851-应用系统配置及接口技术.ppt
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1、2019/6/27,1,应用系统配置及接口技术,若输入是非电的模拟信号,还需要通过传感器转换成电信号并加以放大,把模拟量转换成数字量。该过程称为“量化”,也称为模数转换。 实现模数转换的设备称为模数转换器(),将数字量转换成模拟量的设备称为数模转换器()。 图91所示为具有模拟量输入、模拟量输出以及键盘、显示器、打印机等配置的89C51应用系统框图。为节省I/O口线,89C51片外扩展应尽量采用串行外设接口芯片。,2019/6/27,2,图91 系统前向、后向人机通道配置框图,2019/6/27,3,9.1 人机通道配置与接口技术,单片机应用系统通常都需要进行人机对话。这包括人对应用系统的状态
2、干预与数据输入,还有应用系统向人显示运行状态与运行结果等。如键盘、 显示器就是用来完成人机对话活动的人机通道。,2019/6/27,4,9.1.1 键盘接口及处理程序,键盘分编码键盘和非编码键盘。 键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现,并产生键编号或键值的称为编码键盘,如BCD码键盘、ASCII码键盘等;靠软件识别的称为非编码键盘。,2019/6/27,5,键盘中每个按键都是一个常开开关电路,如图9-2所示。 当按键K未被按下时,P1.0输入为高电平;当K闭合时,P1.0输入为低电平。,图9-2 按键电路,2019/6/27,6,通常按键所用的开关为机械弹性开关,当机械触点断开、闭合时,电
3、压信号波形如图9-3所示。 由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。 因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动,如图9-3所示。抖动时间的长短由按键的机械特性决定,一般为510 ms。这是一个很重要的时间参数,在很多场合都要用到。,图9-3 按键时的抖动,2019/6/27,7,键抖动会引起一次按键被误读多次。为了确保CPU对键的一次闭合仅做一次处理,必须去除键抖动。在键闭合稳定时,读取键的状态,并且必须判别;在键释放稳定后,再作处理。按键的抖动,可用硬件或软件两种方法消除。 如果按键较多,常用软件方法去抖动,即检测出键闭合后执行一个延时程序
4、,产生510 ms的延时;让前沿抖动消失后,再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给510 ms的延时,待后沿抖动消失后,才能转入该键的处理程序。,2019/6/27,8,1. 键盘结构,键盘可以分为独立连接式和行列式(矩阵式)两类,每一类按其译码方法又都可分为编码及非编码两种类型。这里只介绍非编码键盘。,2019/6/27,9,1) 独立式非编码键盘接口及处理程序,独立式按键是指各按键相互独立地接通一条输入数据线,如图9-4所示。这是最简单的键盘结构,该电路为查询方式电路。 当任何一个键按下时,与之相连的输入数据线即被清0(低电平),而平时
5、该线为1(高电平)。要判别是否有键按下,用单片机的位处理指令十分方便。 这种键盘结构的优点是电路简单;缺点是当键数较多时,要占用较多的线。,图9-4 独立连接式非编码键盘,2019/6/27,10,图9-4所示查询方式键盘的处理程序比较简单。程序中没有使用散转指令,并且省略了软件去抖动措施,只包括键查询、键功能程序转移。P0FP7F为功能程序入口地址标号,其地址间隔应能容纳JMP指令字节;PROM0PROM7分别为每个按键的功能程序。,2019/6/27,11,程序清单(设为P1口): START: MOV A,#0FFH;输入时先置P1口为全1 MOV P1,A MOV A,P1;键状态输入
6、 PL1: JNB ACC.0,P0F;0号键按下转P0F标号地址 JNB ACC.1,P1F;1号键按下转P1F标号地址 JNB ACC.2,P2F;2号键按下转P2F标号地址 JNB ACC.3,P3F;3号键按下转P3F标号地址 JNB ACC.4,P4F;4号键按下转P4F标号地址 JNB ACC.5,P5F;5号键按下转P5F标号地址 JNB ACC.6,P6F;6号键按下转P6F标号地址 JNBA CC.7,P7F;7号键按下转P7F标号地址 LJMP START;无键按下返回,2019/6/27,12,P0F: LJMP PROM0 P1F: LJMP PROM1 ;入口地址表
7、P7F: LJMP PROM7 PROM0: ;0号键功能程序 LJMP START ;0号键执行完返回 PROM1: LJMP START PROM7: LJMP START 由程序可以看出,各按键由软件设置了优先级,优先级顺序依次为07。,2019/6/27,13,【例9-1】 设计一个有4个独立式按键的键盘接口,并编写键扫描程序。 解: 电路原理图如图9-5所示。,图9-5 键盘接口电路原理图,2019/6/27,14,程序清单: KEY: MOV P1,#0FFH;P1口为输入,各位应先置位为高电平 MOV A,P1;读取按键状态 CPL A;取正逻辑,高电平表示有键按下 ANL A,
8、#0FH JZ KEY;A=0时无键按下,重新扫描键盘 LCALL D10 ms;有键按下延时去抖动 MOV A,P1;读取按键状态 CPL A;取正逻辑,高电平表示有键按下 ANL A,#0FH;再判别是否有键按下 JZ KEY;A=0时无键按下重新扫描键盘 MOV B,A;有键按下,键值送B暂存 MOV A,P1 CPL A,2019/6/27,15,ANL A,#0FH;判别按键释放 KEY1:JNZ KEY1;按键未释放,等待 LCALL D10ms;释放,延时去抖动 MOV A,B;取键值送A JB ACC.0,PKEY1;K1按下转PKEY1 JB ACC.1,PKEY2;K2按下
9、转PKEY2 JB ACC.2,PKEY3;K3按下转PKEY3 JB ACC.3,PKEY4;K4按下转PKEY4 EKEY:RET,2019/6/27,16,PKEY1:LCALL K1;K1命令处理程序 RET PKEY2:LCALL K2;K2命令处理程序 RET PKEY3:LCALL K3;K3命令处理程序 RET PKEY4:LCALL K4;K4命令处理程序 RET D10ms:MOV R7,#10H;10 ms延时子程序 DS1: MOV R6,#0FFH DS2: DJNZ R6,DS2 DJNZ R7,DS1 RET,2019/6/27,17,2) 行列式键盘接口及工作原
10、理,为了减少键盘与单片机接口时所占用I/O线的数目,在键数较多时,通常都将键盘排列成行列矩阵形式,如图9-6所示。 以图9-6所示的44键盘为例,说明行扫描法识别哪一个按键被按下的工作原理。,2019/6/27,18,图9-6 44矩阵键盘接口图,2019/6/27,19,首先判别键盘中有无键按下,由单片机口向键盘送(输出)全扫描字,然后读入(输入)列线状态来判断。方法是: 向行线(图中水平线)输出全扫描字00H,把全部行线置为低电平,然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下,总会有一根列线电平被拉至低电平,从而使列输入不全为1。 判断键盘中哪一个键被按下是通过将行线逐行置低电平后,
11、检查列输入状态实现的。方法是: 依次给行线送低电平,然后查所有列线状态,称行扫描。如果全为1,则所按下的键不在此行;如果不全为1,则所按下的键必在此行,而且是在与零电平列线相交的交点上的那个键。,2019/6/27,20,(1) 行扫描法识别键号(值)的原理,行扫描法识别键号的工作原理如下: 将第0行变为低电平,其余行为高电平时,输出编码为1110。然后读取列的电平,判别第0行是否有键按下。在第0行上若有某一按键按下,则相应的列被拉到低电平,则表示第0行和此列相交的位置上有按键按下。若没有任一条列线为低电平,则说明0行上无键按下。 将第1行变为低电平,其余行为高电平时,输出编码为1101。然后
12、通过输入口读取各列的电平。检测其中是否有变为低电平的列线。若有键按下,则进而判别哪一列有键按下,确定按键位置。 将第2行变为低电平,其余行为高电平时,输出编码为1011。判别是否有哪一列键按下的方法同上。 将第3行变为低电平,其余行为高电平时,输出编码为0111。判别是否有哪一列键按下的方法同上。,2019/6/27,21,在扫描过程中,当发现某行有键按下,也就是输入的列线中有一位为0时,便可判别闭合按键所在列的位置,根据行线位置和列线位置就能判断按键在矩阵中的位置,知道是哪一个键按下。,2019/6/27,22,(2) 键盘扫描工作过程,按键扫描的工作过程如下: 判断键盘中是否有键按下; 进
13、行行扫描,判断是哪一个键按下,若有键按下,则调用延时子程序去抖动; 读取按键的位置码; 将按键的位置码转换为键值(键的顺序号)0、1、2、F。 图9-7所示为44键盘扫描流程图。,2019/6/27,23,图9-7 44键盘扫描流程图,2019/6/27,24,键的位置码及键值的译码过程,上述行扫描过程结束后得到的行号存放在R0中,列号存放在R2中。 键值(号)的获得(译码)通常采用计数译码法。这种方法根据矩阵键盘的结构特点,每个按键的值=行号每行的按键个数+列号,即键号(值)=行首键号+列号第0行的键值为: 0行4+列号(03)为0、1、2、3; 第1行的键值为: 1行4+列号(03)为4、
14、5、6、7; 第2行的键值为: 2行4+列号(03)为8、9、A、B; 第3行的键值为: 3行4+列号(03)为C、D、E、F。 44键盘行首键号为0、4、8、C,列号为0,1,2,3。 所以键值译码子程序为DECODE,该子程序出口: 键值在A中。,2019/6/27,25,(3) 键盘扫描子程序(参见图9-7),出口: 键值(键号)在A中 KEY: MOV P1,#0F0H;令所有行为低电平 KEY1: MOV R7,#0FFH ;设置计数常数 DJNZ R7,KEY1 ;延时 MOV A,P1;读取P1口的列值 ANL A,#0F0H;判别有键值按下吗? CPL A;求反后,有高电平就有
15、键按下 JZ EKEY;无键按下时退出 LCALL DEL20 ms;延时20 ms去抖动 SKEY: MOV A,#00;下面进行行扫描,1行1行扫 MOV R0,A;R0作为行计数器,开始为0 MOV R1,A;R1作为列计数器,开始为0 MOV R3 #0FEH;R3为行扫描字暂存,低4位为行扫描字 SKEY2:MOV A,R3 MOV P1,A;输出行扫描字,高4位全1 NOP NOP NOP;3个NOP操作使P1口输出稳定,2019/6/27,26,MOV A,P1;读列值 MOV R1,A;暂存列值 ANL A,#0F0H;取列值 CPL A;高电平则有键闭合 S123: JNZ
16、SKEY3;有键按下转SKEY3,无键按下时进行一行扫描 INC R0;行计数器加1 SETB C;准备将行扫描左移1位,形成下一行扫描字,C=1保证输出行扫描字中高4位全为1,为列输入作准备,低4位中只有1位为0 MOV A,R3;R3带进位C左移1位 RLC A MOV R3,A;形成下一行扫描字R3 MOV A,R0 CJNE A,#04H,SKEY1;最后一行扫(4次)完了吗? EKEY: RET,2019/6/27,27,;列号译码 SKEY3:MOV A,R1 JNB ACC.4,SKEY5 JNB ACC.5,SKEY6 JNB ACC.6,SKEY7 JNB ACC.7,SKE
17、Y8 AJMP EKEY SKEY5:MOV A,#00H MOV R2,A;存0列号 AJMP DKEY SKEY6:MOV A,#01H MOV R2,A;存1列号 AJMP DKEY SKEY7:MOV A,#02H MOV R2,A;存2列号 AJMP DKEY SKEY8:MOV A,#03H MOV R2,A;存3列号 AJMP DKEY,2019/6/27,28,;键位置译码 DKEY: MOV A,R0;取行号 ACALL DECODE AJMP EKEY ;键值(键号)译码 DECODE:MOV A,R0;取行号送A MOV B,#04H;每一行按键个数 MUL AB;行号按
18、键数 ADD A,R2;行号按键数+列号=键值(号),在A中 RET,2019/6/27,29,【例92】设计一个22行列式键盘,并编写键盘扫描子程序。,解: 原理如图9-8所示。 判断是否有键按下: 将列线P1.0、P1.1送全0,查P0.0、P0.1是否为0。 判断哪一个键按下: 逐列送0电平信号,再逐行扫描是否为0。 键号=行首键号+列号,图9-8 键盘扫描原理图,2019/6/27,30,KEY: LCALL KS;调用判断有无键按下子程序 JZ KEY;无键按下,重新扫描键盘 LCALL T10 ms;有键按下,延时去抖动 LCALL KS JZ KEY MOV R2,#0FEH;首
19、列扫描字送R2 MOV R4,#00H;首列号#00H送入R4 MOV P0,#0FFH LK1: MOV P1,R2;列扫描字送P1口 MOV A,P0 JB ACC.0,ONE;0行无键按下,转1行 MOV A,#00H;0行有键按下,该行首号#00H送A LJMP KP;转求键号,2019/6/27,31,ONE: JB ACC.1,NEXT;1行无键按下,转下列 MOV A,#02H;1行有键按下,该行首号#02H送A KP: ADD A,R4;求键号,键号=行首键号+列号 PUSH ACC;键号进栈保护 LK: LCALL KS;等待键释放 JNZ LK;未释放,等待 POP ACC
20、;键释放,键号送A RET;键扫描结束,出口状态: (A)=键号 NEXT: INC R4;列号加1 MOV A,R2;判断两列扫描完了吗 JNB ACC.1,KND;两列扫描完,返回 RL A;未扫描完,扫描字左移一位 MOV R2,A;扫描字入R2 AJMP LK1;转扫下一列 KND: AJMP KEY,2019/6/27,32,KS: MOV P1,#0FCH;全扫描字送P1口 MOV P0, #0FFH MOV A,P0;读入P0口行状态 CPL A;取正逻辑,高电平表示有键按下 ANL A,#03H;保留P0口低2位(屏蔽高6位) RET;出口状态: (A)0时有键按下 T10 m
21、s:MOV R7,#10H;延迟10 ms子程序 TS1: MOV R6,#0FFH TS2: DJNZ R6,TS2 DJNZR7,TS1 RET,2019/6/27,33,2. 中断扫描方式,为了提高CPU的效率,可以采用中断扫描工作方式,即只有在键盘有键按下时才产生中断申请;CPU响应中断,进入中断服务程序进行键盘扫描,并做相应处理。中断扫描工作方式的键盘接口如图9-9所示。 P1.4P1.7作键输出线,P1.0P1.3作扫描输入线。 扫描时,使P1.4P1.7位清0。 当有键按下时,INT1端为低电平,向CPU发出中断申请。若CPU开放外部中断,则响应中断请求,进入中断服务程序。,图9
22、-9 中断方式键盘接口,2019/6/27,34,3. 键操作及功能处理,若图9-6中为48的32键,设0、1、2、E、F共16个键为数字键;其他16个键为功能键,键值为1631,即10H1FH,各功能键入口程序地址标号分别为AAA、BBB、PPP。 当对键盘进行扫描并求得键值后,还必须做进一步处理。方法是首先判别其是功能键还是数字键。若为数字键,则送显示缓冲区进行显示;若为功能键,则由散转指令“JMP A+DPTR”转到相应的功能键处理程序,完成相应的操作。完成上述任务的子程序流程图如图9-10所示。,图9-10 求功能键地址转换程序流程图,2019/6/27,35,功能键地址转移程序如下:
23、 BUFF EQU 30H KEYADR:MOV A,BUFF;键值A CJNE A,#0FH,KYARD1 AJMP DIGPRO;等于F,转数字键处理 KYARD1:JC DIGPRO;小于F,转数字键处理 KEYTBL:MOV DPTR,#JMPTBL;送功能键地址表指针 CLR C;清进位位 SUBB A,#10H;功能键值(10H1FH)减16 RL A;(A)2,使(A)为偶数: 0、2、4、 JMP A+DPTR;转相应的功能键处理程序,2019/6/27,36,JMPTBL:AJMP AAA; AJMP BBB; AJMP CCC; AJMP DDD; AJMP EEE; AJ
24、MP FFF; AJMP GGG; AJMP HHH; AJMP III; AJMP JJJ; AJMP KKK; AJMP LLL; AJMP MMM; AJMP NNN; AJMP OOO; AJMP PPP;,均为2字节,转到16个功能键的相应入口地址。 (A)=0、2、4、6散转到AAA、BBB、CCC、DDD、PPP,2019/6/27,37,9.1.2 LED显示器接口及显示程序,单片机应用系统中使用的显示器主要有: 发光二极管显示器,简称LED(Light Emitting Diode); 液晶显示器,简称LCD(Liquid Crystal Display); CRT显示器,2
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