单片机应用系统接口技术.ppt

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1、第七章 单片机应用系统接口技术,主要内容 1. 接口技术的基本概念 2. 键盘接口技术 3.显示器接口技术 4. LCD显示器及其接口,重点内容 1. 键盘接口电路及应用编程 2.显示器接口电路及应用编程,第一节 单片机接口技术的基本概念,一、 单片机系统接口技术的基本功能,接口计算机与外界进行信息交换的桥梁，接口技术则是研究CPU如何与外设实现最佳耦合和匹配，以实现双方高效、可靠地交换信息的一门技术，它是硬软件结合的体现，是计算机应用的关键。,单片机与I/O设备交换信息比其与存储器交换信息更为复杂，表现在： 1）I/O设备工作速度不同； 2）I/O设备的数据字长多样； 3）I/O设备处理的信

2、号不同 (模拟或数字信号、并行或串行) ；4）I/O设备所需的控制信号不同。,为了实现单片机与外部设备可靠通信，接口应具备的功能： 1）数据的寄存和缓冲功能；2）设备选择功能；3）信号转换功能；4）对外部设备的控制和联络功能；5）中断管理功能；6）可编程功能。,二、 单片机与I/O设备间的接口信息,1）数据信息 2）状态信息 3）控制信息,三、 I/O信息传递方式,1）并行I/O 2）串行I/O,四、 I/O的传递控制方式,1）无条件传送方式 2）查询传送方式 3）中断传送方式,第二节 键盘接口技术,一、键盘的特点和接口任务 1.键盘的构成 一般应用时有两类键盘：编码键盘和非编码键盘。编码键盘

3、能自动提供对应于被按键的编码信息，如ASCII码，并能同时产生一个选通脉冲通知微处理器，还具有处理抖动和多键串键的保护电路。 非编码键盘所需要的硬件较少，其中按键的识别、按键代码的产生、防止串键和消去抖动等问题，都靠程序来实现。价格也便宜。 不同的组合方式可构成很多种不同的键盘接口方式。当按键较少时，一般采用独立方式，而当按键较多时采用矩阵（行列）方式时。 键盘状态的监测方法中断方式还是查询方式。 从按一个键到键的功能被执行主要包括两项工作：一是键的识别，另一项是键功能的实现。,2按键引起的弹跳（抖动）现象,1）硬件去抖 2）软件去抖,a)按健抖动现象 b）硬件去抖动电路,1）检测是否有键按下

4、。 2）若有键按下，判定是哪一个键。 3）确定被按键的含义。 4）反弹跳(去抖动)。 5）不管一次按键持续的时间有多长，仅采用一个数据。 6）防止串键，对多健按下时有三种处理办法：,“n键同时按下”的情况： 只认为最后一个键按下为为有效； 将按键的信息存入键盘输入缓冲器，逐个处理。,3键的确认及接口硬件、软件任务,“两键同时按下”的情况： 只有一个键按下时才读取键盘的输出，最后仍被按下的键有效; 当第一个键未松开时，按第二个键不起作用(硬件实现)。,“n键锁定”技术只处理一个健。,单片机常用的键盘结构形式有独立式和矩阵式两种，单片机实现键盘接口的常用方法和接口芯片有： 使用单片机芯片的并行口；

5、 使用单片机芯片的串行口； 使用通用接口芯片(例如8255、8155等)； 使用专用接口芯片(例如8279 、ZLG7289A等)。,二、简易键盘接口,简单开关接口： 开关主要用于向单片机输入一个固定不变的电平信号，开关信号可通过机械式开关、电子式开关等产生。,开关输入电路,光电传感器开关接口电路,独立式按键是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每根I/O口线上按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。,1独立式按键结构,可编程I/O接口输入,独立式按键可直接由单片机的I/O口接入，也可由扩展I/O口接入。,三、矩阵式键盘接口,2）矩阵式键盘按键的识别方法 采用扫描法 使所有列为低电平

6、，检查各行线电平是否有变化，有变化则有健按下； 使某列为低电平，其余各列为高电平，再依次检查各行线电平的变化，某行线电平变低，则此行、列交点处按键按下。,矩阵式键盘用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成。,1）矩阵式键盘的工作原理 无健按下时，行线处于高电平状态；当有健按下时行线电平由将由与此行线相连的列线的电平确定。,1由8255和单片机组成矩阵式键盘接口,（1）键盘扫描程序功能 1）判断键盘上有无键按下 2）去键的机械抖动影响。 3）求按下键的键号。 4）等待键释放 5）转相应的键处理子程序,健号的确定 通常都以键的排列顺序安排键号。这样，各行的首号依次是00H、04H、08H、0CH

7、，如列号按03顺序，则键号的计算为：键码=行首号+列号。,（2)键扫描子程序设计,健扫描程序流程为：,设8255的A口地址为200H，B口地址为201H。 1）判定有无闭合键的子程序 设子程序为KS1，程序段如下： KS1: MOV DPTR, #201H ；指向B口 MOV A，#00H ；B口送00H MOVX DPTR，A DEC DPL ；指向A口 MOVX A，DPTR ；读A口 CPL A ；A取反，无键按下则全“0” ANL A，0FH ；屏蔽A高半字节 RET 执行KS1子程序的出口参数是： 有闭合键则(A)0， 无闭合键则(A)=0。,2）键盘扫描程序 单片机应用系统中键盘和

8、显示器一般同时存在，把显示程序作为键盘扫描的延时子程序，实现软件去抖动 。,KEY1: ACALL KS1 ；检查是否有键闭合 JNZ LK1 ；A非“0”则有健按下，转移LK1 ACALL DIR ；显示一次(延时10 ms) AJMP KEY1 LK1: ACALL DIR ；有键闭合二次软件去抖动延时，共20 ms ACALL DIR ACALL KS1 ；再检查有键闭合否 JNZ LK2 ；有键闭合，转LK2 ACALL DIR AJMP KEY1 ；去抖动确认无键闭合，延时后转KEY1在查健 LK2： MOV R2，#0EH ；确定健号，扫描初值送R2 MOV R4，#00H ；扫描

9、列号送R4,LK4： MOV DPTR，#201H ；建立B口地址 MOV A，R2 MOVX DPTR，A ；扫描初值送B口 DEC DPL ；指向A口 MOVX A，DPTR ；读A口 JB ACC.0，LONE ；ACC.0=1，第0行无键闭合，转LONE MOV A，#00H ； 0行有键闭合，装第0行行值 AJMP LKP ；转LKP计算健号 LONE: JB ACC.1，LTWO ；ACC.1=1，第1行无键闭合，转LTWO MOV A，#04H ；1行有键闭合，装第1行行值 AJMP LKP LTWO： JB ACC.2，LTHR ；ACC.2=1，第2行无闭合，转LTHR MO

10、V A,#08H ；2行有健闭合，装第2行行值 AJMP LKP LTHR: JB CC.3，NEXT ；ACC.3=1，第3行无键闭合转NEXT MOV A，#0CH ；3行有键闭合，装第3行行值,LKP： ADD A，R4 ；计算键码 PUSH ACC ；保护键码 LK3：ACALL DIR ；延时10ms ACALL KS1 ；查键是否松开，若还闭合再延时 JNZ LK3 POP ACC ；若键松开，则键码送A RET ；返回 NEXT： INC R4 ；扫描列号加1，准备下列扫描 MOV A，R2 JNB ACC.3，KEND ；笫3位为“0”，已扫完最高列则转KND RLA A；循环

11、左移一位 MOV R2，A AJMP LK4 ；转LK4进行下一列扫描 KEND：AJMP KEY1 ；扫描完毕，开始新的一轮,程序的运行结果：闭合键的键号放在累加器A中。,2.由74LS164和单片机串/并行口组成的矩阵式键盘接口,（1）单片机串/并行口矩阵式键盘接口 当单片机并行口线较少时，可用串行口作键盘接口，所示8031串行口的方式0用于键盘的接口，作为键盘列线输出。,思路： 1）由串行口输出00H，检查行线（P3.4、P3.5）是否为低电平有健按下？ 2）有健按下时由串行口逐一输出某列线为0信号，查健号。,LED发光二极管显示器 与液晶显示器相比，更适于在光线暗的环境中使用。它的主要

12、缺点是工作电流较大。,第二节 显示器接口技术,一、单片机应用系统中常用的显示器 1.常用的显示器,(2) LCD液晶显示器件,液晶显示器是一种被动式的显示器，具有体积小、质量轻，低电压、微功耗、抗干扰能力强等优点，因此被广泛应用于各种便携式电子信息产品，如笔记本电脑、手机、计算器、数字式仪表上。,2.显示器显示控制方式 1）显示器显示接口按驱动方式可分成静态显示和动态显示两种显示方式，动态显示的扫描可由单片机软件或专门的硬件完成； 静态显示方式每位的段码线分别与一个8位的锁存器输出相连，每个显示字符一经确定，相应锁存器锁存的段码输出将维持不变。 动态显示方式将所有位的段码线相应段并联在一起，由

13、一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，形成了各位显示器的分时选通。在某一时刻，只让某位的位选线处于选通状态显示字符，其他的位是熄灭的，采用扫描工作方式。 2）按CPU向显示器接口传送数据的方式则可分成并行传送和串行传送两种显示数据传送方式； 3）按显示器接口是否带译码器可分成译码和非译码两种显示数据方式。,LED 动态显示器接口,LED静态显示器接口,3. 显示器接口的数据输出方式,由显示器接口电路的功能可分为： （1）译码显示数据方式 一般为专用显示器接口器件，接口包含锁存器/译码器/驱动器等，可以把一位BCD码或十六进制数锁存、译码为相应的字形代码并有足够的功率驱动显示。 （2）非译

14、码显示数据方式 显示器接口只包含锁存器和驱动器，必须由软件将BCD码或十六进制转换为相应的字形代码输出，一般为通用I/O接口或器件。,由于单片机的接口不能直接显示器，需要在单片机和显示器之间加接口电路实现译码和驱动。应根据显示器的位数、电流大小（通过每个发光二极管的平均电流为1020mA）来确定接口电路的形式。,二、LED显示器及接口实例,LED静态显示器接口 常用的LED静态驱动接口器件有： 驱动共阴极LED可选用CD4511 、CD4513、CD14495 驱动共阳极LED可选用74LS74、74LS274 驱动LCD 可选用CD14543、CD14544,例：用CD4513驱动4位共阴极

15、LED静态显示，接口电路如图。,图中四位显示端口地址为：90H93H，要求把内存RAM 40H 43H单元中四个非压缩BCD码送显示器显示。程序段如下：,MOV R0，#90H ；R0指向显示端口 MOV R1，#40H ； R1指向显示数据地址 MOV R2，#04H ；置显示字符数 DISP： MOV A，R1 MOVX R0,A INC R1 INC R0 DJNZ R2,DISP RET,例2：LED动态显示器接口（用8255作接口）,动态显示要求 1）在内存区建立一个显示缓冲区 2）建立一个待显示的字形编码表 3）循环输出,MOVC A,A+PC,动态显示子程序流程图,共阴极位选：P

16、C50,例3：利用单片机串口与显示器连接,串行口的方式0(移位寄存器输入输出方式)可用于显示器连接，图中外接4片74LSl64作为4位LED显示器的静态连接端口，74LSl64的低电平输出电流8mA,可直接驱动共极阳极LED。采用软件译码向74LSl64输出字形代码，由于显示器工作是静态的，主程序可不必扫描显示器，从而使之有更多的时间处理其它事务。,DIR: SETB P3.3 ;开放显示器传送控制 MOV R7，#04H MOV R0，#79H ;79H7CH为显示缓冲器 DL0: MOV A，R0 ;取出要显示的数 ADD A, #0DH ;加上查表偏移量 MOVC A，A+PC ;取出字

17、形 MOV SBUF，A （2） ;送出显示 DL1: JNB TI，DL1 （3） ;输出完否 CLR TI （2 ） ;完，清中断标志 INC R0 （1）;再取下一个数 DJNZ R7，DL0（2） CLR P3.3 （2） ;关闭显示器传送 RET （1） ； 返回 SEGTAB DB C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H；定义字型段码表 DB 82H,0F8H,80H,90H,88H,83H DB 0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,串行口扩展的键盘/显示器接口,图为某8255A扩展电路，试分析各端口地址。编程实现在如图示接口电路的两个LED显示器（共阴极接

18、法）上显示自己的学号。A口输出字形码，C口输出位控码。,综合练习：,三、键盘/显示器专用接口芯片,（一） 串行接口ZLG7289,1. ZLG7289A的性能特点,1）ZLG7289A 是采用2线串行接口传送数据,可同时驱动8 位共阴式数码管(或64 只独立LED) 的智能显示驱动芯片, 该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵。 2）ZLG7289A内部寄存器是可寻址的，即可以有选择地任意写入； 3）ZLG7289A可选择LED显示器的扫描个数； 4） ZLG7289A有三种显示模式 5）具有多种控制指令如消隐闪烁左移右移段寻址指令 6）ZLG7289A 具有片选信号可方便地实现多于8 位的显

19、示；,2. ZLG7289A的引脚功能,片选,同步时钟,串行数据输入/输出,按键有效 输出,DIG0DIG7 显示位控输出；按键行,振荡器 输入/出,SASG、DP 字段输出；按键列,3. ZLG7289A的控制命令,ZLG7289A的控制命令都是在CLK的控制下由DATA串行输入或读出,有三大类： （1） 纯指令 复位、测试及显示循环和移位指令 （2）带有数据的指令（2字节） 显示控制命令 （3）读键盘数据指令（2字节）,4. 8031与ZLG7289A的接口,（二） 键盘/显示器接口芯片8279,1. 8279的特点 1）8279能对64个按键键盘阵列不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的健

20、并得到健号，能对双健或N健同时按下进行处理；有一个先进先出（FIFO) 的88位RAM和状态寄存器； 2）内有16B显示RAM，为LED或其他显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，可实现左边输入或右边输入的多达16位字符或数字的动态显示； 3）由片选线和A0确定的一个控制端口和一个数据端口； 写控制端口8个8位的控制字，由高3位特征位区分； 读控制端口一个用于指示键盘RAM字符数和有无错误的状态字； 写数据端口写入显示RAM数据（显示字形码）； 读数据端口读出键盘RAM中的按下键的健码。,2. 8279的引脚功能 40引脚双列直插式,IRQ中断请求输出， 当键盘RAM中存有按下健数据时IRQ有效。,3. 8279的命令字和状态字,8279的命令字共有8条，它们的高三位D7、D6和D5为命令特征位，用来区分8条不同的命令。 （1）键盘/显示方式设置命令字 （2）程控时钟命令设定CLK的分频系数，以获得100KHz的时钟 （3）读键盘RAM命令 （4）读显示RAM命令 （5）写显示RAM命令 （6）显示禁止写入/消隐命令 （7）清除RAM命令 （8）结束中断/错误方式设置命令,8279的状态字只有一个，主要用于键盘工作方式，以指示键盘RAM的字符数和有无错误发生。,3. 8279的接口电路,8279控制口：7FFFH 8279数据口：7FFEH,课间休息,