《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課件第11章 接口技術(shù)

第11章接口技術(shù)

教學(xué)目的：了解80C51系列單片機(jī)與鍵盤、顯示器、功率器件及打印機(jī)等外設(shè)連接的技術(shù)。教學(xué)重點(diǎn)：1.鍵盤接口的工作原理及應(yīng)用；

2.LED顯示器接口的工作原理及應(yīng)用。

3.打印機(jī)的接口及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：1.鍵盤接口的工作原理。

2.LED顯示器接口的工作原理

11.1鍵盤接口

鍵盤電路的設(shè)計(jì)應(yīng)使CPU不僅能識(shí)別是否有鍵按下，還要能識(shí)別是哪一個(gè)鍵按下，而且能把此鍵所代表的信息翻譯成計(jì)算機(jī)所能接收的形式。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中多采用非編碼鍵盤，其分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤，硬件上此類鍵盤只提供通、斷兩種狀態(tài)，其它工作都靠軟件來(lái)完成。

11.1.1鍵盤工作原理1．鍵輸入原理2．鍵輸入接口與軟件應(yīng)解決的問(wèn)題（l）鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入通常去抖動(dòng)影響的方法有硬、軟件兩種。

圖11.1鍵閉合及斷開時(shí)的電壓波動(dòng)

（2）對(duì)按鍵進(jìn)行編碼以給定鍵值或直接給出鍵號(hào)

①監(jiān)測(cè)有無(wú)鍵按下；②有鍵按下后，在無(wú)硬件去抖動(dòng)電路時(shí)，應(yīng)用軟件延時(shí)方法除去抖動(dòng)影響；③有可靠的邏輯處理辦法；④輸出確定的鍵號(hào)以滿足散轉(zhuǎn)指令要求。11.1.2獨(dú)立式按鍵

1．獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)

在此電路中，按鍵輸入都設(shè)置為低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平。

圖11.2獨(dú)立式按鍵電路2．獨(dú)立式按鍵的軟件編制

START：MOVA，＃0FFH ；置輸入方式

MOVP1，AL1:MOVA，P1；輸入鍵狀態(tài)

CJNEA,#0FFH,L3；有鍵按下轉(zhuǎn)L3LCALLDELAY；延時(shí)5mS，省略

SJMPL1L3:LCALLDELLAY；延時(shí)5mSLCALLDELLAY ；延時(shí)5mSMOVA,P1 ；再讀P1口

CJNEA,#0FFH,L2；確實(shí)有鍵按下轉(zhuǎn)L2SJMPL1；誤讀鍵，返回L2：JNBACC.0,TAB0 ；為0轉(zhuǎn)0號(hào)鍵首地址

JNBACC.1,TAB1；為1轉(zhuǎn)1號(hào)鍵首地址

JNBACC.2,TAB2；為2轉(zhuǎn)2號(hào)鍵首地址

JNBACC.3,TAB3；為3轉(zhuǎn)3號(hào)鍵首地址

JNBACC.4,TAB4 ；為4轉(zhuǎn)4號(hào)鍵首地址JNBACC.5,TAB5 ；為5轉(zhuǎn)5號(hào)鍵首地址JNBACC.6,TAB6 ；為6轉(zhuǎn)6號(hào)鍵首地址JNBACC.7,TAB7 ；為7轉(zhuǎn)7號(hào)鍵首地址SJMPL1；再次讀入鍵狀態(tài)TAB0：LJMPOPR0 ；轉(zhuǎn)向0號(hào)鍵功能程序TAB1：LJMPOPR1……..

TAB7：LJMPOPR7……..

OPR0：…….. ；0號(hào)鍵功能程序 LJMPSTART ；0號(hào)鍵程序執(zhí)行完返回

……0PR7：……..；7號(hào)鍵功能程序……. LJMPSTART；7號(hào)鍵程序執(zhí)行完返回

C51語(yǔ)言程序清單：#include<reg52.h> //包含SFR寄存器的頭文件

#defineuintunsignedint //定義數(shù)據(jù)類型

#defineucharunsignedchar //定義數(shù)據(jù)類型main(void){uinti; //定義一個(gè)整型變量ucharvalue; while(1){P1=0xff; //設(shè)置P1口為輸入方式do{}while(P1==0xff); //等待鍵盤輸入for(i=0;i<1000;i++){}; //延時(shí)（值可自定）去抖動(dòng)value=P1; //讀取鍵值switch(value){case0xfe:K0_pro();break;//0號(hào)鍵調(diào)用K0_pro()鍵處理程序

case0xfd:K1_pro();break;//1號(hào)鍵調(diào)用K1_pro()鍵處理程序 ………..case0x7f:K7_pro();break;//7號(hào)鍵調(diào)用K7_pro()鍵處理程序 default:break; }do{}while(P1!=0xff); //等待鍵盤釋放for(i=0;i<1000;i++){}; //延時(shí)（值可自定）去抖動(dòng)

} }11.1.3行列式鍵盤1．行列式鍵盤電路的結(jié)構(gòu)及原理

圖11.3單片機(jī)I／O口組成的行列式鍵盤2．鍵盤的工作方式（l）循環(huán)掃描方式鍵盤掃描程序一般應(yīng)具備下述幾個(gè)功能：判斷鍵盤上有無(wú)鍵按下;去除鍵的抖動(dòng)影響;掃描鍵盤，得到按下鍵的鍵號(hào);判別閉合的鍵是否釋放。圖11.3中32個(gè)鍵的鍵值從左上角的數(shù)字“0”鍵對(duì)應(yīng)為如下分布:00H，01H，02H，03H，04H，05H，06H，07H08H，09H，0AH，0BH，0CH，0DH，0EH，0FH10H，11H，12H，13H，14H，15H，16H，17H18H，19H，1AH，1BH，1CH，1DH，1EH，1FH行線P2.0～P2.3處于輸入狀態(tài)，列線P1.0～P1.7為輸出狀態(tài)。按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，當(dāng)某個(gè)鍵閉合時(shí)，則對(duì)應(yīng)的行線和列線短路，行線輸入即為列線輸出。獲取這32個(gè)鍵值時(shí)，P1口和P2口輸出與輸入的相應(yīng)值為如下分布:

012345670FE×EFD×EFB×EF7×EEF×EDF×EBF×E7F×E8FE×DFD×DFB×DF7×DEF×DDF×DBF×D7F×D10FE×BFD×BFB×BF7×BEF×BDF×BBF×B7F×B18FE×7FD×7FB×7F7×7EF×7DF×7BF×77F×7

由以上分布可以總結(jié)出：閉合鍵的鍵值＝行首鍵號(hào)＋列號(hào)例如，當(dāng)P1口的輸出為F7H（11110111B），即其第3列有輸出，讀出P2口低4位的值為0DH（1101B），說(shuō)明是第1行與第3列相交的鍵閉合，則鍵號(hào)＝8＋3＝11。讀鍵盤程序如下：KEY：LCALLKS ；調(diào)用KS判別有鍵按下嗎？JNZK1 ；有鍵按下轉(zhuǎn)移

LCALLDELAY；無(wú)鍵按下，調(diào)延時(shí)子程序

LJMP KEYK1：LCALLDELAY；加長(zhǎng)延時(shí)時(shí)間，消除鍵抖動(dòng)

LCALLDELAYLCALLKS；調(diào)用KS子程序再次判別有無(wú)鍵閉合JNZK2 ；鍵按下，轉(zhuǎn)逐列掃描LJMPKEY；誤讀鍵，返回K2：MOVR2，＃0FEH；首列掃描鍵碼值送R2MOVR4，＃00H ；首列號(hào)送R4K3：MOVA，R2 MOVP1，A；列掃描鍵碼值送P1口MOVA，P2；讀取行掃描鍵碼值值JBACC.0，L1 ；第0行無(wú)鍵按下，轉(zhuǎn)查第1行MOVA，＃00H ；第0行有鍵按下，該行的行首鍵號(hào)＃0H送ALJMPLK ；轉(zhuǎn)求鍵值L1：JBACC.1，L2；第1行無(wú)鍵按下，轉(zhuǎn)查第2行MOVA，＃08H ；第1行有鍵按下，該行行首鍵號(hào)＃08H送ALJMPLK ；轉(zhuǎn)求鍵值L2：JBACC.2，L3；第2行無(wú)鍵按下，轉(zhuǎn)查第3行MOVA，#l0H ；第2行有鍵按下，該行的行首鍵號(hào)＃l0H送ALJMPLK ；轉(zhuǎn)求鍵值L3：JBACC.3，NEXT；第3行無(wú)鍵按下，改查下一列

MOVA，＃18H ；第3行有鍵按下，該行的行首鍵號(hào) ；＃l8H送ALK：ADDA，R4；行首鍵號(hào)加列號(hào)形成鍵值，送入APUSHACC ；鍵值入棧保護(hù)K4： LCALLDELAYLCALLKS ；等待鍵釋放

JNZK4；未釋放，等待

POPACC；鍵釋放，彈棧送ACCRET；鍵掃描結(jié)束，返回NEXT：INCR4；修改列號(hào),指向下一列MOVA，R2JNBACC.7，KEY；第7位為0，已掃描完最高列轉(zhuǎn)KEYRLA ；未掃描完，鍵碼值左移一位，變?yōu)橄铝墟I碼值MOVR2，A ；掃描字暫存R2LJMPK3；轉(zhuǎn)下列掃描KS：MOVA，＃0 MOVP1,A ；將全鍵碼值

＃00H送P1口MOVA，P2；讀入P2口行狀態(tài)CPLA；變正邏輯，以高電平表示有鍵按下ANLA，＃0FH ；屏蔽高4位RET ；出口狀態(tài)：A

0時(shí)有鍵按下

（2）中斷工作方式

采用中斷掃描工作方式可提高CPU的工作效率。一種簡(jiǎn)易鍵盤接口如圖11.5所示。圖11.5中斷方式鍵盤電路由于P1口為雙向I/O口，可以采用“線路反轉(zhuǎn)”法識(shí)別鍵值。步驟如下：（1）P1.0～P1.3輸出0，由P1.4～P1.7輸入并保存數(shù)據(jù)到A中；（2）P1.4～P1.7輸出0，由P1.0～P1.3輸入并保存數(shù)據(jù)到B中；（3）A的高四位與B的低四位相或成為鍵碼值；（4）查表求得鍵號(hào)。線路反轉(zhuǎn)匯編程序如下：

ORG0000H LJMPSTART ORG0003 LJMPFZH；轉(zhuǎn)讀鍵值程序

ORG 0030HSTART: MOVSP,#50HMOVP1,#0FH MOVIE,#81H；CPU和外部中斷0開中斷

… SJMP$ ORG0080H；讀鍵值中斷程序FZH：SETBRS0；選擇第1組工作寄存器

MOVP1,#0F0H；設(shè)P1.0～P1.3輸出0 MOVA,P1；讀P1口

ANLA,#0F0H；屏蔽低4位，保留高4位

MOVB,A；P1.4～P1.7的值存B

MOVP1,#0FH；反轉(zhuǎn)設(shè)置，設(shè)P1.4～P1.7輸出0MOVA,P1 ANLA,#0FH；屏蔽高4位，保留低4位

ORLA,B；與P1.4～P1.7的值相或，形成按鍵的鍵碼值

MOVB,A MOVR0,#00H；置鍵號(hào)初值

MOVDPTR,#TAB;LOOP:MOVA,R0 MOVCA,@A+DPTR；取鍵碼值

CJNEA,B,NEXT2；與按鍵值相比較，不相等，繼續(xù)

SJMPRR0；相等返回，鍵碼值在A中NEXT2:INCR0；鍵值加1 CJNER0,#10H,LOOP；是否到最后一個(gè)鍵RR0:CLRRS0；恢復(fù)第0組工作寄存器

RETI TAB:DB0EEH,0EDH,0EBH,0E7H；0，1，2，3的鍵碼值

DB0DEH,0DDH,0DBH,0D7H；4，5，6，7的鍵碼值

DB0BEH,0BDH,0BBH,0B7H；8，9，10，11的鍵碼值

DB07EH,07DH,07BH,077H；12，13，14，15的鍵碼值 C51語(yǔ)言程序如下：ucharkeycode;ucharcodekey_value[16]={0xee,0xed,0xeb,0xe7,0xde,0xdd,0xdb,0xd7, 0xbe,0xbd,0xbb,0xb7,0x7e,0x7d,0x7b,0x77};//鍵碼值voidmain(void){P1=0x0F; IT0=0; //外部中斷0采用邊沿觸發(fā)方式IE=0x81; //CPU開中斷，允許外部中斷0中斷while(1) //等待鍵值處理{…..};}voidint0_pro()interrupt0using1 //定義外部中斷0中斷函數(shù)，用第1組工作寄存器{{ucharkey,i;keycode=0x00; //置鍵號(hào)初值P1=0xf0; //設(shè)P1.0～P1.3輸出0key=P1&0xf0; //保存P1.4～P1.7的值P1=0x0f; //反轉(zhuǎn)設(shè)置，設(shè)P1.4～P1.7輸出0key+=P1&0x0f; /與P1.4～P1.7的值相或，形成鍵碼for(i=0;i<16;i++){if(key==key_value[i]) //查表得到鍵碼值{keycode=i； //返回鍵號(hào) break;}}}11.2顯示器接口

10.2.1顯示器概述10.2.2LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理圖11.6“8”字型數(shù)碼管下面以共陰極數(shù)碼管為例說(shuō)明字形與字形碼的關(guān)系。對(duì)照?qǐng)D11.6（a）字段，字形碼各位定義如下：D7D6D5D4D3D2D1D0DPGfedcba數(shù)據(jù)位D0與a字段對(duì)應(yīng)，D1與b字段對(duì)應(yīng)……，依此類推。參考圖10-6（a）和（b）可以看出，如要顯示“1”字形，b、c2字段應(yīng)點(diǎn)亮，所以對(duì)應(yīng)的字形碼為00000110B。11.2.3LED靜態(tài)顯示方式

圖11.7三位靜態(tài)顯示電路2．用串行口控制顯示器1．用并行口控制顯示器2．用串行口控制顯示器11.2.4LED動(dòng)態(tài)顯示方式表

圖11.8掃描式顯示電路

這種工作方式是分時(shí)輪流選通數(shù)碼管的公共端，使得各個(gè)數(shù)碼管輪流導(dǎo)通，即各數(shù)碼管是由脈沖電流導(dǎo)電的（循環(huán)掃描一次的時(shí)間一般為10ms）。當(dāng)所有數(shù)碼管依次顯示一遍后，軟件控制循環(huán)，使每位顯示器分時(shí)點(diǎn)亮。例如，如果要顯示“123DEF”時(shí)，位選碼、段選碼掃描一遍的相應(yīng)顯示狀態(tài)如表11.2所示。

這種方式不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光效率，而且由于各數(shù)碼管的字段線并聯(lián)使用，從而大大簡(jiǎn)化了硬件線路。

按照?qǐng)D11.8所示電路編寫一段6位數(shù)碼管的顯示子程序。設(shè)DIS0～DIS5是片內(nèi)顯示緩沖區(qū)，共6個(gè)單元，對(duì)應(yīng)6個(gè)數(shù)碼管的顯示內(nèi)容。程序中，先取DIS5中的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)選中圖11.8所示掃描式顯示電路中最左邊的數(shù)碼管，其余以此類推。匯編語(yǔ)言程序清單如下：DIR:PUSH ACC PUSHDPHPUSHDPLMOVR0,#DIS5 ;指向顯示緩沖區(qū)首單元 MOVR6,#20H ;選中最左邊的數(shù)碼管 MOVR7,#00H ;設(shè)定顯示時(shí)間 MOVDPTR,#TAB1 ;指向字形表首地址DIR1:MOVA,#00HMOVP2,A ;關(guān)斷顯示 MOVCA,@R0 ;取要顯示的數(shù)據(jù)MOVCA,@A+DPTR ;查表得字形碼

MOVP1,A ;送字形碼

MOVA,R6 ;取位選字

MOVP2,A ;送位選字HERE:DJNZR7,HERE ;延時(shí)

INCR0 ;更新顯示緩沖單元

CLRC MOVA,R6 RRCA ;位選字右移

MOVR6,A JNZDIR1 ;未掃描完，繼續(xù)循環(huán)

POPDPLPOPDPHPOPACC ;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

RETTAB1: DB3FH,06,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07;0H~7H DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H;8H~0FHC51語(yǔ)言程序清單如下：#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharucharTABLE1[]={0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01};//位選碼ucharTABLE2[]={0x06,0x5b,0x4f,0x5e,0x79,0x71}; //段選碼,顯示1，2，3，D,E,Fvoiddelay(void) //延時(shí)函數(shù){uchari,j;for(i=0;i<200;i++){for(j=0;j<5;j++){;} //延時(shí)（參數(shù)可自定）}}

main(void) {uchari;for(;;){for(i=0;i<6;i++){P2=0X00; //關(guān)斷顯示P1=TABLE2[i]; //送字形碼，顯示某個(gè)字符P2=TABLE1[i]; //送位選字，選中某一位delay(); //調(diào)用延時(shí)函數(shù)}}}11.3功率開關(guān)器件接口

11.3.1輸出接口的隔離技術(shù)（a）光電隔離原理圖（b）光電隔離正確接法（c）光電隔離錯(cuò)誤接法圖11.9光電隔離器原理及接法

11.3.2功率開關(guān)器件舉例

1.直流負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路

1）晶體管2）達(dá)林頓開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路3）功率場(chǎng)效應(yīng)管圖11.10直流電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路2．晶閘管（可控硅)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電路

1）晶閘管及主要特性2）晶閘管與單片機(jī)接口電路圖11.12單片機(jī)控制的可控硅接口電路3．繼電器接口電路

1）電磁繼電器

圖11.13單片機(jī)控制的繼電器接口電路J1一中間繼電器；J2一交流負(fù)載。2）固態(tài)繼電器圖11.13固態(tài)繼電器接口電路(a)DC-SSR接口電路(b)AC-SSR接口電路

10．4打印機(jī)接口

10.4.1微型打印機(jī)簡(jiǎn)介1.一般微型打印機(jī)的主要技術(shù)性能2.打印接口舉例SP-RMDIIID型熱敏微打的串行接口，常用引腳名稱及功能如下：①RXD：數(shù)據(jù)線，打印機(jī)接收從計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。②GND：地線，③CTS：打印機(jī)“忙”狀態(tài)信號(hào)。當(dāng)該信號(hào)有效（高電平）時(shí)，表示打印機(jī)正忙于處理數(shù)據(jù)。此時(shí)，主計(jì)算機(jī)不能向打印機(jī)送入新的數(shù)據(jù)，否則將丟失。

10．4．2字符代碼及打印命令1．命令代碼2．字符代碼

11．4．3打印機(jī)與單片機(jī)接口舉例

本節(jié)以SP-RMDIII智能打印機(jī)為例介紹與單片機(jī)的連接與編程。打印機(jī)與單片機(jī)的連接如圖11.16所示。該智能打印機(jī)默認(rèn)的串行口波特率為9600，按照?qǐng)D11.16所示電路，編制一個(gè)程序。要求打印機(jī)先打印片內(nèi)50H～5FH單元內(nèi)的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)已是分離的BCD碼，均放在低半字節(jié)，然后再打印時(shí)間“2021年8月8日”。圖11.16SP-RMDIII打印機(jī)與單片機(jī)的連接圖匯編語(yǔ)言程序清單： ORG0000H LJMPMAIN ORG0200HMAIN:MOV SCON,#40H MOVTMOD,#20H MOVTH1,#0FDH ；串口波特率設(shè)置為9600 SETBTR1 MOVR0,#50H ；送打印數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOVR7,#16 ；送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度LOOP1:MOVA,@R0 ADDA,#30H ；變換為ASCII碼LCALLPRT ；打印一個(gè)數(shù)據(jù)或字符 INCR0 DJNZR7,LOOP1 ；是否打印完數(shù)據(jù)MOVA,#0AH ；送換行命令代碼

LCALLPRT CLRA MOVR3,ALP2:MOVDPTR,#TAB ；指向表首

MOVCA,@A+DPTR ；取待打印字符

LCALLPRT ；調(diào)打印程序

INCR3 MOVA,R3 XRLA,#9 JZLP3 ；打印完9個(gè)字符轉(zhuǎn)LP3 MOVA,R3 SJMPLP2LP3:MOVA,#0AH ；送回車換行符

LCALLPRTHERE: SJMPHEREPRT: PUSHDPH PUSHDPLPRT1: JBP3.0,PRT1