第9章 微型計算機接口技術常用外設接口設計

1、常用外設接口設計 一、 LED接口 1. LED數(shù)碼管 LED數(shù)碼管是工業(yè)控制系統(tǒng)中十分常見的一種顯示裝置。 LED數(shù)碼管分為共陽和共陰兩種結構。 圖19 共陽LED數(shù)碼管的示意圖 agfbecdDP1510638124edc5DP6b7a9f10g 2. 接口電路 下面一段程序可判斷按鈕的狀態(tài)。當K閉合時，顯示3；當K斷開時顯示6。 START：MOV DX，00F1H IN AL，DX TEST AL，01H JNZK OPEN MOV DX，00F0H MOV AL，4FH OUT DX，AL JMP START KOPEN： MOV DX，00F0H MOV AL，7DH OUT DX

2、，AL JMP START 圖20 LED數(shù)碼管及按鈕的一種接口電路 1CBAG2A74LS138G&G2BA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q011111111Q7D0D7D0D7CP1Y0D01IORIOWY110k5108K740674LS273abcdefgDP 5V系統(tǒng)總線 二、 鍵盤接口 鍵盤是微機應用系統(tǒng)中不可缺少的外圍設備，即使是單板機通常也配有十六進制的鍵盤。操作人員通過鍵盤可以生成程序，進行數(shù)據(jù)輸入/輸出、程序查錯、程序執(zhí)行等操作。它是人機會話的一個重要輸入工具。 1. 非編碼式鍵盤 1) 鍵盤的基本結構 一

3、般非編碼式鍵盤采用矩陣結構，如圖7.44所示。 圖21 矩陣式鍵盤及其接口 L5Q5Q4Q3Q2Q1Q0D5D4D3D2D1D0DIGLHABCDL4L3L2L1L07894561230FER4R3R2R1R05V10k10k10k10k10kKBSELD5D4D3D2D1D0鎖存器CP 2) 鍵盤接口 該鍵盤有6條行選擇線和5條列選擇線。使用一個輸出口作為行選擇線輸出，其對應關系如下： 在掃描鍵盤過程中，應注意如下問題： 鍵抖動。 串鍵。 應防止按一次鍵而產(chǎn)生多次處理的情況。 圖22 按鍵的硬件消抖電路 &5V5V輸出 3) 鍵值的確定 如圖22所示，當某一個鍵按下時，根據(jù)該鍵所處的行列號，

4、CPU可以通過接口得到相應的行寄存器值及列寄存器值，如表7所示。 表7.7 行列寄存器值一覽表 例如，鍵“8”處于第3行，第3列。那么，當按下該鍵時，行寄存器和列寄存器的值分別為08H和17H。為了簡化鍵值表，我們將行寄存器和列寄存器兩個字節(jié)的值拼成一個字節(jié)。拼字的規(guī)律是： (FFH-行號)16+列寄存器值 從而得到查表值。例如，鍵“8”的查表值可按上述規(guī)律計算得： 鍵 “ 8 ” 查 表 值 = ( F F H -03H)16+17H=C0H+17H=D7H 表8 鍵值表 4) 鍵盤掃描及譯碼程序 鍵盤掃描及譯碼程序的流程圖如圖23所示。首先向行寄存器送FFH，由于8鎖存器輸出加有反相器，故

5、使所有行線置為低電平。 圖23 鍵盤掃描及譯碼程序流程圖 啟 動鍵盤所有行均送“0”是否有鍵按下？設置行掃描初值01H行掃描初值送BL是輸出行掃描值是否有鍵按下？否BL左移一位，為掃描下一行作準備否所有行是否都掃描完？否是根據(jù)行列寄存器值，計算按下鍵的查表值(FFH 行號)16(AL)查鍵值表，并送BL按下鍵 是否釋放？鍵值送AL否是是轉顯示程序 ；鍵盤掃描程序 DECKY: MOV AL,3FH MOV DX,DIGLH OUT DX,AL ；行線全部置為低電平 MOV DX,KBSEL IN AL，DX AND AL，1FH CMP AL，1FH ；判有無鍵閉合 JZ DISUP ；無鍵閉

6、合轉顯示程序 CALLD20MS ；消除鍵抖動，D20MS為20ms延時子程序 MOVBL，01H ；初始化行掃描值 KEYDN1： MOVDX,DIGLH MOVAL，BL OUTDX，AL ；行掃描 MOVDX，KBSEL INAL，DX ；該行是否有鍵閉合 ANDAL，1FH ；有則轉譯碼程序 CMPAL，1FH JNZKEYDN2 SHLBL，1 MOVAL，40H CMPAL，BL ；所有行都掃描完否 JNZKEYDN1 ；未完 JMPDISUP ；完轉顯示 KEYDN2： MOVCH，00H；鍵盤譯碼程序 KEYDN3: DECCH SHRBL，1 JNZKEYDN3 SHLCH，

7、1 SHLCH，1 SHLCH，1 SHLCH，1 ADDAL，CH ；實現(xiàn)(FFH-行號)16+列 MOVDI，OFFSETKYTBL ；端口值 KEYDN4： CMPAL，DI ；尋找鍵值 JZKEYDN5 INCDI INCBL ；表序號加1 JMPKEYDN4 KEYDN5： MOV DX，KBSEL KEYDN6： INAL，DX AND AL，1FH CMP AL，1FH ；檢測鍵是否釋放 JNZ KEYDN6 ；未釋放繼續(xù)檢測 CALLD20MS ；消除鍵抖動 MOV AL，BL ；鍵值送AL 2. 編碼式鍵盤 1)與系統(tǒng)的連接方式 2)專用鍵盤接口芯片 圖24 利用8279作為

8、鍵盤接口的框圖微處理器8279IRQD0D7RDWRCSA0CLKRESETRL0RL7SL0SL3SHIFTCNTL/STB鍵盤圖25 利用SSK814作為鍵盤接口的框圖 8251TxDRxCCLKRTSRxDCTSSSK814RxDRET0RET7CTSTxDRTSX1X0分頻TxCCPULED88鍵盤矩陣SHIFTHC4514SL0SL7410譯碼85VRL0RL79 3) PC鍵盤 所有的PC鍵盤都是完全可互換的，它是PC中少數(shù)的幾個從不會與其他部件發(fā)生沖突的設備之一。PC鍵盤采用智能接口與微機相連，該智能接口在微控制器(即單片機)的控制下實現(xiàn)按鍵檢測、鍵碼識別及與微機雙向通信功能。

9、圖26 AT鍵盤接口框圖 AT鍵盤專用控制器串行接口FIFO緩沖器8042微控制器CPU鍵盤緩沖區(qū) 三、 打印機接口 1.打印機接口總線 1)串行接口總線 打印機的串行接口總線采用RS232C標準接口總線。在大多數(shù)情況下使用它的簡化型，即只有3條線： TxD數(shù)據(jù)發(fā)送線(輸出線)； 允許向打印機發(fā)送數(shù)據(jù)線(輸入線)； GND地線。 TxD是串行數(shù)據(jù)發(fā)送線，與打印機的串行數(shù)據(jù)輸入端相連。 2) 并行接口總線CTS圖27 打印機接口電路的主要波形定時關系 2.打印機串行接口電路及驅動程序 1)打印機串行接口電路 2)串行接口打印驅動程序 CPU輸出的打印機串行信號格式，是完全符合RS232C標準的。

10、例如，在與打印機傳送字符時，其信息傳送格式可作如下選擇： 啟動位1位 數(shù)據(jù)位7位 校驗位奇校驗 停止位1位圖28 打印機串行接口電路實例 8251D0D7WRRDCSRESET數(shù)據(jù)線IOWIORC/DA0地 址譯碼器地址線RESETDRVDCDRxCLKTxCLK9600480024001200300110F1F3F5F7F11F13MC14411波特率發(fā)生器CTSTxD11148914885317RS232C接插頭1114881489BUSY(RTS)TxD打印機 下面就是用8088匯編語言編寫的打印一個字符的子程序(假設要打印的字符事先已放在BL寄存器中)。 ；字符輸出打印子程序 ；初始化

11、程序 INIT MOV AL，59H；不分頻，7位，奇校驗，1位停止位 MOV DX，R51CR OUT DX，AL；方式選擇字送8251控制寄存器 MOV AL，11H OUT DX，AL；發(fā)命令字，允許發(fā)送 PRINT PROC NEAR PUSH AX PUSH BX LOOP SINAL，DX ；讀8251狀態(tài)寄存器 AND AL，01H JZ LOOPS MOV AL，BL MOV DXR51DR OUT DX，AL ；打印字符送8251輸出寄存器 POP BX POP AX RET PRIN TENDP 在程序中所用到的符號定義如下： R51CR8251的控制寄存器、狀態(tài)寄存器；

12、R51DR8251的數(shù)據(jù)寄存器。 8251的初始化程序一般應放在系統(tǒng)初始化程序中。 在設計該打印機串行接口電路時，應注意： 當打印機和主機距離較遠時(超過2m)，應如圖28那樣加1488和1489RS232C接口總線的收發(fā)器；如果距離較近，只要用兩塊集電極開路門進行緩沖就行了。 在串行接口中，狀態(tài)線只有一條( )，該信號應為打印機就緒信號輸出。CTS表9 打印機并行接口引腳定義 圖29 并行打印機接口電路 (a)并行打印機接口譯碼及輸出電路；(b)并行打印機接口的輸入電路 74LS1552Y02Y12Y22Y31Y01Y11Y21Y32GAB2C1G1C1413A315&74LS30A4A5A

13、6A9A7345612112474LS02AEN56116A8RP15VA0A1IOW38IOR8974LS02211011WPAWPC765RPARPBRPC1174LS245BADIROE174LS1741D5D1QCLKCLR2Q3Q4Q5QBD0BD7D0D7111RESET74LS3741D8D1Q8QCLKOEDATA0 DATA72571012111112740556341111098STROBEAUTOFDXTINITSLCTINIRQEN1RP19105VIRQEN874LS86174LS8654J11191121374LS02(a) 圖29 并行打印機接口電路 (a)并行打

14、印機接口譯碼及輸出電路；(b)并行打印機接口的輸入電路 74LS244AYDATA0 DATA7BD0 BD71G2G119RPA74LS125IRQEN981074LS2402G3BD02A12A22A311 74LS02223134174LS8613112125V2A41A11A21A31A41G68111131517194562Y12Y25BD12Y37BD22Y49BD31Y118BD41Y216BD51Y314BD61Y412BD7BD3111274LS125IRQ713IRQENERRORRPBBUSYACKPESLCTSLCTININITAUTOFDXTSTROBERPC11(b

15、) 輸入數(shù)據(jù)緩沖器RPA 輸出數(shù)據(jù)寄存器WPA 狀態(tài)寄存器RPB 輸入緩沖器RPC 輸出控制寄存器WPC 其地址為： A278H B279H C27AH共用一個地址 共用一個地址 2) 并行接口打印驅動程序如用 8088匯編語言編程就可編寫出如下子程序。 PRINT PROC FAR PUSH DS PUSH DX PUSH SI PUSH CX PUSH BX MOV DX，278H；打印機數(shù)據(jù)寄存器地址送DX OUT DX，AL ；字符送接口輸出 INC DX PR1：SUB CX，CX PR11：IN AL，DX MOV AH，AL TEST AL，80H ；檢測打印機忙否 JNZP R

16、2 LOOPPR11 ；“忙”循環(huán) DEC BL ；超時計數(shù)減1 JNZP R1 PR2： MOV AL，0DH INCDX ；DX指向輸出控制寄存器 OUT DX，AL；使選通信號變低 MOV AL，0CH OUT DX，AL；使選通信號變高 POP BX POP CX POP SI POP DX POP DS RET PRINT ENDP STROBESTROBE 四、 光電隔離輸入輸出接口 1.光電隔離器件 電原理圖 光電隔離器件的種類很多，但其基本的原理是完全一樣的。典型光電隔離管的電原理圖如圖30所示。 2.光電隔離輸入/輸出接口電路 光電隔離器件只是用于實現(xiàn)電路之間在不共地的情況下

17、進行電氣連接的部件，因此它不能單獨作為接口部件。 圖30 光電隔離器件電原理圖 CE圖31 光電隔離輸入/輸出接口電路 (a)輸入接口；(b)輸出接口 D0D7D1Q0Q7Q1D0D1D774LS273微機總線譯碼器IOWI/O地址R1RVDD外設CPY0Y7Y1A0A7A1E1E2D0D1D774LS244微機總線譯碼器IORI/O地址RR1VDD開關量外設(a)(b)5V5V 3. 光電隔離接口應用舉例 繼電器是工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的設備，利用它可以實現(xiàn)電源的通斷、閥門的開關、設備的啟停等控制。繼電器內部由電磁鐵、金屬簧片與兩個觸點構成，在繼電器不工作時，常開觸點處于斷開狀態(tài)，常閉觸點處于接

18、通狀態(tài)。 圖32 光電隔離輸入/輸出接口電路實例 地址譯碼SL2A0A15SL111IOWIOR74LS273CPSL2Q0D0D7D0D7Q7微機總線5VR1R2SL174LS240RR35V12V*12V*加熱器電源被控對象繼電器12V*隔離電源隔離地 控制程序如下(假定三態(tài)門的端口地址為1000H，鎖存器的端口地址為1001H)： FLG DB? START：MOV DX，1001H MOV AL，01H OUT DX，AL；加熱器通電 CALL DLY10ms ;DLY10ms為10ms延遲程序，等待吸合 MOV DX，1000H IN AL，DX AND AL，80H JNZ ERR CALL DLY10min；延時10分鐘 CALL DLY10min MOV DX，1001H MOV AL，00H OUT DX，AL；加熱器斷電 CALL DLY10ms MOV DX，1000H INAL，DX AND