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1、第二章 开关量输入输出通道与人机接口2.1 过程通道的分类过程通道的分类 2.2 开关量输入输出通道开关量输入输出通道 2.3 人机接口人机接口键盘键盘 2.4 人机接口人机接口数字显示方法数字显示方法 为了实现计算机对生产过程或装置的控制，需要将对象的各种测量参数按要求的方式送入计算机； 经计算机运算处理后的数字信号也要变换成适合于对生产过程或装置进行控制的形式。 因此，在在计计算算机机和和生生产产过过程程之之间间必必须须设设置置信信息息传传递递和和变变换换的的装装置置，这这种种装装置置就就称称为为过过程程输输入入输输出出通通道道，简简称称为为过过程程通通道道或或IO通道。通道。 一一般般来
2、来说说，计计算算机机不不会会自自主主地地工工作作，需需要要接接收收操操作作人人员员键键入入的的指指令令，其其运运行行状状态态和和结结果果也也需需要要显显示示或或打打印印，在在现现代代大大规规模模控控制制系系统统中中还还应应有有通通信信和和数数据据存存盘盘功功能能，所所有有这这些些都都是是由由人人与与计计算算机机之之间间的的连连接接装装置置来完成的，我们称这种装置为来完成的，我们称这种装置为人机接口。人机接口。 图2-1 过程通道与人机接口 有了过程通道与人机接口，才能将人、计算机和生产过程组成有了过程通道与人机接口，才能将人、计算机和生产过程组成有机的整体，如图有机的整体，如图2-1所示。所示
3、。 这这一一章章我我们们主主要要介介绍绍计计算算机机控控制制系系统统中中过过程程通通道道的的分分类类、 开关量输入输出通道开关量输入输出通道与人机接口的设计及应用方法。与人机接口的设计及应用方法。2.1 过程通道的分类过程通道的分类 过过程程通通道道包包括括模模拟拟量量输输入入通通道道、模模拟拟量量输输出出通通道道、数字量输入通道和数字量输出通道。数字量输入通道和数字量输出通道。 (1) (1) 模模拟拟量量输输入入通通道道：主主要要功功能能是是将将随随时时间间连连续续变变化化的的模模拟拟输输入入信信号号经经检检测测、变变换换和和预预处处理理，最最终终变变换换为为数数字字信信号号送送入入计计算
4、算机机。常常见见的的模模拟拟量量有有压压力力、温温度、液体流量和成分等。度、液体流量和成分等。 (2) (2) 模模拟拟量量输输出出通通道道：它它将将计计算算机机输输出出的的数数字字信信号号转转换换为为连连续续的的电电压压或或电电流流信信号号，经经功功率率放放大大后后送送到到执行部件对生产过程或装置进行控制。执行部件对生产过程或装置进行控制。 (3)数字量输入通道：也称开关量输入通道。数字量输入通道：也称开关量输入通道。凡是以电平高低和开关通断等两位状态表示的信凡是以电平高低和开关通断等两位状态表示的信号统称为数字量或开关量。号统称为数字量或开关量。 以若干位二进制数表示以若干位二进制数表示,
5、并行输入到计算机并行输入到计算机. 拨码盘开关输出的拨码盘开关输出的BCD码等；码等；仅以一位二进制数表示仅以一位二进制数表示. 启停信号和限位信号等；启停信号和限位信号等；频率信号频率信号,以串行形式进入计算机以串行形式进入计算机. 来自转速表，涡轮流量计、感应同步器等信号。来自转速表，涡轮流量计、感应同步器等信号。主要有主要有三种三种形式：形式：(4) (4) 数数字字量量输输出出通通道道：有有的的执执行行部部件件只只要要求求提提供供数数字字量量， 例例如如步步进进电电机机，控控制制电电机机启启停停和和报报警警信信号号等，这时应采用数字量输出通道。等，这时应采用数字量输出通道。 注注意意，
6、过过程程通通道道分分类类是是以以经经过过通通道道的的信信号号形形式式来来划划分分的的，并并不不以以连连续续的的对对象象来来划划分分， 如如模模拟拟对对象象的的模模拟拟量量可可以以转转换换为为频频率率信信号号(V(VF F变变换换) )连连接接于于数数字字输输入入通通道道；同同样样， 数数字字输输出出通通道道完完全全可可以以接接直直流流电电动动机，组成脉冲调宽控制机，组成脉冲调宽控制(PWM)。 K-7522 8通道通道开关量输入输出模块开关量输入输出模块 K-840ISA总线总线16位位开关量输入输出卡开关量输入输出卡2.2 2.2 开关量输入输出通道开关量输入输出通道CPU接接口口逻逻辑辑
7、输输入入输输出出电电气气接接口口 2.2.1 2.2.1 开关量输入输出通道的一般结构形式开关量输入输出通道的一般结构形式1 CPU接口逻辑接口逻辑 这这部部分分电电路路一一般般由由数数据据总总线线缓缓冲冲器器驱驱动动器器、输入输出口地址译码器、读写等控制信号组成。输入输出口地址译码器、读写等控制信号组成。 2 输入缓冲器和输出锁存器输入缓冲器和输出锁存器 输输入入缓缓冲冲器器是是对对外外部部输输入入的的信信号号起起缓缓冲冲、加加强强以以及及选选通通的的作作用用，CPU通通过过读读缓缓冲冲器器读读入入数数据据。输输出出锁锁存存器器的的作作用用是是锁锁存存CPU送送来来的的输输出出数据，供外部设
8、备使用。数据，供外部设备使用。 输输入入缓缓冲冲器器和和输输出出锁锁存存器器可可以以使使用用各各种种可可编编程程的的外外围围接接口口电电路路，也也可可以以使使用用简简单单的的中中小小规规模集成电路。模集成电路。 3 输入输出电气接口输入输出电气接口典典型型的的开开关关量量输输入入输输出出电电气气接接口口的的功功能能主主要是滤波、电平转换、隔离和功率驱动等。要是滤波、电平转换、隔离和功率驱动等。 各各种种开开关关量量输输入入输输出出通通道道的的主主要要区区别别在在于于I/O电气接口。电气接口。2.2.2 2.2.2 开关量输入信号的调理开关量输入信号的调理 开关量输入通道的基本功能是接收外部的以
9、逻开关量输入通道的基本功能是接收外部的以逻辑辑“1”或逻辑或逻辑“0”出现的状态信号，其信号的出现的状态信号，其信号的形式可能是电压、电流或开关的触点。在有些情形式可能是电压、电流或开关的触点。在有些情况下况下,外部输入的信号可能会引起瞬时的高电压、外部输入的信号可能会引起瞬时的高电压、过电压、接触抖动以及噪声等干扰。为了将外部过电压、接触抖动以及噪声等干扰。为了将外部的开关量信号输入到计算机，必须将现场输入的的开关量信号输入到计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能接收的逻辑信号，这就是开关量输入成计算机能接收的逻
10、辑信号，这就是开关量输入信号调理的任务信号调理的任务. 1信号转换电路信号转换电路电压电压电流电流高低电平高低电平可根据电压电流的大小选可根据电压电流的大小选择电阻值择电阻值开关通、断输入开关通、断输入高低高低电平电平2滤波电路滤波电路 由于长线传输、电路、空间等干扰的原因由于长线传输、电路、空间等干扰的原因,输入信号输入信号常常夹杂着各种干扰信号常常夹杂着各种干扰信号,这些干扰信号有时可能使读入这些干扰信号有时可能使读入信号出错信号出错,这就需要用滤波电路来消除干扰。这就需要用滤波电路来消除干扰。RC低通滤波电路低通滤波电路高频信号输入时高频信号输入时经过经过C进入地进入地高低高低电平电平这
11、种电路的输出信号与输入信号之间会有一个延迟，可根据这种电路的输出信号与输入信号之间会有一个延迟，可根据需要来调整需要来调整RC网络的时间常数。网络的时间常数。3保护电路保护电路 为了防止因过电压、瞬态尖峰或反极性信号损为了防止因过电压、瞬态尖峰或反极性信号损坏接口电路，在开关量输入电路中，应采取适当坏接口电路，在开关量输入电路中，应采取适当的保护措施。的保护措施。齐齐纳纳二二极极管管压压敏敏电电阻阻在一定电流在一定电流电压范围内电压范围内电阻值随电电阻值随电压而变压而变将瞬态尖峰将瞬态尖峰干扰箝位在干扰箝位在安全电位安全电位反极性保护反极性保护高压保护高压保护 加反极性电压加反极性电压二极管截
12、止二极管截止断开断开稳稳压压管管4消除触点抖动消除触点抖动 若开关量输入信号来自机械开关或继电器触点若开关量输入信号来自机械开关或继电器触点,由于开关触点闭合及断开时由于开关触点闭合及断开时,常常会发生抖动常常会发生抖动,因此，因此，输入信号的前沿及后沿常常是非清晰信号输入信号的前沿及后沿常常是非清晰信号.双向消抖电路双向消抖电路 RS触发器触发器利用利用RSRS触发器触发器的状态不变消的状态不变消除抖动除抖动5. 光电隔离技术光电隔离技术 在计算机控制系统中，为了提高系统的抗干扰在计算机控制系统中，为了提高系统的抗干扰能力，常需将工业现场的控制对象和计算机部分能力，常需将工业现场的控制对象和
13、计算机部分在电气上隔离开来。在电气上隔离开来。光耦合器光耦合器发发光光二二极极管管光光敏敏三三极极管管基极为光敏材料，有基极为光敏材料，有光照时产生光电效应。光照时产生光电效应。有光时，基极导通，有光时，基极导通，集电极输出低电平；集电极输出低电平；无光时，基极截止，无光时，基极截止，集电极输出高电平。集电极输出高电平。输入和输出在电气上完全隔离输入和输出在电气上完全隔离电电光光电电光耦合器的输入驱动电路光耦合器的输入驱动电路输入侧输入侧：工作电流一般为：工作电流一般为10mA工作电压一般小于工作电压一般小于1.3V。直接驱动直接驱动加三极管驱动加三极管驱动双极型晶体管双极型晶体管组成的门电路
14、组成的门电路单极型绝缘栅型场效应单极型绝缘栅型场效应管组成的门电路管组成的门电路输出测输出测：直接驱动：直接驱动TTLMOS等电路器件。等电路器件。10导通导通0截止截止101截止截止1饱和导通饱和导通0将输入侧的信号传递到了输出侧，由于将输入侧的信号传递到了输出侧，由于E1、E2两电源两电源不共地不共地，才能有效避免输入端、输出端相互间的反馈，才能有效避免输入端、输出端相互间的反馈和干扰，因此输入侧与输出侧电气上无任何联系。和干扰，因此输入侧与输出侧电气上无任何联系。用光耦合器隔离开关信号的电路图用光耦合器隔离开关信号的电路图 开关量输入信号调理电路开关量输入信号调理电路滤滤除除高高频频干干
15、扰扰瞬瞬态态尖尖峰峰保保护护电电路路R2限流电阻限流电阻过电压保护过电压保护反电压保护反电压保护隔离隔离S闭合，回路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导闭合，回路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数据线上为低电平，即输入信号为通，数据线上为低电平，即输入信号为0时对应开关时对应开关S闭合。闭合。反之，反之，1对应对应S断开。断开。降压降压整流整流2.2.3 2.2.3 开关量输出驱动电路开关量输出驱动电路1小功率驱动电路小功率驱动电路一般用于驱动发光二极管、一般用于驱动发光二极管、LEDLED显示器、小功率继电显示器、小功率继电器等元件或装置，要求电器等元件或装置，要求电路的驱动
16、能力一般为路的驱动能力一般为101040mA40mA，可采用小功，可采用小功率的三极管或集成电路如率的三极管或集成电路如7545175451、7545275452等来驱动。等来驱动。01导通导通集电极电流驱动集电极电流驱动LED发光发光2中功率驱动电路中功率驱动电路常用于驱动中功率继电器、常用于驱动中功率继电器、电磁开关等装置，一般要求电磁开关等装置，一般要求具有具有5050500mA500mA的驱动能力，的驱动能力，可采用达林顿复合晶体管或可采用达林顿复合晶体管或中功率三极管来驱动中功率三极管来驱动. .010保护二极管构成负荷线圈保护二极管构成负荷线圈断电时产生的反向电动势断电时产生的反向
17、电动势的泄流回路的泄流回路目前常用达林顿阵列驱动器如MC1412、 MC1413、 MC1416等来驱动中功率负载。图2-14是MC1416的结构图及每个复合管的内部结构，MC1416内含7对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达500 mA，输出端耐压可达100 V， 特别适合于驱动中功率继电器。 3 固态继电器及其使用方法固态继电器及其使用方法固态继电器（固态继电器（SSR）是一种新型的无触点开关的电子继电器，）是一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电子技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和它利用电子技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号的耦合，而且没有任何可动部件或触点
18、，却能实现电磁信号的耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。继电器的功能，故称为固态继电器。 固态继电器固态继电器(SSR)是一种四端有源器件是一种四端有源器件,其中两个低功耗输入其中两个低功耗输入控制端可与控制端可与TTL及及CMOS电平兼容，另外两个为晶闸管输出端。电平兼容，另外两个为晶闸管输出端。输入输出间采用光电隔离。输入输出间采用光电隔离。SSR单向直流型单向直流型(DC SSR)双向交流型双向交流型(AC SSR)过零触发型过零触发型(Z型型)调相型调相型(P型型)光耦隔离电路光耦隔离电路：在输入输出之间起信号传递作用，同：在输入输出之间起信号
19、传递作用，同时使两端在电气上完全隔离；时使两端在电气上完全隔离；过零检测过零检测：为交流型：为交流型SSR过零触发而设置；过零触发而设置；触发电路触发电路：为后级提供一个触：为后级提供一个触发信号，是电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导发信号，是电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导通；通；电子开关电子开关：接通或断开负载电源；：接通或断开负载电源；保护电路保护电路：防：防止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误操作或损害，一般由误操作或损害，一般由RC串联网络和压敏电阻组成。串联网络和压敏电阻组成。过零型过零型调相型调相型具有零电压开启、零
20、电流关断的特点具有零电压开启、零电流关断的特点,输出输出端在控制信号有效并保持到过零时导通端在控制信号有效并保持到过零时导通,控控制信号消失后，过零时关断。制信号消失后，过零时关断。又称随机开启型固态继电器，具有快速开启又称随机开启型固态继电器，具有快速开启性能，输出端随控制信号同步导通，控制信性能，输出端随控制信号同步导通，控制信号消失后，过零时关断。号消失后，过零时关断。固态继电器的驱动方法固态继电器的驱动方法 SSR在驱动负载的同时本身也需驱动在驱动负载的同时本身也需驱动2.2.4 2.2.4 开关量输入输出通道的设计开关量输入输出通道的设计1设计中应考虑的问题设计中应考虑的问题 主要应
21、考虑输入信号的拾取、转换、滤波、保护、主要应考虑输入信号的拾取、转换、滤波、保护、隔离以及输出信号的驱动等问题。隔离以及输出信号的驱动等问题。 (1) 开开关关状状态态型型开开关关量量输输入入信信号号的的拾拾取取：这这是是最最常常见见的的一一种种开开关关量量输输入入形形式式，如如生生产产设设备备或或过过程程中中某某个个开开关关或或继继电电器器的的断断开开与与闭闭合合等等。这这种种类类型型的的开开关关量量可可通通过过前前面面已已介介绍绍的的转转换换电电路路将将开开关关的状态转换为电平的高低。的状态转换为电平的高低。 (2) 位置型开关量输入信号的拾取：这种类型的位置型开关量输入信号的拾取：这种类
22、型的开关量输入信号需要通过合适的传感器来拾取，常开关量输入信号需要通过合适的传感器来拾取，常用的有行程开关、光电装置及干簧继电器等。用的有行程开关、光电装置及干簧继电器等。 (3) 计数型开关量输入信号的拾取：这种类型的计数型开关量输入信号的拾取：这种类型的开关量输入信号也需通过合适的传感器来拾取。如开关量输入信号也需通过合适的传感器来拾取。如用于测量转速时可使用光电对管、霍尔传感器、光用于测量转速时可使用光电对管、霍尔传感器、光电编码器等；测量位移时可使用光栅、磁栅等。电编码器等；测量位移时可使用光栅、磁栅等。2 开关量输入输出通道设计实例开关量输入输出通道设计实例典典型型的的16路路开开关
23、关量量输输入入输输出出通通道道原原理理图图输入缓冲器输入缓冲器输出锁存器输出锁存器输输入入光光耦耦合合器器输输出出光光耦耦合合器器达林顿管达林顿管 键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，若键盘上闭合键的识别是由若键盘上闭合键的识别是由专用硬件专用硬件实现实现的，称为的，称为编码编码键盘；若靠键盘；若靠软件软件实现的，则实现的，则为为非编码非编码键盘。键盘。2.3 人机接口人机接口键盘键盘 2.3.1 2.3.1 非编码键盘非编码键盘 非编码键盘是由一些按键排列成的一个行、列矩非编码键盘是由一些按键排列成的一个行、列矩阵。按键的作用只是简单地实现开关的接通或断开，阵
24、。按键的作用只是简单地实现开关的接通或断开，但必须有一套相应的程序与之配合，来解决按键的但必须有一套相应的程序与之配合，来解决按键的识别，键值的产生以及防止抖动等工作。因此，键识别，键值的产生以及防止抖动等工作。因此，键盘接口电路和软件程序必须解决以下一些问题：盘接口电路和软件程序必须解决以下一些问题：u检查是否有键按下检查是否有键按下u若有键按下若有键按下,判断是哪一个键并确定其键号或键值判断是哪一个键并确定其键号或键值u去抖动去抖动u处理多键同时按下处理多键同时按下u键输入软件处理键输入软件处理 一个电压信号是通过机械触点的闭合、断开过一个电压信号是通过机械触点的闭合、断开过程来实现信号传
25、递的，程来实现信号传递的， 抖动时间一般为抖动时间一般为5-10ms，按键的稳定闭合期为几百毫秒到几秒钟时间。为了按键的稳定闭合期为几百毫秒到几秒钟时间。为了保证保证CPU对按键闭合仅作一次键输入处理，必须去对按键闭合仅作一次键输入处理，必须去除抖动影响除抖动影响, 通常可用硬件或软件延时通常可用硬件或软件延时10ms处理。处理。 对于同时有两个以上的键被按下的情况，有两种对于同时有两个以上的键被按下的情况，有两种处理方法。处理方法。“双键同时按下双键同时按下”。用软件扫描键盘处理，当只。用软件扫描键盘处理，当只有一个键按下时才读取键盘的输出，并认为最后有一个键按下时才读取键盘的输出，并认为最
26、后按下的键为有效键。按下的键为有效键。“N键锁定键锁定”。多键按下时只处理一个键，任何其。多键按下时只处理一个键，任何其他按下又松开的键不产生任何键值；通常第一个他按下又松开的键不产生任何键值；通常第一个被按下或最后一个被松开的键产生键值。被按下或最后一个被松开的键产生键值。 当有键按下时，单片机应能够完成该按键所设定当有键按下时，单片机应能够完成该按键所设定的功能。的功能。键盘通过接口与键盘通过接口与CPU连接，连接，CPU采用查询采用查询或中断方式检查有无或中断方式检查有无键按下，再将该键号键按下，再将该键号送送A，然后通过散转，然后通过散转指令指令JMPA+DPTR转入执行该键功能的转入
27、执行该键功能的处理程序入口，最后处理程序入口，最后又返回到键盘管理程又返回到键盘管理程序的入口。序的入口。 1 1独立式连接的非编码键盘独立式连接的非编码键盘 每一个按键单独每一个按键单独占用一根占用一根IO线线每根每根IO线上的线上的按键的工作状态按键的工作状态不会影响其他不会影响其他IO线的工作状态线的工作状态01CPU输入输入P1口状态口状态用查询指令可方便用查询指令可方便地判断哪一个键被地判断哪一个键被按下。按下。 适用于按键数量较少情况适用于按键数量较少情况键值输入采用查询方式程序清单如下键值输入采用查询方式程序清单如下: :STARTSTART： MOV A MOV A，0FFH
28、0FFH MOV P1, A MOV P1, A MOV A, P1 MOV A, P1 JNB ACC.0 JNB ACC.0， P1.0 P1.0 JNB ACC.1 JNB ACC.1， P1.1 P1.1 JNB ACC.2 JNB ACC.2， P1.2 P1.2 JNB ACC.3 JNB ACC.3， P1.3 P1.3 JNB ACC.4 JNB ACC.4， P1.4 P1.4 JNB ACC.5 JNB ACC.5， P1.5 P1.5 JNB ACC.6 JNB ACC.6， P1.6 P1.6 JNB ACC.7 JNB ACC.7， P1.7 P1.7 置置P1P1为
29、输入状态，读引脚有效为输入状态，读引脚有效输入按键状态供查询用输入按键状态供查询用若直接寻若直接寻址的位值址的位值为为0，则执，则执行转移。行转移。0 0号键按下转号键按下转1 1号键按下转号键按下转2 2号键按下转号键按下转3 3号键按下转号键按下转4 4号键按下转号键按下转5 5号键按下转号键按下转6 6号键按下转号键按下转7 7号键按下转号键按下转按键查询按键查询 JMP STARTJMP STARTP1.0P1.0： LJMP PORT0 LJMP PORT0 P1.1P1.1： LJMP PORT1 LJMP PORT1 P1.7: LJMP PORT7P1.7: LJMP PORT
30、7若无键按下若无键按下 返回接着查询返回接着查询转转0 07 7号键处理程序入口号键处理程序入口键功能转移键功能转移 PORT0PORT0： LJMP START LJMP START PORT1PORT1： LJMP START LJMP START PORT7PORT7： LJMP START LJMP START0 0号键处理程序号键处理程序从从0 0号键程序执行完返回号键程序执行完返回1 1号键处理程序号键处理程序从从1 1号键程序执行完返回号键程序执行完返回7 7号键处理程序号键处理程序从从7 7号键程序执行完返回号键程序执行完返回8个个键键号号处处理理程程序序2. 2. 矩阵式连接
31、非编码键盘矩阵式连接非编码键盘 矩阵式又称为行列式。在按键数量较多时，可矩阵式又称为行列式。在按键数量较多时，可以少占用以少占用IO线。用线。用IO线组成行、列结构，行、线组成行、列结构，行、列线不相通，而是通过一个按键设置在行、列交叉列线不相通，而是通过一个按键设置在行、列交叉点上来连通。若需要设置点上来连通。若需要设置NM 个按键，则需要个按键，则需要MN根根IO线。线。 矩阵式键盘工作原理：矩阵式键盘工作原理：4行行4列键盘列键盘0有键按下对应列为有键按下对应列为0列线列线Y 行线行线X 0111 10111000 0100=84H4号键对应的键值号键对应的键值CPU操作时，先输出操作时
32、，先输出行有效信号，再输入行有效信号，再输入列信号，经过拼装、列信号，经过拼装、求反得到键值，利用求反得到键值，利用键值对应的唯一性来键值对应的唯一性来识别键盘上所有的键。识别键盘上所有的键。键盘上键盘上的字符的字符0123456789ABCDEF键值键值81H82H42H22H84H44H24H88H48H28H18H14H12H11H21H41H矩阵式非编码键盘接口及程序设计：矩阵式非编码键盘接口及程序设计：键键盘盘接接口口扫描输出口扫描输出口输入口输入口设设A口地址口地址0101H，C口地址口地址0103H。 子程序子程序: 键盘扫描程序中要调用两个子程序：键盘扫描程序中要调用两个子程序
33、： DIR LED显显示示器器显显示示子子程程序序(程程序序略略)。该该程序具有延时功能，其延时时间为程序具有延时功能，其延时时间为6ms。 KS1判判断断子子程程序序。该该程程序序判判断断是是否否有有键键闭闭合。程序如下：合。程序如下： KS1KS1： MOV DPTRMOV DPTR， 0101H 0101H MOV A MOV A，00H00H MOVX DPTR MOVX DPTR， A A INC DPTR INC DPTR INC DPTR INC DPTR MOVX A MOVX A， DPTRDPTR CPL A CPL A ANL A ANL A，0FH0FH RET RET
34、指向指向A A口口A A口扫描输出口扫描输出00H00H（行信息）（行信息）指向指向C C口口输入输入C C口数据（列信息）口数据（列信息）将累加将累加器器A按按位取反位取反判断是否有某列输入为判断是否有某列输入为0 0将累加将累加器器A内内容与后容与后面数值面数值按位与按位与屏蔽屏蔽A A的高四位的高四位（C C口只有低口只有低4 4位有用）位有用）执行执行KS1判断子程序的结果是：判断子程序的结果是：有键闭合，有键闭合，(A)0，无键闭合，则无键闭合，则(A)=0。 KEY1KEY1：ACALL KS1 ACALL KS1 JNZ JNZ LK1 LK1 NINI： ACALL DIR A
35、CALL DIR AJMP KEY1 AJMP KEY1 LK1LK1： ACALL DIR ACALL DIR ACALL DIR ACALL DIR ACALL KS1 ACALL KS1 JNZ LK2 JNZ LK2 ACALL DIR ACALL DIR AJMP KEY1 AJMP KEY1 LK2: MOV R2LK2: MOV R2，0FEH 0FEH MOV R4MOV R4，00H 00H 键盘扫描程序：键盘扫描程序：检查是否有键闭合检查是否有键闭合A A非非0 0（有键闭合）则转移（有键闭合）则转移显示一次显示一次( (延时延时6ms)6ms)显示两次显示两次( (延时延
36、时12ms12ms，去抖动，去抖动) )再检查是否有键闭合再检查是否有键闭合A A非非0 0（确实有键闭合）则转移（确实有键闭合）则转移无键闭合，延时无键闭合，延时6ms6ms后转后转KEY1KEY1扫描初值送扫描初值送R2R2扫描行号送扫描行号送R4R4LK4LK4： MOV DPTRMOV DPTR，0101H 0101H MOV AMOV A，R2R2 MOVX DPTR MOVX DPTR，A A INC DPTR INC DPTR INC DPTR INC DPTR MOVX AMOVX A， DPTR DPTR JB ACC.0JB ACC.0， LONE LONE MOV AMO
37、V A， 00H 00H AJMP LKP AJMP LKP LONELONE：JB ACC.1JB ACC.1，LTWO LTWO MOV A MOV A，08H 08H AJMP LKP AJMP LKP 指向指向A A口口扫描初值送扫描初值送A A口（行信息）口（行信息）指向指向C C口口输入输入C C口数据（列信息）口数据（列信息）ACC.0=1,ACC.0=1,第第1 1列无键闭合列无键闭合, ,转转LONELONE第第1 1列有键闭合列有键闭合, ,装第装第1 1列列值列列值ACC.1=1,ACC.1=1,第第2 2列无键闭合列无键闭合, ,转转LTWOLTWO第第2 2列有键闭合
38、列有键闭合, ,装第装第2 2列列值列列值LTWOLTWO：JB ACC.2JB ACC.2，LJHR LJHR MOV A MOV A，10H 10H AJMP LKP AJMP LKP LTHRLTHR：JB ACC.3JB ACC.3，NEXT NEXT MOV A MOV A， 18H 18H LKPLKP： ADD AADD A， R4 R4 PUSH A PUSH A LK3LK3： ACALL DIR ACALL DIR ACALL KS1 ACALL KS1 JNZ LK3 JNZ LK3 POP A POP A RET RET ACC.2=1,ACC.2=1,第第3 3列无键
39、闭合列无键闭合, ,转转LTHRLTHR第第3 3列有键闭合列有键闭合, ,装第装第3 3列列值列列值第第4 4列有键闭合列有键闭合, ,装第装第4 4列列值列列值ACC.3=1,ACC.3=1,第第4 4列无键闭合列无键闭合, ,转转NEXTNEXT计算键值计算键值保护键值保护键值若键起，键值送若键起，键值送A A延时延时6ms6ms查键是否继续闭合，若闭合再延时查键是否继续闭合，若闭合再延时NEXTNEXT： INC R4 INC R4 MOV A MOV A， R2 R2 JNB ACC.7 ,KND JNB ACC.7 ,KND RL A RL A MOV R2 MOV R2， A A
40、 AJMP LK4 AJMP LK4 KNDKND： AJMP KEY1 AJMP KEY1 键键盘盘扫扫描描程程序序的的运运行行结结果果是是把把闭闭合合键键键键值值放放在在累累加加器器A中中，然然后后再再根根据据键键值值进进行行下下一一步步工作，本程序键值未求反处理。工作，本程序键值未求反处理。 扫描行号加扫描行号加1 1第第7 7位为位为0 0，已扫完最高行，转已扫完最高行，转KNDKND扫描初值循环左移扫描初值循环左移1 1位位扫描下一行扫描下一行扫描完毕，开始新的一次扫描扫描完毕，开始新的一次扫描2.3.2 2.3.2 编码键盘编码键盘非非编编码码键键盘盘是是通通过过软软件件方方法法来
41、来实实现现键键盘盘扫扫描描、键键值值处处理理和和消消除除抖抖动动干干扰扰的的，这这将将占占用用较较多多的的CPU时时间间。在在一一个个较较大大的的控控制制系系统统中中，不不可可能能允允许许CPU总总是是执执行行键键盘盘程程序序。下下面面以以二二进进制制编编码码键键盘盘为为例例，介介绍绍一一种种用用硬硬件件方方法法来来识识别别键键盘盘和和解解决决抖抖动动干干扰扰的的键键盘盘编编码码器器及及其其接接口口电电路。路。 优先级最高优先级最高优先级最低优先级最低S0 S15中任意一个键被中任意一个键被按下，由编码位按下，由编码位D3D0均均 可输出相应的可输出相应的 4位二进制码。位二进制码。 消抖电路
42、消抖电路 常用的显示器件主要有发光二极管常用的显示器件主要有发光二极管LED和液晶和液晶显示器显示器LCD。2.4.1 2.4.1 发光二极管发光二极管LEDLED显示显示1. 71. 7段段LEDLED显示器结构与原理显示器结构与原理 由由7 7个发光二极管组成显示字段，并按个发光二极管组成显示字段，并按“8 8”字形字形排列。排列。7 7段发光管分别称为段发光管分别称为a a、b b、c c、d d、e e、f f、g g，有的还带有一个，有的还带有一个小数点小数点dpdp。 将将7 7段发光二极管阴极都连在一起段发光二极管阴极都连在一起, ,称为共阴极称为共阴极接法，当某个字段的阳极为高
43、电平时，对应的字段接法，当某个字段的阳极为高电平时，对应的字段就点亮。共阳极接法是将就点亮。共阳极接法是将LEDLED显示器的所有阳极并显示器的所有阳极并接后连到接后连到+5V+5V电源上，当某一字段的阴极为电源上，当某一字段的阴极为0 0时，时，对应的字段就点亮。对应的字段就点亮。 通过通过7 7段的不同组合控制，可以在段的不同组合控制，可以在“8 8”字形上显字形上显示示0 09 9和和A AF F共共1616个数字、字母，实现十六进制个数字、字母，实现十六进制显示。显示。要求用两种连接方法分别显示一个要求用两种连接方法分别显示一个0 0字符字符 对于共阴极接法，当加到阳极的数字量为对于共
44、阴极接法，当加到阳极的数字量为00111111B=3FH00111111B=3FH时，除时，除g g、dpdp不发光外，其他不发光外，其他6 6段段均发光，显示均发光，显示“0 0”。 对于共阳极接法，当加到阴极的数字量为对于共阳极接法，当加到阴极的数字量为11000000B=C0H11000000B=C0H时，显示时，显示“0 0”。 由此看出，共阳极接法的段选码与共阴极接法由此看出，共阳极接法的段选码与共阴极接法的段选码是逻辑的段选码是逻辑“非非”关系。关系。 LEDLED段选码和显示字符之间的关系段选码和显示字符之间的关系 显示字符显示字符共共阴极段阴极段选码选码共共阳极段阳极段选码选码
45、显示字符显示字符共共阴极段阴极段选码选码共共阳极段阳极段选码选码03FHC0H466H99H106HF9H56DH92H25BHA4H67DH82H34FHB0H707HF8H 自己导出自己导出8 8F F的段选码（注意：字母的大小写，的段选码（注意：字母的大小写，1616个显示字符之间不要有重复）个显示字符之间不要有重复）2. LED2. LED显示器两种显示方式显示器两种显示方式 点亮点亮LEDLED显示器有两种方式：静态显示和动态显示器有两种方式：静态显示和动态显示显示, ,以共阴极接法为例说明。以共阴极接法为例说明。(1) LED(1) LED静态显示方式：静态显示方式： 将将N N位
46、共阴极位共阴极LEDLED显示器的阴极连在一起接地，显示器的阴极连在一起接地，每一位每一位LEDLED的的8 8位段选线与一个位段选线与一个8 8位并行口相连，当位并行口相连，当显示某一个字符时，相应的发光二极管就恒定地导显示某一个字符时，相应的发光二极管就恒定地导通或截止。通或截止。4 4位静态位静态LEDLED显示电路显示电路 阴极接地阴极接地8 8位段选线位段选线8 8位并行口（输出段选码）位并行口（输出段选码） 每一位每一位LEDLED可独立显示，在同一时间里每一位可独立显示，在同一时间里每一位显示的字符可以各不相同。显示的字符可以各不相同。 静静态态显显示示的的优优点点是是所所需需驱
47、驱动动电电流流较较小小，可可以以由由81558155或或82558255直直接接驱驱动动，显显示示稳稳定定。缺缺点点是是N N位位LEDLED要要求求有有N N8 8位位I IO O口口线线，占占用用I IO O口口线线太多，故多在显示位数较少时使用。太多，故多在显示位数较少时使用。 (2) LED(2) LED动态显示方式：动态显示方式： 将多个将多个7 7段段LEDLED显示器的段选线复接在一起，只显示器的段选线复接在一起，只用一个用一个8 8位位I IO O控制各个控制各个LEDLED显示器的公共阴极轮显示器的公共阴极轮流接地，逐一扫描点亮，使每位流接地，逐一扫描点亮，使每位LEDLED
48、显示该位应当显示该位应当显示的字符。显示的字符。 恰当地选择点亮恰当地选择点亮LEDLED的时间间隔的时间间隔(1(15ms)5ms)，会给，会给人一种视觉暂停效应，似乎多位人一种视觉暂停效应，似乎多位LEDLED都在都在“同时同时”显显示。示。 8 8位位LEDLED动态显示原理图动态显示原理图 8 8位段选线位段选线位选码位选码选中一位（选中一位（0 0）输出段选码输出段选码 动态显示需要位选码，可由编程得到；静动态显示需要位选码，可由编程得到；静态和动态显示都需要段选码，段选码可由硬件和态和动态显示都需要段选码，段选码可由硬件和软件两种方法得到。软件两种方法得到。3. 3. 用用硬件硬件
49、译码的译码的8 8位位静态静态LEDLED显示接口电路显示接口电路 在单片机显示中，要求在单片机显示中，要求LEDLED显示十进制或十六显示十进制或十六进制数。因此在选择硬件译码器时，要能够完成进制数。因此在选择硬件译码器时，要能够完成对输入对输入BCDBCD码及十六进制数的锁存、译码并具有码及十六进制数的锁存、译码并具有直接驱动直接驱动LEDLED功能。功能。MC14495MC14495译码器输入输出及显示字符表译码器输入输出及显示字符表使用使用MC14495MC14495的的8 8位静态位静态LEDLED显示接口显示接口P1P1口一次输出口一次输出8 8位代码即可完成一位位代码即可完成一位
50、LEDLED静态显示。静态显示。段选码段选码决定哪一个决定哪一个MC14495MC14495有效有效4. 4. 用用软件软件译码的译码的8 8位位动态动态LEDLED显示接口电路显示接口电路8155使用使用81558155扩展的扩展的8 8位动态位动态LEDLED显示接口显示接口8 8位动态位动态LEDLED显示程序设计要点：显示程序设计要点： 81558155初始化：设定初始化：设定PAPA、PBPB口工作在输出状态口工作在输出状态, ,控制字为控制字为03H03H。 代码转换：代码转换：PBPB口输出段选码，在口输出段选码，在EPROMEPROM中开中开辟一个换码表，由指令查表取出段选码。
51、辟一个换码表，由指令查表取出段选码。 位选码形成：位选码形成：PAPA口输出位选码，从最左边第口输出位选码，从最左边第1 1位位LEDLED开始，然后右移一位选择左边第开始，然后右移一位选择左边第2 2位，位，依次轮流。在两次输出之间延时依次轮流。在两次输出之间延时1ms1ms，形成动态，形成动态显示。显示。10H11H12H13H14H15H16H17HLEDLED显示缓冲区（存放待显数据）显示缓冲区（存放待显数据）RAM送左送左1LED1LED送左送左2LED2LED送最右送最右LEDLED和和位位选选码码的的顺顺序序对对应应DISDIS： MOV AMOV A， 03H03H MOV D
52、PTRMOV DPTR，7F00H 7F00H MOVX DPTRMOVX DPTR，A A MOV R0MOV R0，10H 10H MOV R3MOV R3，7FH 7FH MOV AMOV A，R3 R3 LDOLDO：MOV DPTRMOV DPTR， 7F01H 7F01H MOVX DPTRMOVX DPTR，A A MOV AMOV A，R0 R0 MOV DPTR MOV DPTR，TABLE TABLE MOVC A MOVC A， A+DPTR A+DPTR MOV DPTR MOV DPTR， 7F02H 7F02H MOVX DPTR MOVX DPTR， A A 81
53、558155初始化初始化显示缓冲区首地址送显示缓冲区首地址送R0R0位选码初值送位选码初值送R3R3位选码初值送位选码初值送A A指向指向PAPA口地址口地址从从PAPA口输出位选码口输出位选码取待显示数据送取待显示数据送A A指向换码表首地址指向换码表首地址查表取出对应段选码查表取出对应段选码指向指向P PB B口地址口地址从从PBPB口输出段选码口输出段选码TABLETABLE： DB 3FH DB 3FH ； 对应字符对应字符0 0 DB 06H DB 06H ； 对应字符对应字符1 1 DB 5BH DB 5BH ； 对应字符对应字符2 2 DB 4FH DB 4FH ； 对应字符对应
54、字符3 3 DB 66H DB 66H ； 对应字符对应字符4 4 DB 6DH DB 6DH ； 对应字符对应字符5 5 DB 7DH DB 7DH ； 对应字符对应字符6 6 DB 07H DB 07H ； 对应字符对应字符7 7 DB 7FH DB 7FH ； 对应字符对应字符8 8 DB 6FH DB 6FH ； 对应字符对应字符9 9 DB 77H DB 77H ； 对应字符对应字符A A DB 7CH DB 7CH ； 对应字符对应字符B B DB 39H DB 39H ； 对应字符对应字符C C DB 5EH DB 5EH ； 对应字符对应字符D D DB 79H DB 79H
55、； 对应字符对应字符E E DB 71H DB 71H ； 对应字符对应字符F FACALL DLLACALL DLLMOV AMOV A， R3R3JNB ACC.0JNB ACC.0， LD1 LD1 RR A RR A MOV R3MOV R3， A A INC R0 INC R0 LJMP LD0 LJMP LD0 LD1LD1： RETRET调用延时调用延时1ms1ms子程序子程序再次把位选码送再次把位选码送A A判断判断8 8位位LEDLED是否显示完是否显示完显示完返回显示完返回未显示完，未显示完，0 0右移一位，变成下一位位选码右移一位，变成下一位位选码新的位选码存入新的位选码
56、存入R3R3指向下一个指向下一个RAMRAM显示地址显示地址转回，转回， 显示下一个数码显示下一个数码 软件延时软件延时1ms1ms子程序子程序( (相对于相对于80318031为为6MHz6MHz时钟时钟) )：DLLDLL： MOV R7MOV R7， 64H64HDLAYDLAY： NOPNOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R7 DJNZ R7， DLAYDLAY RET RET 一个机器周期为一个机器周期为2 2s s赋值循环次数（赋值循环次数（100100）执行需要执行需要1212s s达到延时达到延时1ms1ms的目的的目的2.4.2 LCD2.4.2 LCD显示接口
57、技术显示接口技术 液晶就是液态晶体液晶就是液态晶体(Liquid Crystal)(Liquid Crystal)，是一种，是一种不属于上述三态中任何一种状态的中间状态。不属于上述三态中任何一种状态的中间状态。通常将物质分为三态：固态、液态和气态。通常将物质分为三态：固态、液态和气态。 液晶是外观呈流动性的混浊液体，具有光学液晶是外观呈流动性的混浊液体，具有光学各向异性和晶体所特有的双折射性。各向异性和晶体所特有的双折射性。 能在某个温度范围内兼有液体和晶体二者特性，能在某个温度范围内兼有液体和晶体二者特性，也有人将其称为物质的第四态。也有人将其称为物质的第四态。 用液晶材料做成显示器就称为液
58、晶显示器用液晶材料做成显示器就称为液晶显示器(Liquid Crystal display)(Liquid Crystal display)，简称，简称LCDLCD。 液晶的显示是由于在显示像素上施加了电场，这液晶的显示是由于在显示像素上施加了电场，这个电场是显示像素前后两电极上的电位信号的合成。个电场是显示像素前后两电极上的电位信号的合成。由于直流电场容易使液晶的寿命降低，因此一般都由于直流电场容易使液晶的寿命降低，因此一般都只只建立交流电场建立交流电场，通过调整施加在液晶显示器电极，通过调整施加在液晶显示器电极上的电位信号的相位来建立驱动电场以实现显示。上的电位信号的相位来建立驱动电场以实
59、现显示。1. LCD1. LCD的驱动方式的驱动方式(1) (1) 静态驱动：静态驱动：显示像素的数量较少显示像素的数量较少各像素的各像素的背电极背电极BPBP连在一起连在一起引出一端引出一端各像素的各像素的段电极段电极SEGSEG分立引出分立引出在背电极在背电极BPBP上加一个正电压上加一个正电压( (如如5V)5V)，在所要显示的像素的段电极上加上在所要显示的像素的段电极上加上0V0V电压，该像素电极间的电压，该像素电极间的电位差电位差便为便为U UBPBP- -U USEGfSEGf= =5V5V，呈，呈显示显示状态；状态；不显示像素的段电极加上不显示像素的段电极加上5V5V电压，该电压
60、，该像素电极间的像素电极间的电位差电位差便为便为U UBPBP- -U USEGaSEGa= =0V0V，呈，呈不显示不显示状态。状态。 液晶每个像素显示时要求加交流电。液晶每个像素显示时要求加交流电。(2) (2) 动态驱动：动态驱动：显示像素的数量较多显示像素的数量较多采用矩阵结构采用矩阵结构水平一组显示像素的背电极水平一组显示像素的背电极连在一起引出，称为行电极，连在一起引出，称为行电极，又称为公共极，用又称为公共极，用COMCOM表示；表示；纵向一组显示像素的段电极纵向一组显示像素的段电极连在一起，称之为段电极，连在一起，称之为段电极，又称为列电极，用又称为列电极，用SEGSEG或或C
61、OLCOL表示。表示。某位像素显示需要某位像素显示需要该点的行电压和列该点的行电压和列电压的电压的电位差最大。电位差最大。2. 2. 点阵图形式液晶显示器的使用点阵图形式液晶显示器的使用 点阵图形式液晶显示器的显示面积较大点阵图形式液晶显示器的显示面积较大, ,显示像素显示像素是连续排列的，不仅可以显示任意字符是连续排列的，不仅可以显示任意字符, ,也可以显示也可以显示各种曲线和图形；同时图形与字符还可以实现与、各种曲线和图形；同时图形与字符还可以实现与、或、异或等逻辑组合，然后再混合显示。或、异或等逻辑组合，然后再混合显示。以显示模块以显示模块DMF5001NDMF5001N为例介绍：为例介
62、绍：液晶屏液晶屏防静电保护装置防静电保护装置 数据线数据线控制线控制线特点特点地址安排地址安排指令系统指令系统DMF5001NDMF5001N液晶显示器的应用：液晶显示器的应用：DMF5001NDMF5001N液晶显示模块与单片机接口的实际应用电路液晶显示模块与单片机接口的实际应用电路指令数据指令数据控制信号控制信号P1.7=0 P1.7=0 写状态写状态P1.7=1 P1.7=1 读状态读状态DMF5001NDMF5001N液晶显示器初始化流程图液晶显示器初始化流程图 写指令、写指令、 数据流程图数据流程图 要写入的指令放在指令缓冲区要写入的指令放在指令缓冲区R5R5中，要写入的中，要写入的
63、数据数据D D2 2、D D1 1放在数据缓冲区放在数据缓冲区R2R2、R3R3内。内。初始化程序如下：初始化程序如下：FMATFMAT： MOV R2MOV R2， 05H05HDALY1DALY1： MOV R3MOV R3， 00H00HDALY2DALY2： MOV R4MOV R4， 00H00HDALY3DALY3： DJNZ R4DJNZ R4， DALY3DALY3 DJNZ R3 DJNZ R3， DALY2DALY2 DJNZ R2DJNZ R2， DALY1DALY1 MOV MOVR5R5， 9DH9DH LCALL BSC LCALL BSC 延时，使延时，使LCDL
64、CD充分复位充分复位设置为文本图形混合方式设置为文本图形混合方式, , 光标闪烁但暂隐藏光标闪烁但暂隐藏LCDLCD忙否，进行指令操作忙否，进行指令操作 MOV R5MOV R5， 0A7H 0A7H LCALL BSC LCALL BSC MOV R2 MOV R2， 00H 00H MOV R3 MOV R3， 00H00H MOV R5 MOV R5， 21H21H LCALL BSD LCALL BSD MOV R5 MOV R5， 81H81H LCALL BSC LCALL BSC MOV R2 MOV R2， 5AH5AH MOV R3 MOV R3， 00H00H MOV R5
65、 MOV R5， 40H40H LCALL BSD LCALL BSD 设置光标大小设置光标大小光标坐标初始化为光标坐标初始化为0 0行行0 0列列LCDLCD忙否，不忙进行写数据操作忙否，不忙进行写数据操作设置文本和图形异或方式显示设置文本和图形异或方式显示数据文本缓冲区首址为数据文本缓冲区首址为5A00H5A00H MOV R3MOV R3， 14H 14H MOV R2 MOV R2， 00H00H MOV R5 MOV R5， 41H41H LCALL BSD LCALL BSD MOV R2 MOV R2， 50H 50H MOV R3 MOV R3， 00H00H MOV R5 M
66、OV R5， 42H42H LCALL BSD LCALL BSD MOV R3 MOV R3， 14H 14H MOV R2 MOV R2， 00H00H MOV R5 MOV R5， 43H43H LCALL BSD LCALL BSD RET RET 设置文本宽度为设置文本宽度为2020列列图形缓冲区首地址图形缓冲区首地址5000H5000H图形宽度为图形宽度为2020列列BSC: LCALL WAIT BSC: LCALL WAIT MOV A MOV A， R5 R5 MOVX DPTR MOVX DPTR，A A RET RET LCDLCD忙否忙否读取指令读取指令给液晶显示器写指
67、令给液晶显示器写指令BSDBSD： LCALL WAIT LCALL WAIT CLR P1.7 CLR P1.7 MOV A MOV A， R3R3 MOVX DPTR MOVX DPTR，A A INC DPTR INC DPTR MOV A MOV A， R2R2 MOVX DPTR MOVX DPTR，A A LCALL BSC LCALL BSC RET RET LCDLCD忙否忙否准备写数据准备写数据写写(R3)(R3)数据数据D D1 1写写(R2)(R2)数据数据D D2 2写写(R5)(R5)指令指令WAITWAIT： MOV DPTR MOV DPTR，0000H 0000H SETB P1.7 SETB P1.7 MOVX A MOVX A，DPTRDPTR ANL A ANL A，03H 03H CJNE A CJNE A，03H03H， WAIT WAIT RET RET 选中选中LCDLCD准备读状态准备读状态读读LCDLCD状态状态取取STA1STA1，STA0STA0位位检查检查LCDLCD忙否忙否忙，继续等；忙，继续等；不忙，去执行不忙，去执行BSCBSC或或BSDBSD DMF5001NDMF5001N液液晶晶显显示示器器的的显显示示字字符符、图图形形数数据据输入通常采用连续写的方式输入通常采用连续写的方式. .
