第二章接口设计

第二章接口设计第1页，共80页，2023年，2月20日，星期三机电系统工作流程第2页，共80页，2023年，2月20日，星期三2.1人机接口设计一、人机接口的类型（1）输入接口（2）输出接口二、特点：专用性低速性高性能价格比第3页，共80页，2023年，2月20日，星期三三、输入接口设计

（一）开关输入接口设计第4页，共80页，2023年，2月20日，星期三第5页，共80页，2023年，2月20日，星期三消抖方法：软件:延时程序，两次检测开关状态是否相同，延时时间应大于抖动时间。

硬件第6页，共80页，2023年，2月20日，星期三第7页，共80页，2023年，2月20日，星期三(二)拨码盘接口设计1、码盘的结构

2、BCD码盘通断状态表3、BCD码盘接口硬件设计

4、BCD码盘接口软件设计

第8页，共80页，2023年，2月20日，星期三1、码盘的结构十进制输入，8421BCD码输出

第9页，共80页，2023年，2月20日，星期三第10页，共80页，2023年，2月20日，星期三2、BCD码盘通断状态表位置8421000001000120010300114010050101601107011181000910010表示与A线不通，1表示与A线接通

第11页，共80页，2023年，2月20日，星期三3、BCD码盘接口硬件设计（1）静态接口方法

第12页，共80页，2023年，2月20日，星期三（2）动态接口方法

第13页，共80页，2023年，2月20日，星期三4、BCD码盘接口软件设计功能：实现四位数的输入，比如，想从p1.3－p1.0输入2347，首先从千位读入，依次得到百位、十位、和个位。

要求：对四位十进制数读入，并存入内部RAM，30H和31H中第14页，共80页，2023年，2月20日，星期三MOV R0,#30H MOV P1,#7FH ;P1.7=0MOV A,P1 SWAP AMOV @R0,A ;千位值送（30H）.4~7MOV P1,#0BFH ;P1.6=0MOV A,P1XCHD A,@R0 ;百位值送（30H）.3~0INC R0第15页，共80页，2023年，2月20日，星期三MOV P1,#0DFH ;P1.5=0MOV A,P1SWAP AMOV @R0,A ;十位值送（31H）.4~7MOV P1,#EFH ;P1.4=0MOV A,P1XCHD A,@R0 ;个位值送（31H）.3~0RET第16页，共80页，2023年，2月20日，星期三（三）键盘输入接口设计

1、键盘的分类

2、键盘的消抖

3、独立式键盘硬件接口设计

4、独立式键盘软件接口设计5、矩阵式键盘接口方法

第17页，共80页，2023年，2月20日，星期三1、键盘的分类

1）

独立式键盘：第18页，共80页，2023年，2月20日，星期三A)定义：各键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态B)按键识别方法：按键前后电平的变化C)特点：电路配置灵活，软件结构简单；每个按键需接一根输入口线，键多对输入口浪费大，电路结构显得很复杂。D)应用：按键较少或速度较高的场合

第19页，共80页，2023年，2月20日，星期三2）矩阵式键盘：

第20页，共80页，2023年，2月20日，星期三A)定义：由行线和列线组成，按键位于行和列的交叉点上B)按键识别：扫描法。逐列置零电平，其余各列置为高电平，检查行线电平的变化，如果某行电平由高到低变化，那么此行此列交叉点处的按键按下。C）特点：节省I/O口，键越多这一特点越明显D)应用：按键数量较多的场合第21页，共80页，2023年，2月20日，星期三2、键盘的消抖 键盘实质是一组按键开关的集合，并且为机械弹性开关，均利用了机械触点的合、断作用。

第22页，共80页，2023年，2月20日，星期三1)

双稳态消抖2)

滤波消抖RC电路具有吸收干扰脉冲的作用，所以只要选择好适当的时间常数，让按键抖动信号通过此滤波电路，便可消除抖动的影响第23页，共80页，2023年，2月20日，星期三A)

按键断开时，电容两端电压为零，输出高电平；B)由断开到闭合瞬间，电容电压不会立刻升高，有个充电的过程，a点电压大于0.8伏（开启电压）时，输出为低电平。充电时间大于抖动时间可消抖a第24页，共80页，2023年，2月20日，星期三C)按键闭合时，电容两端存在电压，a点为高电平，输出低电平D)由闭合到断开瞬间，a点电压不会突变，所以输出仍为低电平。当电容放电，到小于门的开启电压，输出为高电平。放电时间大于抖动时间，可消抖第25页，共80页，2023年，2月20日，星期三3）软件消抖

时钟6MHZ

，机器周期2usDL10ms: MOV R7, #05H ；1个周期LOOP1: MOV R6, #0F9H ；#0F9H＝249LOOP2: NOP ；1个周期 NOP DJNZ R6, LOOP2 ；2个周期 DJNZ R7, LOOP1 RET ；2个周期

第26页，共80页，2023年，2月20日，星期三总计：1+(1+(2+2)*0xF9H+2)*5+2=4998（个机器周期）

第27页，共80页，2023年，2月20日，星期三3、独立式键盘硬件接口设计1）查询方式第28页，共80页，2023年，2月20日，星期三2）中断方式第29页，共80页，2023年，2月20日，星期三3）三态缓冲器接口第30页，共80页，2023年，2月20日，星期三4、独立式键盘接口软件设计KEYIN: MOV DPTR, #7FFFH MOVX A, @DPTR ANL A, #1FH MOV R3, A LCALL D-10ms MOVX A, @DPTR ANL A, #1FH CJNE A, R3, PASS CJNE A, #1EH, TO-2 LJMP KEY1 TO-2: CJNE A, #1DH, TO-3 LJMP KEY2 第31页，共80页，2023年，2月20日，星期三TO-3: CJNE A, #1BH, TO-4 LJMP KEY3TO-4: CJNE A, #17H, TO-5 LJMP KEY4TO-5: LJMP KEY5PASS: RET

第32页，共80页，2023年，2月20日，星期三5、矩阵式键盘接口方法

1）编程扫描方式A)硬件电路实现

第33页，共80页，2023年，2月20日，星期三B)

软件功能a)判断键盘上有无键按下。PC口低四位送低电平，读PA口状态，若PA0~PA7全为1，则说明无键按下，若不全为1，则说明有键按下。b)消除按键抖动的影响。在判断有键按下的情况下，用软件延时的方法延时10ms，再判断键盘状态，若仍为有键按下，则认为有一个确定的键按下，否则当作按键抖动处理。c)求按键位置。进行逐行置零电平，其余各行为高电平，判断各列电平的变化，如果某列电平由高到低变化，则可确定此行此列交叉点处的按键按下。d)键闭合一次仅做一次按键的处理。等待按键释放后，再进行按键功能的处理。

第34页，共80页，2023年，2月20日，星期三C）软件流程图

第35页，共80页，2023年，2月20日，星期三D）软件实现主程序：BEGIN: ACALL KEY-ON JNZ DELAY AJMP BEGIN DELAY: ACALL DL10ms ACALL KEY-ON JNZ KEY-NUM AJMP BEGIN KEY-NUM: ACALL KEY-P

ANL A, #0FFH JZ BEGIN ACALL KEY-CODE

PUSH A KEY-OFF: ACALL KEY-ON JNZ KEY-OFF POP A

RET

第36页，共80页，2023年，2月20日，星期三判定有无键按下子程序：KEY-ON: MOV A, #00H MOV DPTR, #0702H MOVX @DPTR, A MOV DPTR, #0700H MOVX A, @DPTR CPL A RET第37页，共80页，2023年，2月20日，星期三判定按键位置子程序：扫描法，R2，R3保存行、列信息，A中存放键的位置，高四位是行号，低四位是列号KEY-P: MOV R7, #0FEH MOV A, R7 L-LOOP: MOV DPTR, #0702H MOVX @DPTR, A MOV DPTR, #0700H MOVX A, @DPTR MOV R6, A CPL A JZ NEXT

AJMP KEY-C

第38页，共80页，2023年，2月20日，星期三NEXT: MOV A, R7 JNB ACC.3, ERROR RL A MOV R7, A AJMP L-LOOP ERROR: MOV A, #00H

RET

第39页，共80页，2023年，2月20日，星期三找出R7，R6中的0bit位，此位即为按键所在行、列。R3，R2中保存行、列数。KEY-C: MOV R2, #00H MOV R3, #00H MOV R5, #08H MOV A, R6AGAIN1: JNB ACC.0, OUT1

INC R2 RR A DJNZ R5, AGAIN1第40页，共80页，2023年，2月20日，星期三OUT1: INC R2 MOV R5, #04H MOV A, R7 AGAIN2: JNB ACC.0, OUT2 INC R3 RR A

DJNZ R5, AGAIN2OUT2: INC R3 MOV A, R3 SWAP A ADD A, R2

RET

第41页，共80页，2023年，2月20日，星期三键编码子程序：KEY-CODE: PUSH A ANL A, #0FH MOV R7, A DEC R7 POP A SWAP A ANL A, #0FH DEC A MOV B, #08H MUL AB ADD A, R7 RET第42页，共80页，2023年，2月20日，星期三2）定时扫描方式

A)

定时扫描方式利用单片机内部定时器产生定时中断，CPU响应中断后，对键盘进行扫描，并在该键按下时，识别出该键，并执行相应键功能程序

第43页，共80页，2023年，2月20日，星期三B)

硬件接口电路

硬件接口电路同编程扫描方式

第44页，共80页，2023年，2月20日，星期三C)

软件流程图

定时10ms

K1ST：去抖标志位，为0时表示没消抖；为1时表示已消抖

K2CD：按键识别完标志位，为0时表示尚未识别；为1时表示已识别完第45页，共80页，2023年，2月20日，星期三第46页，共80页，2023年，2月20日，星期三D)定时扫描方式的特点提高工作效率；无需延时程序

第47页，共80页，2023年，2月20日，星期三3)中断工作方式

A)

中断工作方式：有键按下时，CPU才执行键盘扫描程序并执行按键对应的功能程序，无键按下时，CPU不理睬键盘。中断工作方式是被动监视。B)

硬件接口电路第48页，共80页，2023年，2月20日，星期三第49页，共80页，2023年，2月20日，星期三接口原理与工作过程：a)列线接高电平，并接在P1口的低四位，并且经过与门接在INT0/上；b)行线接在P1口的高四位，作为扫描输出线，平时全置为零；c)当有键按下时，INT0/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；d)在执行中断服务程序时，首先要关闭中断；

e)接着进行消抖处理，按键识别，及执行键功能程序

第50页，共80页，2023年，2月20日，星期三C）软件编程

第51页，共80页，2023年，2月20日，星期三四、输出接口设计输出接口功能：是操作者对机电系统监测的窗口，通过输出接口，机电系统向操作者显示自身的运行状态，关键参数及运行结果，并进行故障报警。

第52页，共80页，2023年，2月20日，星期三(一)发光二极管显示器的接口设计

1、发光二极管特点、应用、发展2、单个发光二极管的接口设计

3、七段发光二极管显示器结构

4、七段发光二极管显示器静态接口设计

5、七段发光二极管显示器动态接口设计

6、静态显示与动态显示接口的比较

第53页，共80页，2023年，2月20日，星期三1、发光二极管特点、应用、发展发光二极管：由透明半导体材料制造的在一定条件下自发辐射产生荧光的PN结。特点：体积小、寿命长、可靠性高、低压（1.5－2.5V）小电流（5－15mA）下工作、功耗小应用：状态指示灯，照明手电筒发展：大功率发光二极管，有机发光二极管

有机发光二极管原理及应用.doc

第54页，共80页，2023年，2月20日，星期三2、单个发光二极管的接口设计第55页，共80页，2023年，2月20日，星期三1）单片机4个I/O口带负载能力有限，P0口带8个TTL电路，其它三口能带4个 TTL电路，通常每个TTL电路为20mA2）74LS07：OC门（集电极开路输出）同相驱动器。输入为零，输出为零；输入为1，集电极开路，相当于断路。第56页，共80页，2023年，2月20日，星期三3）VLE发光强度取决于流过的电流，通常按10mA计算，Rf为限流电阻，二者关系式为，取Vf为2V，Vcs为0.3V，所以应取270欧，设计时一般取300欧。第57页，共80页，2023年，2月20日，星期三3、七段发光二极管显示器结构第58页，共80页，2023年，2月20日，星期三第59页，共80页，2023年，2月20日，星期三4、七段发光二极管显示器静态接口设计七段LED显示器接口设计的两个准则：一是提供正确的驱动逻辑，例如，要显示“0”，就要使a、b、c、d、e和f段导通，而g和dp不导通，这就需要一个8位输出口对各段进行控制；

二是提供LED显示器的工作电流，即要保证工作电压和工作电流

第60页，共80页，2023年，2月20日，星期三1）8255扩展的静态LED显示器接口

第61页，共80页，2023年，2月20日，星期三分析：A)

8255扩展I/O口8255有三个输入/输出口，分别是PA、PB和PC口；口地址是由A0和A1两地址线决定的；在实际工作中还要使片选信号有效，这三个输入输出口才能工作。8255有三种基本工作方式。方式0：基本输入输出；方式1：选通输入输出；方式2：双向传送，这三种工作方式是由工作方式控制字决定的。

第62页，共80页，2023年，2月20日，星期三在方式0下的三个口具有输出锁存能力，使LED显示器静态显示。

第63页，共80页，2023年，2月20日，星期三B)

74LS24574LS245是8入8出的驱动器，用于提供驱动电流，若限流电阻选300欧，则LED显示器的工作电流可达到10mA。

第64页，共80页，2023年，2月20日，星期三2）串行口扩展的静态LED显示器的接口

第65页，共80页，2023年，2月20日，星期三A）单片机的串行口a）P3口的第二功能：P3.0：串行输入口（RXD） P3.1：串行输出口（TXD） P3.2：外部中断0 P3.3：外部中断1 P3.4：定时器0外部输入 P3.5：定时器1外部输入 P3.6：外部数据存储器写脉冲 P3.7：外部数据存储器读脉冲

第66页，共80页，2023年，2月20日，星期三b)串行口的四种工作方式方式0：同步移位寄存器方式。串行数据都通过RXD端输入或者输出。TXD端输出同步移位脉冲。可接收/发送8位数据位（低位在前）。方式0主要用于I/O口扩展方式1：八位异步通讯串行口；方式2：九位异步通讯串行口；方式3：波特率可变的九位异步通讯串行口。

第67页，共80页，2023年，2月20日，星期三B)

74LS164串入并出的移位寄存器，一位输入，八位输出

第68页，共80页，2023年，2月20日，星期三C)

软件编程将30H至37H的BCD码显示 ORG 1FA0HXS: MOV R7, #08H MOV R0, #30HXS1: MOV A, @R0 MOV DPTR, #2000H MOVC A, @A+DPTR MOV SBUF, AXS2: JNB TI, XS2 CLR TI第69页，共80页，2023年，2月20日，星期三

INC R0 DJNZ R7, XS1 RET ORG 2000HTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H DB 99H,92H,82H,0F8H DB 80H,90H 第70页，共80页，2023年，2月20日，星期三5、七段发光二极管显示器动态接口设计公共端接法？第71页，共80页，2023年，2月20日，星期三1)8155可编程的并行I/O扩展接口

具有2个8位、1个6位可编程的并行I/O口，256字节的RAM，1个14位的定时器。2)7407OC门同相驱动器，75452OC门反相驱动器第72页，共80页，2023年，2月20日，星期三3)工作过程动态显示并不像静态显示方