第四章 MCS-51系列单片机接口及其应用系统设计

通常使用7段LED数码管， 它由7个发光二极管组成。这7 个发光二极管a~g呈“日”字 形排列，其结构及连接如图4-1 所示。当某个发光二极管导通 时，相应地点亮某一点或某一 段笔画，通过发光二极管不同 的亮暗组合形成不同的数字、 字母及其其他符号。
图4-1 七段数码管结构
LED数码管中的发光二极管有两 种接法： （1）所有发光二极管的阳极连接 在一起，这种连接方法称为共阳 极接法（如图4-2a)。 （2）所有发光二极管的阴极连接 在一起，这种连接方法称为共阴 极接法（如图4-2b）。 共阳极的LED为低电平时， 对应的段码被点亮；共阴极的 LED为高电平时，对应的段码被 点亮。一般共阴极可以不外接电 阻，但共阳极中的发光二极管一 定要外接电阻。
4.2.1 键盘的应用
4.2.2 键盘的工作原理
4.2.3 矩阵式键盘的识别
键盘是由若干个按键组成的，是向系统提 供操作人员的干预命令及数据的接口设备。在 单片机应用能够系统中，为了控制系统的工作 状态，以及向系统中输入数据时，键盘是不可 缺少的输入设备，它是实现人机对话的纽带。 如：复位用的复位键、功能转换用的功能键、 数据输入用的数字键盘等。
程序流程图
开始
中断设置 j+1 J>10 N 将Tabl1[j]送P2 j++ Y 中断返回 J清零 中断0子程序 将Tab2[j]送p1 中断１子程序
p1清零 中断返回
（5）源程序设计（ C语言）
#include<reg51.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar j; uchar t; uint n; const uchar tab1[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,}; const uchar tab2[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,}; void delay(uint n) { uint i; for(i=0;i<n;i++); for(i=0;i<n;i++); for(i=0;i<n;i++); for(i=0;i<n;i++); }
本作业与课外设计作业一相呼应，
可使同学们深刻认识到： 没有什么克服不了的困难， 只要掌握科学合理的教与学的方法， 设计能力和实践能力肯定能够大幅度地提高，
每个学生都有能力实现自己的梦想，
都能创造辉煌灿烂的未来。
从现在开始，
你完全可以利用你所学的知识，
设计一个你最喜爱的单片机应用系统！ 相信老师， 相信你自己， 你肯定能够成功！！！
单片机AT89C51
按钮BUTTON
瓷片电容CAP 30pf
7SEG-COMCATHODE
晶振CRYSTAL 12MHz
电阻RES
（4）程序流程图设计 如果有键按下，则相应输入为低电平，否则 为高电平。首先设置P3.0为低电平，检测 P3.4~P3.7列是否为低电平。如果为低电平， 则转入相应的显示子程序中。否则再设置 P3.1为低电平，检测P3.4~P3.7列是否为低 电平……这样，以首先设置相应的行为低电 平，然后再检测相应列是否为低电平的方式 来实现键盘的扫描。当按键为低电平时，就 转到相应显示子程序中。
在键盘操作过程中，当有两个或两个以上的键被同时按下时， 哪个按键有效完全取决于开发者的设计。 独立式键盘直接用I/O口线构成.每个按键接一根I/O口线，各 键的工作状态互不影响。独立式键盘电路按其工作方式不同又分 为: 查询式（图a）和中断式（图b）。
（a）查询式
（b）中断式
矩阵式键盘又称为行列式键盘。用I/O口线组成行、列 结构，行列线分别连在按键开关的两端，列线通过上拉电 阻至电源，使列线在无按键时处于高电平状态按键设置在 行、列线的交叉点上。例如：用3X3的行列结构可构成9个 键的键盘，用4X4的行列结构可构成16个键的键盘。
键扫描
键盘是由按键构成的，每一个 按键都被赋予特定的功能，它们通 过接口电路与单片机连接，通过软 件了解按键的状态及键输入的信息， 并转去执行该键的功能处理程序。 键盘的接口方法有多种，但键 的输入过程与软件结构基本是一样 的。MCS-51单片机按键输入过程 如图所示。
N
有无键按下 Y 查键号
JMP@A+DPTR
键编码与键值： 一组按键或键盘都要通过I/O线查询按键的开关 状态。根据键盘结构不同，采用不同的编码方法。但 无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成 为与累加器中的数值相对应的键值，以实现按键功能 程序的散转。 编码方法： （1）用键盘连接的I/O线的二进制组合表示键码 （2）顺序排列键码 （3）随机排列键码 „ „
4.1 LED数码管及其应用系统设计 4.2 键盘及其应用系统设计 4.3 A/D转换器及其应用系统设计 4.4 D/A转换器及其应用系统设计
4.1.1 LED数码管结构与原理
4.1.2 LED数码管的显示方式 4.1.3 共阴极LED和共阳极LED的应用
在单片机应用系统中,使用的显示器主要 有:LED(发光二极显示管)、 LCD液晶显示器、CRT 等。 LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是单片 机应用系统中常用的输出设备,LED由发光二极管构 成，具有结构简单、价格便宜、配置灵活、与单片机 接口方便等特点。
综合设计大作业：
查询相关资料，设计一个你最感兴趣的单片机系统。 该作业为综合设计，取代传统的考试，需3-5周的课外时间，
自本章开始，每个学生根据自己的爱好，自拟课题。
老师在授课过程中或利用课外时间，对学生的选题、设计思路、 设计方法等进行辅导；同时对设计的过程进行有效监督，确保学 生能够高质量地完成设计任务；并在本课程结束时，对学生的设 计内容、设计质量、设计效果及设计论文等进行考核和验收。
a
b
图4-2 发光二极管的接法
LED数码管的发光二极管亮暗组合实质上 就是不同电平的组合，也就是为LED数码管提 供不同的代码，这些代码称为字形代码。7段 发光二极管加上1个小数点dp共计8段，字形 代码与这8段的关系如表4-1。
表4-1
数据 字
LED 段
D7 D6
dp g
D5 D4 D3 D2 D1 D0
A=00H
A=01H
01按键 应用程序
A=NNH
NN按键 应用程序
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
00按键 应用程序
键在闭合与断开的瞬间均有抖动过程如图所示： 键的闭合与否通常用高、低电平来进行检测。键闭合 时，该键为低电平；键断开时，该键为高电平。 键的闭合与断开都是利用其机械弹性，由于机械弹性 的作用，键在闭合与断开的瞬间均有抖动过程，抖动的时 间一般为5~10ms。按键的稳定闭合期由操作人员的按键动 作所决定。
用键盘连接的I/O线的 二进制组合表示键码:
I/O
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
88 48 28 18
84 44 24 14
82 42 22 12
81 41 21 11
可用一个8位I/O线的 高低4位口线的二进制 组合表示16个键的编 码。
顺序排列键码： 键值的形成要根据I/O线 的状态作相应处理。 键码可按： 键码=行首键码+列号
void main(void) { P1=0x00; Init_Int(); while(1) { for(j=0;j<10;j++) { P2=tab1[j]; delay(65000); } } }
（6）系统调试与仿真 1）keil c 调试； 2）proteus调试； 3）联合调试；
4）仿真结果。
f e d c b a
字形代码与十六进制数的对应关系部分如表 4-2所示。从表中可以看出共阴极与共阳极的字 形代码互为补数。
表4-2
在单片机应用系统中一般需使多个LED数码管， 多个LED数码管是由N根位选线和8XN根段选线连接 在一起的，根据显示方式不同，位选线与段选线的 连接方法也不相同。段选线控制字符选择，位选线 控制显示位的亮或暗。N个LED数码管的连接方式如 图4-3所示。
图4-3 多个数码管的连接方式
LED数码管显示有静态显示和动态显示两种方式:
静态显示就是当LED数码管要显示一个字符时，相应的发光二极管恒 定地导通或截止（如图4-4)。优点是显示数据稳定，占用CPU时间少。 但是采用这种显示方式时需要一个8位输出口控制，所以占用硬件多， 如果单片机系统中有多个LED数码管需进行扩展。
图4-4 多个LED静态显示连接方法
动态显示就是一位一位地轮流点亮各位数码管，CPU需要 时刻对数码管进行刷新，显示数据有闪烁感，占用CPU的 时间较长（如图4-5）。并且数码管的点亮既与点亮时的导 通电流有关，也与点亮时间、间隔时间的比例有关。调整 电流和时间的参数，可实现亮度较高，较稳定的显示。同 时占用的I/O口较少。
单片机AT89C51 按钮BUTTON 瓷片电容CAP 30pf 7SEG-COM-ANBLUE 晶振CRYSTAL 12MHz 7SEG-COMCAT-GRN 电阻RES
（4）程序流程图设计
数码管显示字符，一般是通过调用Table字库来进行的。由 于该系统中采用两种类型的数码管（共阴极和共阳极LED），因 此需要调用两个不同的字库，如果使用汇编来编写此程序，则比 较困难；使用C语言，相对来讲就容易，因此我们采用C语言来 编写此程序。 使用C语言编写程序时，首先编写好Tab1和Tab2这两个库， 其中一个为共阳极LED的段码值，另一个为共阴极LED的段码值。 程序使用两个外部中断INT0和INT1,其中INT0用来控制LED2显示 字符与LED1显示字符相同，INT1使LED2不显示。使用单片机软 件延时计数。