单片机原理及其应用第6章单片机应用系统的接口技术课件

第6章单片机应用系统的接口技术键盘及显示器接口设计A/D和D/A转换接口技术开关量输出接口技术第6章单片机应用系统的接口技术键盘及显示器接口设计12/13/20222单片机原理及其应用12/10/20222单片机原理及其应用（一）键盘概述

键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的输入设备。一个键盘，通常包括有数字键(0~9)，字母键(A~Z)以及一些功能键。操作人员可以通过键盘向计算机输入数据，地址、指令或其它控制命令，实现人机对话。键盘按其结构形式可分为两类： 1、编码键盘，即键盘上闭合键的识别由专用的硬件来实现； 2、非编码键盘，即键盘上闭合键的识别由软件来识别。也可分为：1、独立式键盘，即每个按键都直接占用一位I/O口线；2、矩阵式键盘，即每个按键接在I/O口线组成的行列线的交点上。6.1键盘工作原理与接口电路12/13/20223单片机原理及其应用（一）键盘概述 键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是一种

单片机系统中普遍使用非编码键盘，键盘接口应具备以下功能： (1)键扫描功能，即检测是否有键按下； (2)产生相应的键代码(键值)； (3)消除按键抖动及多键按下；计算机测控系统常见键盘：通用键盘：84键,101键,102键,104键等。含单片机，串行输出(扫描码)。专用键盘：根据需要自己设计键盘。按键：即无锁开关，有机械按键，电容按键，导电橡胶按键，薄膜按键。6.1键盘工作原理与接口电路12/13/20224单片机原理及其应用单片机系统中普遍使用非编码键盘，键盘接口应具备以下功按键开关的集合。（二）键盘的特点5~10ms5~10ms>100ms键的闭合/断开是机械触点的通断。会产生抖动。按键的确认需要消除抖动。硬件消抖RS触发器或双稳态电路软件消抖：

软件延时10ms。Vcc6.1键盘工作原理与接口电路12/13/20225单片机原理及其应用按键开关的集合。（二）键盘的特点5~10ms5~10ms>1（三）键盘接口1、独立式键盘 各键相互独立，每个按键占用一根I/O口线，且各按I/O口线上按键的工作状态互不影响，具有电路配置灵活、软件结构和编程简单等优点。

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K1P12P13P14P15K2K3K4K5K6

键盘驱动程序步骤查键：扫描有否键按下，若无键按下，返回有键按下软件去抖：延时10mS再次判断是否有键按下找键：逐位右移等键释放软件去抖6.1键盘工作原理与接口电路12/13/20226单片机原理及其应用（三）键盘接口1、独立式键盘P10P118051K

独立式键盘的结构原理每个按键互相独立地接通一条数据线并输出键的通断状态。当按键Si闭合时，数据线直接接地，因而输出键Si的状态Di=0；当按键Si断开时，数据线通过上拉电阻接到正电源，因而输出键Si的状态Di=1。12/13/20227单片机原理及其应用独立式键盘的结构原理12/10/20227单片机原理及其应独立式键盘的结构原理(1)可以将各按键的数据输出线和单片机I/O口相连，通过CPU对相关I/O口线状态的检测，即可知道键盘上是否有键按下和哪个键按下，并可根据各键的功能定义进行相关的键功能处理。(2)也可以用扩展的I/O口如8155、8255芯片或三态缓冲器与按键的数据输出线相连，把按键当作外部RAM的某一工作单元的位来对待，通过读片外RAM的方法，识别按键的工作状态。下面以常用的直接与单片机I/O相连的接口电路为例，介绍查询方式和中断方式这两种键盘管理程序。12/13/20228单片机原理及其应用独立式键盘的结构原理12/10/20228单片机原理及其应用1.查询方式如图6-3，接成独立式键盘查询法接口电路。该接口电路实现的功能应为：查询检测是否有键按下，如有键闭合，则消除抖动，再判断键号，然后转入相应的键处理。采用查询方式时，必须保证CPU每隔一定时间主动地去扫描按键一次，该时间间隔的上限应小于快速两次按键的时间间隔，否则会有按键不响应的情形。一般按键扫描的时间间隔不大于10mS。显然这种方式占用CPU时间比较多。12/13/20229单片机原理及其应用1.查询方式如图6-3，接成独立式键盘查询法接口电路。12KEY: MOV P1,#0FFH ;向P1口输出1,置P1口为输入状态KEY1: MOVA,P1 ;输入P1口的状态 CPL A ;取反，无键按下P1.0-P1.3为0 ANL A,#0FH ;屏蔽无用的高4位 JZ KEY1 ;若A=0转移至KEY1继续检测 LCALLD12MS ;延时12ms MOV A,P1 ;再次输入P1口的状态 CPL A ; ANL A,#0FH JZ KEY1 ;如无按键按下，转移继续检测 JB ACC.0,PR0 ;若S0键按下，转PR0处理 JB ACC.1,PR1 ;若S1键按下，则转PR1处理 JB ACC.2,PR2 JB ACC.3,PR3

12/13/202210单片机原理及其应用KEY: MOV P1,#0FFH ;向P1口输出1,置 AJMPKEY1 ;按键处理完后返回KEY1继续检测P1口 ;状态PR0: ………… ;S0键处理程序PR1: …………PR2: …………PR3: ………… ;S3键处理程序D12MS:…………12/13/202211单片机原理及其应用12/10/202211单片机原理及其应用2.中断方式以3个按键为例，如图所示。在上述查询法接口电路的基础上，按键S0、S1、S2的数据输出线再共同经过一个与门后与单片机的外部中断请求信号输入端相连，以保证任意一个按键按下时，即可向CPU提出中断申请，CPU响应中断后执行键盘中断服务子程序。显然，CPU对按键而言是被动方式，在无键按下时不占用CPU时间。12/13/202212单片机原理及其应用2.中断方式以3个按键为例，如图所示。在上述查询法接口电路注意：在上图所示的电路中，任何一个按键的抖动都将造成一次中断，因此，当中断服务程序执行完毕、返回主程序之前，必须保证三个按键稳定地处于断开状态。否则可能引起按一次按键引起多次进入按键服务子程序的情况发生。处理此问题的方法是：当按键服务子程序执行时间较短、小于一次按键的时间，在退出中断服务程序之前，必须用软件清除外部中断源INT0的中断请求标志“EX0”(CLREX0)。键盘中断服务子程序，与查询方式相似：首先去抖动，然后识别键号，再转入键功能处理程序，最后中断返回。程序流程如下图所示。12/13/202213单片机原理及其应用注意：在上图所示的电路中，任何一个按键的抖动都将造成一次中断12/13/202214单片机原理及其应用12/10/202214单片机原理及其应用 ORG 0003H AJMP KEY ORG 0100HMAIN: SETB EA SETB EX0 SETB IT0 ……

KEY: CLR EX0 LCALL D12MS JB P3.2,NOKEY MOV A,P1 CPL A12/13/202215单片机原理及其应用 ORG 0003H12/10/202215单片机原理及 JB ACC.0,PR0 JB ACC.1,PR1 JB ACC.2,PR2NOKEY: SETB EX0 RETIPR0: …… SETB EX0 RETIPR1:12/13/202216单片机原理及其应用 JB ACC.0,PR0 12/10/202216单2.行列式键盘（矩阵式键盘）12/13/202217单片机原理及其应用2.行列式键盘（矩阵式键盘）12/10/202217单片机（1）确定键盘中是否有键按下。方法：向所有行线发出低电平信号，即送出全扫描字，然后读入列电平信号，如果行线所连接的键没有按下，则列线所接的端口得到的全是“1”信号，如果有键按下，则得到非全“1”信号。（2）确定具体是哪个键按下。方法：逐行给行线送低电平，即行扫描，并查所有列线的状态，如全为1，则所按下之键不在此行；否则必在此行。（3）确定具体的键值，然后转到对应的处理程序。闭合键的键号=输入为低电平行线的首键号+输出为低电平列线的列号识别按键的方法：行扫描法12/13/202218单片机原理及其应用（1）确定键盘中是否有键按下。方法：向所有行线发出低电平信号键盘的工作方式：（1）编程扫描工作方式。即查询扫描方式，采用编程方法每隔一定时间调用键盘扫描子程序，查询是否有键输入。（2）定时扫描工作方式。是采用单片机内部的定时器每隔一定时间产生定时中断，CPU响应中断后执行一次键盘扫描子程序。（3）中断扫描方式。只要有键闭合，立即产生中断信号使CPU装入中断处理程序，进行按键的处理。12/13/202219单片机原理及其应用键盘的工作方式：12/10/202219单片机原理及其应用12/13/202220单片机原理及其应用12/10/202220单片机原理及其应用矩阵式键盘的程序设计方法：分析：8155的PA口为输出，PC口为输入，在主程序中需要设置相应命令字00000001B，即01H控制寄存器地址：7F00HPA口地址：7F01HPC口地址：7F03H说明：在子程序出口，若键扫描程序检测无键按下，则将FFH送累加器A返回。若有键按下，则将键号送A返回。12/13/202221单片机原理及其应用矩阵式键盘的程序设计方法：12/10/202221单片机原理程序清单：MAIN: MOV DPTR,#7F00H MOV A,#01H MOVX @DPTR,A ……KEY: LCALL KSI JNZ LK1EXIT: MOV A,#0FFH RETLK1: LCALL D12MS LCALL KSI JZ EXIT12/13/202222单片机原理及其应用程序清单：12/10/202222单片机原理及其应用LK2: MOV R2，#0FEH ;首列扫描字R2 MOV R4，#00H ;首列号送R4LK4: MOV DPTR,#7F01H MOV A,R2 MOVX @DPTR,A ;列扫描字送PA口 MOV DPTR,#7F03H MOVX A,@DPTR ;读入行线状态 JB ACC.0,L1 MOV A,#00H ;0行有键按下，送行 ;首键号至A LJMP LKP ;计算键号

12/13/202223单片机原理及其应用LK2: MOV R2，#0FEH ;首列扫描字R212/L1: JB ACC.1,L2 MOV A,#08H LJMP LKPL2: JB ACC.2,L3 MOV A,#10H LJMP LKPL3: JB ACC.3,NEXT MOV A,#18HLKP: ADD A,R4 ;计算键号 PUSH ACC12/13/202224单片机原理及其应用L1: JB ACC.1,L212/10/202224单片机NEXT: INC R4 ;列号加1 MOV A,R2 ; JNB ACC.7,EXIT RL A MOV R2,A ;准备继续扫描下一列 LJMP LK4LK3: LCALL KSI ;等待键释放 JNZ LK3 POP ACC RET

12/13/202225单片机原理及其应用NEXT: INC R4 ;列号加112/10/202225;键扫描子程序KSI: MOV DPTR,#7F01H MOV A,#00H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#7F03H MOVX A,@DPTR CPL A ANL A,#0FH RETD12MS: …… RET12/13/202226单片机原理及其应用;键扫描子程序12/10/202226单片机原理及其应用6.2.1显示器的结构及工作原理（1）显示器件简介常用的显示器件有显示记录仪、发光二极管（LED）显示器、液晶（LCD）显示器、大屏幕显示器和图形CRT显示器终端等。LED显示器由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛采用。LCD则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表到便携式微型计算机等应用场合。CRT显示器：单显、CGA、EGA、VGA、SVGA，有标准的硬件规范，驱动程序较多，可有触摸屏。体积大、耗电多。6.2LED显示器的工作原理和接口方法12/13/202227单片机原理及其应用6.2.1显示器的结构及工作原理（1）显示器件简介6.2（2）LED显示器结构

aabcdgbcdefgdpcomdpefcomabcdefgdpcom共阴极共阳极abcdefgdpcom6.2.1显示器的结构及工作原理12/13/202228单片机原理及其应用（2）LED显示器结构a

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aabcdgbcdefgdpcomdpef数码字段码hgfedcba十六进制数码字段码hgfedcba十六进制011000000C0H51001001092H111111001F9H61000001082H210100100A4H711111000F8H310110000B0H81000000080H41001100199H91001000090H显示字型（字模）编码表（共阳极）取反共阴极字段码取反译码：将要显示的字符转换成对应段选码的过程。分为硬件译码和软件译码。6.2.1显示器的结构及工作原理12/13/202229单片机原理及其应用aabcdgbcdefg

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COMI/O口1I/O口2I/O口3I/O口41、静态显示方式原理静态LED显示器接口6.2.2LED显示器与单片机的接口电路LED显示器与单片机的接口分为静态显示接口和动态显示接口。12/13/202230单片机原理及其应用abcdefgdpgdpaCOMabcdefLED显示器中的每一条段选线都分别与一位I/O口线相连，即一位LED显示器需要一个8位并行I/O口，每一位LED可独立显示。CPU只需要把所显示字符的段选码送到相应的输出口，在同一时刻各位显示器都能保持显示相应的字符。优点：显示程序简单，显示亮度稳定，不刷新显示内容时不用CPU去干预，节省CPU时间。缺点：需要占用较多的I/O口线，提高了硬件成本。适用范围：适用于显示位数较少的系统中。6.2.2LED显示器与单片机的接口电路12/13/202231单片机原理及其应用LED显示器中的每一条段选线都分别与一位I/O口线相连，即一6.2.2LED显示器与单片机的接口电路2、静态显示方式应用电路举例12/13/202232单片机原理及其应用6.2.2LED显示器与单片机的接口电路2、静态显示方式（软件译码）静态LED显示器编程（显示数据）1）将字符显示代码（段选码）以表格的形式存放在程序存储器的某个区域（软件查表法获得段选码）2）将显示信息存放在显示缓冲区中；3）从显示缓冲区中取出一个显示信息（显示一位），通过查表获取该显示信息段选码；4）指定显示位所对应的输出口（锁存器）地址，输出段选码。5）多位显示重复2~4步。6.2LED显示器的工作原理和接口方法12/13/202233单片机原理及其应用（软件译码）静态LED显示器编程（显示数据）6.2LED软件译码的静态LED显示例：将内部RAM30H、31H单元的两个用BCD码表示的十进制数(十位数在高4位)在4位LED显示器上显示出来。分析：比如(30H)=45,(31H)=67第1位LED的地址1F00H程序清单： ORG 0100HTAB: DB C0H,F9H,A4H,B0H,99H DB 92H,82H,F8H,80H,90H DB 88H,83H,C6H,A1H,86H DB 8EH ;共阳极的段选码 ORG 0120HDISP: MOV R0,#30H 12/13/202234单片机原理及其应用软件译码的静态LED显示例：将内部RAM30H、31H单 MOV R2,#00H MOV R3,#00H MOV R7,#02HLOOP: MOV A,@R0 ANL A,#0F0H ;屏蔽低4位 SWAP A MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR ;取出对应段选码 MOV DPH,R2 MOV DPL,R3 MOVX @DPTR,A ;写入第1位LED显示器 INC R2 ;指向第2位LED 12/13/202235单片机原理及其应用 MOV R2,#00H12/10/202235单片机原 MOV A,@R0 ANL A,#0FH ;屏蔽高4位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV DPH,R2 MOV DPL,R3 MOVX @DPTR,A ;写入第2位LED显示器 INC R0 INC R2 ;指向第3位LED DJNZ R7,LOOP SJMP $12/13/202236单片机原理及其应用 MOV A,@R012/10/202236单片机原理及（1）显示原理（三）动态显示工作原理与接口电路输出口1输出a…dp输出口2输出显示位控信息输出a…dp输出显示位控制6.2.2LED显示器与单片机的接口

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I/O(1)I/O(2)I/O(3)I/O(4)12/13/202237单片机原理及其应用（1）显示原理（三）动态显示工作原理与接口电路输出口1输出动态显示方式特点：将各位LED显示器的所有对应段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制输出段选码，而每位LED显示器的公共端分别由另外的I/O口控制（位选）。LED显示器的显示内容通过段选I/O口和位选I/O口的相互配合控制，以动态扫描显示的方式输出待显示的内容。各位LED显示器轮流显示，每位显示约1ms，由于人的视觉暂留效应，感觉各位LED同时点亮，无闪动现象。6.2.2LED显示器与单片机的接口12/13/202238单片机原理及其应用动态显示方式特点：6.2.2LED显示器与单片机的接口（软件译码）动态LED显示器编程（显示数据）：1）将字符显示代码（字段码）以表格的形式存放在程序存储器的某个区域；2）将显示信息转换为0X的模式，存放在显示缓冲区中；每个显示位对应一个单元3）从显示缓冲区中取出一个显示信息（显示一位），通过查表获取该显示信息的字符显示代码；4）指定段选码输出口的（锁存器）地址，输出段选码信息。5）指定显示位选输出口的（锁存器）地址，输出显示位选控制信息。6）延时若干ms7）多位显示重复2~6步。6.2.2LED显示器与单片机的接口12/13/202239单片机原理及其应用（软件译码）动态LED显示器编程（显示数据）：6.2.2VccRX8PA7407PC0PC1PC2PC381558051P0AD0-AD7ALEALERDRDWRWRIO/MP2.1CEP2.0（2）应用电路举例6.2.2LED显示器与单片机的接口12/13/202240单片机原理及其应用VccRX8PA7407PC0PC1PC2PC3815580A/D和D/A转换接口技术

为什么要扩展A/D和D/A接口？扩展A/D和D/A接口是为了进行模拟量与数字量之间的转换。检测装置

数字

控制器给定值A/DD/A执行器被控对象-计算机计算机控制系统模拟量：电压/电流数字量12/13/202241单片机原理及其应用A/D和D/A转换接口技术为什么要扩展A/D和D/A接口？

6.3A/D转换接口技术及应用作用：把输入的模拟信号转换成数字形式。内容：A/D转换器的各种性能指标；

逐次逼近型A/D转换器的工作原理；ADC0809芯片结构及其与单片机的接口方法。目的：能够根据需求，合理选用市场上主流的产品；根据所提供的数据手册，能够进行接口电路的设计A/D和D/A转换接口技术

12/13/202242单片机原理及其应用6.3A/D转换接口技术及应用作用：把输入的模拟信号1、A/D主要性能指标：

1、分辨率：用数字量的位数来表示，位数越高，分辨率越高，对输入量的变化越灵敏。 2、量程：所能转换的电压范围。 3、精度：分绝对精度和相对精度。与分辨率不同。 4、转换时间：A/D转换器完成一次转换所需的时间称为转换时间。 5、输出逻辑电平：多数与TTL配合，另外是否有三态输出，采用何种编码形式等。 6、工作温度范围：能够保证精度的工作温度范围。 7、对参考电压的要求：分内部参考电压源和外部参考电压源。6.3A/D转换接口技术12/13/202243单片机原理及其应用1、A/D主要性能指标： 1、分辨率：用数字量的位6.3A/D转换接口技术2、逐位逼近式A/D转换原理一个n位A/D转换器是由n位寄存器、n位D/A转换器、运算比较器、控制逻辑电路、输出锁存器等五部分组成。现以4位A/D转换器把模拟量9转换为二进制数1001为例，说明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。12/13/202244单片机原理及其应用6.3A/D转换接口技术2、逐位逼近式A/D转换原理123、ADC0809芯片及其接口设计ADC0809是一种典型的逐次逼近型8路模拟量输入（内含8路转换开关）、8位数字量输出的A/D转换芯片。无需调零和满量程调整，又由于多路开关的地址输入能够进行锁存和译码，而且它的三态TTL输出也可以锁存，所以易于与微处理机进行接口。6.3A/D转换接口技术12/13/202245单片机原理及其应用3、ADC0809芯片及其接口设计ADC12/13/202246单片机原理及其应用12/10/202246单片机原理及其应用ADC0809是在逐位逼近式A/D转换的原理基础上，增加了一个8路模拟开关、一个用来选择通道的地址锁存译码电路和一个三态输出锁存器。共有28只管脚，各引脚功能如下：IN0～IN7：8路模拟量输入端。允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。上升沿时锁存3位通道选择信号。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址线即模拟量通道选择线。ALE为高电平时，地址译码与对应通道选择见表2-2。6.3A/D转换接口技术12/13/202247单片机原理及其应用ADC0809是在逐位逼近式A/D转换的原理基础上，增加了一表被选通道和地址的关系ADDCADDBADDA选中通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN712/13/202248单片机原理及其应用表被选通道和地址的关系000IN0001IN1010I

START：启动A/D转换信号，输入，高电平有效。上升沿时将转换器内部清零，下降沿时启动A/D转换。EOC：转换结束信号，输出，高电平有效。平时EOC为高电平，A/D转换期间为低电平，A/D转换结束后又变为高电平。EOC可用作向CPU申请中断的信号，或供CPU查询A/D转换是否结束的信号。OE：输出允许信号，输入，高电平有效。该信号用来打开三态输出缓冲器，将A/D转换得到的8位数字量送到数据总线上。6.3A/D转换接口技术12/13/202249单片机原理及其应用START：启动A/D转换信号，输入，高电平有效。上升沿时D0～D7：8位数字量输出。D0为最低位，D7为最高位。由于有三态输出锁存，可与CPU数据总线直接相连。CLOCK：外部时钟脉冲输入端。当脉冲频率为640kHz时，A/D转换时间为100s。VREF+，VREF-：基准电压源正、负端。取决于被转换的模拟电压范围，通常VREF+=5VDC，VREF=0VDC。Vcc：工作电源，5VDC。GND：电源地。6.3A/D转换接口技术12/13/202250单片机原理及其应用D0～D7：8位数字量输出。D0为最低位，D7为最高位。由于MCS-51与ADC0809的接口设计6.3A/D转换接口技术12/13/202251单片机原理及其应用MCS-51与ADC0809的接口设计6.3A/D转换接A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0ADC0809的地址空间分析：0xxxxxxxxxxxx000000001111111IN00xxxxxxxxxxxx001000001111111IN10xxxxxxxxxxxx010000001111111IN20xxxxxxxxxxxx011000001111111IN30xxxxxxxxxxxx100000001111111IN40xxxxxxxxxxxx101000001111111IN50xxxxxxxxxxxx110000001111111IN60xxxxxxxxxxxx111000001111111IN7IN0~IN7：7F00H~7F07H或7FF8H~7FFFH6.3A/D转换接口技术12/13/202252单片机原理及其应用A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4MCS-51控制ADC0809接口的方式：（1）查询方式：EOC是否为高电平？是，读转换结果。 （2）等待方式：等足够的时间（>100s），确保A/D转换结束，再读转换结果。 （3）中断方式：以EOC为高电平为条件触发中断，在中断处理程序中读转换结果。（4）定时采样方式。通过定时器定时，每隔一段时间，启动A/D转换，读取结果。MCS-51与ADC0809的接口程序设计6.3A/D转换接口技术12/13/202253单片机原理及其应用MCS-51控制ADC0809接口的方式：MCS-51与MCS-51与ADC0809的接口程序设计中断方式程序清单：ADC: SETB IT1 SETB EA SETB EX1 ;中断初始化 MOV R0,#40H ;指向存储单元首地址 MOV R2,#08H ;设置循环次数 MOV DPTR,#7F00H MOVX @DPTR,A ;启动A/D转换HERE:SJMP HERE ;等待A/D转换结束 ORG 0013HINT1: MOVX A,@DPTR ;读取转换结果 MOV @R0,A12/13/202254单片机原理及其应用MCS-51与ADC0809的接口程序设计中断方式程序清MCS-51与ADC0809的接口程序设计 INC DPTR INC R0 DJNZ R2,LOOP AJMP EXTLOOP:MOVX @DPTR,A ;再次启动A/D转换EXT: RETI12/13/202255单片机原理及其应用MCS-51与ADC0809的接口程序设计 INC DPT1、D/A转换器将一个用二进制表示的数字量转换成相应的模拟量。实现方法：对应于二进制的每一位，产生一个相应的电压（电流），而这个电压（电流）的大小正比于相应的二进制位的权。例如：一个8位的D/A转换器，满量程的输出电压为5V，则最低位所代表的电压值为5/256V6.4D/A转换接口技术12/13/202256单片机原理及其应用1、D/A转换器将一个用二进制表示的数字量转换成相应的模拟量6.4D/A转换接口技术2、D/A转换器主要技术指标：分辨率：通常用数字量的数位表示，一般为8位、12位、16位等。分辨率10位，表示它可以对満量程的1/210=1/1024

的增量作出反应。

输入编码形式：如二进制码、BCD码等数据的输入方式：串行和并行。转换线性：通常给出在一定温度下的最大非线性度，一般为0.01~0.03%。输出方式：电流输出和电压输出（单极性和双极性）。对于电流输出型D/A转换器，可采用运算放大器将电流输出转换为电压输出。在选择D/A转换器时，除了考虑上述的性能指标外，还有锁存特性、参考电压源等因素。12/13/202257单片机原理及其应用6.4D/A转换接口技术2、D/A转换器主要技术指标3、集成D/A转换器－DAC08321.DAC0832主要特性双列直插式单片8位并行D/A转换器。以电流形式输出。当需转换为电压输出时，可外接运算放大器。其主要特性有： （1）输出电流线性度可在満量程下调节。 （2）转换时间为1s。 （3）数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式。 （4）增益温度补偿为0.02%FS/℃。（FullScale)。 （5）每次输入数字为8位二进制数。 （6）功耗20mW。 （7）逻辑电平输入与TTL兼容。 （8）供电电源为单一电源，可在5~15V内。6.4D/A转换接口技术12/13/202258单片机原理及其应用3、集成D/A转换器－DAC08321.DACDAC0832逻辑框图CSVccWR1ILEAGNDWR2DI3XFERDI2DI4DI1DI5DI0DI6VREFDI7RfbIOUT1DGNDIOUT2八位输入锁存器八位DAC寄存器八位D/A转换器DI0DI7ILECSWR1WR2LE1LE2XFERAGNDRfbIOUT2IOUT1VREFHLLHLL6.4D/A转换接口技术12/13/202259单片机原理及其应用DAC0832逻辑框图CSVccWR1ILEAG6.4D/A转换接口技术4、DAC0832和MCS－51的接口DAC0832可工作在双缓冲器方式，即输入寄存器的信号和DAC寄存器的信号分别控制，分时将一个数据先写入输入寄存器，再写入DAC寄存器。这种方式适用于多路模拟量输出需要同步输出的系统。实现方式：DAC0832可工作在单缓冲器方式，即输入寄存器的信号和DAC寄存器的信号同时控制，使一个数据直接写入DAC寄存器；或两个寄存器中始终有一个处于直通状态，另一个处于受控状态。这种方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量不需要同步输出的系统。12/13/202260单片机原理及其应用6.4D/A转换接口技术4、DAC0832和MCS－（1）0832单缓冲方式工作A-+1k1k

UOUT(0~5V)RfBIOUT1IOUT2AGNDVREFILEDI0DI7~CSXFER0832P0.0P0.7~P2.78051WRWR1WR2VCC+5VVR6.4D/A转换接口技术12/13/202261单片机原理及其应用（1）0832单缓冲方式工作A-+1k1kA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.00xxxxxxxxxxxxxxxDAC0832的地址分析：地址为：7FFFH1111111111111116.4D/A转换接口技术12/13/202262单片机原理及其应用A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A46.4D/A转换接口技术产生锯齿波电压的程序：D/A转换器的端口地址为7FFFHSTART1：MOVDPTR,#7FFFHMOVA,#00HLOOP:MOVX＠DPTR，AINCAAJMPLOOP12/13/202263单片机原理及其应用6.4D/A转换接口技术产生锯齿波电压的程序：D/A转换6.4D/A转换接口技术产生方波电压的程序：START2： MOVDPTR,#7FFFHLOOP: MOVA,#0FFH MOVX＠DPTR，A LCALLDEL MOVA,#00H MOVX@DPTR,A LCALLDEL LJMPLOOP12/13/202264单片机原理及其应用6.4D/A转换接口技术产生方波电压的程序：START26.4D/A转换接口技术产生三角波电压的程序：START3: MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#00HLOOP1: MOVX @DPTR,A INC A CJNE A,#0FFH,LOOP1LOOP2: MOVX @DPTR,A DEC A CJNE A,#00H,LOOP2 LJMP LOOP112/13/202265单片机原理及其应用6.4D/A转换接口技术产生三角波电压的程序：12/10P2.5P2.6P2.7P0.0P0.1P0.28031P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7WRCSVCCILEXFERDI0DI1DI2DI30832DI4（1）DI5DI6DI7WR1WR2DGNDCSVCCXFERILEDI0DI1DI2DI30832DI4（2）DI5DI6DI7WR1WR2DGND+5V（2）0832双缓冲器方式工作6.4D/A转换接口技术12/13/202266单片机原理及其应用P2.5P2.6P2.7P0.0P0.1P0.26.4D/A转换接口技术地址分析：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.011111111111111101011111111111111111111111111101112/13/202267单片机原理及其应用6.4D/A转换接口技术A15A14A13A12A11A程序如下：MOVDPTR，#0DFFFH;指向0832(1)MOVA，#data1MOVX@DPTR，A;data1送片1输入寄存器进行锁存MOVDPTR，#0BFFFH;指向0832(2)MOVA，#data2MOVX@DPTR，A;(data2)送片2输入寄存器锁存MOVDPTR，#7FFFH；指向0832(1)和(2)MOVX@DPTR，A;data1和data2锁存入DAC寄存器，并;同时送D/A转换器进行转换6.4D/A转换接口技术12/13/202268单片机原理及其应用程序如下：6.4D/A转换接口技术12/10/202典型的MCS51应用系统组成传感器放大器A/D传感器放大器MCS51系统（CPU、存储器）打印机显示器键盘D/A执行机构多路转换器6.4D/A转换接口技术12/13/202269单片机原理及其应用典型的MCS51应用系统组成传感器放大器A/D传感器放大器M6.5开关量输出接口技术在测控系统中，经常需要输出一些开关量信号（高、低电平）来驱动被控设备，如用单片机控制各种各样的高压、大电流负载（电动机、电磁铁、继电器、灯泡等）。由于这些开关量通常是由单片机或其它芯片给出的弱电信号，不能直接驱动，而必须通过各种驱动电路来驱动。通常是采用功率驱动接口电路对开关量进行功率放大，以实现小信号输出控制大功率设备。另外，为了提高系统的抗干扰性能，有时还需要对输出信号进行隔离。下面介绍一下常用的开关量输出驱动接口电路和信号的隔离技术（功率即可）。12/13/202270单片机原理及其应用6.5开关量输出接口技术在测控系统中能否用MCS-51片内的I/O口直接驱动它们呢？P0、P1、P2、P3四个口都可做输出口，但其驱动能力不同。P0口的驱动能力较大，当其输出高电平时，可提供400A的电流；当其输出低电平（0.45V）时，则可提供3.2mA的灌电流，如低电平允许提高，灌电流可相应加大。P1、P2、P3口的每一位只能驱动4个LSTTL，即可提供的电流只有P0口的一半。所以，必须要加总线驱动器或其它驱动电路。12/13/202271单片机原理及其应用能否用MCS-51片内的I/O口直接驱动它们呢？12/10/6.5开关量输出接口技术6.5.1单片机与直流电磁继电器的接口技术

实际应用中，经常利用开关量等弱电信号使继电器触点闭合或断开来实现某些功能。而直流电磁继电器的工作电流一般都超过了单片机I/O口或扩展I/O口所允许的最大电流，所以不能直接与单片机相连，必须连接驱动电路。

12/13/202272单片机原理及其应用6.5开关量输出接口技术6.5.1单片机与直流电磁继继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）。通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。6.5开关量输出接口技术12/13/202273单片机原理及其应用继电器6.5开关量输出接口技术12/10/202273单12/13/202274单片机原理及其应用12/10/202274单片机原理及其应用1、采用集成电路芯片驱动的接口电路集成电路芯片7406和7407（可带40mA负载）常用作一些小型继电器（工作电流小于40mA）的驱动。由于每片内含6个独立的集电极开路输出的驱动器，故一个芯片可用来驱动6个继电器。7406为反相输出，7407为同相输出。12/13/202275单片机原理及其应用1、采用集成电路芯片驱动的接口电路12/10/202275单继电器也可由晶体管9013驱动。9013可提供300mA的驱动电流，适用于继电器线圈工作电流小于300mA的场合。12/13/202276单片机原理及其应用继电器也可由晶体管9013驱动。9013可提供300mA的驱6.5开关量输出接口技术2、采用光电隔离的驱动接口电路小型继电器的工作电流较小，工作时对电源影响不大，不需考虑信号隔离电路。但当继电器工作电流较大时会对电源产生干扰，引起单片机系统的不稳定，所以通常在单片机与继电器之间采用光电隔离器进行隔离。12/13/202277单片机原理及其应用6.5开关量输出接口技术2、采用光电隔离的驱动接口电路1光电耦合器（opticalcoupler，OC）亦称光耦合器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，。光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。12/13/202278单片机原理及其应用光电耦合器（opticalcoupler，OC）亦称光耦合12/13/202279单片机原理及其应用12/10/202279单片机原理及其应用6.5.2单片机与固态继电器的接口技术单向晶闸管晶闸管习惯上称可控硅（SiliconControlledRectifier，SCR），这是一种大功率半导体器件，它既有单向导电的整流作用，又有可以控制的开关作用。利用它可用较小的功率控制较大的功率。在交、直流电动机调速系统、调功系统、随动系统和无触点开关等方面均获得广泛的应用。有三个电极：阳极A、阴极C、控制极（门极）G。12/13/202280单片机原理及其应用6.5.2单片机与固态继电器的接口技术12/10/202当其两端加上正向电压而控制极不加电压时，晶闸管并不导通，处于正向阻断状态；当加上正向电压，且控制极上（与阴极间）也加上一正向电压时，晶闸管便进入导通状态，这时管压降很小（1V左右）。这时即使控制电压消失，仍能保持导通状态，所以控制电压没有必要一直存在，通常采用脉冲形式，以降低触发功耗。它不具有自关断能力，要切断负载电流，只有使阳极电流减小到维持电流以下，或加上反向电压实现关断。若在交流回路中应用，当电流过零和进入负半周时，自动关断，为了使其再次导通，必须重加控制信号。12/13/202281单片机原理及其应用当其两端加上正向电压而控制极不加电压时，晶闸管并不导通，处于双向晶闸管采用两个器件反并联，以保证电流能沿正反两个方向流通。如把两只反并联的SCR制作在同一片硅片上，便构成双向可控硅，控制极共用一个，使电路大大简化。特性如下：①控制极G上无信号时，A1、A2之间呈高阻抗，管子截止。②VA1A2＞1.5V时，不论极性如何，便可利用G触发电流控制其导通。12/13/202282单片机原理及其应用双向晶闸管12/10/202282单片机原理及其应用③工作于交流时，当每一半周交替时，纯阻负载一般能恢复截止；但在感性负载情况下，电流相位滞后于电压，电流过零，可能反向电压超过转折电压，使管子反向导通。所以，要求管子能承受这种反向电压，而且一般要加RC吸收回路。④A1、A2可调换使用，触发极性可正可负，但触发电流有差异。12/13/202283单片机原理及其应用③工作于交流时，当每一半周交替时，纯阻负载一般能恢复截止；但光耦合双向可控硅驱动器（固态继电器SSR）输入部分是一砷化镓发光二极管，该二极管在5~15mA正向电流作用下发出足够强度的红外光，触发输出部分。输出部分是一硅光敏双向可控硅，在红外线的作用下可双向导通。12/13/202284单片机原理及其应用光耦合双向可控硅驱动器（固态继电器SSR）12/10/2028051单片机可直接与SSR进行接口。通过向I/O口输出不同的电平实现对负载的开关控制。12/13/202285单片机原理及其应用8051单片机可直接与SSR进行接口。通过向I/O口输出不同THISLECTUREISOVER!THANKS!THISLECTUREISOVER!THANKS!第6章单片机应用系统的接口技术键盘及显示器接口设计A/D和D/A转换接口技术开关量输出接口技术第6章单片机应用系统的接口技术键盘及显示器接口设计12/13/202288单片机原理及其应用12/10/20222单片机原理及其应用（一）键盘概述

键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的输入设备。一个键盘，通常包括有数字键(0~9)，字母键(A~Z)以及一些功能键。操作人员可以通过键盘向计算机输入数据，地址、指令或其它控制命令，实现人机对话。键盘按其结构形式可分为两类： 1、编码键盘，即键盘上闭合键的识别由专用的硬件来实现； 2、非编码键盘，即键盘上闭合键的识别由软件来识别。也可分为：1、独立式键盘，即每个按键都直接占用一位I/O口线；2、矩阵式键盘，即每个按键接在I/O口线组成的行列线的交点上。6.1键盘工作原理与接口电路12/13/202289单片机原理及其应用（一）键盘概述 键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是一种

单片机系统中普遍使用非编码键盘，键盘接口应具备以下功能： (1)键扫描功能，即检测是否有键按下； (2)产生相应的键代码(键值)； (3)消除按键抖动及多键按下；计算机测控系统常见键盘：通用键盘：84键,101键,102键,104键等。含单片机，串行输出(扫描码)。专用键盘：根据需要自己设计键盘。按键：即无锁开关，有机械按键，电容按键，导电橡胶按键，薄膜按键。6.1键盘工作原理与接口电路12/13/202290单片机原理及其应用单片机系统中普遍使用非编码键盘，键盘接口应具备以下功按键开关的集合。（二）键盘的特点5~10ms5~10ms>100ms键的闭合/断开是机械触点的通断。会产生抖动。按键的确认需要消除抖动。硬件消抖RS触发器或双稳态电路软件消抖：

软件延时10ms。Vcc6.1键盘工作原理与接口电路12/13/202291单片机原理及其应用按键开关的集合。（二）键盘的特点5~10ms5~10ms>1（三）键盘接口1、独立式键盘 各键相互独立，每个按键占用一根I/O口线，且各按I/O口线上按键的工作状态互不影响，具有电路配置灵活、软件结构和编程简单等优点。

P10P118051

K1P12P13P14P15K2K3K4K5K6

键盘驱动程序步骤查键：扫描有否键按下，若无键按下，返回有键按下软件去抖：延时10mS再次判断是否有键按下找键：逐位右移等键释放软件去抖6.1键盘工作原理与接口电路12/13/202292单片机原理及其应用（三）键盘接口1、独立式键盘P10P118051K

独立式键盘的结构原理每个按键互相独立地接通一条数据线并输出键的通断状态。当按键Si闭合时，数据线直接接地，因而输出键Si的状态Di=0；当按键Si断开时，数据线通过上拉电阻接到正电源，因而输出键Si的状态Di=1。12/13/202293单片机原理及其应用独立式键盘的结构原理12/10/20227单片机原理及其应独立式键盘的结构原理(1)可以将各按键的数据输出线和单片机I/O口相连，通过CPU对相关I/O口线状态的检测，即可知道键盘上是否有键按下和哪个键按下，并可根据各键的功能定义进行相关的键功能处理。(2)也可以用扩展的I/O口如8155、8255芯片或三态缓冲器与按键的数据输出线相连，把按键当作外部RAM的某一工作单元的位来对待，通过读片外RAM的方法，识别按键的工作状态。下面以常用的直接与单片机I/O相连的接口电路为例，介绍查询方式和中断方式这两种键盘管理程序。12/13/202294单片机原理及其应用独立式键盘的结构原理12/10/20228单片机原理及其应用1.查询方式如图6-3，接成独立式键盘查询法接口电路。该接口电路实现的功能应为：查询检测是否有键按下，如有键闭合，则消除抖动，再判断键号，然后转入相应的键处理。采用查询方式时，必须保证CPU每隔一定时间主动地去扫描按键一次，该时间间隔的上限应小于快速两次按键的时间间隔，否则会有按键不响应的情形。一般按键扫描的时间间隔不大于10mS。显然这种方式占用CPU时间比较多。12/13/202295单片机原理及其应用1.查询方式如图6-3，接成独立式键盘查询法接口电路。12KEY: MOV P1,#0FFH ;向P1口输出1,置P1口为输入状态KEY1: MOVA,P1 ;输入P1口的状态 CPL A ;取反，无键按下P1.0-P1.3为0 ANL A,#0FH ;屏蔽无用的高4位 JZ KEY1 ;若A=0转移至KEY1继续检测 LCALLD12MS ;延时12ms MOV A,P1 ;再次输入P1口的状态 CPL A ; ANL A,#0FH JZ KEY1 ;如无按键按下，转移继续检测 JB ACC.0,PR0 ;若S0键按下，转PR0处理 JB ACC.1,PR1 ;若S1键按下，则转PR1处理 JB ACC.2,PR2 JB ACC.3,PR3

12/13/202296单片机原理及其应用KEY: MOV P1,#0FFH ;向P1口输出1,置 AJMPKEY1 ;按键处理完后返回KEY1继续检测P1口 ;状态PR0: ………… ;S0键处理程序PR1: …………PR2: …………PR3: ………… ;S3键处理程序D12MS:…………12/13/202297单片机原理及其应用12/10/202211单片机原理及其应用2.中断方式以3个按键为例，如图所示。在上述查询法接口电路的基础上，按键S0、S1、S2的数据输出线再共同经过一个与门后与单片机的外部中断请求信号输入端相连，以保证任意一个按键按下时，即可向CPU提出中断申请，CPU响应中断后执行键盘中断服务子程序。显然，CPU对按键而言是被动方式，在无键按下时不占用CPU时间。12/13/202298单片机原理及其应用2.中断方式以3个按键为例，如图所示。在上述查询法接口电路注意：在上图所示的电路中，任何一个按键的抖动都将造成一次中断，因此，当中断服务程序执行完毕、返回主程序之前，必须保证三个按键稳定地处于断开状态。否则可能引起按一次按键引起多次进入按键服务子程序的情况发生。处理此问题的方法是：当按键服务子程序执行时间较短、小于一次按键的时间，在退出中断服务程序之前，必须用软件清除外部中断源INT0的中断请求标志“EX0”(CLREX0)。键盘中断服务子程序，与查询方式相似：首先去抖动，然后识别键号，再转入键功能处理程序，最后中断返回。程序流程如下图所示。12/13/202299单片机原理及其应用注意：在上图所示的电路中，任何一个按键的抖动都将造成一次中断12/13/2022100单片机原理及其应用12/10/202214单片机原理及其应用 ORG 0003H AJMP KEY ORG 0100HMAIN: SETB EA SETB EX0 SETB IT0 ……

KEY: CLR EX0 LCALL D12MS JB P3.2,NOKEY MOV A,P1 CPL A12/13/2022101单片机原理及其应用 ORG 0003H12/10/202215单片机原理及 JB ACC.0,PR0 JB ACC.1,PR1 JB ACC.2,PR2NOKEY: SETB EX0 RETIPR0: …… SETB EX0 RETIPR1:12/13/2022102单片机原理及其应用 JB ACC.0,PR0 12/10/202216单2.行列式键盘（矩阵式键盘）12/13/2022103单片机原理及其应用2.行列式键盘（矩阵式键盘）12/10/202217单片机（1）确定键盘中是否有键按下。方法：向所有行线发出低电平信号，即送出全扫描字，然后读入列电平信号，如果行线所连接的键没有按下，则列线所接的端口得到的全是“1”信号，如果有键按下，则得到非全“1”信号。（2）确定具体是哪个键按下。方法：逐行给行线送低电平，即行扫描，并查所有列线的状态，如全为1，则所按下之键不在此行；否则必在此行。（3）确定具体的键值，然后转到对应的处理程序。闭合键的键号=输入为低电平行线的首键号+输出为低电平列线的列号识别按键的方法：行扫描法12/13/2022104单片机原理及其应用（1）确定键盘中是否有键按下。方法：向所有行线发出低电平信号键盘的工作方式：（1）编程扫描工作方式。即查询扫描方式，采用编程方法每隔一定时间调用键盘扫描子程序，查询是否有键输入。（2）定时扫描工作方式。是采用单片机内部的定时器每隔一定时间产生定时中断，CPU响应中断后执行一次键盘扫描子程序。（3）中断扫描方式。只要有键闭合，立即产生中断信号使CPU装入中断处理程序，进行按键的处理。12/13/2022105单片机原理及其应用键盘的工作方式：12/10/202219单片机原理及其应用12/13/2022106单片机原理及其应用12/10/202220单片机原理及其应用矩阵式键盘的程序设计方法：分析：8155的PA口为输出，PC口为输入，在主程序中需要设置相应命令字00000001B，即01H控制寄存器地址：7F00HPA口地址：7F01HPC口地址：7F03H说明：在子程序出口，若键扫描程序检测无键按下，则将FFH送累加器A返回。若有键按下，则将键号送A返回。12/13/2022107单片机原理及其应用矩阵式键盘的程序设计方法：12/10/202221单片机原理程序清单：MAIN: MOV DPTR,#7F00H MOV A,#01H MOVX @DPTR,A ……KEY: LCALL KSI JNZ LK1EXIT: MOV A,#0FFH RETLK1: LCALL D12MS LCALL KSI JZ EXIT12/13/2022108单片机原理及其应用程序清单：12/10/202222单片机原理及其应用LK2: MOV R2，#0FEH ;首列扫描字R2 MOV R4，#00H ;首列号送R4LK4: MOV DPTR,#7F01H MOV A,R2 MOVX @DPTR,A ;列扫描字送PA口 MOV DPTR,#7F03H MOVX A,@DPTR ;读入行线状态 JB ACC.0,L1 MOV A,#00H ;0行有键按下，送行 ;首键号至A LJMP LKP ;计算键号

12/13/2022109单片机原理及其应用LK2: MOV R2，#0FEH ;首列扫描字R212/L1: JB ACC.1,L2 MOV A,#08H LJMP LKPL2: JB ACC.2,L3 MOV A,#10H LJMP LKPL3: JB ACC.3,NEXT MOV A,#18HLKP: ADD A,R4 ;计算键号 PUSH ACC12/13/2022110单片机原理及其应用L1: JB ACC.1,L212/10/202224单片机NEXT: INC R4 ;列号加1 MOV A,R2 ; JNB ACC.7,EXIT RL A MOV R2,A ;准备继续扫描下一列 LJMP LK4LK3: LCALL KSI ;等待键释放 JNZ LK3 POP ACC RET

12/13/2022111单片机原理及其应用NEXT: INC R4 ;列号加112/10/202225;键扫描子程序KSI: MOV DPTR,#7F01H MOV A,#00H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#7F03H MOVX A,@DPTR CPL A ANL A,#0FH RETD12MS: …… RET12/13/2022112单片机原理及其应用;键扫描子程序12/10/202226单片机原理及其应用6.2.1显示器的结构及工作原理（1）显示器件简介常用的显示器件有显示记录仪、发光二极管（LED）显示器、液晶（LCD）显示器、大屏幕显示器和图形CRT显示器终端等。LED显示器由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛采用。LCD则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表到便携式微型计算机等应用场合。CRT显示器：单显、CGA、EGA、VGA、SVGA，有标准的硬件规范，驱动程序较多，可有触摸屏。体积大、耗电多。6.2LED显示器的工作原理和接口方法12/13/2022113单片机原理及其应用6.2.1显示器的结构及工作原理（1）显示器件简介6.2（2）LED显示器结构

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