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1、第二章接口设计本讲稿第一页，共八十页机电系统工作流程本讲稿第二页，共八十页2.1人机接口设计n一、人机接口的类型n（1）输入接口n（2）输出接口n二、特点：n专用性n低速性n高性能价格比本讲稿第三页，共八十页三、输入接口设计（一）开关输入接口设计本讲稿第四页，共八十页本讲稿第五页，共八十页消抖方法：n软件:延时程序，两次检测开关状态是否相同，延时时间应大于抖动时间。n硬件本讲稿第六页，共八十页本讲稿第七页，共八十页(二)拨码盘接口设计n1 1、码盘的结构、码盘的结构 n2、BCD码盘通断状态表码盘通断状态表n3、BCD码盘接口硬件设计码盘接口硬件设计 n4、BCD码盘接口软件设计码盘接口软件设
2、计 本讲稿第八页，共八十页1 1、码盘的结构、码盘的结构n十进制输入，8421BCD码输出 本讲稿第九页，共八十页本讲稿第十页，共八十页2、BCD码盘通断状态表码盘通断状态表位置位置8421000001000120010300114010050101601107011181000910010表示与A线不通，1表示与A线接通 本讲稿第十一页，共八十页3、BCD码盘接口硬件设计码盘接口硬件设计n（1 1）静态接口方法）静态接口方法 本讲稿第十二页，共八十页n（2 2）动态接口方法）动态接口方法 本讲稿第十三页，共八十页n4、BCD码盘接口软件设计码盘接口软件设计功能：功能：实现四位数的输入，比如，
3、想从p1.3p1.0输入2347，首先从千位读入，依次得到百位、十位、和个位。要要求求：对四位十进制数读入，并存入内部RAM，30H和31H中本讲稿第十四页，共八十页MOVR0,#30HMOVP1,#7FH;P1.7=0MOVA,P1SWAP AMOVR0,A;千位值送（30H）.47MOV P1,#0BFH;P1.6=0MOVA,P1XCHD A,R0;百位值送（30H）.30INCR0本讲稿第十五页，共八十页MOVP1,#0DFH;P1.5=0MOV A,P1SWAPAMOV R0,A;十位值送（31H）.47MOVP1,#EFH;P1.4=0MOVA,P1XCHD A,R0;个位值送（3
4、1H）.30RET本讲稿第十六页，共八十页（三）键盘输入接口设计 n1 1、键盘的分类、键盘的分类 n2 2、键盘的消抖、键盘的消抖 n3、独立式键盘硬件接口设计独立式键盘硬件接口设计 n4 4、独立式键盘软件接口设计、独立式键盘软件接口设计n5 5、矩阵式键盘接口方法、矩阵式键盘接口方法 本讲稿第十七页，共八十页n1 1、键盘的分类、键盘的分类 n1）独立式键盘：独立式键盘：本讲稿第十八页，共八十页nA)定定义义：各键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态nB)按键识别方法：按键识别方法：按键前后电平的变化nC)C)特特点点：电路配置灵活，
5、软件结构简单；每个按键需接一根输入口线，键多对输入口浪费大，电路结构显得很复杂。nD)D)应用：应用：按键较少或速度较高的场合 本讲稿第十九页，共八十页n2 2）矩阵式键盘：）矩阵式键盘：本讲稿第二十页，共八十页nA)定定义义：由行线和列线组成，按键位于行和列的交叉点上nB)按按键键识识别别：扫描法。逐列置零电平，其余各列置为高电平，检查行线电平的变化，如果某行电平由高到低变化，那么此行此列交叉点处的按键按下。nC）特点：）特点：节省I/O口，键越多这一特点越明显nD)应用：应用：按键数量较多的场合本讲稿第二十一页，共八十页n2 2、键盘的消抖、键盘的消抖键盘实质是一组按键开关的集合，并且为机
6、械弹性开关，均利用了机械触点的合、断作用。本讲稿第二十二页，共八十页n1)双稳态消抖双稳态消抖n2)滤波消抖滤波消抖nRC电路具有吸收干扰脉冲的作用，所以只要选择好适当的时间常数，让按键抖动信号通过此滤波电路，便可消除抖动的影响本讲稿第二十三页，共八十页nA)按键断开时，电容两端电压为零，输出高电平；nB)由断开到闭合瞬间，电容电压不会立刻升高，有个充电的过程，a点电压大于0.8伏（开启电压）时，输出为低电平。充电时间大于抖动时间可消抖a本讲稿第二十四页，共八十页nC)按键闭合时，电容两端存在电压，a点为高电平，输出低电平D)由闭合到断开瞬间，a点电压不会突变，所以输出仍为低电平。当电容放电，
7、到小于门的开启电压，输出为高电平。放电时间大于抖动时间，可消抖本讲稿第二十五页，共八十页n3 3）软件消抖）软件消抖 时钟6MHZ，机器周期2usDL10ms:MOV R7,#05H；1个周期LOOP1:MOVR6,#0F9H；#0F9H249LOOP2:NOP；1个周期NOP DJNZR6,LOOP2；2个周期DJNZR7,LOOP1RET；2个周期 本讲稿第二十六页，共八十页n总计：1+(1+(2+2)*0 xF9H+2)*5+2=4998（个机器周期）本讲稿第二十七页，共八十页n3 3、独立式键盘硬件接口设计、独立式键盘硬件接口设计n1）查询方式 本讲稿第二十八页，共八十页n2）中断方式
8、本讲稿第二十九页，共八十页n3）三态缓冲器接口本讲稿第三十页，共八十页n4 4、独立式键盘接口软件设计、独立式键盘接口软件设计KEYIN:MOVDPTR,#7FFFH MOVXA,DPTRANLA,#1FHMOVR3,ALCALL D-10msMOVXA,DPTR ANLA,#1FHCJNEA,R3,PASSCJNEA,#1EH,TO-2LJMPKEY1TO-2:CJNEA,#1DH,TO-3LJMPKEY2 本讲稿第三十一页，共八十页TO-3:CJNEA,#1BH,TO-4LJMPKEY3TO-4:CJNEA,#17H,TO-5LJMP KEY4TO-5:LJMPKEY5PASS:RET 本
9、讲稿第三十二页，共八十页n5 5、矩阵式键盘接口方法、矩阵式键盘接口方法 n1 1）编程扫描方式）编程扫描方式nA)A)硬件电路实现硬件电路实现 本讲稿第三十三页，共八十页nB)软件功能软件功能na)判判断断键键盘盘上上有有无无键键按按下下。PC口低四位送低电平，读PA口状态，若PA0PA7全为1，则说明无键按下，若不全为1，则说明有键按下。nb)消消除除按按键键抖抖动动的的影影响响。在判断有键按下的情况下，用软件延时的方法延时10ms，再判断键盘状态，若仍为有键按下，则认为有一个确定的键按下，否则当作按键抖动处理。nc)求求按按键键位位置置。进行逐行置零电平，其余各行为高电平，判断各列电平的
10、变化，如果某列电平由高到低变化，则可确定此行此列交叉点处的按键按下。nd)d)键键闭闭合合一一次次仅仅做做一一次次按按键键的的处处理理。等待按键释放后，再进行按键功能的处理。本讲稿第三十四页，共八十页C）软件流程图）软件流程图 本讲稿第三十五页，共八十页D）软件实现）软件实现主程序：主程序：BEGIN:ACALLKEY-ONJNZDELAYAJMPBEGINDELAY:ACALLDL10msACALLKEY-ONJNZKEY-NUMAJMPBEGINKEY-NUM:ACALLKEY-PANLA,#0FFHJZBEGINACALLKEY-CODEPUSHAKEY-OFF:ACALLKEY-ONJ
11、NZKEY-OFFPOPARET 本讲稿第三十六页，共八十页n判定有无键按下子程序：KEY-ON:MOV A,#00HMOV DPTR,#0702HMOVXDPTR,AMOV DPTR,#0700HMOVXA,DPTRCPLARET本讲稿第三十七页，共八十页n判定按键位置子程序：扫描法，R2，R3保存行、列信息，A中存放键的位置，高四位是行号，低四位是列号 KEY-P:MOVR7,#0FEHMOV A,R7L-LOOP:MOVDPTR,#0702HMOVXDPTR,AMOVDPTR,#0700HMOVX A,DPTRMOVR6,ACPLAJZNEXTAJMP KEY-C 本讲稿第三十八页，共八
12、十页NEXT:MOV A,R7JNBACC.3,ERRORRLAMOV R7,AAJMPL-LOOPERROR:MOV A,#00HRET 本讲稿第三十九页，共八十页n找出R7，R6中的0bit位，此位即为按键所在行、列。R3，R2中保存行、列数。KEY-C:MOV R2,#00HMOV R3,#00HMOV R5,#08HMOV A,R6AGAIN1:JNBACC.0,OUT1INCR2RRADJNZ R5,AGAIN1本讲稿第四十页，共八十页OUT1:INCR2MOV R5,#04HMOVA,R7AGAIN2:JNBACC.0,OUT2INCR3RRADJNZ R5,AGAIN2 OUT2
13、:INCR3MOV A,R3SWAP AADDA,R2RET 本讲稿第四十一页，共八十页n键编码子程序：KEY-CODE:PUSH AANLA,#0FHMOVR7,ADEC R7POPASWAPAANLA,#0FHDEC AMOV B,#08HMULABADD A,R7RET本讲稿第四十二页，共八十页n2）定时扫描方式）定时扫描方式 nA)定时扫描方式定时扫描方式 利用单片机内部定时器产生定时中断，CPU响应中断后，对键盘进行扫描，并在该键按下时，识别出该键，并执行相应键功能程序 本讲稿第四十三页，共八十页nB)B)硬件接口电路硬件接口电路 硬件接口电路同编程扫描方式 本讲稿第四十四页，共八十
14、页nC)软件软件流程图流程图 定时定时10msK1ST：去抖标志位，为0时表示没消抖；为1时表示已消抖 K2CD：按键识别完标志位，为0时表示尚未识别；为1时表示已识别完本讲稿第四十五页，共八十页本讲稿第四十六页，共八十页nD)定时扫描方式的特点定时扫描方式的特点 提高工作效率；无需延时程序 本讲稿第四十七页，共八十页n3)3)中断工作方式中断工作方式 nA)中中断断工工作作方方式式：有键按下时，CPU才执行键盘扫描程序并执行按键对应的功能程序，无键按下时，CPU不理睬键盘。中断工作方式是被动监视。nB)硬件接口电路硬件接口电路本讲稿第四十八页，共八十页本讲稿第四十九页，共八十页n接口原理与工
15、作过程：接口原理与工作过程：na)列线接高电平，并接在P1口的低四位，并且经过与门接在INT0/上；nb)行线接在P1口的高四位，作为扫描输出线，平时全置为零；nc)当有键按下时，INT0/为低电平，向CPU发出中断申请，若CPU开放外部中断，则响应中断请求；nd)在执行中断服务程序时，首先要关闭中断；e)接着进行消抖处理，按键识别，及执行键功能程序 本讲稿第五十页，共八十页nC）软件编程）软件编程 本讲稿第五十一页，共八十页四、输出接口设计四、输出接口设计n输出接口功能：输出接口功能：是操作者对机电系统监测的窗口，通过输出接口，机电系统向操作者显示自身的运行状态，关键参数及运行结果，并进行故
16、障报警。本讲稿第五十二页，共八十页(一)发光二极管显示器的接口设计 n1 1、发光二极管特点、应用、发展、发光二极管特点、应用、发展n2 2、单个发光二极管的接口设计、单个发光二极管的接口设计 n3 3、七段发光二极管显示器结构、七段发光二极管显示器结构 n4 4、七段发光二极管显示器静态接口设计、七段发光二极管显示器静态接口设计 n5 5、七段发光二极管显示器动态接口设计、七段发光二极管显示器动态接口设计 n6 6、静态显示与动态显示接口的比较、静态显示与动态显示接口的比较 本讲稿第五十三页，共八十页1 1、发光二极管特点、应用、发展、发光二极管特点、应用、发展n发发光光二二极极管管：由透明
17、半导体材料制造的在一定条件下自发辐射产生荧光的PN结。n特特点点：体积小、寿命长、可靠性高、低压（1.52.5V）小电流（515mA）下工作、功耗小n应用：应用：状态指示灯，照明手电筒n发展：发展：大功率发光二极管，有机发光二极管 有机发光二极管原理及应用.doc 本讲稿第五十四页，共八十页2 2、单个发光二极管的接口设计、单个发光二极管的接口设计本讲稿第五十五页，共八十页n1）单片机4个I/O口带负载能力有限，P0口带8个TTL电路，其它三口能带4个TTL电路，通常每个TTL电路为20mAn2）74LS07：OC门（集电极开路输出）同相驱动器。输入为零，输出为零；输入为1，集电极开路，相当于
18、断路。本讲稿第五十六页，共八十页n3）VLE发光强度取决于流过的电流，通常按10mA计算，Rf为限流电阻，二者关系式为，取Vf为2V，Vcs为0.3V，所以应取270欧，设计时一般取300欧。本讲稿第五十七页，共八十页3 3、七段发光二极管显示器结构、七段发光二极管显示器结构本讲稿第五十八页，共八十页本讲稿第五十九页，共八十页4 4、七段发光二极管显示器静态接口设计、七段发光二极管显示器静态接口设计n七段七段LED显示器接口设计的两个准则：显示器接口设计的两个准则：一是提供正确的驱动逻辑，一是提供正确的驱动逻辑，例如，要显示“0”，就要使a、b、c、d、e和f段导通，而g和dp不导通，这就需要
19、一个8位输出口对各段进行控制；二是提供二是提供LED显示器的工作电流，显示器的工作电流，即要保证工作电压和工作电流 本讲稿第六十页，共八十页1）8255扩展的静态扩展的静态LED显示器接口显示器接口 本讲稿第六十一页，共八十页n分析：分析：nA)8255扩展扩展I/O口口n8255有三个输入/输出口，分别是PA、PB和PC口；口地址是由A0和A1两地址线决定的；在实际工作中还要使片选信号有效，这三个输入输出口才能工作。n8255有三种基本工作方式。方式0：基本输入输出；方式1：选通输入输出；方式2：双向传送，这三种工作方式是由工作方式控制字决定的。本讲稿第六十二页，共八十页在方式0下的三个口具
20、有输出锁存能力，使LED显示器静态显示。本讲稿第六十三页，共八十页nB)74LS245 74LS245是8入8出的驱动器，用于提供驱动电流，若限流电阻选300欧，则LED显示器的工作电流可达到10mA。本讲稿第六十四页，共八十页2 2）串行口扩展的静态）串行口扩展的静态LED显示器的接口显示器的接口 本讲稿第六十五页，共八十页nA A）单片机的串行口）单片机的串行口na）P3口的第二功能：口的第二功能：P3.0：串行输入口（RXD）P3.1：串行输出口（TXD）P3.2：外部中断0P3.3：外部中断1P3.4：定时器0外部输入P3.5：定时器1外部输入P3.6：外部数据存储器写脉冲 P3.7：
21、外部数据存储器读脉冲 本讲稿第六十六页，共八十页b)串行口的四种工作方式串行口的四种工作方式n方式0：同步移位寄存器方式。串行数据都通过RXD端输入或者输出。TXD端输出同步移位脉冲。可接收/发送8位数据位（低位在前）。方式0主要用于I/O口扩展n方式1：八位异步通讯串行口；n方式2：九位异步通讯串行口；n方式3：波特率可变的九位异步通讯串行口。本讲稿第六十七页，共八十页nB)74LS164 串入并出的移位寄存器，一位输入，八位输出 本讲稿第六十八页，共八十页nC)软件编程软件编程将30H至37H的BCD码显示ORG 1FA0HXS:MOVR7,#08HMOVR0,#30HXS1:MOVA,R
22、0MOVDPTR,#2000HMOVCA,A+DPTRMOVSBUF,AXS2:JNBTI,XS2CLRTI本讲稿第六十九页，共八十页INCR0DJNZ R7,XS1RETORG 2000HTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H DB99H,92H,82H,0F8H DB80H,90H本讲稿第七十页，共八十页5 5、七段发光二极管显示器动态接口设、七段发光二极管显示器动态接口设计计公共端接法？本讲稿第七十一页，共八十页n1)8155可编程的并行可编程的并行I/O扩展接口扩展接口具有2个8位、1个6位可编程的并行I/O口，256字节的RAM，1个14位的定时器。n2)7407OC门同
23、相驱动器，门同相驱动器，75452OC门门反相驱动器反相驱动器本讲稿第七十二页，共八十页n3)工作过程工作过程n动态显示并不像静态显示方式，同时给LED显示器各位送显示数据，动态显示是分别给显示位送数据。n单片机通过8155的PA口送扫描数据，数据中只有一位为高电平，经过75452后，只有一位为低电平。n同时，显示位对应的段数据通过PB口送出，因此只有公共端为低电平的那一片LED显示器才显示数据，其余不显示。本讲稿第七十三页，共八十页n依次改变PA口中高电平的位，并从PB口输出对应的数据，则6位LED显示器顺序显示相应的字符。n当扫描频率足够高时，由于人的视觉暂留效应，6位显示器得到稳定的显示
24、。本讲稿第七十四页，共八十页6 6、静态显示与动态显示接口的比较、静态显示与动态显示接口的比较n静态显示接口：静态显示接口：n显示稳定，只有在需要更新显示内容时，微机才执行显示更新程序，因此节省时间，提高工作效率；n显示位数较多时，占用较多的I/O口。n动态显示接口：动态显示接口：n减少了I/O口，节省硬件费用；n为得到稳定显示，CPU必须定期对显示器刷新扫描，占用CPU大量时间，故动态显示主要用于CPU相对不繁忙的场合。本讲稿第七十五页，共八十页（二）打印机接口设计（二）打印机接口设计 n1 1、打印机硬件接口、打印机硬件接口 本讲稿第七十六页，共八十页n2、硬件电路介绍硬件电路介绍n74L
25、S123:单稳多谐振荡器，将WR/信号展宽nPP40各引脚：各引脚：nSTB/:选通输入信号，其上升沿将D1-D8上的数据打入PP40。负脉冲的宽度要求1us以上nD1D8:8位并行数据nBUSY:状态输出信线，即可作中断请求输入线，又可供查询用。nGND或或NC:地脚或空本讲稿第七十七页，共八十页（三）蜂鸣器驱动接口设计（三）蜂鸣器驱动接口设计 双引脚器件，加适当的直流电压即可发声；声音小；本讲稿第七十八页，共八十页（四）扬声器驱动接口设计（四）扬声器驱动接口设计 out 音频信号驱动；振荡器的R、C值决定扬声器的音频信号；P1.0控制是否发声；只能以一种音调工作 本讲稿第七十九页，共八十页 P1.0输出音频信号，通过软件编程音频信号可以改变 本讲稿第八十页，共八十页