms LCALL KS1 JNZ LK2 LJMP LK8 LK2：MOV R3,#00H MOV R2,#0FEH LK3：MOV DPTR #0101H MOV A， R2 MOVX，DPTR，A INC DPTR INC DPTR MOVX A，DPTR ANL A，#0FH MOV R4，A CJNE A,#0FH,LK4,MOV A，R2 JNB ACC.7,LK8 RL A MOV R

18、2,A INC R3 SJMP LK3 LK4：MOV A, R3 ADD A, R3 MOV R5, A ADD A, R5 MOV R5, A MOV A, R4 LK5: RRC A ;取列值的最低位到Cy JNC LK6 ;Cy=0就找到了,即R5 INC R5 ;否则行值增1,即同 行中的下一个键值 SJMP LK5 ;再转LK5判C键值 LK6: PUSH 05H ;将找到的键值压栈 保存起来。,LK7：LCALL DL6ms;延6ms LCALL KS1;键释放？ JNZ LK7;未释放,等 LCALL DL6ms ;消颤 LCALL DL6ms POP ACC ;键值A RND

19、：RET LK8：MOV A，#0FFH ;无键闭合标志A RET,矩阵式键盘线反转法 (P.202),AT89C51,P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,+5v,P202图6-28,0行,1行,2行,3行,0列,1列,2列,3列,原理： 由行线输出全“0”，读入 列线，判有无键按下。 若有键按下,再将读入的列 线值由列线输出,读进行线 的值。 第一步读进的列线值与第 二步读进的行线值相加， 从而得到代表此键的唯一 的特征值。 线反转法因输入与输出线 反过来用而得名。 优点是判键速度快，两次 即可。,矩阵式键盘线反转法图例,AT89C51,P1.0

20、P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,+5v,MOV P1，#0F0H ;低位送全“0” MOV A， P1 ;读进P1口电平 ANL A，#0F0H ;保留高4位 CJNE A, #0F0H, MK3() ;若有键按下则P1.4P1.7必 有“0”位,跳转到MK3去处理; 若无键按下则退出键扫描。,0行,1行,2行,3行,0列,1列,2列,3列,设:第3行/第1列结点有键按下 首先: “1111 0000” P1 然后读P1: P1 “1101 xxxx” 只留高4位: A “1101 0000” 因为有键按下, A 11110000,P202图6-28,AT

21、89C51,P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,+5v,MOV P1，#0F0H ;低位送全“0” MOV A， P1 ;读进P1口电平 ANL A，#0F0H ;保留高4位 CJNE A, #0F0H, MK3(),0行,1行,2行,3行,0列,1列,2列,3列,此时： R2 “1101 0000” 然后： A “1101 1111” 返送P1口: “1101 1111” P1 再读P1口：P1 “xxxx 0111” 只留低4位: A “0000 0111” 特征值: A+R2= “1101 0111”,MOV R2，A ;暂存回R2 ORL A

22、，#0FH ;高4位保留; 低4位充“1” MOV P1, A ;新值返送P1口 MOV A，P1 ;再读进P1口电平 ANL A，#0FH ;只留低4位 ADD A，R2 ;得到键特征值,P202图6-28,矩阵式键盘线反转法图例,D/A转换接口扩展,五、D/A转换器接口 （P.209）,D/A转换的一般工作原理: 常用电阻分压/分流来实现D/A转换。 D/A转换器将数字信息转换成与数值成正比的电压/电流。有权电阻解码网络与 T型解码网络两种构建方法,又以T型解码网络最为常用。,权电阻解码网络 简单。但随着D/A转换的位数增加，权电阻值跨度增大，在集成电路中难于实现。,T 型解码网络 电阻数

23、量大一倍。但电阻值归一化程度高,容易集成，精度高。应用最为普遍。,权电阻解码网络,+,I,Iout,R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,若： R0 = R R1 = R/2 R2 = R/4 R3 = R/8 R7 = R/128 从而:I0 = Vref/R I1 = 2 Vref/R I2 = 4 Vref/R I3 = 8 Vref/R I7 =128Vref/R,开关控制电路,开关控制电路的作用： 将“0”值对应的开关打到地， 将“1”值对应的开关接通Vref,加法器电路,简单, 权电阻值跨度大，在集成电路中难于实现,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,Vref

24、,+,Iout,2R,2R,2R,2R,2R,2R,2R,2R,每个2R支路的电流均为上一支路的1/2： I7 = (Vref/2R) I6 = (Vref/2R)/2 I5 = (Vref/2R)/4 I0 = (Vref/2R)/128,开关控制电路,开关控制电路:“0”值将开关打到地；“1”值将开关接通Vref,加法器电路,T 型解码网络,2R,R,R,R,R,R,R,R,深度负反馈条件下,运放的“虚短特性”: Vd 0 ,(因开环增益极大,输入端之间压差极小) Ii 0 ,(因输入阻抗极大,输入电流极小) 从而: 由节点向下看去阻值均为2R 由节点向下向右看去阻值均为R,Vref,“1

25、”,“0”,I7,I6,I5,I4,I3,I2,I0,I1,电阻数量增大一倍, 但阻值归一，集成容易，精度高,D7,D0,8位CMOS数模转换芯片 DAC 0832:,CS VCC,WR1 ILE,AGND WR2,D3 XFER,D2 D4,D1 D5,D0 D6,Vref D7,Rfb Iout2,DGND Iout1,DAC0832,20 PIN DIP封装,8位D/A，分辨率=Vref/256 CMOS低功耗器件，+5+15V 单电源供电 电流输出型器件(需外接运放) 具有双缓冲控制输出 采用T型电阻解码网络结构 参考电压源，-10+10V,DAC 0832 引脚定义 （P.211）,

26、CS VCC,WR1 ILE,AGND WR2,D3 XFER,D2 D4,D1 D5,D0 D6,Vref D7,Rfb Iout2,DGND Iout1,DAC0832,20 PIN DIP封装,D0D7：8位数字量输入端 /CS： 片选端，低有效 ILE： 数据锁存允许,高有效 /WR1： 写控制信号1,低有效 /WR2： 写控制信号2,低有效 /XFER： 数据传送控制信号 Iout1： 电流输出端1 Iout2： 电流输出端2 Rfb： 内置反馈电阻端 Vref: 参考电压源,-10+10V DGND： 数字量地 AGND： 模拟量地 Vcc: +5+15V单电源供电端,DAC083

27、2 内部结构框图 （P.210）,书上P.210图有误 与非门应改为与门,低电平 MOV DPTR,#0FEFFH MOVX DPTR,A ;送转换 LCALL DMS1 ;低宽度 MOV A，#0FFH ;高电平 MOVX DPTR,A ;送转换 LCALL DMS2 ;高宽度 SJMP LL,MOV A，#00H ;起始值 MOV DPTR,#0FEFFH MM：MOVX DPTR,A ;送转换 INC A NOP NOP NOP ;决定坡度 SJMP MM,DAC0832编程应用举例：P216例3产生三角波,MOV A，#00H MOV DPTR,#0FEFFH SS1: MOVX DP

28、TR,A ;送转换 NOP NOP NOP SS2: INC A ;等速上升 JNZ SS1 SS3: DEC A MOVX DPTR，A NOP NOP NOP ;等速下降 JNZ SS3 SJMP SS2,同样的编程思路，若要产生 如下的梯形波也很容易：,三角波,梯形波,DAC0832 的编程应用举例（硬件实验十）,SE13:MOV SP,#60H MOV 7EH,#00H MOV 7DH,#08H MOV 7CH,#03H MOV 7BH,#02H REPT:MOV R6,#00H JIA1:MOV DPTR,#0FFE0H MOV A,R6 MOVX DPTR,A;送D/A转换 MOV

29、 R0,#79H;显缓最低位 LCALL PTDS ;拆字 MOV R2,#10H XS1:LCALL DIS ;显示 DJNZ R2,XS1 INC R6 ;加1,显示缓冲 区初值,PTDS 单字节拆字子程序： 功能： 将A中的单字节 16进制数拆开： 出口： 低4位放进R0间接寻址指向的单元（79H） 高4位放进R01后指向的单元（7AH）,DAC0832 的编程应用举例（硬件实验十）,SE13:MOV SP,#60H MOV 7EH,#00H MOV 7DH,#08H MOV 7CH,#03H MOV 7BH,#02H REPT:MOV R6,#00H JIA1:MOV DPTR,#0F

30、FE0H MOV A,R6 MOVX DPTR,A;送D/A转换 MOV R0,#79H;显缓最低位 LCALL PTDS ;拆字 MOV R2,#10H XS1:LCALL DIS ;显示 DJNZ R2,XS1 INC R6 ;加1,CJNE R6,#0FFH,JIA1 ;不到0FF则继续加 JIAN:MOV DPTR,#0FFE0H DEC R6 MOV A,R6 MOVX DPTR,A ;送转换 MOV R0,#79H LCALL PTDS MOV R2,#10H XS2:LCALL DIS ;显示 DJNZ R2,XS2 CJNE R6,#00H,JIAN ;不为0继续减 SJMP

31、REPT ;循环,显示缓冲 区初值,A/D转换接口扩展,六、A/D转换器接口 （P.204）,A/D转换的一般工作模式常用的有： 逐次逼近式 双积分式 并行式 -式 尤以前两种最为普遍。,控制逻辑与时序,D/A转换器,SAR,Vin,比较器,输出锁存器,START,CLK,EOC,D0 D7,+Vref,-Vref,OE,Vst,逐次逼近式A/D转换器结构,+,-,D/A转换器的输出,从二进制数据的最高位起，依次逐位置1，与待转换的模拟量比较,若前者小于后者，该位置1并保留下来，若前者大于后者，该位 清0;然后再照此 比较下一位, 直至比完最低位。 最后得到的结果 即A/D转换的值。,控制逻辑

32、与时序,D/A转换器,SAR,Vin,比较器,输出锁存器,START,CLK,EOC,D0 D7,+Vref,-Vref,OE,Vst,逐次逼近式A/D转换器工作原理,转换速度较快（比较次数等于A/D的位数）通常在几S至几百S数量级。 被转换的模拟量若频率很高（变化较快）则要加S/H电路。 被转换的模拟量若幅度过小（信号微弱）则需要加信号调理电路。,逐次逼近式A/D转换器特点,双积分式A/D转换器结构与工作原理,比较器,积分器,+-,+-,标准电压,时钟,控制逻辑,计数器,Vin,T,T,时间固定,斜率固定,Vin,t,输出,电路对未知输入电压先进行固定时间T的积分(充电),然后对已知标准电压

33、进行反向积分(放电)，直至放电为0，放电所花时间T(正比于输入电压),例如：ICL7107,双积分式A/D转换器特点,转换速度较慢（因为A/D转换的过程要两次积分）通常在几十mS至几百mS数量级。 适用于转换变化较缓慢的模拟量（频率较低）输入端一般不需要在加S/H电路。 抗干扰性强（信号波动对精度影响不大）。 性价比高，与逐次比较型相比，同样价格条件下转换精度较高，常用于数字多用表。,IN3 IN2,IN4 IN1,IN5 IN0,IN6 ADDA,IN7 ADDB,START ADDC,EOC ALE,D3 D7,OE D6,CLK D5,VCC D4,Vref+ D0,GND Vref-,

34、D1 D2,ADC0809,8位CMOS模数转换芯片ADC 0809 P.205,8位A/D,量化间隔=Vin/(256-1) CMOS低功耗器件 8 通道多路开关输入切换电路 单电源+5,Vref=+5V Vin范围:单极性0+5V 逐次逼近结构 每次转换时间：100S 60个时钟周期, fmax=640KHz (推荐CLK=500KHz) 转换结果读取方式： 延时读数 查询EOC=1 EOC申请中断,IN3 IN2,IN4 IN1,IN5 IN0,IN6 ADDA,IN7 ADDB,START ADDC,EOC ALE,D3 D7,OE D6,CLK D5,VCC D4,Vref+ D0,

35、GND Vref-,D1 D2,ADC0809,IN0IN7：8通道模拟量输入端 D0D7： 8位数字量输出端 ADDC、ADDB、ADDA： 接地址锁存器的低三位地址 ALE： 地址锁存允许控制信号 START：清0内寄存器,启动转换 OE： 允许读A/D结果,高有效 CLK：时钟输入端,应640KHz EOC：转换结束时为高 Vcc：+5V Vref+：参考电压，+5V Vref-：0V,ADC 0809引脚定义:,ADC0809 结构框图 （参见P.205）,8 通道多路开关,IN0,IN7,地址译码锁存,ADDA,ADDB,ADDC,ALE,控制逻辑与时序,D/A转换器,SAR,Vin,比较器,输出锁存器,START,CLK,