【教学课件】第8章MCS-51单片机的人机界面接口技术.ppt

第8章 MCS-51单片机的人机界面接口技术,8.1 键盘及其接口8.2 显示器接口8.3 打印机接口8.4 拨码盘及语音接口,8.1 键盘及其接口,8.1.1 独立式键盘接口8.1.2 行列式键盘,返回本章首页,在设计键盘接口时，解决以下几个问题：开关状态的可靠输入可设计硬件去抖动电路或设计去抖动软件。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。,8.1.1 独立式键盘接口,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8-1所示。2独立式按键的软件结构包括按键查询、键功能程序转移。FP0FP7 为功能程序入口地址标号，PROM0PROM7分别为每个按键的功能程序。图8-2为使用扩展I/O的独立式按键电路，按键数量可多可少。,图8-1 独立式按键电路,图8-2 使用8255扩展I/O的独立式键盘,返回本节,8.1.2 行列式键盘,1键盘工作原理行列式键盘电路原理如图8-3所示。按键设置在行列式交点上，行列线分别连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接+5伏时，被钳位在高电平状态。键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的。键盘中哪一个键按下可由列线逐列置低电平后，检查行输入状态来判断。,图8-3 行列式键盘原理电路,2键盘工作方式（如图8-48-7所示）键盘的工作方式：编程扫描方式、定时扫描方式、中断扫描方式三种。在键盘扫描子程序中完成下述几个功能。（1）判断键盘上有无键按下（2）去键的机械抖动影响。（3）求按下键的键号。（4）键闭合一次仅进行一次键功能操作。,图8-4 8155扩展I/O口组成的行列式键盘,图8-5 键扫描子程序框图,图8-6 定时扫描方式程序框图,图8-7 中断方式键盘接口,3键盘扫描方式扫描法：在判定有键按下后逐列（或逐行）置低电平，同时读入行（或列）的状态，如果行（或列）的状态出现非全1状态，这时0状态的行、列交点的键就是所按下的键。特点是逐列（或逐行）扫描查询。这时相应行（或列）应有上拉电阻接高电平。反转法：只要经过两个步骤就可获得键值。反转法原理如图8-8所示。,（a）线反转法第一步（b）线反转法第二步图8-8 线反转法原理,4行列式键盘接口（如图8-9所示）通用并行扩展I/O口键盘接口8031串行I/O口扩展的键盘接口,图8-9 8031串行I/O口扩展的行列式键盘接口,返回本节,8.2 显示器接口,8.2.1 LED显示器接口8.2.2 LCD显示器接口8.2.3 典型键盘/显示器接口实例,返回本章首页,8.2.1 LED显示器接口,1LED显示器结构与原理LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在微机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种，如图8-10所示。七段显示块与微机接口非常容易。如表8-1所示。,（a）共阴极（b）共阳极（c）管脚配置图8-10 七段LED显示块,表8-1 七段LED的段选码,2LED显示器与显示方式在微机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。图8-11是N位显示器的构成原理。LED显示器有两种方式：（1）LED静态显示方式（如图8-12所示）（2）LED动态显示方式（如图8-13所示）,图8-11 N位LED显示器,图8-12 四位静态LED显示器电路,图8-13 八位LED动态显示器电路,3LED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选码。这种转换可以通过硬件译码器或软件进行译码。l 硬件译码器LED显示器接口（如图8-14所示）l 软件译码LED显示器接口（如图8-15 8-16所示）,图8-14 利用硬件译码器的七段LED接口电路,图8-15 通过8155扩展I/O口控制的8位LED动态显示接口,图8-16 动态显示子程序流程图,返回本节,8.2.2 LCD显示器接口,1LCD的基本结构及工作原理,图8-17 液晶显示器基本结构,2LCD的驱动方式静态驱动方式：静态驱动回路及波形如图8-18所示，图中LCD表示某个液晶显示段。时分割驱动电压平均化：当显示字段增多时，为减少引出线和驱动回路数，需要采用时分割驱动法。时分割驱动方式通常采用电压平均化法，其占空比有1/2，1/8，1/11，1/16，1/32，1/64等，偏比有1/2，1/3，1/4，1/5，1/7，1/9等。,（a）驱动回路；（b）真值表；（c）驱动波形图8-18 静态驱动回路及波形,3LCD接口实例硬件接口电路：图8-19为六位液晶静态显示电路。典型显示子程序：设显示缓冲区为8031片内RAM的22H27H六个单元依次放置六位分离的BCD码。,图8-19 六位LED静态显示电路,返回本节,8.2.3 典型键盘/显示器接口实例,18155扩展I/O口的键盘/显示器接口接口电路：LED显示器采用共阴极如图8-20所示；LED采用动态显示软件译码，键盘采用逐行扫描查询方式；LED的驱动采用北京集成电路设计中心生产的集电极开路输出八位驱动器8718。软件设计：由于键盘与显示做成一个接口电路，因此在软件设计中合并考虑键盘查询与动态显示，键盘消颤的延时子程序用显示程序代替。,图8-20 8155扩展I/O口的键盘/显示器接口电路,2串行口扩展的键盘/显示器接口接口电路：图中使用一片74LS164和2根行线扩展16键键盘。电路原理如图8-21所示。软件设计：在图8-21中，设显示器位数存于R7，显示缓冲区首址存于R0，显示字符以BCD码形式存放，8031 RAM中20H为键码缓冲区，无键输入时，20H中为80H。,图8-21 串行口扩展的键盘/显示器接口,38279键盘/显示器接口8279是专用键盘/显示器控制芯片，能对显示器自动扫描，能识别键盘上按下键的键号；可充分提高CPU的工作效率。8279与MCS-51接口方便，由它构成的标准键盘/显示器接口在微机应用系统中使用越来越广泛。,48279接口和编程的一般方法接口电路的一般连接方法 8279的键盘/显示器电路与8031接口的一般连接方法如图8-22所示。ALE可直接与8279CLK相连，由8279设置适当的分频数，分频至100KHz。,图8-22 8279的键盘/显示器电路及与8031接口,8279键盘、显示接口应用特性：（1）8279操作命令（表8-2所示）（2）8279的FIFO状态查询（3）8279的数据输入/输出（4）显示器的填入/移位方式（5）8279的内部译码与外部译码（6）键盘键值的给定,表8-2 8279命令功能键一览表,（续表）,8031和8279键盘/显示器接口的编程方法 对于图8-22所示的一般接口电路，键盘的读出既可用中断方式，也可用查询方式。设若16位LED显示，16个按键，键盘采用查询方式读出。16位显示数据的段选码存放在8031片内RAM的30H3FH单元；16个键的键值读出后存放在 40H4FH中。8031晶振为8MHz。,图8-23 88键盘的键值与键号,返回本节,8.3 打印机接口,8.3.1 TPP-40A主要性能、接口要求及时序8.3.2 字符代码及打印命令8.3.3 TPP-40A/16A与MCS-51单片机接口8.3.4 打印程序实例,返回本章首页,8.3.1 TPP-40A主要性能、接口要求及时序,1TPP-40A的主要技术性能（1）采用单片机控制，具有2KB监控程序及标准的Centronic 并行接口。（2）具有较丰富的打印命令，命令代码均为单字节，格式简单。（3）可产生全部标准的ASCII代码字符，以及128个非标准字符和图符。（4）可打印出8240点阵的图样。（5）字符、图符和点阵图可以在高和宽的方向放大为2、3、4倍。,（6）每行字符的点行数可用命令更换，即字符行间距空点行在0256间任选。（7）带有水平和垂直制表命令，便于打印表格。（8）具有重复打印同一字符命令，以减少输送代码的数量。（9）带有命令格式的检错功能。,2接口要求TPP-40A微型打印机与计算机应用系统通过机箱后部的20芯扁平电缆及插件相连。打印机箱后部接插件引脚信号如图8-24所示。DB0DB7：数据线，单向由计算机输入打印机。（STROBE）：数据选通信号。BUSY：打印机“忙”状态信号。（ACKNOWLEGE）：打印机的应答信号。（ERROR）：出错信号。,图8-24 TPP-40A/16A插脚安排（从打印机背视）,3接口信号时序,图8-25 TPP-40A/16A接口信号时序,4主计算机端推荐接口电路,图8-26 TPP-40A/16A推荐接口电路图,返回本节,8.3.2 字符代码及打印命令,1字符代码字符代码串实例如下：l打印字符串“3265.37”输送代码串为：24，33，32，36，35，2E，33，37，0D。l 打印“This is Micro-Printer”输送代码串为：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”输送代码为：33，32，2E，38，63，6D，9D，0D,2打印命令,表8-3 TPP-40A打印命令代码及功能,3命令非法时的出错提示,图8-27 出错代码信息打印格式,返回本节,8.3.3 TPP-40A/16A与MCS-51单片机接口,TPP-40A/16A没有读写信号线，只有一对握手线、BUSY，接口如图8-28所示。图8-29是通过单片机应用系统中的扩展I/O口连接的打印机接口电路。图8-28、图8-29中打印机的口地址由地址线P2口线决定，使用时，口地址设为7FFFH。,图8-28 TPP-40A/16A与8031数据总线接口电路图,图8-29 TPP-40A/16A与8031扩展I/O口连接的接口电路图,返回本节,8.3.4 打印程序实例,下面以图8-29作为打印机接口，介绍一种使用TPP-16A打印机打印1616点阵汉字“作业”的程序。程序清单如下：HZDY：MOVDPTR，#TAB2；置字型表首址 MOVR6，#02H DY1：MOVB，#20H LCALLSUB2；调用打印机控制子程序 DJNZR6，DY1 RETSUB1：PUSHDPH；DPTR入栈 MOVDPTR，#TAB1；置打印机控制字表首址,MOVR5，#05H；送打印控制字串到打印机SB11：LCALLDAY2 LCALLDAY1 DJNZR5，SB11 MOVA，B LCALLDAY1 MOVA，#00H LCALLDAY1 POPDPL；DPTR出栈 POPDPH RETSUB2：MOVR5，B；送由B设置个数的汉字字型码到打印机SB21：LCALLDAY2 LCALLDAY1 DJNZR5，SB21 MOVA，#0DH；回车换行 LCALLDAY1 RETDAY1：PUSHDPH,PUSHDPL MOVDPTR，#7F01H；将字型码送8155 PA口 MOVXDPTR，A MOVDPTR，#7F03H；用8155 PC口模拟打印机信号 MOVA，#00H MOVXDPTR，A MOVA，#01H MOVXDPTR，A JBP3.3，$；打印机忙等待 POPDPL POPDPH RETDAY2：CLRA；取字型码子程序 MOVXA，A+DPTR INCDPTR RET,TAB1：DB1BH，31H，00H，1BH，4BH；打印机控制字符串TAB2：DB00H，00H，00H，0FFH，0FEH，00H，00H；汉字“作”的下半部字形码 DB00H，0FFH，0FFH，20H，20H，20H，60H，20H DB00H，02H，02H，0E2H，0C2H，0FEH，0FEH，02H；汉字“业”下半部字形码 DB02H，0FEH，0FEH，62H，0C2H，02H，06H，02H DB00H，01H，06H，1FH，0F7H，60H，02H，0CH；汉字“作”的上半部字形码 DB38H，0FFH，5FH，12H，12H，16H，32H，10H DB00H，08H，07H，03H，00H，0FFH，7FH，00H；汉字“业”的上半部字形码 DB00H，0FFH，7FH，00H，03H，1FH，0CH，00H,返回本节,8.4 拨码盘及语音接口,8.4.1 拨码盘接口及应用实例8.4.2 ISD1420语音接口芯片及其应用,返回本章首页,8.4.1 拨码盘接口及应用实,1十线拨盘（如图8-30所示）l十线拨盘接口：多个拨盘输入时，接口如图8-31所示。为节约I/O口，采用并联连接，分时选通输入的办法。l读数及自检软件十线拨码盘便于实现自检。在正常情况下，十线中只能有一个为低电平“0”。如果有一个以上的低电平“0”，则为短路故障；如全为高电平“1”，则为开路或接触不良故障。图8-32是读数自检子程序流程图。,图8-30 十线拨盘,图8-31 十线拨盘组接口,图8-32 十线拨盘读数自检程序流程图,2BCD拨码盘（如图8-338-34所示）l硬件接口：只用两个BCD拨码盘输入时，可把A端接+5V，8个输出脚接8个并行输出口，并通过10K电阻接地，从8位并行口输入的数据即是两个拨盘的BCD码。多个拨盘输入时，同样要接成并联分时选通形式 l 读数及检测软件：BCD拨码盘不易实现故障自检。,图8-33 BCD码拨盘组接口,图8-34 BCD码拨盘检测程序流程图,返回本节,8.4.2 ISD1420语音接口芯片及其应用,1ISD1420芯片的特点（1）外围元件简单，仅需少量阻容元件、麦克风即可组成一完整录放系统。（2）模拟信息存储重放音质极好，并有一定混响效果。（3）待机时低功耗（仅0.5A），典型放音电流15mA。（4）放音时间20s，可扩充级联。（5）可持续放音，也可分段放音，最小分段20s/160段=0.125s/段，可分段数160段。,（6）录放次数达10万次。（7）断电信息存储，无需备用电池，信息可保100年。（8）操作简单，无需专用编程器及语音开发器。（9）高优先级录音，低电平或负边沿触发放音。（10）单电源供电，典型电压+5V。,图8-35 ISD1420语音芯片内部结构框图,2内部接口介绍,3ISD1420封装及引脚介绍,图8-36 ISD1420引脚图,4ISD1420基本技术指标（均为典型值）（1）工作电源+5V。（2）静态电流10A。（3）工作电流15mA。（4）信噪比S/N=43dB。（5）录音时间长度：20s（6）每基本段时间长度：20s。,5ISD1420与单片机接口举例l硬件连接（如图8-37所示）l录入语音信息l放音程序（由表8-48-5所示）,图8-37 ISD1420与单片机8031的接口,表8-4 ISN1420语音分段及段控制码,表8-5 语音信息录放段控制码,6ISD系列语音芯片应用中应注意的问题（1）ISD系列器件所有地址端、控制端和TEST/CLD端必须可靠接高电平或低电平，而不能悬空，否则可能出现停止播放的情况。（2）为了充分发挥其优质高保真特点，应注意以下几点：,1）AGC阻容，尽量靠近ISD，且连线尽量短。2）电源线和地线宽度应在0.8mm以上。3）选用优质话筒。4）话筒信号耦合电容与连接MICREF端到模拟地的电容要相同。5）电源内阻低且无噪音。,（3）ISD的SP+、SP-端一定不要接地，只能接喇叭或悬空。（4）国内部分厂家语言芯片与ISD芯片标准信号对应如下：SR9F26ISD1020A（硬封装）SR9G16/SR9G26ISD1416/ISD1420（硬封装）HY420/SRG26RISD1420（软封装）HY410ISD1110（软封装）,返回本节,THANK YOU VERY MUCH！,本章到此结束，谢谢您的光临！,结束放映,返回本章首页,