1、單片機51的鍵盤顯示接口單片機模擬量的輸入與輸出接口 第7章常用機電接口技術 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術主要內容7.1 單片機51的鍵盤顯示接口LED顯示原理及接口電路設計鍵盤原理及接口電路設計 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術7.1.1 LED顯示電路設計（1）LED顯示器原理及顯示碼LED顯示器（數碼管）分類 常用的數碼管可分為7段和“米”字段兩種 從電氣特性上可分為“共陰極”和“共陽極”兩種gabfceddpLED顯示器共陰極abdpabdp共陽極VCC 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術為使LED顯示不同的符號或數字，要為LED提供段碼（或稱字型碼）。提供給LED

2、顯示器的段碼（字型碼）正好是一個字節（8段）。各段與字節中各位對應關系如下：按上述格式，8段LED的段碼如下表所示。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術LED段碼表（8段） 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術注意：段碼是相對的，它由各字段在字節中所處的位決定。例如前面表中8段LED段碼是按格式：而形成的，“0”的段碼為3FH（共陰）。反之，如將格式改為下列格式：則“0”的段碼為7EH（共陰）。字型及段碼由設計者自行設定，習慣上還是以“a”段對應段碼的最低位。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術7.1.2 LED的靜態顯示基本原理 多個數碼管顯示時，同時點亮顯示，每一位數碼管恒定的顯

3、示，不閃爍。 顯示程序簡單，但是要求較多的I/O口線 驅動電流較小 8 0 C 5 1I/O端口驅動器共極端(COM)非共極端 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術問題：同一個I/O口能否用以控制兩個LED顯示器？ 當輸入其中一個顯示器的段碼時，另一個顯示器也同時有顯示，因此一個I/O端口只能用于控制1個LED顯示器，1臺80C51單片機只能控制4個LED顯示器。#0 8 0 C 5 1I/O端口驅動器共極端(COM)非共極端#1 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術80C51P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7驅動器P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1

4、.5P1.6P1.7驅動器#1#0編程舉例：分別用P0和P1口控制#0和#1兩個共陰極LED顯示器。設有兩個9以內的無符號整數分別存放在片內RAM 30H和31H兩個單元，編寫程序顯示這兩個數。已知共陰極段碼表為：01234567893FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術解：用查表程序TAB: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H ; 段碼表 DB 6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FHORG 0100HMOV DPTR, #TABMOV A, 30HMOVC A, A+DPTR MOV P0, AMOV A

5、, 31HMOVC A, A+DPTR MOV P1, ASJMP $ 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術7.1.3 LED的動態顯示基本原理： 多個數碼管顯示時，依次循環點亮每一個數碼管，利用人的視覺暫留看到整個顯示內容，只有循環速度足夠快，才不閃爍。 顯示程序較復雜，但是節省I/O口線 驅動電流較大 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術80C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7驅動器P3.0P3.1驅動器#0#1例如，設#0和#1兩個LED顯示器均為共陰極顯示器。MOV A, #0FEHMOV P3, AMOV P1, #0的段碼RL AMOV P3,

6、 AMOV P1, #1的段碼 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術原理：每個LED顯示器的公共端各用一個端口位控制（控制字），用8個公共的端口位送數據（段碼）。通過掃描的方式（逐個送），使n個LED顯示器的公共端逐個有效，同時從公共的數據線（非公共端）送段碼，從而使n個LED顯示器逐個顯示數字。 用兩個端口可以使用8個LED顯示器用三個端口可以使用16個LED顯示器用四個端口可以使用24個LED顯示器 LED顯示器動態顯示方式：各顯示器逐個顯示（不同時顯示）一段時間(約500 us，掃描頻率200Hz)，然后熄滅，在視覺上產生連續顯示的錯覺 。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術練習：

7、設有4個10以內的數存放在片內RAM 首址為50H的數據塊中，將該數據塊的值顯示出來 。設采用共陰極LED顯示器，已有延時1ms的子程序DELAY。80C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7驅動器P3.0P3.1P3.2P3.3驅動器LED顯示器動態顯示方式 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術解：LED顯示器程序一般采用查表的方法，將段碼表放在ROM中取數據到A中送控制字以A為偏移量，查段碼表，得到相應的段碼輸出段碼，顯示數據延時循環結束？YES數據塊指針加1控制字左移一位NO結束設指向數據塊的指針設控制字初始值設循環次數開始設段碼表的首地址算法 單片機及接

8、口技術 第七章 機電接口技術LP : MOV A，R0 ；取數到A中 MOV P3，R2 ；送控制字 MOVC A，A+DPTR ；查相應的段碼 MOV P1，A ；送出段碼 LCALL DELAY ；調延時子程序 INC R0 ；數據塊指針加1 MOV A，R2 RL A MOV R2，A ；控制字左移一位 DJNZ R3，LP ；若循環沒結束，繼續循環 SJMP $ ；若循環結束，停機顯示4個數的指令段： 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術MOV R0，#50H ；R0指向數據塊MOV R2，#FEH ；設控制字初始值MOV R3，4 ；設循環次數MOV DPTR，#TAB ；設段碼表

9、的首地址制段碼表：TAB ：DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH DB 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H, 7CH， DB 39H, 5EH, 79H, 71H初始化： 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100HMAIN: MOV R0，#50H ；R0指向數據塊 MOV R2，#FEH ；設控制字初始值1111 1110B MOV R3，4 ；設循環次數 MOV DPTR，#TAB ；設段碼表的首地址LP ：MOV A，R0 ；取數到A中 MOV P3，R2 ；送控制字 MOVC A，A+DPTR

10、 ；查相應的段碼 MOV P1，A ；送出段碼 LCALL DELAY ；調延時子程序，可延時1ms INC R0 ；數據塊指針加1 MOV A，R2 RL A MOV R2，A ；控制字左移一位 DJNZ R3，LP ；若循環沒結束，轉下一次循環 SJMP $ ；若循環結束，停機 TAB ：DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H DB 7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H ；段碼表，0F END 完整程序： 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術思考：1）用三個LED顯示器顯示十進制數3282）4*4鍵盤，鍵盤號0-15，用LED顯示器

11、顯示閉合鍵的鍵號 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術7.1.2 鍵盤接口的設計要點：鍵盤的分類編碼式：由專門的硬件（8279等）識別按下的鍵碼。非編碼式：依靠軟件實現鍵碼的識別。非編碼鍵盤的結構獨立式鍵盤矩陣式鍵盤軟件實現按鍵識別的方法掃描法鍵盤使用中的注意事項鍵盤的抖動 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術鍵盤接口的工作原理1.獨立式鍵盤接口 各鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態可很容易判斷那個鍵被按下。 此種接口適于鍵數較少或操作速度較高的場合。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術獨立式鍵盤的檢測方式 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術鍵盤的抖動問題

12、鍵盤的抖動抖動時間一般為510ms。為了保證CPU對鍵的閉合作一次，而且是僅作一次處理，必須消除抖動可采用軟、硬件方法消除抖動。*軟件消抖原理1）判斷是否有鍵按下；2）若有鍵按下，調用延時程序（延時時間大于10ms）；3）再次判斷是否有鍵按下，并讀入相應的鍵值. 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術(5) 鍵盤應用舉例 a.硬件設計:MCUVCC獨立式鍵盤P1.0P1.1P1.2R例1：用80C51 P1口構成一個3鍵的獨立式鍵盤 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術IO51K8: MOV P1, #0FFH ; 置P1口為輸入端口 MOV A, P1 ；查詢P1口狀態 JNB ACC.0

13、, PROM0 JNB ACC.1, PROM1 JNB ACC.2, PROM2 SJMP IO51K/*以上均為鍵盤輸入處理程序*/ 鍵盤管理程序包括鍵輸入處理程序和鍵操作程序 PROM0： LJMP IO51K8PROM1： LJMP IO51K8PROM2： LJMP IO51K8/*以上為鍵操作程序*/ b.軟件設計（鍵盤管理程序） 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術IO51K8：MOV P1, #0FFHMOV A, P1 ;查詢P1口狀態CPL AJZ IO51K8LCALL D10MS ;調延時子程序，延時10ms MOV A, P1 ; 再次查詢P1口狀態 JNB ACC

14、.0, PROM0JNB ACC.1, PROM1JNB ACC.2, PROM2SJMP IO51K8練習：在上述程序的基礎上增加按鍵的消抖處理。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術PGM0： LJMP IO51K8PGM1： LJMP IO51K8PGM2： LJMP IO51K8D10MS： ；延時子程序RET 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術主要內容7.2 單片機模擬量的輸入與輸出接口 概述ADC的基本原理及性能指標A/D轉換的實現（ADC0809）A/D轉換的實現（LM331）DAC的基本原理及性能指標D/A轉換的實現（DAC0832） 單片機及接口技術 第七章 機電接口技

15、術7.2.1 概述 非電物理量（溫度、壓力、流量、速度等），須經傳感器轉換成模擬電信號（電壓或電流），必須轉換成數字量，才能在單片機中處理。數字量，也常常需要轉換為模擬信號。A/D轉換器（ADC）：模擬量數字量的器件，D/A轉換器（DAC）：數字量模擬量的器件。 只需合理選用商品化的大規模ADC、DAC芯片，了解引腳及功能以及與單片機的接口設計。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術7.2.2 ADC的基本原理及性能指標模擬量轉換成數字量，便于計算機進行處理。隨著超大規模集成電路制造技術的飛速發展，大量結構不同、性能各異的A/D轉換芯片應運而生。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術1.A

16、/D轉換器的分類根據轉換原理可將A/D轉換器分成兩大類（1）直接型A/D轉換器（2）間接型A/D轉換器。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術常見的A/D轉換器工作原理逐次逼近式A/D轉換器 將輸入模擬信號與推測信號比較，調節推測信號逼近輸入信號，直至兩者相等雙積分式A/D轉換器 采用輸入模擬信號與標準電壓反向積分的方法，完成模擬信號的轉換V/F變換式A/D轉換器 將輸入模擬信號轉化為線性對應的頻率信號，通過測量頻率實現模擬信號的轉化 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術應用特點逐次比較型：精度、速度和價格都適中，是最常用的A/D轉換器件。雙積分型：精度高、抗干擾性好、價格低廉，但轉換速度

17、慢，得到廣泛應用。V/F轉換型：適于轉換速度要求不太高，遠距離信號傳輸。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術2. A/D轉換器的主要技術指標(1)轉換時間和轉換速率完成一次轉換所需要的時間。轉換時間的倒數為轉換速率。 并行式：2050ns，速率為5020M次/s（1M=106）； 逐次比較式：0.4s，速率為2.5M次/s。(2) 分辨率用輸出二進制位數或BCD碼位數表示。例如AD574，二進制12位，即用212個數進行量化，分辨率為1LSB，百分數表示1/212=0.24。又如雙積分式A/D轉換器MC14433, 分辨率為三位半。若滿字位為1999，其分辨率為1/1999=0.05%。

18、單片機及接口技術 第七章 機電接口技術（3）轉換精度定義為一個實際ADC與一個理想ADC在量化值上的差值。可用絕對誤差或相對誤差表示。絕對精度在轉換器中，任何數碼所對應的實際模擬電壓與其理想電壓值之差的最大值稱為絕對精度相對精度用絕對精度的百分數表示量化過程引起的誤差為量化誤差，是由于有限位數字對模擬量進行量化而引起的誤差。量化誤差理論上規定為1個單位分辨率，提高分辨率可減少量化誤差。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術3 A/D轉換器的選擇按輸出代碼的有效位數分:8位、10位、12位等。按轉換速度分為超高速（1ns）、高速（1s）、中速（1ms）、低速（1s）等。A/D轉換器的發展趨勢：

19、為適應系統集成需要，將多路轉換開關、時鐘電路、基準電壓源、二/十進制譯碼器和轉換電路集成在一個芯片內，為用戶提供方便。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術7.2.3 MCS-51與ADC 0809的接口逐次逼近式A/D轉換器基本原理：推測信號由D/A轉換器輸出獲得比較器輸出決定每一位的鎖存狀態完成所有位的比較后，D/A轉換器輸入即為A/D轉換器的輸出逐次逼近式A/D轉換器工作原理圖 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術ADC0809接口電路設計及軟件編程ADC0809芯片結構ADC0809功能及管腳ADC0809與8031接口電路設計1及軟件編程ADC0809與8031接口電路設計2及軟

20、件編程 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術ADC0809功能特點為:分辨率為8位ADC0808最大不可調誤差1/2LSB，ADC0809最大不可調誤差1LSB模擬輸入電壓范圍為05V，單電源供電鎖存控制的8路模擬開關轉換速度取決于芯片的時鐘頻率，其范圍101280KHz，當頻率為500KHz時，轉換速度為128us 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術ADC0809逐次逼近式8路模擬輸入（由A、B、C控制切換）、8位輸出的A/D轉換器。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術共28腳，雙列直插式封裝。主要引腳功能如下：(1)IN0IN7：8路模擬信號輸入端。(2) D0D7：8位數字量輸

21、出端。(3) C 、B 、A：控制8路模擬通道的切換，C、B、A=000111分別對應IN0IN7通道。(4) OE、START、CLK：控制信號端，OE為輸出允許端，START為啟動信號輸入端，CLK為時鐘信號輸入端。(5)VR(+)和VR(-)：參考電壓輸入端。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術ADC0809結構框圖 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術ADC 0809操作時序 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術ADC0809編程要點選通模擬量輸入通道發出啟動信號 判斷轉換結束，發出OE信號 1. 用查詢EOC狀態 2.中斷方法 3.初學階段可以采用延時的方法讀取轉換結果 單片

22、機及接口技術 第七章 機電接口技術接口示例1 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術ADC0809與80C51的連接。8路模擬通道選擇信號A、B、C分別接最低3位地址A0、A1、A2（即P0.0、P0.1、P0.2），而地址鎖存允許信號ALE由P2.0控制，則8路模擬通道的地址為FEF8HFEFFH 接線示例2D觸發器二分頻原理*啟動AD接口設計*轉換完成判斷*轉換時鐘的提供，51單片機晶振6M*模擬通道的選擇 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術例：用接口2，編程采集ADC0809上8個通道的模擬電壓一遍數字量，并送入內部RAM以30H為始址的輸入緩沖區。 單片機及接口技術 第七章 機電接

23、口技術主程序：ORG 0000HAJMP MAIN ORG 0013HAJMP CINT1ORG 0100HMAIN:SETB EASETB EX1SETB IT1 ; 設置INT1為邊沿觸發方式MOV R1, #30H ; 設指向片內緩沖區的指針MOV R7, #8; 設循環次數MOV R2, #00H ; 設IN0地址MOV R0, #0F0H; 設端口地址MOV A, R2；MOVX R0, A ; 啟動轉換SJMP $ 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術子程序：ORG 0200HCINT1：MOVX A, R0 ; 數字量取入單片機 MOV R1, A ; 數字量送入緩沖區 INC

24、 R1 ; R1指向下一個存儲單元 INC R2 ; R2指向下一個模擬量 MOV A, R2 MOVX R0, A ; 啟動下一路轉換 DJNZ R7, LOOP CLR EX1LOOP: RETI END 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術DA轉換的實現DA轉換的基礎知識DAC0832芯片結構DAC0832功能及管腳DAC0832與8031雙緩沖接口電路設計及軟件編程DAC0832與8031單緩沖接口電路設計及軟件編程 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術7.2.3 DAC的基本原理及性能指標概述 輸入：數字量，輸出：模擬量。 轉換過程：送到DAC的各位二進制數按其權的大小轉換為相應

25、的模擬分量，再把各模擬分量疊加，其和就是D/A轉換的結果。 使用D/A轉換器時，要注意區分: * D/A轉換器的輸出形式; * 內部是否帶有鎖存器。輸出形式 兩種輸出形式：電壓輸出形式與電流輸出形式。電流輸出的D/A轉換器，如需模擬電壓輸出，可在其輸出端加一個I-V轉換電路。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術（2）D/A轉換器內部是否帶有鎖存器 D/A轉換需要一定時間，這段時間內輸入端的數字量應穩定，為此應在數字量輸入端之前設置鎖存器，以提供數據鎖存功能。根據芯片內是否帶有鎖存器，可分為內部無鎖存器的和內部有鎖存器的兩類。* 內部無鎖存器的D/A轉換器 可與P1、P2口直接相接（因P1口

26、和P2口的輸出有鎖存功能）。但與P0口相接，需增加鎖存器。* 內部帶有鎖存器的D/A轉換器 可與MCS-51的P0口直接相接。目前有的D/A轉換器內部不但有鎖存器，還包括地址譯碼電路，有的還有雙重或多重的數據緩沖電路 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術2.主要技術指標(1)分辨率 輸入給DAC的單位數字量變化引起的模擬量輸出的變化，通常定義為輸出滿刻度時的模擬量值與2n之比。顯然，二進制位數越多，分辨率越高。 例如，若滿量程為10V，根據定義則分辨率為10V/2n。 設8位D/A轉換，即n=8，分辨率為10V/2n=39.1mV，該值占滿量程的0.391%，用1LSB表示。同理：10位D/

27、A：1 LSB=9.77mV=0.1% 滿量程 12位D/A：1 LSB=2.44mV=0.024% 滿量程 根據對DAC分辨率的需要,來選定DAC的位數。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術(2)建立時間描述DAC轉換快慢的參數,表明轉換速度。定義：為從輸入數字量到輸出達到終值誤差(1/2)LSB(最低有效位)時所需的時間。電流輸出時間較短，電壓輸出的，還要加上I-V轉換的時間，因此建立時間要長一些。快速DAC可達1s以下。（3）精度 理想情況，精度與分辨率基本一致，位數越多精度越高。但由于電源電壓、參考電壓、電阻等各種因素存在著誤差，精度與分辨率并不完全一致。 位數相同，分辨率則相同，

28、但相同位數的不同轉換器精度會有所不同。例如，某型號的8位DAC精度為0.19%，另一型號的8位DAC精度為0.05%。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術D/A轉換的基本原理D/A轉換器可分為兩大類 直接D/A轉換器 間接D/A轉換器，例如PWM輸出權電流D/A轉換器（直接D/A轉換器） 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術MCS-51與DAC0832的接口1. DAC0832芯片介紹(1)DAC0832的特性美國國家半導體公司產品，具有兩個輸入數據寄存器的8位DAC,能直接與MCS-51單片機相連。主要特性如下：電流輸出，穩定時間為1s；分辨率為8位；可雙緩沖輸入、單緩沖輸入或直接數字

29、輸入；單一電源供電（+5+15V）； 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術（2）DAC0832的引腳及邏輯結構 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術DAC0832的邏輯結構： 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術引腳功能：DI0DI7：8位數字信號輸入端CS*：片選端ILE：數據鎖存允許控制端，高電平有效。WR1*：輸入寄存器寫選通控制端。當CS*=0、ILE=1、WR1*=0時，數據信號被鎖存在輸入寄存器中XFER*：數據傳送控制WR2* ：DAC寄存器寫選通控制端。當XFER*=0，WR2* =0時，輸入寄存器的數據鎖存入DAC寄存器中。IOUT1：電流輸出1端，輸入數字量全“1”時

30、，IOUT1最大，輸入數字量全為“0”時，IOUT1最小。IOUT2：D/A轉換器電流輸出2端，IOUT2+IOUT1=常數。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術Rfb：外部反饋信號輸入端，內部已有反饋電阻Rfb，根據需要也可外接反饋電阻。VREF：基準電源輸入Vcc：電源輸入端，可在+5V+15V范圍內。DGND：數字信號地。AGND：模擬信號地。“8位輸入寄存器”用于存放CPU送來的數字量，使輸入數字量得到緩沖和鎖存，由LE1*控制；“8位DAC寄存器”存放待轉換的數字量，由LE2*控制；“8位D/A轉換電路”由T型電阻網絡和電子開關組成，T型電阻網絡輸出和數字量成正比的模擬電流。 單片機及接口技術 第七章 機電接口技術2.DAC的應用采取何種形式接口與DAC的具體應用有關。單極性電壓輸出 單極性模擬電壓輸出，具體例子輸出電壓Vout與輸入數字量B的關系:Vout= （B/256）*VRFE輸入數字量B為0時，Vout也為0，輸入數字量B為255時，Vout為最大值,單極性。式中，B=b727+ b626+ b121+ b020； 單片機及接口技術 第七章 機電接口