[工学]《单片机原理与应用及上机指导》第8章：单片机的典型外围接口技术.ppt

第8章 单片机的典型外围接口技术 教学提示和教学目标 教学提示：利用单片机芯片的总线结构，通过片外程序存储器、数据存储器和I/O接口的扩展，可以方便地构成一个以单片机芯片为核心的计算机主机系统，但要用它组成一个完整的单片机应用系统时，则还要根据不同外设的类型、速度、信号形式等特点来设计相应的I/O接口，实现单片机与外设之间的速度适配、信号适配和时序适配等。 教学目标：掌握80C51单片机键盘接口；掌握80C51单片机显示接口；掌握数模转换器DAC0832的结构、引脚功能及与单片机的连接；掌握模数转换器ADC0809的结构、引脚功能及与单片机的 连接。 8.1 键 盘 接 口 键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是最简单的单片机输入设备，操作员通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机对话。只有通过键盘，操作人员才能输入数据和对系统状态进行干预。单片机控制系统都是专用计算机应用系统，为满足系统微型化的要求，系统的键盘控制程序和键的数量都是根据系统功能要求设计的。 单片机控制系统的键盘从结构形式上可分为非编码键盘和编码键盘，非编码键盘通过软件识别按键，编码键盘则通过硬件识别按键。按键从功能上可分为用于功能转换的功能键和用于数据输入的数字键。 8.1.1 键盘的工作原理和扫描方式 8.1.2 键盘的接口电路 8.1.3 键盘接口的编程 8.1.1 键盘的工作原理和扫描方式 1．独立键盘工作原理 将I/O的每根线上各接入一个按键，就可组成一个简易式键盘。每根输入线上的按键工作状态不会影响其他线上的工作状态，所以称为独立式键盘。独立式键盘配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根接口线，在按键数量多时，接口线占用多。所以，独立式键盘常用于按键数量不多的场合。 单片机对独立式键盘的控制方式有3种：程序控制扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式。 2．矩阵键盘工作原理 独立式键盘的每个按键需占用一根输入口线，在按键数量较多时，输入口浪费大，电路结构显得很繁杂。这种情况可采用矩阵式键盘，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，因此又称行列式键盘，如图8.3所示。 3．键盘的编码 识别按键之后要根据所按的键散转进入相应的功能程序。为了散转的方便，通常应得到按下的键号。键号是键盘对每个键的编号，可以是十进制也可以是十六进制。 4．抖动 抖动是指当按下或释放一个键时，往往会出现按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态，其抖动过程 如图8.4所示，抖动的持续时间通常为5～10ms，抖动可能造成一次按键的多次处理问题。 5．重键 重键指两个或多个键同时闭合，也称为串按或复按。 图8.3 矩阵式键盘结构 图8.4 按键的抖动 8.1.2 键盘的接口电路 键盘的接口电路分为独立键盘接口电路和矩阵键盘接口电路。 1．独立键盘接口电路 独立式按键软件常采用查询式结构。先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键是否已按下，然后再转向该键的功能处理程序。 2．矩阵键盘接口电路 根据矩阵键盘的工作原理，现在把单片机的P1口用作键盘I/O口，键盘的列线接到P1口的高4位，键盘的行线接到P1口的低4位。列线P1.0～P1.3分别接有4个上拉电阻到正电源+5V，并把列线P1.4～P1.7设置为输入线，行线P1.0～P.13设置为输出线。4根行线和4根列线形成16个相交点，如图8.7所示。 图8.7 矩阵键盘接口电路 8.1.3 键盘接口的编程 常用的键盘接口电路有以下几种： 1．利用8155构成的键盘接口电路 利用8155构成的键盘接口电路如图8.9所示。 2．利用8279构成的键盘接口 8279是Intel公司生产的通用可编程键盘和显示器I/O接口器件，由于它本身可提供扫描信号，因而可代替处理器完成键盘和显示的控制，从而减轻了主机的负担。 3．利用单片机的串行口构成键盘接口电路 当单片机的串行口未用于串行通信时，可以将其用于键盘的接口扩展电路，这里给出接口电路如图8.12所示。 图8.9 利用8155构成的键盘接口电路 图8.12 8031串行I/O口扩展的行列式键盘接口 8.2 显 示 接 口 显示系统是单片机控制系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值，以便使现场工作人员能够及时掌握生产过程。 8.2.1 LED显示器的工作原理 8.2.2 显示电路的分类与接口 8.2.3 显示接口编程 8.2.1 LED显示器的工作原理 1．7段LED显示器的工作原理 7段LED通常构成字型“8”，还有一个发光二极管用来显示小数点，因此有人称7段LED数码管为8段显示器。LED数码管的管脚配置如图8.13(a)所示。 LED数码管有共阴极和共