第9章节单片机接口技术及实例仿真

《第9章节单片机接口技术及实例仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第9章节单片机接口技术及实例仿真（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、9 单片机接口技术及实例仿真,2,教学目的,了解单片机接口技术基本含义 了解MCS-51单片机的常用外围显示装置（如LED发光二极管、点阵LED、数码管、12864点阵LCD等），常见按键（如独立式按键和矩阵式按键）和信号采集分析与控制中常用的转换装置（如ADC0808模数转换器和DAC0832数模转换器）等常用器件的接口使用方法。 掌握常用外围设备的接口仿真方法,3,本章内容,显示器接口应用实例与仿真 键盘接口应用实例与仿真 A/D、D/A接口应用实例与仿真,9.1 显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（LED）及数码管 LED点阵显示屏 液晶显示器（LCD）,5,为什么进行接口扩展？ MC

2、S-5l系列单片机有4个8位并行输入输出口 P0口一般作地址线的低8位和数据线使用；P2口作地址线的高8位使用； P3一般使用其第二功能，产生控制信号 ； 当单片机在外部扩展了程序存储器、数据存储器时，可专供外部输入/输出设备使用的只剩下P1口。 现实系统常需单片机接多个外设，I/O口资源不足，必须进行接口扩展,9.1 显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（LED）及数码管,6,单片机接口扩展方法 MCS-51单片机的I/O口扩展主要是通过总线(P0)口扩展,利用P0口扩展时必须分时使用,要求P2口提供高8位地址或较多的片选控制线，控制外部扩展芯片的选通或截止。 单片机通过I/O口或接口芯片连

3、接键盘、显示器，通过I/O口和驱动芯片控制电动机等。这时必须考虑与之相连的外设电气特性，如驱动功率、电平、干扰抑制及隔离等，这也是我们所说的接口技术。,9.1 显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（LED）及数码管,7,发光二极管 发光二级管（LED）在日常生活中常被用来做开关指示灯或信号指示灯，在与单片机构成系统时要考虑单片机的驱动功率。一般高亮LED的工作电流取5mA，普通LED的工作电流取10mA。单片机单个I/O口的驱动能力一般在10mA左右，为了防止电路中电流过大烧毁二极管和单片机，需要串联限流电阻标准化的必要性 在驱动发光二极管时，一般考虑单片机I/O口的灌电流能力较强的特点，采用

4、图9.1所示下拉驱动点亮的方式点亮发LED。,9.1 显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（LED）及数码管,LED驱动电路,8,9.1 显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（LED）及数码管,9,LED数码管 LED数码管是由7段发光二极管按顺序排列组成字形，同时在段数码组成的图形右下角还有1段表示小数点发光二极管，这样完整的数码管显示应该是位段数码管组成。 LED数码管有静态显示和动态显示两种方式,9.1 显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（LED）及数码管,10,例1 74LS244驱动数码管实现静态显示 功能：实现0 9循环计数，计数时间间隔s。 说明：在电路中使用了74LS244

5、驱动芯片。该芯片引脚A0A3为输入口，Y0Y3为输出口， 是低电平有效三态允许端。74LS244在使用的时候， 需接低电平，A0A3输入高电平或低电平时，Y0Y3相应的输出高电平或低电平。若 接高电平，无论输入端是什么电平，输出端都是高阻状态。74LS244的实物是个输入端和8个输出端，在proteus仿真库内只显示了组输入输出，这一点请读者学习时注意参考74LS244的说明书。,9.1 显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（LED）及数码管,11,74LS244芯片驱动数码管显示的仿真电路 程序请参考教材。,9.1 显示器接口应用实例与仿真,发光二级管（LED）及数码管,12,9.1.2 L

6、ED点阵显示屏 88点阵LED外观及引脚图,9.1 显示器接口应用实例与仿真,LED点阵显示屏,13,LED点阵显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 常见的是88点阵LED，其实物等效电路图如下图,9.1 显示器接口应用实例与仿真,LED点阵显示屏,14,88点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。当点阵中的某一行置高电平，某一列置低电平，则该行列线交叉点的二极管就点亮。因此要实现某一列的发光二级管都点亮，则该列的列线上应送低电平，所有行线送高电平；若实现某一行的发光二级

7、管都点亮，该行的行线上送高电平，所有列线送低电平，这一操作可以利用软件扫描的方法实现，下面以例2进行说明。,9.1 显示器接口应用实例与仿真,LED点阵显示屏,15,例2 88 LED点阵图形显示 功能：利用AT89C52设计单片机系统，通过按键控制88LED点阵显示 ， ， 三种不同图形。 说明： 7407是六高压输出缓冲器/驱动器，即六输入六输出。输入端为A1A6，输出端位Y1Y6。7407在使用时输出电平值是和输入电平值一致的，即输入端输入高电平或低电平，相应的输出端也输出高电平或低电平，它只起到了提高驱动能力的作用。使用时要注意，7407的输出是集电极开路型，只有接上拉电阻才能输出高电

8、平。在proteus的仿真库内简化了7407的结构，只显示一个输入输出，这一点也是需要读者注意的。,9.1 显示器接口应用实例与仿真,LED点阵显示屏,16,88LED点阵图形显示proteus仿真电路 程序请参考教材,9.1 显示器接口应用实例与仿真,LED点阵显示屏,17,例3 168点阵LED显示 功能：将88LED矩阵扩展成168LED矩阵，要求循环显示09十个数字，且要求数字是由上下两块点阵上图形组合成的，如数字0，要求上下点阵块上的两部分图形共同组成“0”图形。 说明：在电路中使用两片74HC595分别驱动两个点阵块的行，接点阵块的共阳极。74HC138输出端接点阵块阴极，通过PN

9、P三极管TIP127选择驱动点阵块的列线。,9.1 显示器接口应用实例与仿真,LED点阵显示屏,74HC595的引脚分布情况如图9.8所示 各引脚功能： Q1Q7是并行数据输出口，即储存器的数据输出口 Q7 串行输出口，其应该接SPI总线的MISO接口 ST_CP存储寄存器的时钟脉冲输入口 SH_CP移位寄存器的时钟脉冲输入口 输出使能端 芯片复位端 DS 串行数据输入端,18,9.1 显示器接口应用实例与仿真,LED点阵显示屏,74HC595的使用方法 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器使用独立的时钟。数据在SH_CP的上升沿输入，在ST_CP

10、的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入端DS，一个串行输出Q7。当多个74HC595并列使用时，可以将第一片74HC595的Q7和第二片74HC595的DS连接实现多片扩展。 是输出使能端，该端为低电平时，数据从74HC595寄存器内输出到数据总线上。下面以例9.2说明74HC595扩展并驱动LED点阵的方法。,19,9.1 显示器接口应用实例与仿真,LED点阵显示屏,168点阵LED显示proteus仿真电路 程序请参考教材,20,9.1 显示器接口应用实例与仿真,LED点阵显示屏,9.1.3 液晶显示器（LC

11、D） 液晶显示器是一种低功耗液晶显示器件。工作电流小，适合于仪表和低功耗系统。常用的有笔划型液晶显示器、点阵字符型液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。本节主要介绍点阵字符型液晶显示器及其应用。 液晶显示器按显示图案的不同可分为笔端型LCD、字符型LCD和点阵图形型LCD 3种。 以AMPIRE128X64为例来说明LCD128X64接口应用。AMPIRE 128X64内置ks0108型图形液晶模块驱动,它的引脚功能和指令功能如表9.1和表9.2所示。,21,9.1 显示器接口应用实例与仿真,液晶显示器（LCD）,22,表9.1 LCD12864引脚功能表,9.1 显示器接口应用实例与仿真,液晶显

12、示器（LCD）,23,表9.2 ks0108控制器指令功能列表,液晶显示器（LCD）,9.1 显示器接口应用实例与仿真,为了便于读者学习，现以实例说明12864点阵LCD的图形显示应用方法。 例4 12864点阵LCD的图形显示 功能：使其在12864点阵LCD屏幕上显示“河南理工大学”六个字符，且向上滚动显示。 说明： AMPIRE 12864点阵LCD的编程方法，主要是依靠对控制器KS0108的设置，在程序设计时要依照说明书对控制器KS0108各控制单元进行设置。,24,9.1 显示器接口应用实例与仿真,液晶显示器（LCD）,12864点阵LCD的图形显示proteus仿真电路 程序请参考

13、教材,25,液晶显示器（LCD）,9.1 显示器接口应用实例与仿真,9.2 键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口 行列式键盘与单片机的接口,27,键盘概述： 键盘由一组常开的按键组成，可以通过键盘输入数据或命令。每个按键都被赋予一个代码，称为键码。键码分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘是通过一个编码电路识别闭合键的键码，如BCD码。非编码键盘是通过软件来识别键码。由于非编码键盘的硬件电路简单，用户可以方便改变键的数量，因此在单片机系统中应用广泛。这里主要介绍非编码键盘的借口电路。 非编码键盘可以分为两种结构形式：独立式键盘和行列式键盘。,9.2 键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与

14、单片机的接口,28,独立式按键与单片机的接口 独立式按键电路和电压抖动过程图。 双稳态硬件去抖电路,(a)按键输入电路,(b)电压抖动,9.2 键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,29,行列式键盘与单片机的接口 行列式键盘结构 检测键盘有无闭合以及查找闭合键的键号，一般采用扫描法。 1先向所有连接线的I/O线输出0，然后检测连接行线的按键状态，由相应的I/O线读入累加器A中。有键按下时，对应的行线输入0，无键按下时所有的行线输入为1。,9.2 键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,2如果有键闭合，依次从一条列线上逐列输出低电平，然后检测各线的状态。若都为1，说明闭合键

15、不在该列；若有的行线为0，则说明闭合键在该列与为0的行线的交点上。由于每个按键所有的行号与列号不相同，所以每个按键都按行列号赋予了一个键号。 键盘的工作方式有程序扫描方式，定时扫描方式和中断扫描方法三种 1程序扫描方式是CPU在工作空余，主动调用键盘扫描子程序，响应键输入要求。 2定时扫描方式是利用定时器产生定时（例如10ms）中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描并在有键闭和时转入该功能程序。,30,9.2 键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,.为了提高CPU的利用效率，可以让键盘工作在中断方式。有键闭合时产生中断请求，完成消抖，求键码等工作。无键闭合，不产生中断。 例 44矩阵

16、键盘扫描 功能：44矩阵键盘共16个键，第一行按键从左到右依次对应数字14；第二行按键从左到右依次对应数字58；第三行和第四行按键按同样的设置方法，按键分别对应数字916。每按一次键，数码管就显示一次按键代表的数字 说明：数码管的位控制端由P0口P0.4P0.6通过74HC138控制，P0.0P0.4通过74LS47译码器/驱动器驱动数码管的各码段。为了提高效率，本程序采用定时器中断扫描的方法，扫描数码管，将字型码送至数码管。,31,9.2 键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,44矩阵键盘扫描proteus仿真电路 程序请参考教材,32,9.2 键盘接口应用实例与仿真,独立式键盘与单片机的接口,9.3 A/D、D/A接口应用实例与仿真,A/D转换器 D/A转换器,34,9.3.1 A/D转换器 1A/D转换器的工作原理 2A/D转换器的主要技术参数 （1）分辨率 （2）量程 （3）转换精度 （4）转换时间 （5）工作温度