《单片机原理及应用》课件第11章 接口技术

第11章接口技术

教学目的：了解80C51系列单片机与键盘、显示器、功率器件及打印机等外设连接的技术。教学重点：1.键盘接口的工作原理及应用；

2.LED显示器接口的工作原理及应用。

3.打印机的接口及应用。教学难点：1.键盘接口的工作原理。

2.LED显示器接口的工作原理

11.1键盘接口

键盘电路的设计应使CPU不仅能识别是否有键按下，还要能识别是哪一个键按下，而且能把此键所代表的信息翻译成计算机所能接收的形式。 在单片机应用系统中多采用非编码键盘，其分为独立式键盘和矩阵式键盘，硬件上此类键盘只提供通、断两种状态，其它工作都靠软件来完成。

11.1.1键盘工作原理1．键输入原理2．键输入接口与软件应解决的问题（l）键开关状态的可靠输入通常去抖动影响的方法有硬、软件两种。

图11.1键闭合及断开时的电压波动

（2）对按键进行编码以给定键值或直接给出键号

①监测有无键按下；②有键按下后，在无硬件去抖动电路时，应用软件延时方法除去抖动影响；③有可靠的逻辑处理办法；④输出确定的键号以满足散转指令要求。11.1.2独立式按键

1．独立式按键结构

在此电路中，按键输入都设置为低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。

图11.2独立式按键电路2．独立式按键的软件编制

START：MOVA，＃0FFH ；置输入方式

MOVP1，AL1:MOVA，P1；输入键状态

CJNEA,#0FFH,L3；有键按下转L3LCALLDELAY；延时5mS，省略

SJMPL1L3:LCALLDELLAY；延时5mSLCALLDELLAY ；延时5mSMOVA,P1 ；再读P1口

CJNEA,#0FFH,L2；确实有键按下转L2SJMPL1；误读键，返回L2：JNBACC.0,TAB0 ；为0转0号键首地址

JNBACC.1,TAB1；为1转1号键首地址

JNBACC.2,TAB2；为2转2号键首地址

JNBACC.3,TAB3；为3转3号键首地址

JNBACC.4,TAB4 ；为4转4号键首地址JNBACC.5,TAB5 ；为5转5号键首地址JNBACC.6,TAB6 ；为6转6号键首地址JNBACC.7,TAB7 ；为7转7号键首地址SJMPL1；再次读入键状态TAB0：LJMPOPR0 ；转向0号键功能程序TAB1：LJMPOPR1……..

TAB7：LJMPOPR7……..

OPR0：…….. ；0号键功能程序 LJMPSTART ；0号键程序执行完返回

……0PR7：……..；7号键功能程序……. LJMPSTART；7号键程序执行完返回

C51语言程序清单：#include<reg52.h> //包含SFR寄存器的头文件

#defineuintunsignedint //定义数据类型

#defineucharunsignedchar //定义数据类型main(void){uinti; //定义一个整型变量ucharvalue; while(1){P1=0xff; //设置P1口为输入方式do{}while(P1==0xff); //等待键盘输入for(i=0;i<1000;i++){}; //延时（值可自定）去抖动value=P1; //读取键值switch(value){case0xfe:K0_pro();break;//0号键调用K0_pro()键处理程序

case0xfd:K1_pro();break;//1号键调用K1_pro()键处理程序 ………..case0x7f:K7_pro();break;//7号键调用K7_pro()键处理程序 default:break; }do{}while(P1!=0xff); //等待键盘释放for(i=0;i<1000;i++){}; //延时（值可自定）去抖动

} }11.1.3行列式键盘1．行列式键盘电路的结构及原理

图11.3单片机I／O口组成的行列式键盘2．键盘的工作方式（l）循环扫描方式键盘扫描程序一般应具备下述几个功能：判断键盘上有无键按下;去除键的抖动影响;扫描键盘，得到按下键的键号;判别闭合的键是否释放。图11.3中32个键的键值从左上角的数字“0”键对应为如下分布:00H，01H，02H，03H，04H，05H，06H，07H08H，09H，0AH，0BH，0CH，0DH，0EH，0FH10H，11H，12H，13H，14H，15H，16H，17H18H，19H，1AH，1BH，1CH，1DH，1EH，1FH行线P2.0～P2.3处于输入状态，列线P1.0～P1.7为输出状态。按键设置在行、列线交点上，当某个键闭合时，则对应的行线和列线短路，行线输入即为列线输出。获取这32个键值时，P1口和P2口输出与输入的相应值为如下分布:

012345670FE×EFD×EFB×EF7×EEF×EDF×EBF×E7F×E8FE×DFD×DFB×DF7×DEF×DDF×DBF×D7F×D10FE×BFD×BFB×BF7×BEF×BDF×BBF×B7F×B18FE×7FD×7FB×7F7×7EF×7DF×7BF×77F×7

由以上分布可以总结出：闭合键的键值＝行首键号＋列号例如，当P1口的输出为F7H（11110111B），即其第3列有输出，读出P2口低4位的值为0DH（1101B），说明是第1行与第3列相交的键闭合，则键号＝8＋3＝11。读键盘程序如下：KEY：LCALLKS ；调用KS判别有键按下吗？JNZK1 ；有键按下转移

LCALLDELAY；无键按下，调延时子程序

LJMP KEYK1：LCALLDELAY；加长延时时间，消除键抖动

LCALLDELAYLCALLKS；调用KS子程序再次判别有无键闭合JNZK2 ；键按下，转逐列扫描LJMPKEY；误读键，返回K2：MOVR2，＃0FEH；首列扫描键码值送R2MOVR4，＃00H ；首列号送R4K3：MOVA，R2 MOVP1，A；列扫描键码值送P1口MOVA，P2；读取行扫描键码值值JBACC.0，L1 ；第0行无键按下，转查第1行MOVA，＃00H ；第0行有键按下，该行的行首键号＃0H送ALJMPLK ；转求键值L1：JBACC.1，L2；第1行无键按下，转查第2行MOVA，＃08H ；第1行有键按下，该行行首键号＃08H送ALJMPLK ；转求键值L2：JBACC.2，L3；第2行无键按下，转查第3行MOVA，#l0H ；第2行有键按下，该行的行首键号＃l0H送ALJMPLK ；转求键值L3：JBACC.3，NEXT；第3行无键按下，改查下一列

MOVA，＃18H ；第3行有键按下，该行的行首键号 ；＃l8H送ALK：ADDA，R4；行首键号加列号形成键值，送入APUSHACC ；键值入栈保护K4： LCALLDELAYLCALLKS ；等待键释放

JNZK4；未释放，等待

POPACC；键释放，弹栈送ACCRET；键扫描结束，返回NEXT：INCR4；修改列号,指向下一列MOVA，R2JNBACC.7，KEY；第7位为0，已扫描完最高列转KEYRLA ；未扫描完，键码值左移一位，变为下列键码值MOVR2，A ；扫描字暂存R2LJMPK3；转下列扫描KS：MOVA，＃0 MOVP1,A ；将全键码值

＃00H送P1口MOVA，P2；读入P2口行状态CPLA；变正逻辑，以高电平表示有键按下ANLA，＃0FH ；屏蔽高4位RET ；出口状态：A

0时有键按下

（2）中断工作方式

采用中断扫描工作方式可提高CPU的工作效率。一种简易键盘接口如图11.5所示。图11.5中断方式键盘电路由于P1口为双向I/O口，可以采用“线路反转”法识别键值。步骤如下：（1）P1.0～P1.3输出0，由P1.4～P1.7输入并保存数据到A中；（2）P1.4～P1.7输出0，由P1.0～P1.3输入并保存数据到B中；（3）A的高四位与B的低四位相或成为键码值；（4）查表求得键号。线路反转汇编程序如下：

ORG0000H LJMPSTART ORG0003 LJMPFZH；转读键值程序

ORG 0030HSTART: MOVSP,#50HMOVP1,#0FH MOVIE,#81H；CPU和外部中断0开中断

… SJMP$ ORG0080H；读键值中断程序FZH：SETBRS0；选择第1组工作寄存器

MOVP1,#0F0H；设P1.0～P1.3输出0 MOVA,P1；读P1口

ANLA,#0F0H；屏蔽低4位，保留高4位

MOVB,A；P1.4～P1.7的值存B

MOVP1,#0FH；反转设置，设P1.4～P1.7输出0MOVA,P1 ANLA,#0FH；屏蔽高4位，保留低4位

ORLA,B；与P1.4～P1.7的值相或，形成按键的键码值

MOVB,A MOVR0,#00H；置键号初值

MOVDPTR,#TAB;LOOP:MOVA,R0 MOVCA,@A+DPTR；取键码值

CJNEA,B,NEXT2；与按键值相比较，不相等，继续

SJMPRR0；相等返回，键码值在A中NEXT2:INCR0；键值加1 CJNER0,#10H,LOOP；是否到最后一个键RR0:CLRRS0；恢复第0组工作寄存器

RETI TAB:DB0EEH,0EDH,0EBH,0E7H；0，1，2，3的键码值

DB0DEH,0DDH,0DBH,0D7H；4，5，6，7的键码值

DB0BEH,0BDH,0BBH,0B7H；8，9，10，11的键码值

DB07EH,07DH,07BH,077H；12，13，14，15的键码值 C51语言程序如下：ucharkeycode;ucharcodekey_value[16]={0xee,0xed,0xeb,0xe7,0xde,0xdd,0xdb,0xd7, 0xbe,0xbd,0xbb,0xb7,0x7e,0x7d,0x7b,0x77};//键码值voidmain(void){P1=0x0F; IT0=0; //外部中断0采用边沿触发方式IE=0x81; //CPU开中断，允许外部中断0中断while(1) //等待键值处理{…..};}voidint0_pro()interrupt0using1 //定义外部中断0中断函数，用第1组工作寄存器{{ucharkey,i;keycode=0x00; //置键号初值P1=0xf0; //设P1.0～P1.3输出0key=P1&0xf0; //保存P1.4～P1.7的值P1=0x0f; //反转设置，设P1.4～P1.7输出0key+=P1&0x0f; /与P1.4～P1.7的值相或，形成键码for(i=0;i<16;i++){if(key==key_value[i]) //查表得到键码值{keycode=i； //返回键号 break;}}}11.2显示器接口

10.2.1显示器概述10.2.2LED显示器的结构与原理图11.6“8”字型数码管下面以共阴极数码管为例说明字形与字形码的关系。对照图11.6（a）字段，字形码各位定义如下：D7D6D5D4D3D2D1D0DPGfedcba数据位D0与a字段对应，D1与b字段对应……，依此类推。参考图10-6（a）和（b）可以看出，如要显示“1”字形，b、c2字段应点亮，所以对应的字形码为00000110B。11.2.3LED静态显示方式

图11.7三位静态显示电路2．用串行口控制显示器1．用并行口控制显示器2．用串行口控制显示器11.2.4LED动态显示方式表

图11.8扫描式显示电路

这种工作方式是分时轮流选通数码管的公共端，使得各个数码管轮流导通，即各数码管是由脉冲电流导电的（循环扫描一次的时间一般为10ms）。当所有数码管依次显示一遍后，软件控制循环，使每位显示器分时点亮。例如，如果要显示“123DEF”时，位选码、段选码扫描一遍的相应显示状态如表11.2所示。

这种方式不但能提高数码管的发光效率，而且由于各数码管的字段线并联使用，从而大大简化了硬件线路。

按照图11.8所示电路编写一段6位数码管的显示子程序。设DIS0～DIS5是片内显示缓冲区，共6个单元，对应6个数码管的显示内容。程序中，先取DIS5中的数据，对应选中图11.8所示扫描式显示电路中最左边的数码管，其余以此类推。汇编语言程序清单如下：DIR:PUSH ACC PUSHDPHPUSHDPLMOVR0,#DIS5 ;指向显示缓冲区首单元 MOVR6,#20H ;选中最左边的数码管 MOVR7,#00H ;设定显示时间 MOVDPTR,#TAB1 ;指向字形表首地址DIR1:MOVA,#00HMOVP2,A ;关断显示 MOVCA,@R0 ;取要显示的数据MOVCA,@A+DPTR ;查表得字形码

MOVP1,A ;送字形码

MOVA,R6 ;取位选字

MOVP2,A ;送位选字HERE:DJNZR7,HERE ;延时

INCR0 ;更新显示缓冲单元

CLRC MOVA,R6 RRCA ;位选字右移

MOVR6,A JNZDIR1 ;未扫描完，继续循环

POPDPLPOPDPHPOPACC ;恢复现场

RETTAB1: DB3FH,06,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07;0H~7H DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H;8H~0FHC51语言程序清单如下：#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharucharTABLE1[]={0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01};//位选码ucharTABLE2[]={0x06,0x5b,0x4f,0x5e,0x79,0x71}; //段选码,显示1，2，3，D,E,Fvoiddelay(void) //延时函数{uchari,j;for(i=0;i<200;i++){for(j=0;j<5;j++){;} //延时（参数可自定）}}

main(void) {uchari;for(;;){for(i=0;i<6;i++){P2=0X00; //关断显示P1=TABLE2[i]; //送字形码，显示某个字符P2=TABLE1[i]; //送位选字，选中某一位delay(); //调用延时函数}}}11.3功率开关器件接口

11.3.1输出接口的隔离技术（a）光电隔离原理图（b）光电隔离正确接法（c）光电隔离错误接法图11.9光电隔离器原理及接法

11.3.2功率开关器件举例

1.直流负载驱动电路

1）晶体管2）达林顿开关驱动电路3）功率场效应管图11.10直流电源负载驱动电路2．晶闸管（可控硅)驱动的负载电路

1）晶闸管及主要特性2）晶闸管与单片机接口电路图11.12单片机控制的可控硅接口电路3．继电器接口电路

1）电磁继电器

图11.13单片机控制的继电器接口电路J1一中间继电器；J2一交流负载。2）固态继电器图11.13固态继电器接口电路(a)DC-SSR接口电路(b)AC-SSR接口电路

10．4打印机接口

10.4.1微型打印机简介1.一般微型打印机的主要技术性能2.打印接口举例SP-RMDIIID型热敏微打的串行接口，常用引脚名称及功能如下：①RXD：数据线，打印机接收从计算机发来的数据。②GND：地线，③CTS：打印机“忙”状态信号。当该信号有效（高电平）时，表示打印机正忙于处理数据。此时，主计算机不能向打印机送入新的数据，否则将丢失。

10．4．2字符代码及打印命令1．命令代码2．字符代码

11．4．3打印机与单片机接口举例

本节以SP-RMDIII智能打印机为例介绍与单片机的连接与编程。打印机与单片机的连接如图11.16所示。该智能打印机默认的串行口波特率为9600，按照图11.16所示电路，编制一个程序。要求打印机先打印片内50H～5FH单元内的数据，此数据区内的数据已是分离的BCD码，均放在低半字节，然后再打印时间“2021年8月8日”。图11.16SP-RMDIII打印机与单片机的连接图汇编语言程序清单： ORG0000H LJMPMAIN ORG0200HMAIN:MOV SCON,#40H MOVTMOD,#20H MOVTH1,#0FDH ；串口波特率设置为9600 SETBTR1 MOVR0,#50H ；送打印数据区首地址 MOVR7,#16 ；送数据长度LOOP1:MOVA,@R0 ADDA,#30H ；变换为ASCII码LCALLPRT ；打印一个数据或字符 INCR0 DJNZR7,LOOP1 ；是否打印完数据MOVA,#0AH ；送换行命令代码

LCALLPRT CLRA MOVR3,ALP2:MOVDPTR,#TAB ；指向表首

MOVCA,@A+DPTR ；取待打印字符

LCALLPRT ；调打印程序

INCR3 MOVA,R3 XRLA,#9 JZLP3 ；打印完9个字符转LP3 MOVA,R3 SJMPLP2LP3:MOVA,#0AH ；送回车换行符

LCALLPRTHERE: SJMPHEREPRT: PUSHDPH PUSHDPLPRT1: JBP3.0,PRT1