第八章 单片机接口技术
单片机原理及其接口技术
单片机原理及其接口技术
单片机是一种能够实现控制、数据采集、运算处理等功能的微处理器
技术，是拥有最广泛应用范围的控制芯片之一、单片机中主要包括由编程
器芯片（CPU）、内存、外围电路元器件以及相关的接口技术组成，正是
由于单片机的优势，其在智能家居、智能物联网、汽车电子等领域得到了
广泛的应用。
单片机接口技术是一种实现硬件和软件之间通信的技术，它确保系统
的稳定性和可靠性。
接口技术主要有I/O接口、传输接口、外设接口、模
拟量接口、通用接口、串行接口和无线接口等。
I/O接口是单片机的核心技术，它是用来实现硬件和软件间的任务交
互的接口，通过I/O接口，可以实现软件和外围设备之间的信息传输，它
由多种I/O接口技术，如串口口、并口、中断口和DMA（Direct Memory Access）组成，用于实现与外部设备的连接。
外设接口是一种实现单片机与外设之间的接口技术，它要求使用特定
的接口类型来连接数据。
外设一般包括存储设备、显示器、键盘、投影仪、打印机等，外设接口可以用来控制外设，传输数据，收集外边设备的信息。
外设接口主要有USB接口、SCSI接口、GPIO接口、I2C接口、SPI接口等。
微机原理与接口技术课件全 (9)
（2）键的识别 通常有两种方法可识别被按之键：一种是“行扫描”法； 一种是“反转”法。 1）行扫描法 依次对每一行进行扫描，选使被扫描的行为低电平，其它 所有的行均为高电平，接着检测各列线的状态（称为“列”）。 若各列码均为高电平（即列码为全1），则被按之键不在这行。 继续扫描下一行；若列线不全为高电平（即列码为非全1），则 被按之在此行。根据行扫描码及列码就可知被按之键的坐标值 （即位置码）。再根据位置码通过查表可得到它的键值。查表 法的扫描子程序流程图如图7-6所示。
四、输入/输出寻址方式
当主机执行I/O操作时，应先对I/O接口中的端口进行寻址， 其寻址方式有如下两种： 此时，I/O端口单独编址。CPU指令系统中有专门用于I/O操 作的指令——I/O指令，CPU访问I/O端口时发出I/O读命令或写 命令，访问内存时发存储器读或写命令。因此，端口地址与存 储单元地址可重叠。此时，I/O端口不占用存储空间且与访问 I/O设备指令有别。 这种寻址方式中，将I/O端口与存储单元统一编址，即CPU 把I/O端口作为存储单元对待，I/O端口占用一定的存储空间。 采用这种寻址方式的CPU指令系统中没有专门的I/O指令，
微型机中常外设有LED显示器、CRT显示器、键盘、打印机、软 磁盘存储器等。单片机应用系统中常设置LED显示器、拔盘、键 盘、点阵式打印机等外设。
§8-2 键盘及其接口
返回
在微型机系统中，键盘是最常用的输入设备，键盘通常由 数字键和功能键组成，其规模取决于系统的要求。
键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种，前者有检测键闭 合，去抖动及产生相应键编码的硬件电路，而后者则没有这些 硬件，上述功能在有少量的硬件支持下由软件来完成。由此可 见编码键盘产生键编码的速度快且基本上不占用CPU时间，但硬 件开销大，电路复杂，成本高；非编码键盘则硬件开销省，电 路简单，成本低，但占用CPU时间较长。
单片机原理及接口技术(C51编程)(第2版)-习题答案 - 第8章习题解答
第8章思考题及习题8参考答案一、填空1、AT89S51的串行异步通信口为 (单工/半双工/全双工）。
答：全双工。
2。
串行通信波特率的单位是 .答：bit/s3。
AT89S51的串行通信口若传送速率为每秒120帧，每帧10位，则波特率为答：12004．串行口的方式0的波特率为。
答：fosc/125．AT89S51单片机的通讯接口有和两种型式。
在串行通讯中，发送时要把数据转换成数据。
接收时又需把数据转换成数据。
答:并行，串行，并行，串行,串行，并行6．当用串行口进行串行通信时，为减小波特率误差,使用的时钟频率为 MHz。
答:11.05927．AT89S51单片机串行口的4种工作方式中，和的波特率是可调的，与定时器/计数器T1的溢出率有关,另外两种方式的波特率是固定的。
答:方式1，方式38．帧格式为1个起始位,8个数据位和1个停止位的异步串行通信方式是方式。
答：方式1。
9．在串行通信中，收发双方对波特率的设定应该是的。
答:相同的。
10．串行口工作方式1的波特率是。
答: 方式1波特率=（2SMOD/32)×定时器T1的溢出率二、单选1．AT89S51的串行口扩展并行I/O口时，串行接口工作方式选择。
A. 方式0B.方式1C. 方式2 D。
方式3答：A2. 控制串行口工作方式的寄存器是。
A．TCON B。
PCON C. TMOD D.SCON答:D三、判断对错1．串行口通信的第9数据位的功能可由用户定义.对2．发送数据的第9数据位的内容是在SCON寄存器的TB8位中预先准备好的.对3．串行通信方式2或方式3发送时，指令把TB8位的状态送入发送SBUF中。
错4．串行通信接收到的第9位数据送SCON寄存器的RB8中保存。
对5．串行口方式1的波特率是可变的，通过定时器/计数器T1的溢出率设定.对6. 串行口工作方式1的波特率是固定的，为fosc/32.错7. AT89S51单片机进行串行通信时，一定要占用一个定时器作为波特率发生器。
第8章单片机应用接口技术
P 1 .0 P 1 .1 P 1 .2
P 1 .3
P 1 .4 P 1 .5 P 1 .6
8051
Y0
A
Y1
B
Y2
C
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
74LS138
LE
DCB A
CD4511
GF E DCB A
LE
DCB A
CD4511
GF E DCB A
LE
DCB A
CD4511
GF E DCBA
LE
DCB A
P2.6
WR
P0.0~P0.7
Q0 CLK Q1
Q2
Q3
Q4
D0~D7 Q5 Q6
Q7
74LS273-1
P2.7
Q0
CLK
Q1 Q2
Q3
D0~D7 Q4
Q5
Q6
Q7
74LS273-2
dp g f e d c b a a
fgb
e
c
d dp
COM
dp g f e d c b a a
fgb
e
c
d dp
COM
• 2.LED显示接口
• 在单片机系统中，LED显示一般采用静态显 示和动态扫描两种驱动方式。静态驱动方式的工 作原理是每一个LED显示器用一个I/O端口驱动、 亮度大、耗电也大、占用的I/O端口多，但显示 位多时一般很小采用。
• 动态扫面方式的工作原理是将多个显示器的 段码同名端连在一起，位码分别控制，利用视角 暂留效应，分别进行显示。只要保证显示的频率， 看起来的效果和一直显示是一样的。电路上一般 用一个I/O端口驱动段码，用另一个I/O口实现位 控。因此动态显示占用的I/O口少，耗电也少。
微机原理与单片机接口技术(第2版)李精华 第8章 微处理器控制系统的接口扩展
8.1.2 编址技术
所谓编址，就是通过51单片机地址总线，使片外扩展的存 储器和I/O口中的每个存储单元或元器件，在51单片机的寻址 范围内均有独立的地址，以便51单片机使用该地址能唯一地选 中该单元。51单片机对外部扩展的存储器和I/O设备进行编址 的方法有两种：线选法和译码法。 1、线选法
所谓线选法，就是直接选定单片机的某根空闲地址线作为 存储芯片的片选信号。 2、译码法
由P0口作为地址线低8位，P2口作为地址线高8位，构 成16位地址，寻址范围为64KB。由于P0口分时复用为 地址总线和数据总线，除提供低8位地址之外，又要 作为数据口，地址和数据分时控制输出。为避免地址 和数据的冲突，低8位地址必须用锁存器锁存。也就 是在P0口外加一个锁存器，当ALE为下降沿时，将低8 位地址锁存。
位（LSB）所对应的输入模拟电压的变化量。分辨率定义 为转换器的满刻度电压（基准电压）VFSR与2n的比值，即
分辨率= VFSR 式中，n为A/D转2换n器输出的二进制位数，n越大，分
辨率越高。分辨率取决于A/D转换器的位数，所以习惯上 用输出的二进制位数或BCD码位数表示。
8.2 A/D转换器与D/A转换器简介
2．A/D转换器的主要技术指标 • （2）量化误差：模拟量是连续的，而数字量是断续
的，当A/D转换器的位数固定后，数字量不能把模拟 量所有的值都精确地表示出来，这种由A/D转换器有 限分辨率所造成的真实值与转换值之间的误差称为量 化误差。一般量化误差为数字量的最低有效位所表示 的模拟量，理想的量化误差容限是±1/2LSB。
三、教学难点
I2C总线接口的程序设计。
四、教学方式
8.1 单片机的外部并行总线
8.1.1 并行总线结构 51单片机具有外部并行总线，分为地址总线（AB）
单片机的接口技术ppt课件
代码位 D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
显示段 dp
g
f
e
d
c
b
a
按照上述格式，显示各种字符的8段LED数码管的段码如表102所示。
2019/8/29
5
显示各种字符的8段LED数码管的段码如表9-2所示
表9-2 8段LED段码
2019/8/29
ED数码管结构
2019/8/29
图9-1 8段LED数码管结构及外形4
8段LED数码管的字型码
为了使数码管显示不同的符号或数字，要把某些段发光二极管点亮，就 要为LED数码管提供段码（字型码）。
LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a”段对应段码字 节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表9-1所示。
2. 按键的识别
• 键的闭合与否，行线输出电压上就是呈现高电平或低电平。高电平，表示 键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平的高低状态的检测，可确 认按键按下以及按键释放与否。
• 为了确保对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖动期t1和t3的 影响。通常t1和t3小于10ms。按键闭合时的电压抖动波形见图9-8。
8/29/2019
15
1. 键盘输入的特点
• 常见键盘：触摸式键盘、薄膜键盘和按键式键盘，最常用的是按键式键盘。 按键实质上就是一个开关。如图9-7（a）所示，按键开关的两端分别连接 在行线和列线上，通过键盘开关机械触点的断开、闭合，其行线电压输出 波形如图9-7（b）所示。
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图9-7 键盘开关及其行线波形 16
；有键按下，跳去抖动
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术是当今电子设备常用的一种技术，它的原理及接口技术
的运用非常的重要。
单片机原理是由外部设备、单片机芯片、内部外设和软件构成的。
它的特点主
要有多种编程模式、多指令集，不仅可以直接执行指令，还能擅长控制、解决问题、动态反应等。
单片机接口技术主要涉及到I/O接口、中断模式、外设控制、中断服务程序等，它利用串行通信、并行通信、外部设备控制等技术来连接计算机以及其他外部设备，实现数据传输、程序模式以及各种设备的控制等功能。
另外，单片机接口技术还能进行数据编码/解码、数据包处理、数据逻辑处理、数据可靠性保障和去除干扰等工作。
总之，单片机原理及接口技术的运用非常重要，它的技术知识覆盖面广，运用
范围也比较广泛，熟悉它是很有必要的。
单片机原理及接口技术(C51编程)(第2版)-习题答案 - 第8章习题解答
第8章思考题及习题8参考答案一、填空1、AT89S51的串行异步通信口为（单工/半双工/全双工）。
答：全双工。
2. 串行通信波特率的单位是。
答：bit/s3. AT89S51的串行通信口若传送速率为每秒120帧，每帧10位，则波特率为答：12004．串行口的方式0的波特率为。
答：fosc/125．AT89S51单片机的通讯接口有和两种型式。
在串行通讯中，发送时要把数据转换成数据。
接收时又需把数据转换成数据。
答：并行，串行，并行，串行，串行，并行6．当用串行口进行串行通信时，为减小波特率误差，使用的时钟频率为 MHz。
答：11.05927．AT89S51单片机串行口的4种工作方式中，和的波特率是可调的，与定时器/计数器T1的溢出率有关，另外两种方式的波特率是固定的。
答：方式1，方式38．帧格式为1个起始位，8个数据位和1个停止位的异步串行通信方式是方式。
答：方式1。
9．在串行通信中，收发双方对波特率的设定应该是的。
答：相同的。
10．串行口工作方式1的波特率是。
答：方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1的溢出率二、单选1．AT89S51的串行口扩展并行I/O口时，串行接口工作方式选择。
A. 方式0B.方式1C. 方式2D.方式3答：A2. 控制串行口工作方式的寄存器是。
A．TCON B.PCON C. TMOD D.SCON答：D三、判断对错1．串行口通信的第9数据位的功能可由用户定义。
对2．发送数据的第9数据位的内容是在SCON寄存器的TB8位中预先准备好的。
对3．串行通信方式2或方式3发送时，指令把TB8位的状态送入发送SBUF中。
错4．串行通信接收到的第9位数据送SCON寄存器的RB8中保存。
对5．串行口方式1的波特率是可变的，通过定时器/计数器T1的溢出率设定。
对6. 串行口工作方式1的波特率是固定的，为fosc/32。
错7. AT89S51单片机进行串行通信时，一定要占用一个定时器作为波特率发生器。
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等待，定时计数器计满溢出，自动重装初值，然后向CPU 申请中断，（与上例不同，不用查询TF1）转到001B， CPU接受中断TF1自动清零。 单片机原理及应用——自动化系
• 中断扫描方式
为了提高CPU工作 效率，可采用中断扫 描工作方式，其工作 过程如下：当无键按 下时， CPU处理自己 工作，当有键按下时， 产生中断请求，CPU 转去执行键盘扫描子 程序，并识别键号。
软件方案—延时10ms～20ms后再 次判断。
单片机原理及应用——自动化系
独立式键盘接口
特点：
+5v
一线一键，按键识 别（编程）简单；但是 占用较多口线，适合8键 以下使用。
P1.0
P1.1
P1.7
单片机原理及应用——自动化系
例：用P1口检测三个按键的状态完成相应的功能。
解：资源分配：用P1口的低三位检测三个按键 的输入，为1表示按键没有按下，为0表示相应 按键被按下。
显示Βιβλιοθήκη 单片机原理及应用——自动化系
静态显示方式
• 连接：所有LED的位选（公共）端连接到+VCC或GND，每个LED的8 根段选线分别连接一个8位并行I/O口，从该I/O口送出相应的字 型码显示字型。 I/O（2） I/O（1） I/O（3） I/O（4）
GND/+5V
GND/+5V
GND/+5V
GND/+5V GND/+5V
单片机原理及应用——自动化系
8.2显示器接口技术
• LED的结构及显示原理
• 静态显示方式 • 动态显示方式 • 动态显示的实现
单片机原理及应用——自动化系
问题：LED显示器如何显示出指定数字/字符？
g f com a 8
a f b
b 6
10 9
7
g
共 阴 极
共 阳 极
e d
c
.
若用共阴极接法，显示数字“2”应送什么二进制8位数？ D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Dp g f e d c b a 0 1 0 1 1 0 1 1 单片机原理及应用——自动化系
单片机原理及应用——自动化系
例：方法一
TM :MOV R1,#100 TM0 :MOV TMOD,#20H MOV TH1,#9CH MOV TH0,#9CH SETB TR1 LK :JBC TF1,TM1 SJMP LK TM1 :DJNZ R1,TM0 SKEY :LCALL KEY JZ TM LCALL T10MS LCALL KEY JZ TM LCALL SERCH …
流程图： 编程：按三个按键中的任一键都对应一个特定功 能。
单片机原理及应用——自动化系
键分析 读P1口 有键按下吗？
延时10ms
有键按下吗？ Y P1.0=0？ N P1.1=0？ N P1.2=0？ N 读P1口 N 键已释放吗？ Y 延时10ms 分析结束 单片机原理及应用——自动化系 N Y Y Y
7
8 9 A b
07H
7FH 6FH 77FH 7CH
F8H
80H 90H 88H 83H
y
H L “灭” …
6EH
76H 38H 00H …
91H
89H C7H FFH …
单片机原理及应用——自动化系
例：模拟产品计数显示电路
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3
510Ω×8
a b c d f
a b g
P1.4
P1.5 P1.6
e
f g dp e d c
T1
P1.7
+5V
.
8051
P3.3
单片机原理及应用——自动化系
编程
来一个脉冲加 一，只要T1内 容变化，显示 就立刻变化。
因为是一位显 DISP2:MOV DPTR,#TAB ORG 0000H 示器，所以最 MOV A,TL1 START:MOV TMOD,#60H 多显示到F MOVC A,@A+DPTR MOV TH1,#00H MOV P1,A MOV TL1,#00H CJNE A,#8E,DISP2 MAIN:MOV P1,#0C0H ；显示0(共阳极） LJMP START DISP:JB P3.3,DISP TAB:0C0H,0F9H,0A4H… DELAY:MOV R2,#14H ACALL DELAY 去抖 DELAY1:MOV R3,$ JB P3.3,DISP DJNZ R3,$ DISP1:JNB P3.3,DISP DJNZ R2,DELAY1 ACALL DELAY 松开了吗？ RET JNB P3.3,DISP1 END SETB TR1
使用时主程序应该为：MAIN:LCALL KS JZ XXXX …
单片机原理及应用——自动化系
方法一
按键识别——扫描法
原理： 在某一时刻只让一条列线处于低电平，其余列线均处 于高电平，则当这一列有键按下时，该键所在的行电平将 会由高电平变为低电平，可判定该列相应的行有键按下。 流程： 当第0列处于低电平时，逐行查找是否有行线变低，若 有，则第0列与该行的交叉点按键按下；若无，则表示第0 列无键按下，再让下一列处于低电平，依次循环，这种方 式成为键盘扫描。 键号=行首号（0、4、8、12）+列号（0、1、2、3）
第八章 单片机接口技术
人机接口： 键盘接口 显示接口 模拟量输入/输出接口： D/A转换接口 A/D转换接口 通讯接口
单片机原理及应用——自动化系
8.1键盘接口
• 按键的特点及输入原理 • 独立式按键
• 行列式按键
单片机原理及应用——自动化系
按键的特点及工作原理
◎按键的分类： 触点式：机械；无触点式：电气 ◎键输入原理： 通过按键的接通与断开，产生两种相反的逻辑状态。 低电平“0”与高电平“1” ◎键功能的实现： 1：对于一组键或一个键盘，需要通过接口电路与单片机相连。可 采用查询或中断的方式测试有无按键； 2：再确定那一个键按下，将键号送入累加器A； 3：然后判断是数字键还是功能键，若是数字键，将键号对应的数 字送入相关输入缓冲区；若是功能键，则通过跳转指令转入执行该键 的功能程序，执行完后再返回主程序。
难点在于如何判 断究竟是哪个键 按下？
列号 0 4 8 1 2 3 行线 5 6 7 9 10 11
12 13 14 15 行首号 键号=行号+列号 列线
返回键扫描
单片机原理及应用——自动化系
键盘扫描子程序一般包括以下内容：
判别有无键按下；
扫描获取闭合键的行、列值； 用计算法或者查表法得到键值；
判断闭合键释放否，如果没有释放继续等待；
S0键处理 S1键处理 S2键处理
若判断键是 程序： 否释放将如 何修改？
ORG 0000H KB:MOV P1,#0FFH MOV A,P1 CPL A ANL A,#07H;只用到了低三 位，将其它位屏蔽掉 JZ KB LCALL D10ms;去抖 MOV A,P1 CPL A ANL A,#07H JZ KB
单片机原理及应用——自动化系
键盘扫描程序
SERCH: MOV R2,#0EFH MOV R3,#00H LTNE0: MOV A,R2 MOV P1,A MOV A,P1 JB ACC.3,LINE1 MOV A,#00H AJMP TRYK LINE1: JB ACC.2,LINE2 MOV A,#04H AJMP TRYK LINE2: JB ACC.1,LINE3 MOV A,#08H AJMP TRYK ；某一列为低电平（P1.4=0） ；R3作为列号寄存器
单片机原理及应用——自动化系
0 0
0
0
例：方法三
ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP SKEY MAIN:MOV P1,#0F0H; MOV IE,#81H; SJMP $ SKEY:LCALL KEY;有键按下，就申请中断 JZ TM1 LCALL T10MS LCALL KEY JZ TM1 LCALL SERCH; … TM1:MOV IE,#81H RETI
保存闭合键号。
单片机原理及应用——自动化系
键按下/释放判断
KS：MOV MOV MOV MOV CPL ANL RET A,#00H P1,A P1,#0FH A,P1 A A,#0FH
；全扫描字#00H送P1口 ；读入P1口状态 ；变正逻辑，高电平表示有键按下 ；取低四位 ；返回，A≠0表示有键按下
10ms=10000us计数10000次 选择定时器1方式2 初值：X=256-100=156=9CH 循环100次
；调用按键测试程序，看是否有键按下，出口为A ；判断A的内容：（A=0无键按下，转TM） ；去抖
；调用键扫描程序，判断键号
单片机原理及应用——自动化系
因为每隔10ms自动中断，当进行键处理 例：方法二 时就不能再中断了，这里关中断
；ACC.0=1无键按下转查下一列 ；ACC.0=0有键按下，行首号送A ；4行均没有键按下，则转到下一列 ;左移一位查找下一列 ；ACC.0=0查完
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单片机原理及应用——自动化系
键盘工作方式——定时扫描与中断扫描
• 定时扫描工作方式 每隔一段时间对键盘扫描一次。它利 用单片机内部的定时器产生一定时间（例 10ms）的定时，当定时时间到就产生定时 器溢出。可通过查询或中断方式对键盘进 行扫描，确定是否有键按下及识别键号。 再根据键号执行该键对应的功能程序。
• 特点：原理简单、显示亮度强，无闪烁、占用I/O口资源较多。
单片机原理及应用——自动化系
动态显示方式
• 连接：所有LED的段选线共同连接在一起共用一个8位的I/O口 动态显示用分时的方法轮流控制各个数码管的COM端，使每个数码管轮流 线，而每个LED的位选分别由一根相应的I/O口线控制。因此必 点亮。在轮流点亮数码管的扫描过程中，每位数码管的点亮时间极为短暂。但是 须采用动态扫描显示方式，每一个时刻只选通其中一个LED， 由于人的视觉暂留现象和发光二极管的余辉，给人的印象就是一组稳定的显示数 据。 同时在段选口送出该位LED的字型码。 动态显示节省I/O口资源，此外因为是亮灭的形式，还节省能源。但是亮度 不如静态显示。