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1、86 WR6 接口技术6.1 概述一组导线（或一对标准件），如PC 机上的打印机接口一般是指25 芯连接件，RS - 232C 是一种串口，是一个25 芯或 9 芯连接器信息采集接口（A/D 转换芯片）机电接口控制输出接口（D/A 转换芯片）芯片简单输入口74LS245 输入接口可编程输入口8255（并行）人机接口简单输出口74LS273 输出接口可编程输出口8255（并行）在设计机电一体化产品时，一般应首先画出产品的结构框图，框图中的每一个方框代表一个设备，连接二个方框的直线代表二个设备的联系，它也就是本章要讲的接口，如图6-1所示（教材图5-1） 。其中本门课程重点掌握的是人机接口芯片。图
2、 6 - 1 机电一体化产品基本组成及接口从图 6-1 看出，人机对话输入和输出设备没有和CPU 直接连接，而是通过I / O 口与CPU 连接在一起。外设和CPU 不能直接连接的原因有下面两个：人机对话设备和CPU 的阻抗不匹配；CPU 不能直接控制人机对话设备（键盘、LED 等）的接通和关闭。在以CPU 为核心的机电一体化产品中，CPU 必须能够有效地控制各种外部设备。I / O 口是专为解决以上问题而设计的，I / O 口通过数据信号线和外设相连接，I / O 口和CPU 则通过数据信号线、地址信号线和控制信号线相连接。CPU 通过地址译码器、和等控制I / O 口的接通和关闭，从而控制
3、外设的接通和关闭。本章介绍I / O 口和 CPU 的接口问题、 I / O 口和外设接口中带有普遍性的问题以及人机对话输入设备、输出设备和I / O 口的具体接口问题。本章涉及到的CPU 一般指MCS-51 系列单片机，例如8031 等。6.2 地址译码器、 I / O口与 CPU的接口对于任何一个机电一体化产品，都连接多个输入及输出设备，而CPU 在工作时，一个时刻只能接通一个外设，那么这是如何实现的呢？实际上，在机电一体化产品中，多个外设都与 CPU 是时刻相连的， CPU 在工作时，由地址译码器分时选中不同的外设工作，接下来我们看一个地址译码器的结构和工作原理。6.2.1 地址译码器的
4、结构和工作原理常用的地址译码芯片有74LS138 和 74LS139。138 和 139 引脚的名称见图6-2（教材RD接口分类名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 23 页 - - - - - - - - - 87 图 5-2） ，它们的功能表见表6-2（教材表5-2）和表 6-1（教材表 5-1） 。图 6 - 3（教材图6-3）是地址译码器与CPU 接口的二个例子。在第一个例子中138 的地址信号线A、B、C 和控制信号线G1、都接到CPU 的地址总线上，
5、 Y0- Y7 是 138 的输出信号线。当 G1为高电平，、为低电平时， 在每一瞬时Y0 -Y7 中必有一个被选中，例如地址范围为8000 H - 83FF H 时， Y0 被选中，这时Y0 从高电平变为低电平，见补表6-2 所示；地址范围是 8400 H - 87FF H 时， 则选中Y1 ；Y2- Y7 的地址范围可依次推出。图 6-2 138 和 139 的引脚名称表 6-1 139 的功能表表 6-2 138 的 功 能 表图 6 - 3 地址译码器与CPU 的接口在第二个方案中使用的是二级地址译码，用139 作第一级译码，第二级译码是用138。注意到139 的控制端1G 接 CPU
6、 的地址线A15，138 的控制端和 139 的 1Y0 相 连，而接地， G1 接高电平，根据 138 和 139 的功能表和电路图可以判断出1Y0- 1Y3 和Y0 -Y7 的地址范围。地址译码器使CPU 在每一瞬时只选中一个外设，它解决了CPU 如何带多个外设的问题。AG2BG2AG2BG2AG2BG2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 23 页 - - - - - - - - - 88 补表 6-2 138 输出端口的地址范围输出端口地址范围CPU 的
7、引脚138 的引脚A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 G1 C B A 8000H 83FFH Y0被选中1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8400H 87FFH Y1被选中1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8800H 8BFFH Y2被选中1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
8、8C00H 8FFFH Y3被选中1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9000H 93FFH Y4被选中1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9400H 97FFH Y5被选中1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9800H 9BFFH Y6被选中1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
9、1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9C00H 9FFFH Y7被选中1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 输出端口地址范围被选中端口A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 G1 C B A 6.2.2 简单输出口与CPU的接口以 74LS273 为例说明接口方法。273 是 8D 触发器， 20 个引脚的名称和接口方法见图6-4（教材图5-4） ，它的控制功能表见表6 - 3（教材表 5-3） 。273 的 1D - 8D 是数据输入端，1Q - 8Q
10、是数据输出端，其和 CLK 是控制端。在低电平时， 不管 CLK 的电平如何， Q 端清零； 在高电平、 CLK 为上升沿时，D 输入端信息传输到Q 端， CLK 为高电平和低电平时，D 输入端对Q 输出端无影响。表 6-3 273 的功能表图 6 - 4 273 的引脚名称及与CPU 的接口接口电路图6-4 （教材图5-4）中 273 的 1D - 8D 与 CPU 的数据总线D0 - D7 直接相连，273 的接高电平，CPU 的写信号WR和地址译码信号Y1 经或门后接273 的 CLK 端。Y1 的相应地址为# 8400 H，WR和 Y1 使 CLK 端出现了一个负脉冲，在脉冲的上升沿时
11、把 D0 - D7 上的数据传输到273 中，上升沿过后数据被锁存。若273 的 1Q - 8Q 与 LED 相接，就可以控制LED 的显示内容。CLRCLRCLRCLRAG2BG2AG2BG2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 23 页 - - - - - - - - - 89 6.2.3 简单输入口与CPU的接口以 74LS245 为例说明接口方法。245 的 20 个引脚的名称和与CPU 接口方法见图6-5（教材图 5-5） 。表 6-4 245 的功能
12、表图 6-5 245 的引脚名称及与CPU 的接口245 的 A1-A8 、B1-B8 是数据信号线，DIR 和是控制信号线。 245 由 8 个双向三态门组成，DIR 和对三态门的控制作用见表6-4（教材表 5-4） 。在图 6-5（b）中的 DIR 端接地，数据从 B 传向 A。和 Y2 经 74xx32 或门接控制端，从 245的功能表和或门特性可知，当和 Y2 出现负脉冲时，在G端也出现一个负脉冲，当Y2 的相应地址为# 8800 H 时，就会满足条件，在和 Y2 出现负脉冲，在G 端也出现一个负脉冲，这时三态门打开，外设上的数据从B 经三态门传向A 后进入 CPU，负脉冲过后，三态门
13、进入高阻状态。6.2.4 可编程并行口与CPU的接口技术除了 74LS245 和 74LS273 外，还有可编程输入输出即I / O 芯片多种，现以8255A 为例说明接口方法。 （之所以称为可编程是由于其工作方式可变，接口的用途也可更改和赋值），一、可编程的含义可编程的具体含义体现在如下三点：（1）8255 芯片工作时，工作方式可选择8255 有三种工作方式，在这三种工作方式中各条端口线的功能如表6-6（教材表5-6）所示。工作方式0 适用于无条件传输数据的设备。这是一种基本的输入或输出方式，A 口、 B 口及 C 口的二个四位口中任何一个端口都可以被设定为输入或输出。作为输出口时，其功能类
14、似于前面讲过的 74LS273, 作为输入口时， 其功能类似于74LS245。设计键盘接口、 LED 接口可以采用这种方式。工作方式1 和工作方式2 适用于有条件传输数据的设备，称作选通工作方式。在方式1时 A 口和 B 口作为数据I / O 口用，而C 口则作为控制口用在输入或输出情况下，C 口的各端口线有不同的功能。若为输入方式， C 口和 PC3、PC4、PC5 作为 A 组，PC3、PC4、 PC5 分别叫作INTRA 、和IBFA ；C 口和 PC0、PC1、PC2 作为 B 组，PC0、PC1、PC2 分别叫作INTRB 、IBFB 和。C 口的 PC6、PC7 作为普通端口线用。
15、A 组和 B 组中的 INTR 线为中断请求线，该线应接 CPU 的中断请求线。 STB 为 8255A 从外设输入数据准备好信号线，也就是选通信号。IBF 则作为对STB 的回答信号。在输出情况下各引脚的功能见表6-6（教材表5-6） 。需要指出，C 口的 OBF 引脚为输出缓冲器满信号，向外部输出，低电平有效。ACK为外部对OBF 的应答信号，由外部输入，低电平有效。在方式 2工作时， C 口的各位功能如表6-5（教材表 5-6）所示，即可做输入也可做输出。GGRDGRDRDSTBASTBB名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -
16、 - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 23 页 - - - - - - - - - 90 在上述二种方式下，端口C 上的 PC0 - PC7 信号都可以用对端口C 的位读入指令读入CPU。表 6-5 8255A 不同工作方式下端口线的功能（2）PA、PB、PC 用作输入和输出的功能可选择方式选择控制字决定这种更改是通过方式选择控制字决定的，控制字各位含义如图6-6（教材图 5-7）所示。图 6-6 8255A 方式选择控制字各位含义（3）在一个时刻，PA、PB、 PC 哪个口为有效口可更改片内寻址引脚决定A1、A0 是芯片内部寻址信号线，寻址的方法是：A1 A
17、0 = 0 0 ，对应于PA 口；A1 A0 = 0 1 ，对应于PB 口；A1 A0 = 1 0 ，对应于PC 口；A1 A0 = 1 1 ，对应于控制口。也就是说， 当 8255 的 A1 A0 引脚被赋值为全1 时，此时 8255 的 D0- D7 数据线接收的数据（控制字） 为对 8255 即将的工作方式定义（是方式0 还是方式 1 工作），以及对端口A、B、C 分别用作输入和输出进行定义。如图 6-6（教材图 5-7）所示， 控制字为D7D0 为 10000000时即 80H 时，则 8255 以方式 0 工作， A、B、 C 分别用作数据输出（接输出设备）。名师资料总结 - - -
18、精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 23 页 - - - - - - - - - 91 二、 8255 的 40 只引脚的名称以及芯片与CPU 的接口电路8255 的 40 只引脚的名称以及芯片与CPU 的接口电路见图6-7（教材图5-6） ，从接口电路可以看到接口的主要内容如下。8255 的数据线 D0-D7 和 CPU 的数据总线直接相连。D0- D7 与 8255 内部的双向三态8 位驱动器相连，端口A、B、C 及控制口都通过8 位驱动器与CPU 进行信息交换。控制信号线的连接
19、。8255 的读写信号线、直接与 CPU 的、相连，片选信号线与地址译码器的输出信号线相连。8255A 的 A1、A0 接到 CPU 的地址总线上，决定其寻址的方法，即：A1 A0 = 0 0 ，对应于PA 口；A1 A0 = 0 1 ，对应于PB 口；A1 A0 = 1 0 ，对应于PC 口；A1 A0 = 1 1 ，对应于控制口。根据图6-6 的接口电路图可得8255 各端口的地址范围如表6-6（教材表5-5） 。8255A 中 PA、PB、PC 的端口线直接与外设相连，但应注意外设和端口线的连接情况比数据总线、控制信号线和CPU 的连接情况复杂。图 6-7 8255 的引脚名称及接口电路
20、表 6-6 8255 各端口地址范围WRWRRDRDCS名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 23 页 - - - - - - - - - 92 图 6-8：控制微机8031、地址码译码器与接口芯片连接电路图从上至下端口的地址范围分别为：第一组 LED：8400H87FFH 即 1000010000000000B 1000011111111111B 第二组 KEY ：8800H8BFFH 即 1000100000000000B 1000101111111111B
21、 第三组 LED：9000H90FFH 即 1001000000000000B 1001000011111111B 第四组 LED：9100H91FFH 即 1001000100000000B 1001000111111111B 第三组 LED：9200H92FFH 即 1001001000000000B 1001001011111111B (A0 )D0 (A1 )D1 (A2 )D2 (A3 )D3 (A4 )D4 (A5 )D5 (A6 )D6 (A7 )D7 WRRDA8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A158031 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 A
22、B C G2A G2B G1 PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PB0 PB7 PC0 PC7D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 WR RD A0 A1 CS 74LS138 8255 . . . B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 DIR G GND Y2+ 74LS245 RD . . . 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q CLR 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D CLK +5V Y1+ WR 74LS273 KEY . . Y4名师资料总结 - - -精品资料
23、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 23 页 - - - - - - - - - 93 6.3 人机接口6.3.1人机接口的特点人机接口要完成二个方面的工作，一是操作者通过输入设备向CPU 发出指令，干预系统的运行状态，二是在CPU 的控制下，用显示设备来显示机器工作状态的各种信息。在机电一体化产品中，常用的输入设备有开关、BCD 二一十进制码拨盘、键盘等；常用的输出设备有指示灯、 LED、液晶显示器、微型打印机、CRT、扬声器等。因为外设分为输入设备和输出设备，人们把人机接口分为输入接口和
24、输出接口。人机接口有下述二个特点：专用性。每一种机电一体化产品都有其对人机接口的专门要求，人机接口的设计方案要根据产品的要求而定。低速性。与控制微机的工作速度相比，大多数外设的工作速度是很低的，在进行人机接口设计时，要考虑控制微机与外设的速度配合问题，提高控制微机的工作效率。6.3.2 人机输入接口设计这里主要介绍开关、BCD 二一十进制拨盘、键盘的接口设计。（1）开关接口设计。常用的开关有转换开关、按钮开关等，它们的符号和接口见图6-9（教材图 5-9） ，SH 是按钮开关， SC 是转换开关。图 6-9 开关的表示符号与接口电路图 6-10 按钮开关通断时的电压抖动在图 6-9 中， A
25、点接 CPU 输入接口的输入信号线，用读入命令可以把A 点状态读进CPU。开关从断开到闭合以及从闭合到断开时，其电平不是瞬间从一个稳定状态到达另外一个稳定状态，而是有一段5 - 10 m S 的抖动时间。图6-10 是按钮开关通断时的电压抖动波形图。开关抖动会使CPU 读数发生错误。为了消除开关抖动对读数的影响，应采取消除抖动的措施。消除抖动有硬件去抖动和软件去抖动，在只有一、二个开关时，可以采用硬件去抖动，若多于二个开关，则应采用软件去抖动。以上的开关接口设计方法可用于开关，个数N 不大于 8 的情况，只要把各个开关分别接到 I / O 口的不同口线上即可，这是独立开关的设计方法。若N 大于
26、 8，则采用矩阵排列的设计方法。（2）拨盘输入接口设计拨盘是机电一体化系统中常用的一种输入设备，若系统需要输入少量的参数，采用拨盘较为可靠方便。并且这种输入方式具有保持性。拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十进制输入、BCD 码输出的BCD 码拨盘，其结构如图6-11（教材图5-12）所示。拨盘内部有一个可转动圆盘，具有“0 - 9”十个位置，可以通过前面“+、-”按钮进行位置选择，对应每个位置，前面窗口有数字显示，拨盘后面有五根引出线，分别定义为A、1、2、4、8。当拨盘在不同位置时，1、2、4、 8 线与A 线的通断关系如表6-7（教材表 5-7）所示，其中0 表示与 A 线不通，
27、 1 表示与 A 线通。在电路图6-11（b）中，1、2、8、4 线作为数据线，A 线接高电平，数据线输出的二进制数字与表 6-7（教材表 5-7）的 BCD 码正好吻合。一片拨盘可以输入一位十进制数，当需要输入多位十进制数时，可以用多片拨盘。从图中看出一片拨盘占用4 根 I / O 口数据线，若有4片拨盘，则需要16 根 I / O 口数据线。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 23 页 - - - - - - - - - 94 图 6-11 拨盘的结构简图
28、及接口电路图表 6-7 BCD 码拨盘通断状态表拨盘与 CPU 之间的数据传输属无条件传输，因此选用简单的I / O 接口芯片74xx245。4片拨盘时应配2 片 245 芯片。也可以考虑其它的设计方案。一般应对几个方案进行对比，对比的主要方面有：元件价格和是否容易买到；占用印刷板面积如何；元件是否先进；编程复杂程度如何。综合考虑多个因素之后，决定采用什么方案。（3）键盘接口设计在机电系统的人机接口中，当需要操作者输入的指令或参数比较多时，可以选择键盘作为输入接口。键盘的形式有独立式键盘和矩阵式键盘，独立式键盘的接口方法在前面的“开关输入接口设计”已有说明，这里主要介绍矩阵式键盘接口的设计。矩
29、阵式键盘的结构、与I / O 的接口电路矩阵式键盘由键盘和交叉的行线、列线组成，电路见图6-13（教材图5-13） 。电路中的每个键盘由二个固定触点、一个动触片和弹簧组成，它的一个触点和行线连接，另一个触点和列线连接，当按动键盘时，键盘使一对行线和列线短路。每一根行线、列线都有自己的权值和号码。列线的一端通过一个电阻接+5V 电源（还要通过一个四输入或门接CPU 的中断信号线）,另一端接到CPU I / O 口线上。在图6-13 中，实际接到8255 端口 C 的 PC0 - PC3 上。行线的一端悬空，另一端接到CPU I / O 口线上。在图6-12 中，行线实际接到8255 端口 C 的
30、PC4 PC7 上。键名和键值键名是指图6-13 中键盘旁边的十六进制数字。把它们叫做0 键、 9 键、 A 键等。键名完全是人为定义的，与电路无关。键值和键盘的接口电路有一定关系，和人们的定义方法也有关系。键值的第一种定义法:键值由行线权值和列线权值合成,其中行线权值为高4 位,列线权值为低 4 位。例如图中A、B、C、D 四个键值依次是81、41、21 和 11。4 个键值中的十位数分别是 8、4、 2、1,它们分别是PC7、PC6、PC5、PC4 的权值 ,而个位数是PC0 的权值。键值的第二种定义法：行线号 4 + 列线号= 键号。 例如图中 D 键的键值是04 + 0 名师资料总结
31、- - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 23 页 - - - - - - - - - 95 = 0 ；C 键的键值是14 + 0 = 4。依照 D、 E、F、0、C、3、 2、1、B、6、 5、4、A、9、 8、7 键的顺序，各键的键值依次是0、1、2、3、4、 5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。若重新定义键名，能够使键名和键值完全一致。键盘控制字设定键盘和 CPU 之间的数据传输属于条件传输，因此应选择方式0。读键值有行扫描和行反转二个方案。 现选择行扫描法，825
32、5 端口 C 的 PC0 - PC3 应为输入方式， PC4 - PC7 应为输出方式。端口A、 B 可以设成输入，也可以设成输出。根据以上要求，由图6-6（教材图5-5）可得如图 6-13（教材图 5-14）所示 8255 的方式控制字。一种矩阵式键盘工作过程如下：第一步，判断键盘上有无键闭合。其方法为在扫描线PC7- PC4 上全部送“ 0” ，然后读取PC3 -PC0 状态，若全部为“1” ，则无键闭合，若不全为“1” ，则有键闭合。第二步，判别闭合键的键号。其方法为对键盘行线进行扫描，依次从PC7、PC6 、PC5、PC4 送出低电平， 并从其它行线送出高电平，相应地顺序读入PC3 -
33、PC0 的状态， 若 PC3 -PC0全为“ 1” ，则行线输出为“0”的这一行上没有键闭合，若PC3 -PC0 不全为“ 1” ，则说明有键闭合， 输入和输出状态均为低电平的行线和列线交叉处的键为闭合键，如 PC7- PC4 输出为1101，PC3 -PC0 读回为 1011，说明“ 2”键闭合。实际在机电系统的工作过程中，操作者很少对系统进行干预，所以在大多数情况下，控制微机对键盘进行空扫描。为提高微机的工作效率，可以采取中断监测键盘的工作方式。在图 6-12（教材图 5-13）中列线的一端通过四输入与门与8031 的中断请求线INT0 相连，只要编制相应的程序就可以使用中断方式监测键盘了
34、。图 6-12 矩阵式键盘的结构及接口电路图 6-13 行扫描法中8255 的方式控制字设定名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 23 页 - - - - - - - - - 96 6.3.3 人机对话输出接口的设计人机对话输出设备是操作者对机电系统进行监测的窗口，可以用它显示系统的运行状态、关键参数、运行结果及故障报警等。下面介绍发光二极管显示器LED、微型打印机的接口设计。（1） LED 显示器的接口设计 发光二极管的接口方法发光二极管具有体积小、亮度高、
35、寿命长、价格低、接口电路简单可靠等优点。图6-14（教材图5-15）是二个实际接口电路。从电路图可知二极管发光时处在正向导通状态，正常发光时二极管上的正向压降在1 . 5 - 2 . 5 伏之间，电流在5 - 15 m A 之间。图中的R1、R3是限流电阻。选用驱动发光二极管的元件时应考虑到元件的负载能力，若用三极管驱动，一般都可以满足要求。74LS273 低电平时的最大输出电流是8 m A , 若取二极管的压降为1 .5V，273 饱和时的压降为0 . 4V，则限流电阻R1的阻值为：5.38784 .05.151mAVR图 6-14 发光二极管的接口电路八段 LED 的接口设计(a) 八段
36、LED 的结构及与I / O 的接口电路图 6-15（教材图 5-16）是八段 LED 的结构图。 从图可以看出， 它由八个发光二极管组成，七个发光二极管成“8”字笔划形状，七个笔划分别叫作a 、b、 c、 d、 e、 f、 g ，一个发光二极管成小数点形状，名字是h ，合起来叫做八段LED。有的器件没有小数点，叫作七段 LED。从图上看出八个二极管或者成共阳极结构，或者成共阴极结构。八个二极管经八个限流电阻接 I / O 接口上。图中以8255 的端口 A 为例， a、 b、c、d、e、f、g、 h 依次接到端口A的 PA0 - PA7 上，而 PA0 - PA7 又和 CPU 的数据总线D
37、0 - D7 对应，这是在八段LED 显示器接口设计中遵守的一般规律。图6-15（d）是接口电路的全图，图6-15（d）可以简化为图6-15 (e) 图。图 6-15 八段 LED 显示器的结构图及与I / O 口的接口电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 23 页 - - - - - - - - - 97 (b) 八段 LED 显示器的显示八段 LED 显示器可以显示十个阿拉伯数字，还可以显示A、B、C、D 等字母，我们把这些数字和字母称作显示字符。以共
38、阳极为例，当我们往8255 端口 A 送 80H 时，可以显示出“8”字，若直接送数字8 是不会显示“ 8”字的。称 80 H 是显示字符8 的段选码，把各个显示字符及相应的段选码列成一个表,即表 6-8（教材表 5-8） 。表 6-8 七段 LED的段选码从表6-8 可知，共阴极和共阳极显示器的段选码不一样，它们的段选码恰好互补。例如“8”字的二种段选码分别是7F H 和 80 H ，它们相加的和为00 H 。结合图6-16 的 LED 接口电路和表6-8 可知，要想显示某个字符，要先根据字符找到相应的段选码，这一过程称为“译码”。注意这个“译码”和138 译码器的“译码”有区别。可以用硬件
39、完成“译码”功能，也可以用软件完成“译码”功能。几种典型的接口电路一、 并行通讯、多位静态显示LED 接口电路软件译码图 6-16 并行通讯、软件译码、六位静态显示LED 接口电路+5V (A0 )D0 (A1 )D1 (A2 )D2 (A3 )D3 (A4 )D4 (A5 )D5 (A6 )D6 (A7 )D7 WR RD A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 8031 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7A B C G2A G2B G1PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PA8 PB1 PB7 PC1 PCD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6
40、D7 WR RDA0 A1 CS74LS1388255() 8255() bacdefgh. a-g.h . . . . +5V a-g.h a-g.h a-g.h PA1 PA8 PB1 PB7 PC1 PCD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6D7 WR RDA0 A1 CSa-g.h Y4Y5名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 23 页 - - - - - - - - - 98 软件译码接口电路如图6-16（教材图 5-17）所示。电路用二片8255
41、，直接带动六个LED显示器。二片 8255 的片选信号分别接138 译码器的Y4 和 Y5 ， 六个口地址为9000 H、 9100 H、9200 H 、9400H、9500H、9600 H 。二片8255 初始化时都应设置为方式0，端口 A、B、C都为输出方式，根据此要求，往8255 送的控制字应为80 H。LED 为共阳极结构。要显示 051014 这个日期CPU 给出的控制信号：显示 0 则 8031 的控制信号为(90C0 H) 即：A15 ,A9A8 A7 ,A0 1 00100 0 0 11000000 显示 5 则 8031 的控制信号为(9192H) A15 ,A9A8 A7
42、,A0 1 00100 01 10010010 显示 1 则 8031 的控制信号为(92F9 H) A15 ,A9A8 A7 ,A0 1 00100 1 0 11111001 显示 0 则 8031 的控制信号为(94C0 H) A15 ,A9A8 A7 ,A0 1 00101 0 0 11000000 显示 1 则 8031 的控制信号为(95F9H) A15 ,A9A8 A7 ,A0 1 00101 0 1 11111001 显示 4 则 8031 的控制信号为(9699 H) A15 ,A9A8 A7 ,A0 1 00101 1 0 10011001 二、 并行通讯、多位静态显示LED
43、 接口电路硬件译码硬件译码的LED 接口电路如图6-18（教材图5-18）所示。 它是 MOTOROLA公司生产的CMOS BCD - 七段十六进制锁存、译码驱动芯片MC14495 的引脚名称和接口电路图。14495有锁存器、译码器和驱动器的功能。从14495 的 A、B、C、D 端输入十六进制数，在a、 b、c、d、e、 f、g 端输出相应的共阴极段选码（见表6-8） 。从 a 到 g 和 h + i 八个输出端的内部接有 290 欧的限流电阻， 因此 14495 可省去外接限流电阻，直接与七段LED 相连。其 h + i 端的功能是：当A、B、C、D 输入的数据大于10 时， h + i
44、端输出“ 1”电平。 VCR 的功能是：当输入数据大于15 时， VCR 为“ 0”电平。 LE 的功能是：当LE=0 时输入数据，当LE=1 时锁存数据。从图 6-17 可以看出， A、B、C、D 与 P1 口直接相连，其LE 端接 138 译码器，而138 的输入端和控制端G1 也接到 P1 口上，这使得控制LED 的程序十分简单。显示 2 则 8031 的控制信号为(82 H) P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 1 0 0 0 0 0 1 0 显示 0 则 8031 的控制信号为(90 H) P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3
45、P1.2 P1.1 P1.0 1 0 0 1 0 0 0 0 显示 0 则 8031 的控制信号为(A0 H) P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 1 0 1 0 0 0 0 0 显示 5 则 8031 的控制信号为(B5 H) P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 1 0 1 1 0 1 0 1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 23 页 - - - - - - - -
46、 - 99 显示 1 则 8031 的控制信号为 (C1 H) P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 1 1 0 0 0 0 0 1 显示 0 则 8031 的控制信号为 (D0H) P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 1 1 0 1 0 0 0 0 显示 1 则 8031 的控制信号为 (E1H) P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 1 1 1 0 0 0 0 1 显示 4 则 8031 的控制信号为 (F4 H) P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3
47、 P1.2 P1.1 P1.0 1 1 1 1 0 1 0 0 图 6-17 并行通讯多位LED 静态显示接口电路三、串行通讯、多位静态显示LED 接口电路串行口是一个可编程接口，有模式0、1、2、3 四种工作模式，用于LED 显示器接口应选择模式 0。模式 0 的波特率是固定的，为时钟频率的十二分之一，它仅与控制寄存器SCON有关。串行口有RXD 和 TXD 二条信号线，模式0 是移位寄存器输出方式，当CPU 向寄存器SBUF 写入数据时， RXD 输出数据， TXD 输出时钟信号。图 6-18 串行通讯六位静态显示LED接口电路接口硬件电路见图6-18（教材图5-19） 。该接口电路由80
48、31 的串行口、 74xx164 芯片、LED 显示器组成 ,图中给出了164 芯片的引脚。 164 是串行输入移位并行输出芯片，Qa - Qh 是它的并行输出端，与八段LED 的引脚h、 g、f、e、d、c、b、a 对应。图中LED 与 164 直接名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 23 页 - - - - - - - - - 100 连接，必要时中间可以串入245 等，但不是必需的。 在低电平时， 164 的最大输出电流是8 毫安，可以直接驱动LED。
49、A、B 是 164 的串行数据输入端，CLK 是时钟信号输入端。从串行口 TXD 来的时钟信号起控制164 移位的作用。 CLR 是清除端，低电平有效。从电路图可以看出， CPU 与显示电路的接口十分简单，CPU 仅用 5 条线与 164 芯片连接，这 5 条线是串行口信号线RXD 、TXD ，控制用的I / O 口线 P1。0 ，再加上地线和电源线。这使得人们可以独立设计显示板，显示电路板和含CPU 的主板之间通过一对仅5 条信号线的连接器进行联系。这样让主板固定，显示器可以灵活地放在任何地方。164 和 164 之间的连接也很简单，这有利于LED 显示位数的扩大。四、并行通讯、动态显示LE
50、D 接口电路与前面的静态显示比较，动态显示具有硬件少、电路简单、成本低的优点，其缺点是必须周期定时地运行显示程序，如果CPU 不是很忙，可以选用动态显示。图 6-19（教材图 5-20）是动态显示的接口电路。它使用共阴极LED，7407 和 75452 是大电流驱动器， 7407 在低电平时的最大输出电流是40 mA , 75452 在低电平时的最大输出电流是300 mA 。 电路中有六个LED， 六个 LED 的段选线并联后经7407 芯片接到8255 的端口 B 上，六个 LED 的地线经 75452 接到 8255 的端口 A 上。图 6-19 并行通讯六位动态显示LED 接口电路动态显