第四章1人机通道配置与接口技术.ppt

第四章1通道配置与接口技术,控制系统与外部设备的输入与输出通道可以分为4个部分：1、人机通道-人与应用系统对话的通道，通过这些通道，人对系统状态进行干预，输入运行参数，发布指令，系统向人显示运行过程、状态与结果。2、前向通道-应用系统中与外部各种物理量检测设备的电路连接通道，即所有反映外界状态信号变化的信号输入通道。3、后向通道-应用系统与被控制对象的连接通道，控制对象有外部驱动设备、执行机构。4、相互通道-多机系统、多个应用系统之间的相互连接通道。,4.1人机通道,4.1.1LED数码显示器结构原理,一、LED数码显示器结构原理,二、LED数码显示器的显示码,数码显示器的显示码续,三、LED显示器的显示方式,LED显示器的显示方式一般有两种，其一是静态方式，其二是动态方式，主要由接口电路决定。,动态显示方式,所谓动态显示方式是指当数个显示器在显示字符时，显示接口的数据不断地变化着。采用动态显示方式，可以节省接口电路的数量，从而降低硬件成本。,例4-2：若某单片机应用系统的显示器接口电路如图9-3所示。试分析接口电路，并编写显示子程序。,图9-3,（一）分析接口电路,8个显示器配2个并行接口。8255PA口作为输出口，输出信号控制各数码管的共阴极。8255PB口也作为输出口，输出显示码给8个显示器。8255PA口地址为7FFCH。8255PB口地址为7FFDH。8255控制口地址为7FFFH。驱动电路是提高8255A驱动显示器的能力。,动态显示方式的工作原理,视觉滞留原理:即当一个物体突然从眼前移去时，该物体的像还能在人的视网膜上保持一定时间。,发光物体的余辉原理:当发光体的电源被切断时，该发光体原来显示的内容将被保持一定时间,4.1.2键盘结构原理与接口技术,在通用计算机中，键盘的电路一般采用的是编码键盘。在单片机应用系统中，经常采用非编码键盘。,一、键盘电路的结构原理,计算机中使用的键钮一般都是机械式非自锁式键，按下键，开关闭合，松开键，则开关断开。如果想保持开关闭合，就必须一直按住键。,在单片机应用系统中，如果键的数量比较少，可采用独立式键盘电路；如果键的数量较多，则可采用行列式键盘电路。,1、独立式键盘电路,2、行列式键盘电路,（1）如何判断有键按下,先将所有列线Y0Y3清0（低电平），然后输入行线X0X3的状态，如果此时有键按下，那么行线X0X3中一定有一根线的状态为0。反之，如果此时没有键按下，行线X0X3保持全1。,（2）如何判断哪一个键按下,要判断哪一个键按下，可采用逐列扫描的方法。通过逐列的扫描，确定按下键的行号和列号。,键号=行号4+列号,二、键抖动问题,由于键的机械触点的弹性作用，键在按下和释放的瞬间产生接触不稳定，造成电压信号的抖动现象，如图9-7所示。,键从被按下到释放，共经历三个阶段。,t1：键按下时的抖动时间，510ms左右。t2：键按下时的保持时间。t3：键释放时的抖动时间，510ms左右。,消除键抖动的方法,2、触发器法,1、延时法,三、键盘接口电路举例,例4-3：若某单片机拥有系统的显示器/键盘接口电路如图9-9所示，请分析接口电路，并编写键盘扫描子程序。,（一）分析系统接口电路,8255A的B口是基本方式的输出口，输出显示码。8255A的A口也是基本方式的输出口，经驱动电路，不仅扫描显示器，而且作为键盘的列扫描线。8255A的C口是基本方式的输入口，用了4根线PC0PC3，作为键盘行线的输入接口。8255A的选片信号端接单片机的P2.7，这样8255A的A口、B口、C口和控制口的地址分别为7FFCH、7FFDH、7FFEH和7FFFH。,4.1.38279键盘/显示器电路,考虑到显示器/键盘接口电路的节省成本，又考虑到系统软件运行时间的节省，可以采用一个折中的方案，就是采用专用的显示器/键盘接口电路。,8279芯片就是这样一种比较专用的LED显示器/键盘的接口电路芯片。,8279芯片的特性,Intel8279是一种通用的可编程的键盘/显示器接口器件。可对64个开关矩阵组成的键盘进行自动扫描。并在有键输入时向CPU请求中断。8279内部有一个168的显示缓冲器，能对8位或16位LED数码显示器自动扫描，使显示缓冲器的内容在显示器上显示出来。,一、8279内部结构,键盘去抖动和控制,有关显示的电路,1、显示RAM：有8/16个单元，存放显示器所需显示信息的显示码。,3、显示寄存器：存放来自显示RAM的显示码，向显示器直接提供显示码。,4、扫描计数器：产生显示扫描信息，从SL3SL0发出扫描信息。控制哪一个显示器显示。,2、显示地址寄存器：用于确定对显示RAM输入/输出显示码的单元。,有关键盘的电路,1、扫描计数器：它不仅提供显示器的扫描信息，同时也产生键盘列扫描信息，从SL3SL0发出扫描信息。,2、回送电路：接收键盘行线信息，从RL7RL0输入，确定是否有键按下。,3、FIFORAM：存放按键的行线和列线信息。,4、键盘去抖动控制：发现有键按下后，自动再产生列扫描信号。,5、FIFO/RAM状态字寄存器：存放FIFORAM中是否有按键信息。,显示器/键盘扫描原理图,OUTA0OUTA1OUTA2OUTA3OUTB0OUTB1OUTB2OUTB3,SL2SL1SL0,8279,RL3RL0,5V,76543210,15141312111098,2322212019181716,3130292827262524,译码电路,显示RAM,Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7,显示工作原理,1、假设在显示扫描前，8279内的显示RAM07单元中已存放了8个显示码。,2、8279一轮扫描过程如下：将显示RAM0#单元的显示码经显示码寄存器从OUTA,OUTB端口输出。同时扫描编码线SL2SL0输出000信息，经译码器译码，Y0输出低电平，选通最右边的显示器，使其显示刚从显示RAM0#单元输出的显示码。隔一定时间，将显示RAM1#单元的显示码输出。同时扫描编码线SL2SL0输出001信息，经译码器译码，Y1输出低电平，选通右边第2个的显示器，使其显示刚从显示RAM1#单元输出的显示码。以此类推，最后将显示RAM7#单元的显示码输出。同时扫描编码线SL2SL0输出111信息，经译码器译码，Y7输出低电平，选通左边第1个的显示器，使其显示刚从显示RAM7#单元输出的显示码。完成一轮显示扫描过程。,3、8279一直循环往复一轮一轮扫描显示，使显示器保持显示。,键盘工作原理,1、8279一轮键盘扫描过程如下：扫描计数器从扫描编码线SL2SL0输出000信息，经译码器译码，Y0输出低电平，对第0列键盘进行扫描。接着8279回送电路输入键盘的行线RL0RL3的信息。隔一定时间，扫描计数器从扫描编码线SL2SL0输出001信息，经译码器译码，Y1输出低电平，对第1列键盘进行扫描。接着8279回送电路输入键盘的行线RL0RL3的信息。以此类推，最后扫描编码线SL2SL0输出111信息，经译码器译码，Y7输出低电平，对第7列键盘进行扫描。接着8279回送电路输入键盘的行线RL0RL3的信息。,在以上对键盘的扫描过程中，如发现行线中RL0RL3出现0，则将按键的行线和列线的信息存入FIFORAM中，并在FIFO/RAM状态寄存器记下有键按下的信息。,2、8279一直循环往复一轮一轮扫描键盘，保持对键盘的不断监测。,（1）I/O控制和数据缓冲器,双向的三态数据缓冲器将内部总线和外部系统的数据总线DB0DB7相连，用于在CPU和8279之间传送命令、数据和状态信息。I/O控制电路以CS、A0、RD、WR线上的输入信号控制总线上信息的传送，即对内部不同的寄存器和缓冲器进行读或写。,A0为信息属性选择线，用来指出所传送的信息是命令/状态还是数据，A0为逻辑“1”时，CPU写入8279的信息是控制命令，从8279读出的信息是状态字节。A0为逻辑“0”时，读出和写入的信息都是数据。A0通常接系统的地址总线低位。,（2）时序控制逻辑,时序和控制部件包含了定时计数器，其中一个计数器是N分频器。分频系数N可编程为231之间的任一个数，对CLK上输入的时钟脉冲信号进行N分频，以产生基本的100KHz的内部计数信号。,（3）扫描计数器,扫描计数器是产生键盘和显示器扫描控制信号的部件，它具有有两种工作方式。一种是编码工作方式，计数器以二进制方式计数，4位计数器的状态直接从扫描线SL0SL3上输出，必须由外部译码器对SL0SL3进行译码，以产生对键盘和显示器的扫描信号；另一种是译码工作方式，对计数器的低二位进行译码后从SL0SL3上输出，作为48键盘和4位显示器的扫描信号，因此在译码方式中只有显示RAM的前4个字符被显示出来。译码方式中扫描输出线低电平有效。,（4）输入缓冲器和键盘去抖动控制,输入缓冲器锁存RL0RL7上的信息。在键盘工作方式中，对键盘进行扫描，搜索键盘上的闭合键，记录了键盘电路行的信息。去抖动电路检测到某个键闭合后等待10ms，再检测该键的状态，若仍然闭合，则将该键在矩阵中的地址（行、列号）以及SHIFT和CNTL状态都写入FIFORAM。,（5）FIFO/传感器RAM,FIFO/传感器RAM是一个双功能的88RAM缓冲器。在键盘和选通输入方式中，88RAM是一个先进先出的数据缓冲器，每一个新输入的信息写入RAM中的下个单元，并按写入的次序读出。,（6）显示地址寄存器和显示RAM,显示地址寄存器用于存放CPU当前正在读/写的显示RAM单元地址以及正在显示的两个4位半字节地址。读/写显示RAM地址由编程设定，也可以定义为每次读/写后地址自动加1。在选定了工作方式和地址后，CPU可直接读出显示RAM中的内容。A、B两个半字节显示地址由8279自动刷新。,二、接口工作方式,1、键盘工作方式,1)双键封锁,若有许多键同时按下，则不管它们以什么次序释放，只能有一个键的信息进入FIFO.如果在去抖动周期有两个键按下，则认为是同时按下，在两者之一释放之前不进行识别，只有最后释放的那个键作单键闭合处理，送FIFO。,2)N键巡回,在N键巡回工作方式中，各个键的处理与其他键无关。按下一个键时，去抖动电路等待两个键扫描周期，然后检查该键状态，如果仍被按下，则该键信息送入FIFO。在这种方式下，一次可以按下任意个键，这些键均被识别，依键扫描的顺序，将键信息分别送入FIFO。,2、显示器方式,1)左端输入,左端输入方式是最简单的显示方式，显示RAM地址07分别对应于显示器0(左)位7(右)位。可以依次从零地址或某一个地址开始将显示段数据写入显示RAM。地址大于7时再从0地址开始写入，写入过程如下：,左端输入显示过程,8279显示RAM地址,第一次写入数据,第二次写入数据,第八次写入数据,第九次写入数据,2）8位右端输入,输入数据总是写入右边的显示RAM单元，原来的内容左移一个位置，写入的字节数大于8，最左边的字符移出丢失。,单片机显示缓冲区、8279显示RAM和显示器,8279RAM,单片机显示缓冲区,三、8279的控制命令字、状态字和数据格式,控制命令字:是8279选择其工作方式的控制命令。常用的有6个.状态字:是反映8279在工作中受控键盘和显示器的状态.只有1个.数据格式:是反映按键的位置以及复合键的按键情况.只有1个.,1、8279的命令字,D7D6D5D4D3D2D1D0,D7D6D5=000是方式设置命令的特征位。,DD(D4D3)为显示器工作方式选择位.KKK(D2D1D0)为键盘工作方式选择位.它们的定义如表1、表2所示。,（1）键盘/显示器方式设置命令,表9-1显示器方式选择,表9-2键盘工作方式选择,如果键盘/显示器方式字=00H，则键盘选择编码扫描键盘-双键封锁方式，显示器选择88字符显示左边输入方式。,（2）时钟编程命令,D7D6D5D4D3D2D1D0,D7D6D5=001为时钟编程命令的特征位。,D4D0为分频系数（231）.利用这条命令，可以对来自CLK引线的外部输入时钟分频.以取得100KHz的内部定时脉冲信号。例如，CLK输入时钟频率为1MHz，则PPPPP=01010B=10。复位后分频系数为2AH。,（3）读FIFO/传感器RAM命令,在读8279的FIFO/传感器RAM中的数据之前，必须先将读FIFO/传感器RAM的命令字写入8279，该命令字格式如下：,D7D6D5D4D3D2D1D0,D7D6D5=010为该命令的特征位。,D2D0（AAA）为起始地址。D4（AI）为多次读时的地址自动增量标志。在键扫描方式中，AI、AAA均被忽略，CPU读键输入数据时总是按先进先出的规律读出，直至输入键全部读出为止。,如果键盘选择双键封锁方式，则每一次读同一个FIFO/RAM单元，命令字为40H。,（4）读显示缓冲器命令,在CPU读显示数据（检查）之前必须先输出读显示缓冲器RAM的命令，命令格式如下：,D7D6D5D4D3D2D1D0,D7D6D5=011是该命令字的特征位。4位二进制代码AAAA用来寻址显示RAM的一个缓冲单元。AI为自动增量标志，若AI=1，则每次读出后，地址自动加1。,（5）写显示数据命令,在CPU将显示数据写入8279的显示缓冲器RAM之前必须先输出写显示数据缓冲器的命令，命令格式如下：,该命令的特征位为D7D6D5=100。AI为自动增量标志，AAAA为起始地址，数据写入按左输入或右输入的方式操作。若AI=1，每次写入后地址自动加1。一般写显示码是连续进行的，故该命令字为90H。,D7D6D5D4D3D2D1D0,（6）清除命令,CPU将清除命令写入8279，使显示缓冲器清成初态（暗码），同时也能清除键输入标志和中断请求标志。清除命令的格式如下：,该命令的特征位D7D6D5=110。D4D3D2用来设定清除显示RAM的方式，定义如表3所示。,D7D6D5D4D3D2D1D0,表9-3清除方式设定,如果将显示器全部暗掉，则命令字为D0H。,2、FIFO状态字,在键盘和选通方式下，FIFO状态字用来指出FIFO中的字符数、出错信息以及能否对显示RAM进行写入操作。其格式如下：,3、键盘扫描方式FIFO/RAM数据格式,在键盘扫描方式下，进入FIFORAM的数据对应于闭合键在键盘中的位置以及CNTL和SHIFT线的状态，其格式如下：,D2D0为行线RL07的行号，D5D3为扫描计数器值（列号）。FIFO/RAM中的数据被称为键值。,D7D6D5D4D3D2D1D0,四、8279芯片外部引脚,CLK：时钟输入线，用于产生内部定时；RESET：复位输入线，该引脚上输入一个高电平信号将复位8279，复位后置为下列方式：16位显示器左边输入，编码扫描键盘双键封锁，时钟系数为34H；CS：选片输入线，输入低电平时CPU选中8279，允许对8279进行读、写操作；A0：缓冲器地址输入线，高电平时数据线上传送的是命令或状态信息，低电平时数据线上传送的是数据信息；RD：读信号输入线，低电平有效，8279内部缓冲器信息送DB07;WR：写信号输入线，低电平有效，接收数据总线DB07上的信息写入内部缓冲器；,外部引脚续,DB0DB7：双向数据总线，用于在CPU和8279之间传送命令、数据和状态；OUTA0OUTA3：四位输出口；OUTB0OUTB3：四位输出口；这两个端口是164显示器更新寄存器的输出端，输出的数据与扫描线（SL0SL3）上的信号同步，用于多位显示器显示。这两个端口也可以合并为一个8位输出口，输出显示码。OUTB03为低4位，OUTA03为高4位.SL0SL3：扫描输出线，用以对键盘/传感器矩阵和显示器进行扫描；RL0RL7：数据输入线，键盘/传感器矩阵的行（或列）数据输入线。这些输入线内部有拉高电路，使之保持为高电平，也可以由外部开关拉成低电平。在选通工作方式中RL0RL7可作为8位数据输入线。,外部引脚续,SHIFT：换档输入线，在键扫描中闭合键的位置信息（行和列号）和换档输入线状态一起存入FIFORAM，使键盘上的每个键可定义为上、下两档功能。SHIFT线内部也有上拉电路使之保持高电平，也可以被外部开关拉成低电平；CNTL/STB：控制/选通输入线，在键盘方式中，作为控制输入线，它的状态和键输入信息一起存贮到FIFORAM中。在选通输入方式中作为数据送入FIFORAM的选通输入线。CNTL/STB线内部也有拉高电路使之保持高电平，也可被外部开关拉成低电平；,外部引脚,IRQ：中断请求输出线，高电平有效。在键盘工作方式中，FIFORAM中有键输入数据时，IRQ上升为高电平，向CPU请求中断，CPU每次读出FIFORAM数据时，IRQ变为低电平，若RAM中还有数据，IRQ在读出后又返回高电平，直止FIFO中数据被读完IRQ才保持低电平。在传感器方式中，每当检测到传感器信号变化时IRQ上升为高电平；BD：显示消隐输出线，低电平有效，该输出线在数字切换过程中或使用显示器熄灭命令使显示器消隐（暗）；Vcc：电源输入脚（+5V）；Vss：地。,五、8279的应用举例（实验十四）,例4-4：若某单片机拥有系统的显示器/键盘接口电路如图9-12所示，请分析接口电路，并编写显示器/键盘程序。,图9-12,8个数码管显示器和16个键（44）8279的OUTA03、OUTB03经74LS244驱动后接数码管数据端。8279的SL20经译码器输出扫描信号。Y0Y7再经74LS244驱动后作为点亮控制扫描信号；Y0Y3直接作为键盘的列扫描信号，分别接键盘第0列至第3列。8279的RL0RL3作为键盘的行输入线，分别接键盘的第0行至第3行。8279的CS端接系统译码器的输出Y6。8279的CLK端接系统1Mhz信号。,（一）接口电路分析,接口电路分析续,根据系统的接线，可得到以下信息：数据口地址为E000H，控制口地址为E001H。8279的分频系数为1Mhz/100Khz=10。因为8279的SL20经译码器输出扫描信号，所以扫描计数器采用编码方式。键盘上键号的排列是左下角第一个键是0号键，沿着这一行依次是1号键、2号键和3号键，右上角的是F号键。,接口电路分析续,根据键盘电路中行线和列线的接法,键的位置与FIFO/RAM数据的对应关系如下：,D7D6D5D4D3D2D1D0,0号键,00000000（00H）,D7D6列号行号,1号键,00001000（08H）,2号键,00010000（10H）,F号键,00011011（1BH）,设FIFO/RAM中的数据为键值，根据键值可求出键号。,键号和键值的对应关系表,8279键盘显示器应用电路,（二）程序设计,该程序的功能是初始状态显示器显示“8279-1“,然后是按那个键,显示那个键号.,整个程序结构由三部分程序构成，一个主程序、二个子程序。主程序的功能：初始化显示缓冲区，初始化8279芯片，循环调用显示子程序和键盘扫描子程序。显示子程序功能：将显示缓冲区的数据转换成显示码，然后送入8279显示RAM。键盘子程序功能：查询键盘是否有键按下，将8279中的键值转换成键号，然后将键号送入显示缓冲区。,8279应用程序续,主程序框图,显示子程序框图,键盘扫描子程序框图,8279应用程序续,ORG0000HAJMPMAINORG0030HMAIN:MOVSP,#60HMOV70H,#8H;70H-77H为显示缓存器,初始显示8279-1MOV71H,#2H;MOV72H,#7H;MOV73H,#9H;MOV74H,#12H;MOV75H,#12H;MOV76H,#12H;MOV77H,#01H;,程序编制如下：,8279应用程序续,;8279初始化C8279EQU0E001H;定义8279控制口地址D8279EQU0E000H;定义8279数据口地址MOVDPTR,#C8279;设置8279控制口指针MOVA,#0H;88左边输入显示,编码键盘扫描，双键封锁.MOVXDPTR,A;写8279方式字MOVA,#2AH;分频系数为10.MOVXDPTR,A;写分频系数MOVA,#0D0H;将显示RAM清0控制字.MOVXDPTR,A;清显示DI