8MCS51單片機的人機界面接口技術(shù)課件

1、第8章 MCS-51單片機的人機界面接口技術(shù)8.1 鍵盤及其接口8.2 顯示器接口8.3 打印機接口8.4 撥碼盤及語音接口第8章 MCS-51單片機的人機界面接口技術(shù)8.1 鍵盤8.1 鍵盤及其接口8.1.1 獨立式鍵盤接口8.1.2 行列式鍵盤返回本章首頁8.1 鍵盤及其接口8.1.1 獨立式鍵盤接口返回本在設(shè)計鍵盤接口時，解決以下幾個問題： 開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入可設(shè)計硬件去抖動電路或設(shè)計去抖動軟件。 鍵盤狀態(tài)的監(jiān)測方法中斷方式還是查詢方式。 鍵盤編碼方法。 鍵盤控制程序的編制。在設(shè)計鍵盤接口時，解決以下幾個問題：8.1.1 獨立式鍵盤接口1獨立式按鍵結(jié)構(gòu)獨立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成的

2、單個按鍵電路。每根I/O口線上按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。獨立式按鍵電路如圖8-1所示。2獨立式按鍵的軟件結(jié)構(gòu)包括按鍵查詢、鍵功能程序轉(zhuǎn)移。FP0FP7 為功能程序入口地址標號，PROM0PROM7分別為每個按鍵的功能程序。圖8-2為使用擴展I/O的獨立式按鍵電路，按鍵數(shù)量可多可少。 8.1.1 獨立式鍵盤接口1獨立式按鍵結(jié)構(gòu)圖8-1 獨立式按鍵電路 圖8-1 獨立式按鍵電路 圖8-2 使用8255擴展I/O的獨立式鍵盤返回本節(jié)圖8-2 使用8255擴展I/O的獨立式鍵盤返回本節(jié)8.1.2 行列式鍵盤1鍵盤工作原理行列式鍵盤電路原理如圖8-3所示。按鍵設(shè)置在行列式交點上，行

3、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。當行線通過上拉電阻接+5伏時，被鉗位在高電平狀態(tài)。鍵盤中有無按鍵按下是由列線送入全掃描字、行線讀入行線狀態(tài)來判斷的。鍵盤中哪一個鍵按下可由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來判斷。 8.1.2 行列式鍵盤1鍵盤工作原理圖8-3 行列式鍵盤原理電路圖8-3 行列式鍵盤原理電路2鍵盤工作方式（如圖8-48-7所示）鍵盤的工作方式： 編程掃描方式、定時掃描方式、中斷掃描方式三種。在鍵盤掃描子程序中完成下述幾個功能。（1）判斷鍵盤上有無鍵按下（2）去鍵的機械抖動影響。 （3）求按下鍵的鍵號。 （4）鍵閉合一次僅進行一次鍵功能操作。2鍵盤工作方式（如圖8-48-7所示）圖8

4、-4 8155擴展I/O口組成的行列式鍵盤圖8-4 8155擴展I/O口組成的行列式鍵盤圖8-5 鍵掃描子程序框圖圖8-5 鍵掃描子程序框圖圖8-6 定時掃描方式程序框圖圖8-6 定時掃描方式程序框圖圖8-7 中斷方式鍵盤接口圖8-7 中斷方式鍵盤接口3鍵盤掃描方式掃描法：在判定有鍵按下后逐列（或逐行）置低電平，同時讀入行（或列）的狀態(tài)，如果行（或列）的狀態(tài)出現(xiàn)非全1狀態(tài)，這時0狀態(tài)的行、列交點的鍵就是所按下的鍵。特點是逐列（或逐行）掃描查詢。這時相應(yīng)行（或列）應(yīng)有上拉電阻接高電平。反轉(zhuǎn)法：只要經(jīng)過兩個步驟就可獲得鍵值。反轉(zhuǎn)法原理如圖8-8所示。3鍵盤掃描方式 （a）線反轉(zhuǎn)法第一步 （b）線反

5、轉(zhuǎn)法第二步圖8-8 線反轉(zhuǎn)法原理 （a）線反轉(zhuǎn)法第一步 4行列式鍵盤接口（如圖8-9所示） 通用并行擴展I/O口鍵盤接口8031串行I/O口擴展的鍵盤接口4行列式鍵盤接口（如圖8-9所示） 圖8-9 8031串行I/O口擴展的行列式鍵盤接口 返回本節(jié)圖8-9 8031串行I/O口擴展的行列式鍵盤接口 返回本8.2 顯示器接口8.2.1 LED顯示器接口8.2.2 LCD顯示器接口8.2.3 典型鍵盤/顯示器接口實例返回本章首頁8.2 顯示器接口8.2.1 LED顯示器接口返回本章首8.2.1 LED顯示器接口1LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在微機應(yīng)用系統(tǒng)中

6、通常使用的是七段LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種，如圖8-10所示。七段顯示塊與微機接口非常容易。如表8-1所示。 8.2.1 LED顯示器接口1LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理 （a）共陰極 （b）共陽極 （c）管腳配置圖8-10 七段LED顯示塊 （a）共陰極 （b）共陽極 表8-1 七段LED的段選碼 表8-1 七段LED的段選碼 2LED顯示器與顯示方式在微機應(yīng)用系統(tǒng)中使用LED顯示塊構(gòu)成N位LED顯示器。圖8-11是N位顯示器的構(gòu)成原理。LED顯示器有兩種方式：（1）LED靜態(tài)顯示方式（如圖8-12所示） （2）LED動態(tài)顯示方式（如圖8-13所示） 2LED顯示器與顯示方式圖8-11

7、N位LED顯示器圖8-11 N位LED顯示器圖8-12 四位靜態(tài)LED顯示器電路圖8-12 四位靜態(tài)LED顯示器電路圖8-13 八位LED動態(tài)顯示器電路 圖8-13 八位LED動態(tài)顯示器電路 3LED顯示器接口實例從LED顯示器的原理可知，為了顯示字母與數(shù)字，必須最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段選碼。這種轉(zhuǎn)換可以通過硬件譯碼器或軟件進行譯碼。l 硬件譯碼器LED顯示器接口（如圖8-14所示）l 軟件譯碼LED顯示器接口（如圖8-15 8-16所示）3LED顯示器接口實例圖8-14 利用硬件譯碼器的七段LED接口電路 圖8-14 利用硬件譯碼器的七段LED接口電路 圖8-15 通過8155擴展I/O口控制的8

8、位LED動態(tài)顯示接口圖8-15 通過8155擴展I/O口控制的8位LED動態(tài)顯圖8-16 動態(tài)顯示子程序流程圖返回本節(jié)圖8-16 動態(tài)顯示子程序流程圖返回本節(jié)8.2.2 LCD顯示器接口1LCD的基本結(jié)構(gòu)及工作原理圖8-17 液晶顯示器基本結(jié)構(gòu)8.2.2 LCD顯示器接口1LCD的基本結(jié)構(gòu)及工作原2LCD的驅(qū)動方式靜態(tài)驅(qū)動方式：靜態(tài)驅(qū)動回路及波形如圖8-18所示，圖中LCD表示某個液晶顯示段。時分割驅(qū)動電壓平均化：當顯示字段增多時，為減少引出線和驅(qū)動回路數(shù)，需要采用時分割驅(qū)動法。時分割驅(qū)動方式通常采用電壓平均化法，其占空比有1/2，1/8，1/11，1/16，1/32，1/64等，偏比有1/2

9、，1/3，1/4，1/5，1/7，1/9等。2LCD的驅(qū)動方式（a）驅(qū)動回路；（b）真值表；（c）驅(qū)動波形圖8-18 靜態(tài)驅(qū)動回路及波形（a）驅(qū)動回路；（b）真值表；（c）驅(qū)動波形3LCD接口實例硬件接口電路：圖8-19為六位液晶靜態(tài)顯示電路。典型顯示子程序：設(shè)顯示緩沖區(qū)為8031片內(nèi)RAM的22H27H六個單元依次放置六位分離的BCD碼。3LCD接口實例圖8-19 六位LED靜態(tài)顯示電路 返回本節(jié)圖8-19 六位LED靜態(tài)顯示電路 返回本節(jié)8.2.3 典型鍵盤/顯示器接口實例18155擴展I/O口的鍵盤/顯示器接口接口電路：LED顯示器采用共陰極如圖8-20所示 ；LED采用動態(tài)顯示軟件譯碼

10、，鍵盤采用逐行掃描查詢方式；LED的驅(qū)動采用北京集成電路設(shè)計中心生產(chǎn)的集電極開路輸出八位驅(qū)動器8718。軟件設(shè)計：由于鍵盤與顯示做成一個接口電路，因此在軟件設(shè)計中合并考慮鍵盤查詢與動態(tài)顯示，鍵盤消顫的延時子程序用顯示程序代替。8.2.3 典型鍵盤/顯示器接口實例18155擴展I/圖8-20 8155擴展I/O口的鍵盤/顯示器接口電路圖8-20 8155擴展I/O口的鍵盤/顯示器接口電路2串行口擴展的鍵盤/顯示器接口接口電路：圖中使用一片74LS164和2根行線擴展16鍵鍵盤。電路原理如圖8-21所示。軟件設(shè)計：在圖8-21中，設(shè)顯示器位數(shù)存于R7，顯示緩沖區(qū)首址存于R0，顯示字符以BCD碼形式

11、存放，8031 RAM中20H為鍵碼緩沖區(qū)，無鍵輸入時，20H中為80H。2串行口擴展的鍵盤/顯示器接口圖8-21 串行口擴展的鍵盤/顯示器接口圖8-21 串行口擴展的鍵盤/顯示器接口38279鍵盤/顯示器接口8279是專用鍵盤/顯示器控制芯片，能對顯示器自動掃描，能識別鍵盤上按下鍵的鍵號；可充分提高CPU的工作效率。8279與MCS-51接口方便，由它構(gòu)成的標準鍵盤/顯示器接口在微機應(yīng)用系統(tǒng)中使用越來越廣泛。 38279鍵盤/顯示器接口48279接口和編程的一般方法接口電路的一般連接方法 8279的鍵盤/顯示器電路與8031接口的一般連接方法如圖8-22所示。 ALE可直接與8279CLK相

12、連，由8279設(shè)置適當?shù)姆诸l數(shù)，分頻至100KHz。48279接口和編程的一般方法圖8-22 8279的鍵盤/顯示器電路及與8031接口圖8-22 8279的鍵盤/顯示器電路及與8031接口 8279鍵盤、顯示接口應(yīng)用特性：（1）8279操作命令（表8-2所示） （2）8279的FIFO狀態(tài)查詢（3）8279的數(shù)據(jù)輸入/輸出（4）顯示器的填入/移位方式（5）8279的內(nèi)部譯碼與外部譯碼（6）鍵盤鍵值的給定 8279鍵盤、顯示接口應(yīng)用特性：表8-2 8279命令功能鍵一覽表表8-2 8279命令功能鍵一覽表（續(xù)表）（續(xù)表）8031和8279鍵盤/顯示器接口的編程方法 對于圖8-22所示的一般接口

13、電路，鍵盤的讀出既可用中斷方式，也可用查詢方式。 設(shè)若16位LED顯示，16個按鍵，鍵盤采用查詢方式讀出。16位顯示數(shù)據(jù)的段選碼存放在8031片內(nèi)RAM的30H3FH單元；16個鍵的鍵值讀出后存放在 40H4FH中。8031晶振為8MHz。 8031和8279鍵盤/顯示器接口的編程方法圖8-23 88鍵盤的鍵值與鍵號返回本節(jié)圖8-23 88鍵盤的鍵值與鍵號返回本節(jié)8.3 打印機接口8.3.1 TPP-40A主要性能、接口要求及時序8.3.2 字符代碼及打印命令8.3.3 TPP-40A/16A與MCS-51單片機接口8.3.4 打印程序?qū)嵗祷乇菊率醉?.3 打印機接口8.3.1 TPP-40

14、A主要性能8.3.1 TPP-40A主要性能、接口要求及時序1TPP-40A的主要技術(shù)性能（1）采用單片機控制，具有2KB監(jiān)控程序及標準的Centronic 并行接口。（2）具有較豐富的打印命令，命令代碼均為單字節(jié)，格式簡單。（3）可產(chǎn)生全部標準的ASCII代碼字符，以及128個非標準字符和圖符。（4）可打印出8240點陣的圖樣。（5）字符、圖符和點陣圖可以在高和寬的方向放大為2、3、4倍。8.3.1 TPP-40A主要性能、接口要求及時序1T（6）每行字符的點行數(shù)可用命令更換，即字符行間距空點行在0256間任選。（7）帶有水平和垂直制表命令，便于打印表格。（8）具有重復(fù)打印同一字符命令，以減

15、少輸送代碼的數(shù)量。（9）帶有命令格式的檢錯功能。 （6）每行字符的點行數(shù)可用命令更換，即字符行間距空點行在02接口要求TPP-40A微型打印機與計算機應(yīng)用系統(tǒng)通過機箱后部的20芯扁平電纜及插件相連。打印機箱后部接插件引腳信號如圖8-24所示。DB0DB7：數(shù)據(jù)線，單向由計算機輸入打印機。（STROBE）：數(shù)據(jù)選通信號。 BUSY：打印機“忙”狀態(tài)信號。 （ACKNOWLEGE）：打印機的應(yīng)答信號。 （ERROR）：出錯信號。 2接口要求圖8-24 TPP-40A/16A插腳安排（從打印機背視）圖8-24 TPP-40A/16A插腳安排（從打印機背視3接口信號時序圖8-25 TPP-40A/16

16、A接口信號時序3接口信號時序圖8-25 TPP-40A/16A接口信4主計算機端推薦接口電路 圖8-26 TPP-40A/16A推薦接口電路圖返回本節(jié)4主計算機端推薦接口電路 圖8-26 TPP-40A/8.3.2 字符代碼及打印命令1字符代碼字符代碼串實例如下：l打印字符串“3265.37”輸送代碼串為：24，33，32，36，35，2E，33，37，0D。l 打印“This is Micro-Printer”輸送代碼串為：54，68，69，73，20，69，73，20，4D，69，63，72，6F，2D，70，72，69，6E，74，65，72，2E，0D。l打印“32.8cm2”輸送代碼

17、為：33，32，2E，38，63，6D，9D，0D8.3.2 字符代碼及打印命令1字符代碼2打印命令命令代碼命令功能01H打印字符、圖等，增寬（1，2，3，4）02H打印字符、圖等，增高（1，2，3，4）03H打印字符、圖等，寬和高同時增加（1，2，3，4）04H字符行間距更換/定義05H用戶自定義字符點陣06H駐留代碼字符點陣式樣更換07H水平（制表）跳區(qū)08H垂直（制表）跳區(qū)09H恢復(fù)ASCII代碼和清輸入緩沖區(qū)命令0AH一個空位后回車換行 0BH0CH無效0DH回車換行 0EH重復(fù)打印同一字符命令0FH打印位點陣圖命令表8-3 TPP-40A打印命令代碼及功能2打印命令命令代碼命令功能0

18、1H打印字符、圖等，增寬（13命令非法時的出錯提示圖8-27 出錯代碼信息打印格式返回本節(jié)3命令非法時的出錯提示圖8-27 出錯代碼信息打印格式返8.3.3 TPP-40A/16A與MCS-51單片機接口TPP-40A/16A沒有讀寫信號線，只有一對握手線、BUSY，接口如圖8-28所示。圖8-29是通過單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的擴展I/O口連接的打印機接口電路。圖8-28、圖8-29中打印機的口地址由地址線P2口線決定，使用時，口地址設(shè)為7FFFH。8.3.3 TPP-40A/16A與MCS-51單片機接圖8-28 TPP-40A/16A與8031數(shù)據(jù)總線接口電路圖圖8-28 TPP-40A/16A

19、與8031數(shù)據(jù)總線接口圖8-29 TPP-40A/16A與8031擴展I/O口連接的接口電路圖返回本節(jié)圖8-29 TPP-40A/16A與8031擴展I/O口8.3.4 打印程序?qū)嵗旅嬉詧D8-29作為打印機接口，介紹一種使用TPP-16A打印機打印1616點陣漢字“作業(yè)”的程序。程序清單如下：HZDY：MOVDPTR，#TAB2；置字型表首址 MOVR6，#02H DY1：MOVB，#20H LCALLSUB2；調(diào)用打印機控制子程序 DJNZR6，DY1 RETSUB1：PUSHDPH；DPTR入棧 MOVDPTR，#TAB1；置打印機控制字表首址 8.3.4 打印程序?qū)嵗旅嬉詧D8-29作

20、為打印機接口，MOVR5，#05H；送打印控制字串到打印機SB11：LCALLDAY2 LCALLDAY1 DJNZR5，SB11 MOVA，B LCALLDAY1 MOVA，#00H LCALLDAY1 POPDPL；DPTR出棧 POPDPH RETSUB2：MOVR5，B；送由B設(shè)置個數(shù)的漢字字型碼到打印機SB21：LCALLDAY2 LCALLDAY1 DJNZR5，SB21 MOVA，#0DH；回車換行 LCALLDAY1 RETDAY1：PUSHDPH MOVR5，#05H；送打印控制字串到打印機PUSHDPL MOVDPTR，#7F01H；將字型碼送8155 PA口 MOVXDP

21、TR，A MOVDPTR，#7F03H；用8155 PC口模擬打印機信號 MOVA，#00H MOVXDPTR，A MOVA，#01H MOVXDPTR，A JBP3.3，$；打印機忙等待 POPDPL POPDPH RETDAY2：CLRA；取字型碼子程序 MOVXA，A+DPTR INCDPTR RET PUSHDPL TAB1：DB1BH，31H，00H，1BH，4BH；打印機控制字符串TAB2：DB00H，00H，00H，0FFH，0FEH，00H，00H；漢字“作”的下半部字形碼 DB00H，0FFH，0FFH，20H，20H，20H，60H，20H DB00H，02H，02H，0E

22、2H ，0C2H，0FEH，0FEH，02H；漢字“業(yè)”下半部字形碼 DB02H，0FEH，0FEH，62H，0C2H，02H，06H，02H DB00H，01H，06H，1FH，0F7H，60H，02H，0CH；漢字“作”的上半部字形碼 DB38H，0FFH，5FH，12H，12H，16H，32H，10H DB00H，08H，07H，03H，00H，0FFH，7FH，00H；漢字“業(yè)” 的上半部字形碼 DB00H，0FFH，7FH，00H，03H，1FH，0CH，00H返回本節(jié)TAB1：DB1BH，31H，00H，1BH，4BH；8.4 撥碼盤及語音接口8.4.1 撥碼盤接口及應(yīng)用實例8.4

23、.2 ISD1420語音接口芯片及其應(yīng)用返回本章首頁8.4 撥碼盤及語音接口8.4.1 撥碼盤接口及應(yīng)用實8.4.1 撥碼盤接口及應(yīng)用實1十線撥盤（如圖8-30所示）l十線撥盤接口：多個撥盤輸入時，接口如圖8-31所示。為節(jié)約I/O口，采用并聯(lián)連接，分時選通輸入的辦法。l讀數(shù)及自檢軟件十線撥碼盤便于實現(xiàn)自檢。在正常情況下，十線中只能有一個為低電平“0”。如果有一個以上的低電平“0”，則為短路故障；如全為高電平“1”，則為開路或接觸不良故障。圖8-32是讀數(shù)自檢子程序流程圖。8.4.1 撥碼盤接口及應(yīng)用實1十線撥盤（如圖8-30圖8-30 十線撥盤圖8-30 十線撥盤圖8-31 十線撥盤組接口圖

24、8-31 十線撥盤組接口圖8-32 十線撥盤讀數(shù)自檢程序流程圖圖8-32 十線撥盤讀數(shù)自檢程序流程圖2BCD撥碼盤（如圖8-338-34所示）l硬件接口：只用兩個BCD撥碼盤輸入時，可把A端接+5V，8個輸出腳接8個并行輸出口，并通過10K電阻接地，從8位并行口輸入的數(shù)據(jù)即是兩個撥盤的BCD碼。多個撥盤輸入時，同樣要接成并聯(lián)分時選通形式 l 讀數(shù)及檢測軟件：BCD撥碼盤不易實現(xiàn)故障自檢。2BCD撥碼盤（如圖8-338-34所示）圖8-33 BCD碼撥盤組接口圖8-33 BCD碼撥盤組接口圖8-34 BCD碼撥盤檢測程序流程圖返回本節(jié)圖8-34 BCD碼撥盤檢測程序流程圖返回本節(jié)8.4.2 IS

25、D1420語音接口芯片及其應(yīng)用1ISD1420芯片的特點（1）外圍元件簡單，僅需少量阻容元件、麥克風(fēng)即可組成一完整錄放系統(tǒng)。（2）模擬信息存儲重放音質(zhì)極好，并有一定混響效果。（3）待機時低功耗（僅0.5A），典型放音電流15mA。（4）放音時間20s，可擴充級聯(lián)。（5）可持續(xù)放音，也可分段放音，最小分段20s/160段=0.125s/段，可分段數(shù)160段。8.4.2 ISD1420語音接口芯片及其應(yīng)用1ISD（6）錄放次數(shù)達10萬次。（7）斷電信息存儲，無需備用電池，信息可保100年。（8）操作簡單，無需專用編程器及語音開發(fā)器。（9）高優(yōu)先級錄音，低電平或負邊沿觸發(fā)放音。（10）單電源供電，典型電壓+5V。（6）錄放次數(shù)達10萬次。圖8-35 ISD1420語音芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2內(nèi)部接口介紹圖8-35 ISD1420語音芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2內(nèi)部接口3ISD1420封裝及引腳介紹圖8-36 ISD1420引腳圖3ISD1420封裝及引腳介紹圖8-36 ISD14204ISD1420基本技術(shù)指標（均為典型值）（1）工作電源+5V。（2）靜態(tài)電流10A。（3）工作電流15mA。（4）信噪比S/N=4