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1、第8章 单片机系统的接口 8.1 键盘及接口电路 8.2 显示及显示器接口 8.3 A/D、D/A转换器与单片机的接口 8.4 应用举例,8.1 键盘及接口电路 8.1.1 键盘的分类. 根据按键的识别方法分类，可分为编码键盘和非编码键盘： 1. 编码键盘 键盘上被按下键（闭合键）的识别由专用的硬件译码器实现，并产生键编号或键值。 2. 非编码键盘 没有专用的硬件译码器，其按键的识别和键值的产生由软件完成，该类键盘成本较低，且使用灵活。 8.1.2 键盘的工作原理 键盘中每个按键都是一个常开开关电路，是利用机械触点来实现按键的闭合和释放。 1. 抖动现象 由于弹性作用的影响，按键的机械触点在闭
2、合及断开的瞬间都会有抖动的现象，即不能马上实现按键的完全闭合或断开，从而使输入电压信号也出现抖动现象，,2. 连击的处理 当按键在一次被按下的过程中，其功能程序被反复多次执行的现象，好像按键被多次按下一样，这种现象就称为连击。 8.1.3 键盘结构及扫描子程序 无论是编码键盘还是非编码键盘都可以分为独立连接式和矩阵式两类。在单片机系统中多用非编码键盘 。 1. 独立式非编码键盘接口及处理程序 很多实际的应用系统均为采用较少几个按键组成的非编码键盘，也称其为开关式键盘，或线性键盘，它们与单片机的连接如图8-1所示。每一个键对应P1口的一根口线，各键是相互独立的。当某个键按下时，该键所对应的口线的
3、电位就由高电平变为低电平，CPU访问并查询所有接键口线，即可识别是哪一个键按下。 这种键盘结构的优点是电路简单；缺点是当按键较多时，要占用较多的I/O。,2. 矩阵式键盘接口及工作原理 当按键数较多时，为节省I/O口线和减少引线，常将其按矩阵方式连接。每条行线与列线的交叉处通过一个按键来连通，则只需N条行线和M条列线，即可组成具有NM个按键的键盘。其连接形式如图8-2所示。,图8-1 开关式键盘,图8-2 矩阵键盘连接形式,8.1.4 键盘接口扩展设计 当键盘的按键较多或单片机的I/O端口较紧张时，就需要通过外部扩展来实现键盘的功能。通常通过8255、8155等并行接口芯片，或通过单片机的串行
4、口进行键盘的扩展，也可通过专用键盘、显示接口芯片如8279进行键盘扩展。 1. 8051经8155扩展键盘 图8-4为48键盘，经8155与单片机相连，键扫描子程序框图同图8-3。,图8-4 8051通过8155扩展建盘,8.2 显示及显示器接口 单片机应用系统中，现场的工作状态和数据需实时地监测和观察，常用于观察的显示器主要有LED（发光二极管显示器）和LCD（液晶显示器）。 8.2.1 LED状态显示 用LED作状态指示器具有电路简单、功耗低、寿命长、响应速度快等特点，而且LED还有红、黄、绿等多种颜色供选择。特别是LED的低功耗、长寿命特性，使它正在逐渐取代传统上由白炽灯指示的场合 。
5、8.2.2 LED数码显示 LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件，有7段和“米”字段之分，单片机应用系统中通常使用7段LED显示器。 1. LED七段数码管结构及原理 这种显示器有共阴极和共阳极两种，发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。,一位显示器由8个发光二极管组成，其中，7个发光二极管ag构成字型“8”的各个笔划，另一个dp发光二极管为小数点。当某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔划就亮；不加电压就暗。另外，为了保护各段LED不被损坏，应该使其工作在安全电流下，故必须外加限流电阻。 2. LED显示器接口及显示方式 在实际应
6、用中，LED数码管有静态显示和动态显示两种显示方式。 （1）静态显示方式 静态显示形式，即七段LED数码管在显示某一个字符时，相应的段（发光二极管）恒定的导通或截至，直至换显其他字符为止。 （2）动态显示方式 为了解决静态显示占用I/O口资源较多的问题，在多位显示时通常采用动态显示方式。动态显示是将所有数码管的段码线对应并联在一起，由一个8位的输出口控制，每位数码管的公共端（称位选线）分别由一位I/O口线控制，以实现各位的分时选通。,8.2.3 七段LED数码管显示接口 软件译码的动态显示接口，通常通过并行接口芯片如8155、8255等进行扩展。使用时需提供一个8位输出口用于输出段码，另外根据
7、需求提供48根用于输出位码的控制线。图8-10为由8051接6位动态显示接口电路。,图8-10 8051接6位动态显示接口电路,8.2.4 键盘、显示器综合设计 实际应用中通常将键盘和显示器设计在一起而共用一些I/O口，既可使电路简化，也可节约I/O资源。图8-11为82键盘、6位LED显示器和8051的接口逻辑。,图8-11 8155扩展键盘、显示器接口,8.3 A/D、D/A转换器与单片机的接口 在实际应用中，通常利用传感器将被控对象的物理量转换成易传输、易处理的连续变化的电信号，然后再将其转换成计算机能接受的数字信号，完成这种转换任务的器件称为模/数（A/D）转换器。而将计算机输出的数字
8、信号转换为被控对象能接受的模拟信号的器件称为数/模（D/A）转换器。 8.3.1 D/A转换器 D/A转换器在测控系统中将计算机产生的数字量控制信号转换成模拟信号，用于驱动外部执行机构。 1. D/A转换器的基本原理 D/A转换器的基本功能是将一个用二进制表示的数字量转换成相应的模拟量。实现这种转换的基本方法是对应二进制数的每一位，产生一个相应的电压（电流），而这个电压（电流）的大小则正比于相应的二进制的权。 2. D/A转换器的主要参数 D/A转换器的主要参数有： (1) 分辨率。,(2) 转换时间。 (3) 线性度。 (4) 输出电平。 3. 集成D/A转换器举例DAC0832 DAC08
9、32是采用先进的CMOS工艺制成的双列直插式单片8位D/A转换器。转换速度为1s，可直接与微机接口。 8.3.2 A/D转换器 A/D转换器是测控系统中将模拟信号转换成数字信号的重要器件。 1. A/D转换原理 根据A/D转换器的原理可将A/D转换器分成两大类。一类是直接型A/D转换器，其输入的模拟电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量；另一类是间接型A/D转换器，其工作过程中，首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量(时间、频率、脉冲宽度等等)，然后再把这个中间变量转换为数字代码输出。,A/D转换器的种类有很多，但目前应用较广泛的主要有三种类型。逐次逼近式A/D转换器(直接型)、双积分式A
10、/D转换器和V/F变换式A/D转换器(间接型)。 (1)逐次逼近型A/D转换器的工作原理 逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快精度较高的转换器。其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。 (2) 双积分式A/D转换器的工作原理 双积分式A/D转换是一种间接A/D转换技术。首先将模拟电压转换成积分时间，然后用数字脉冲计时的方法转换成计数脉冲数，最后将此代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成所对应的二进制或BCD码输出。 2. A/D转换器的主要技术指标 (1) 分辨率。 (2) 量程。 (3) 精度。 (4) 转换时间。 图8-21 A/D常用控制信号线,3. A/D转换器的外部特性 各集成A/D转换芯
11、片的封装不尽相同，性能各异。但从原理和应用的角度来看，任何一种A/D转换器芯片一般具有以下控制信号线 。 (1) 启动转换信号线（START）。 (2) 转换结束信号线（EOC）。 (3) 片选信号线（CE）。 4. 集成A/D芯片举例ADC0809 ADC0809具有8路模拟量输入，可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，输出8位二进制数字量。 (2) ADC0809与MCS-51的接口 ADC0809与单片机的接口比较简单，图8-25为ADC0809与8051的典型接口电路。,图8-25 ADC0809与8051接口电路,8.4 应用举例 8.4.1 简易5V直流数字电压表 1. 硬件结构
12、及原理 利用ADC0809和片内带Flash ROM的单片机89C51组成2位简易0.05.0V直流数字电压表，硬件逻辑电路图如图8-27所示。用两位七段共阳LED数码管做显示输出，由于片内资源较多，故两位数码管采用静态显示，并直接连接在单片机的P0和P2口，采用低电平驱动以保证较大的驱动电流。ADC0809的数据输出端接单片机的P1口，使能控制端OE接高电平，处于常有效状态。因只对IN0路进行采样，故地址线A、B、C直接接地。ADC0809的启动控制线START和A/D转换结束状态线EOC分别接P3.0和P3.1，采用位控方式工作。当系统主频为6MHz时，ALE的频率为1MHz，则需经过二分
13、频变为500kHz才能向ADC0809提供CLOCK信号。上电后单片机将ADC0809采集的电压经转换处理后送两位数码管显示。,图8-27 简易5V直流数字电压表硬件电路图,2. 软件流程图及程序 应用程序如下： XSH EQU P0 ; 显示高位输出口 XSL EQU P2 ; 显示低位输出口 ADB EQU P1 ; ADC0809数据端口 STAR EQU P3.0 ; 启动线 EOC EQU P3.1 ; A/D转换结束状态线 ORG 0000H MOV P3,#00H LOOP: SETB STAR ; 启动A/D CLR STAR LOOP1: JNB EOC,LOOP1 ; 转换结束? MOV A,ADB ; 读转换数据 MOV B,#5,DIV AB ; 5标度变换 MOV B,#10 DIV AB ; 10十进制转换 MOV DPTR,#0100H MOVC A,A+DPTR ; 查段码 MOV XSL,A ; 输出低位 MOVC A,A+DPTR ANL A,#7FH ; 加小数点 MOV XSH,A ; 输出高位 AJMP LOOP ORG 0100H DMB:DB C0H, F9H, A4H, B0H, 99H, 92H, 82H, F8H, 80H, 90H,图8-28 数字电压表软件流程图,本章结束 谢谢使用,
