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单片机原理及其应用

单片机原理及其应用. (Principle and Application of Single Chip Microcomputer). 第 1 章 概述 第 2 章 MCS-51 单片机硬件结构 第 3 章 MCS-51 寻址方式和指令系统 第 4 章 MCS-51 汇编程序设计 第 5 章 中断系统 第 6 章 定时器 / 计数器及串行口 第 7 章 存储器扩展 第 8 章 接口电路扩展 第 9 章 应用举例. 8.1 显示器及其接口 8.2 键盘及其接口 8.3 D/A 转换器及其接口 8.4 A/D 转换器及其接口

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单片机原理及其应用

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  1. 单片机原理及其应用 (Principle and Application of Single Chip Microcomputer)

  2. 第1章 概述 第2章 MCS-51单片机硬件结构 第3章 MCS-51寻址方式和指令系统 第4章 MCS-51汇编程序设计 第5章 中断系统 第6章 定时器/计数器及串行口 第7章 存储器扩展 第8章 接口电路扩展 第9章 应用举例

  3. 8.1 显示器及其接口 8.2 键盘及其接口 8.3 D/A转换器及其接口 8.4 A/D转换器及其接口 8.5 打印机接口* 8.6 拨码盘及语音接口* 第8章接口电路设计

  4. 8.1.1 LED显示器 8.1.2 显示器接口实例 8.1.3 伟福实验系统LED显示器编程 8.1 显示器及其接口

  5. 1．LED显示器结构与原理 LED显示块是由发光二极管来显示字段的显示器件。 在单片机应用系统中通常使用的是八段LED, 有共阴极与共阳极两种，如图8-1所示。八段显示块与单片机接口非常容易。字符显示码（段码）如表8-1所示。 图8-1 八段LED显示块 8.1.1 LED显示器

  6. 表8-1 八段LED的段码

  7. 图8-2 N位LED显示器 2．LED显示器与显示方式 在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。图8-2是N位显示器的构成原理。 图8-2 N位LED显示器

  8. 图8-3 四位静态LED显示器电路 LED显示器有两种显示方式： （1）静态显示方式 (各个LED的段码来自不同I/O端口) 亮度高，无闪烁，编程简单，占用端口多。

  9. 图8-4 四位LED动态显示器电路 （2）动态显示方式 (各个LED的段码来自同一个I/O端口) 4个LED段线并联接到同一个I/O端口，LED的共阳极或 共阴极接到不同的I/O线。在某时刻只让一只LED的位选 线有效，配合这时的段码，该位LED显示相应的字符。 依次轮流让不同的LED显示字符，即为动态显示。

  10. 图8-5 八位LED动态显示过程和结果 占用端口少，编程较复杂，占用CPU时间多。

  11. 8.1.2 LED显示器接口实例 从LED显示器的原理可知，为了显示字母与数字， 必须最终转换成相应的段码。这种转换可以通过硬 件译码器或软件进行译码。 硬件译码器LED显示器接口 软件译码LED显示器接口

  12. +5V +5V +5V 1. 硬件译码器LED显示器接口 图8-6 利用硬件译码器的八段LED接口电路

  13. 2. 软件译码LED显示器接口 位 段 PA口地址：7F01H PB口地址：7F02H 图8-7 通过8155扩展的8位LED动态显示接口

  14. 3. 动态显示程序设计 在内部RAM开辟6个单元作为 显示缓冲区：79H~7EH。 要显示的字符就分别放在显示 缓冲区中。 显示程序的工作是将显示缓冲 区的字符查出对应的段码依次送 到LED显示。 （1）程序流程图

  15. DIR: MOV R0, #79H ; 显缓区指针初值 MOV R3, #01H ; 位选码初值(左边第一位LED) MOV A, R3 LD0: MOV DPTR, #7F01H ; A口地址 MOVX @DPTR, A INC DPTR ; B口地址 MOV A, @R0 ; 取要显示的字符 ADD A, #0DH ; 加偏移量 MOVC A, @A+PC ; 查段码表 DIR1: MOVX @DPTR, A ; 送B口 ACALL DL1ms ; 延时1ms INC R0 MOV A, R3 ; 准备调整位选码 （2）程序

  16. JB ACC.5, LD1 ; 已到达最右边LED RL A ; 向右移一位LED MOV R3, A ；暂存位选码 AJMP LD0 LD1: RET DSEG: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,6FH,77H DB 7CH,39H,5EH,79H,71H,73H,3EH,31H,6EH,1CH DB 23H,40H,03H,18H,00H DL1ms: MOV R7, #02H DL: MOV R6, #0FFH DL6: DJNZ R6, DL6 DJNZ R7, DL RET

  17. 1. LED硬件显示原理 ACC.0 ACC.0 数据位 (0FE06H) 时钟位 (0FE04H) 8.1.3 伟福实验系统LED显示器编程 D0 D5 位选通地址 (0FE02H) 向显示位选通地址输出高电平就可以点亮相应的显示位。 串行输入的数据位和时钟位由可编程器件CPLD(相当于74LS164)输出。写程序时，只要向数据位地址输出数据，然后向时钟位地址输出一高一低两个电平就可以将数据位送到74LS164中，并且实现移位。

  18. 段 位

  19. D0 D0 段 位

  20. 否 是 否 是 2. 软件流程图

  21. OUTBIT EQU 0FE02h ;位控制口 CLK164 EQU 0FE04h ;段控制口(接164时钟位) DAT164 EQU 0FE06h ;段控制口(接164数据位) LEDBuf EQU 60h ;显示缓冲区 ORG 0 LJMP Start Start: MOV SP, #40H MOV A, #1 ; 往显缓区填入1,2 MOV R0,#LEDBuf ; 3,4,5,6 FillBuf: MOV @R0,A INC A INC R0 CJNE R0, #LEDBuf+6, FillBuf DispAgain: LCALL Display ;调显示程序 LJMP DispAgain 3. 显示程序

  22. Display: MOV R0, #LEDBuf ；显缓区指针 MOV R1, #6 ; 共6个八段管 MOV R2, #00100000B ;从左边开始显示 Loop: MOV DPTR, #OUTBIT ;位控制口地址 MOV A, #0 MOVX @DPTR, A ;关所有八段管 MOV A, @R0 ;取显示字符 MOV DPTR, #LEDMap ;段码表首址 MOVC A, @A+DPTR ;字符转换成显示码 MOV B, #8 ;送164(移位8次） DLP: RL A ;左移一位 MOV R3, A MOV DPTR, #DAT164 MOVX @DPTR, A ;输出一位数据

  23. MOV DPTR, #CLK164 SETB ACC.0 ；时钟线高电平 MOVX @DPTR, A CLR ACC.0 ；时钟线低电平 MOVX @DPTR, A MOV A, R3 DJNZ B, DLP MOV DPTR, #OUTBIT MOV A, R2 MOVX @DPTR, A ;显示一位八段管 MOV R6, #1 ；延时初值 CALL Delay

  24. MOV A, R2 ;显示下一位 RR A MOV R2, A INC R0 ；显缓区指针加一 DJNZ R1, Loop MOV DPTR, #OUTBIT MOV A, #0 MOVX @DPTR, A ;关所有八段管 RET LEDMAP: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH, 7DH, 07H DB 7FH, 6FH, 77H, 7CH, 39H, 5EH, 79H, 71H Delay: MOV R7, #0 ;延时子程序 DelayLoop: DJNZ R7, DelayLoop DJNZ R6, DelayLoop RET END

  25. 综合应用举例 单片机温度测量： 温度传感器：输入：0～100℃， 输出：0~5V 8位A/D转换器：输入：0～5V, 输出：0～255 已知A/D转换结果存放在30H, 要求将对应的温度 值BCD码存放在31H,32H,33H（高位在低地址）。 将温度值在LED上显示（右三位）。

  26. 主程序 OUTBIT EQU 0FE02h ;位控制口 CLK164 EQU 0FE04h ;段控制口(接164时钟位) DAT164 EQU 0FE06h ;段控制口(接164数据位) LEDBuf EQU 60h ;显示缓冲区 ORG 0 BEGIN: LJMP 30H ORG 30H ST: MOV R0, 30H ;取A/D数据 MOV R2, #64H MOV R1, #65H ;转换系数 ACALL CHENFA ;标度变换

  27. CLR C ;舍入计算 MOV A, #81H SUBB A, R4 MOV A, R5 ADDC A, #0 MOV R5, A MOV R2, #0 ; 取结果转BCD MOV A, R5 MOV R3, A ; 00H ≤（R2R3) ≤64H ACALL BI2BCD MOV 31H, R5 ; 最后结果在R5R6中 MOV A, R6 ANL A, #0FH MOV 33H, A

  28. MOV A, R6 SWAP A ANL A, #0FH MOV 32H, A MOV DPTR, #LEDBuf+3 MOV A, 31H MOVX @DPTR, A INC DPTR MOV A, 32H MOVX @DPTR, A INC DPTR MOV A, 33H MOVX @DPTR, A LCALL Display LJMP ST

  29. 8.2.1 独立式键盘接口 8.2.2 行列式键盘接口 8.2.3 典型键盘/显示器接口实例 8.2 键盘及其接口

  30. 在设计键盘接口时，要解决以 下几个问题： 开关状态的可靠输入——可硬件 电路去抖动或设计软件去抖动。 键盘状态的监测方法——中断方式还是查询方式。 键盘编码方法。 键盘控制程序的编制。 键盘的组成 键盘是由键盘矩阵行、列线之间的开关组成的。

  31. 1．独立式按键结构 独立式按键是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每根I/O口线上按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。独立式按键电路如图8-8所示。 8.2.1 独立式键盘接口 图8-8 独立式按键电路

  32. 图8-9 使用8255扩展I/O的独立式键盘 2．独立式按键的软件编写 包括按键查询、消抖、键功能程序转移。

  33. KEYIN:MOV P1, #0FFH ; MOV A, P1 ; 读键盘 CJNE A,#0FFH，QUDOU ；有键按下，消抖 AJMP BACK ；无键按下，返回 QUDOU: MOV R3, A ；暂存键状态, 下面比较用 LCALL DELY10 ；10ms消抖 MOV A, P1 ；再读键盘 CJNE A, R3, BACK ；两次读键不同，返回 KEY0：JB P1.0，KEY1 ；不是‘s0’键 LJMP PKEY0 ； ‘s0’键处理 KEY1: JB P1.1，KEY2 ; 不是‘s1’键 LJMP PKEY1 ; ‘s1’键处理 KEY2: JB P1.2，KEY3 ; 不是‘s2’键 LJMP PKEY2 ; ‘s2’键处理 ┆ KEY7: JB P1.7，BACK ; 不是‘s7’键 LJMP PKEY7 ; ‘s7’键处理 BACK: RET

  34. 1．键盘工作原理 按键设置在行列的交点上，行列线分别连接到按键开关的两端。 行线通过上拉电阻接+5伏，无键按下被钳位在高电平状态。有键按下，电平由列线决定。 8.2.2 行列式（矩阵式）键盘 图8-10 行列式键盘原理电路

  35. 2.按键按下的判别 (1) 扫描法 首先由列线送入低电平、读入行线状态来判断有无键按下。 若有一根行线是低电平说明有键按下了。 键盘中哪一个键按下可由列线逐列置低电平，检查行输入状态来判断。 若某行电平变低，按下的键就在这一行。行列相交确定按下键的键值。 图8-11 行列式键盘原理电路

  36. （a）线反转法第一步 图8-12 线反转法原理 (2) 线反转法：只要经过两个步骤就可获得键值。 第一步，让行线为输出线，列线为输入线。 令行线输出全为低电平，若列线中某线为低电平，该线上有键按下了。 现在已知某列有键按下，但在哪一行未知。下一步将行列输出输入关系互换。

  37. （b）线反转法第二步 图8-13 线反转法原理 3 0 7 4 8 11 12 15 第二步，让行线为输入线，列线为输出线。 令列线输出全为低电平或前一步得到的列值，则行线中为低电平的线上有键按下了。 结合前一步确定的列与现在确定的行，就能准确知道是什么键按下了。 (3) 键盘的编码 行列式键盘，每个键的位置由行值和列值惟一确定。通过行列值可以给每一个键规定一个键值，键值对应上键盘的排列就可确定键号。

  38. 3．键盘工作方式 单片机应用系统中，键盘扫描仅是一个任务。为了能尽快响应键盘，又不占用CPU太多时间，一般有三种键盘工作方式: 编程扫描方式、定时扫描方式、中断扫描方式。 1) 编程扫描方式 在CPU空闲时，不断调用键盘扫描程序，获取用户从键盘上输入的数据或命令。

  39. 端口地址：PA口：7F00H, PC口：7F02H, 控制口：7F03H PA口工作于方式0输出，PC口低四位工作于方式0输入。 工作过程 : (1) 判有无键按下。A口输出全0，读C口。 图8-14 8255A扩展组成的矩阵式键盘

  40. 若PC0~PC3全1，无键按下；否则，有键按下。 (2) 调软件延时10ms消除键抖动。 (3) 逐列置0扫描，确定按键位置。 (4) 等待键释放后，进行按键功能处理。 图8-14 8255A扩展组成的矩阵式键盘

  41. 单片机每隔一定的时间对键盘进行扫描，在有键按下单片机每隔一定的时间对键盘进行扫描，在有键按下 时识别该键，并进行处理。 消抖 已处理 键处理 2) 定时扫描方式 KM:去抖动标志 KP:处理标志 图8-15 定时扫描方式程序框图

  42. 只有在键盘按下时，发出中断请求，CPU扫描键盘。只有在键盘按下时，发出中断请求，CPU扫描键盘。 3) 中断扫描方式 图8-16 中断方式键盘接口

  43. 第一层：监视键盘输入，三种扫描方式。 第二层：识别键号，扫描法，线反转法。 第三层：按键功能处理。 4）键盘的工作层次

  44. 0 行 1 行 2 行 3 行 7列 0列 8.2.3 键盘/显示器接口实例 1. 8155键盘/显示器接口 1)接口电路 PA口输出，PC口输入 PA口地址：7F01H PC口地址：7F03H

  45. 程序功能： （1）判有无键闭合 列线全置低电平(PA口输出全0)，查行线电平(PC口)。行线全为高电平，无键闭合。否则有键闭合。 （2）去除键盘机械抖动 延时后再判键盘状态，若先前查出的键仍闭合，确认有效。 （3）确定闭合键的位置：逐列扫描 用扫描码定出列值，用行状态定出行值，根据行值和列值给每一个键一个惟一的键值，然后用键值给每个键分配键号。 2）键盘程序

  46. 确定键号（键值） 键号的分配如硬件图标定， 第0行第0列交点处的键号为0… 第1行第0列交点处的键号为8… 任意键的键号＝行首键值＋列值 行首键值＝该键键号，列值为列的编号 设PA口输出11111101B, 读出PC3~PC0为1101，说明第1行第1列交点处的键闭合。 键号＝第1行行首键值＋列值＝8＋1＝9 （4）对闭合键仅处理一次：等键释放后再处理。

  47. KS1 DIR DIR KS1 KS1

  48. KEY1: ACALL KS1 ；调判有无键闭合子程序 JNZ LK1 ；有键压下，跳延时消抖 NI: ACALL DIR ；无键压下，调显示子程序 AJMP KEY1 LK1: ACALL DIR ；调显示子程序延时消抖 ACALL DIR ACALL KS1 ；再查键盘是否还有键压下 JNZ LK2 ；仍有键压下 AJMP NI ; 误动作 LK2: MOV R2, #0FEH ；列扫描码初值 MOV R4, #00H ；列值初值 LK4: MOV DPTR, #7F01H ；A口地址 MOV A, R2 ；取列扫描码 MOVX @DPTR, A ； 送到键盘列线

  49. INC DPTR ；指向C口地址 INC DPTR MOVX A, @DPTR ；读行线状态 JB ACC.0, LONE ；第0行无键按下，查下一行 MOV A, #00 ；有键，置0行首键键值00H AJMP LKP LONE: JB ACC.1, LTW0 ；第1行无键按下，查下一行 MOV A, #08H ；有键，置1行首键键值08H AJMP LKP LTW0: JB ACC.2, LTHR ；第2行无键按下，查下一行 MOV A, #10H ；有键，置2行首键键值10H AJMP LKP LTHR: JB ACC.3, NEXT ；第3行无键按下，扫描下1列 MOV A, #18H ；有键，置3行首键键值18H LKP: ADD A, R4 ；计算键号＝行首键值＋列值

  50. PUSH A ；保存键号 LK3: ACALL DIR ；延时6ms ACALL KS1 JNZ LK3 ；等待键释放 POP A ；取回键号 RET NEXT:INC R4 ；列值增一 MOV A, R2 ；取列扫描码 JNB ACC.7, KND ；已扫描最后一列，未找到键 RL A ；列扫描码左移移位 MOV R2, A ；保存列扫描码 AJMP LK4 ；重输出到列线 KND: AJMP KEY1

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