ChapterEightMCS-51單片機接口電路目錄CONTENT8.2.1LED接口 8.2.2鍵盤接口 8.2.3蜂鳴器接口8.1單片機接口電路概述8.3.1光電隔離接口 8.3.2功率輸出（繼電器）接口8.2人機接口8.3數(shù)字I/O接口8.4串行接口 8.4.1單片機和PC機通信 8.4.2串行口通訊應用及實例 8.4.3I2C接口存儲芯片的應用 8.4.4SPI串行總線應用及實例8.1單片機接口電路概述單片機接口電路是單片機同外部設備之間實現(xiàn)信息傳輸?shù)目刂齐娐贰?9C51單片機與外設的連接示意圖大多數(shù)單片機系統(tǒng)都把外設的狀態(tài)信息視為輸入數(shù)據(jù)，而把命令信息看成輸出數(shù)據(jù)。8.1單片機接口電路概述如鍵盤和打印機，則外部接口只需完成速度匹配任務即可；如壓力、溫度等模擬信號，故人機接口不僅要完成速度匹配任務，還要完成信息形式的轉(zhuǎn)換任務。單片機接口電路一般要具備兩個功能：信息形式的轉(zhuǎn)換速度匹配8.2人機接口在單片機應用系統(tǒng)中，通常都要有人機對話功能。它是應用系統(tǒng)與操作人員之間交互的窗口，是系統(tǒng)與外界聯(lián)系的紐帶和界面。對系統(tǒng)狀態(tài)實現(xiàn)干預及數(shù)據(jù)輸出設備最常用的是鍵盤和顯示器，單片機中最常用的LED顯示器和鍵盤。8.2.1LED接口結(jié)構(gòu)：電致發(fā)光的半導體材料LED發(fā)光二極管1符號：參數(shù)：導通壓降：1.7V~1.9V 工作電流：5mA~10mA特點：低壓電源、耗能少、適應性強、多色發(fā)光8.2.1LED接口其中R2、R3、R4為對應二極管的限流電阻。當單片機對應端口輸出為低電平時，輸出端電壓接近0V；若LED正向偏壓時，兩端電壓VD為1.7V，則限流電阻R1兩端電壓為3.3V。如果希望流過LED的電流ID限制為10mA，則此限流電阻R1為：驅(qū)動發(fā)光二極管的典型應用電路；例8-1：如上圖所示，若LED正向偏壓時，兩端電壓VD為1.7V，試選擇適當?shù)南蘖麟娮鑂1，使發(fā)光二極管的電流ID限制為8mA，并編程實現(xiàn)發(fā)光二極管約2s亮滅一次。程序代碼：#include<reg51.h>sbit gate=P1^0; //定義P1.0口voidmain(void){ unsignedinti,j; while(1){ for(i=1000;i>0;i--) //雙重循環(huán)，延時約1s for(j=1000;j>0;j--); gate=!gate; //對P1.0口取反

}}試編制程序，要求當其中某一按鍵壓下時與其對應的二極管將被點亮。課堂練習8.2.1LED接口

LED數(shù)碼管如何顯示出指定數(shù)字/字母？LED數(shù)碼管27段數(shù)碼管內(nèi)部字段LED和引腳分布圖8.2.1LED接口LED數(shù)碼管內(nèi)部連接方式共陰極接法共陽極接法8.2.1LED接口7段LED顯示器字符段碼表例8-2：如圖所示，編寫字符“0-9”的顯示子程序。C51程序代碼：/****************共陽極LED數(shù)碼管顯示子程序******************入口:顯示字符----定義為變量dis_index

出口:無功能:將顯示字符對應的段碼送到P2口，實現(xiàn)對應字符的顯示功能*************************************************************/#include<reg51.h>unsignedcharcodeLEDvalue[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,//0,1,2,3,4 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//5,6,7,8,9voidproc_dis(unsignedchardis_index){ P2=LEDvalue[dis_index]; //顯示代碼傳送到P2口}例8-3：如圖8-7所示，DS1~DS4是4位共陰極數(shù)碼管，試編寫數(shù)碼管的動態(tài)顯示程序（fosc=12MHz）。8.2.2鍵盤接口鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預的主要手段。矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)獨立式按鍵結(jié)構(gòu)鍵盤主要有兩種結(jié)構(gòu)：8.2.2鍵盤接口矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)獨立式按鍵結(jié)構(gòu)8.2.2鍵盤接口鍵盤系統(tǒng)設計：首先，確定鍵盤采用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)或矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。其次，確定鍵盤工作方式：采用中斷或查詢方式輸入鍵操作信息。最后，設計硬件電路。在鍵盤系統(tǒng)中，鍵閉合和鍵釋放信息的獲取，鍵抖動的消除，鍵值查找及一些保護措施的實施等任務，均可由軟件來完成。

中斷掃描方式查詢方式鍵盤工作方式8.2.2鍵盤接口鍵盤的鍵輸入程序應完成的基本任務1）監(jiān)測有無鍵按下；鍵的閉合與否，反映在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，所以通過電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。2）判斷是哪個鍵按下。3）完成鍵處理任務。018.2.2鍵盤接口從電路或軟件的角度應解決的問題1）消除抖動影響抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5~10ms按鍵的消抖，通常有軟件、硬件兩種消除方法。022）采取串鍵保護措施串鍵：是指同時有一個以上的鍵按下。通常采取的策略：單鍵按下有效，多鍵同時按下無效。3）處理連擊連擊：是一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果。為了消除連擊，則要有對按鍵釋放的處理。例8-4：參照8-10獨立式按鍵接口電路圖，編寫按鍵掃描處理子程序。已知按鍵處理子程序分別為Sub_S1()、Sub_S2()和Sub_S3()。C51程序代碼：#include<reg51.h>voidkey_deal(void){unsignedcharKey_value; //按鍵鍵值

P1|=0x07; //P1.0~P1.2為輸入端口

Key_value=P1&07; //屏蔽P1口高5位，取鍵值

switch(Key_value){ case6:Sub_S1();break; //S1按鍵按下，執(zhí)行對應子程序

case5:Sub_S2();break; //S2按鍵按下，執(zhí)行對應子程序

case3:Sub_S3();break; //S3按鍵按下，執(zhí)行對應子程序

default: break; }}本例中沒有考慮按鍵消抖的問題。矩陣式鍵盤接口設計矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合，由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上。可以節(jié)省I/O口。行線通過上拉電阻接到+5V上，并將行線所接的單片機I/O口作為輸入端，而列線所接的I/O作為輸出端。例8-5：參照8-13矩陣式鍵盤接口電路圖，編寫3×3矩陣式按鍵掃描處理子程序。已知按鍵處理子程序分別為Sub_S1()、Sub_S2()、……、Sub_S9()。C51程序代碼：#include<reg51.h>sbitrow1=P1^0; //定義位變量，參看電路圖sbitrow2=P1^1;sbitrow3=P1^2;sbitcol1=P1^3;sbitcol2=P1^4;sbitcol3=P1^5;voidDelay10ms(void); //10ms軟件延時，子程序略/**************************************************函數(shù)名稱：KeyDown()*功能：檢測鍵盤是否按下*入口參數(shù)：無*出口參數(shù)：返回1表示鍵盤按下，返回0表示鍵盤未按下*/unsignedcharKeyDown(void){ row1=1;row2=1;row3=1; //行線設為輸入

col1=0;col2=0;col3=0; //列線全部置低

if((row1==0)||(row2==0)||(row3==0)){ //若有任一行線讀回狀態(tài)為低

Delay10ms(); //10ms延時消抖

if((row1==0)||(row2==0)||(row3==0))

//再次讀行線狀態(tài)，若有任一行線讀回狀態(tài)為低

return1; //返回1，表明有鍵盤按下

else return0; //返回0，表明無鍵盤按下

} else return0;}/***************************************************函數(shù)名稱：KeyUp()*功能：檢測鍵盤是否彈起*入口參數(shù)：無*出口參數(shù)：返回1表示鍵盤彈起，返回0表示鍵盤未彈起****************************************************/unsignedcharKeyUp(void){col1=0;col2=0;col3=0; //列線全部置低

if((row1==1)&&(row2==1)&&(row3==1)){//若全部行線讀回狀態(tài)都為高

Delay10ms();

//10ms延時消抖

if((row1==1)&&(row2==1)&&(row3==1))

//再次讀行線狀態(tài)，若全部行線讀回狀態(tài)都為高

return1; //返回1，表明所有鍵盤都處于彈起狀態(tài)

elsereturn0; //返回0，表明有鍵盤處于按下狀態(tài)

}elsereturn0;}/*函數(shù)名稱：KeyValue()*功能：檢測用戶按下的鍵盤所對應的鍵盤號*入口參數(shù)：無*出口參數(shù)：返回0表示沒有鍵盤被按動，返回1~9對應被按動的鍵盤*/unsignedcharKeyValue(void){unsignedcharKeyTemp=0;if(KeyDown()==1){ //若鍵盤被按下

col1=0;col2=1;col3=1;//將列線1置低，其他列線置高

if(row1==0)KeyTemp=1;//若行線1讀回狀態(tài)為低，則表明按鍵1被按下

if(row2==0)KeyTemp=4;//若行線2讀回狀態(tài)為低，則表明按鍵4被按下

if(row3==0)KeyTemp=7;//若行線3讀回狀態(tài)為低，則表明按鍵7被按下

……while(KeyUp()!=1); //等待按下的鍵盤被釋放

returnKeyTemp; //返回被按下并被釋放的鍵盤的編號

}elsereturn0;}voidkey_deal(void){switch(KeyValue()){ case1:Sub_S1();break; //S1按鍵按下，執(zhí)行對應子程序

case2:Sub_S2();break; //S2按鍵按下，執(zhí)行對應子程序

…… case9:Sub_S9();break; //S9按鍵按下，執(zhí)行對應子程序

default: break;}}8.2.3蜂鳴器接口蜂鳴器（Buzzer）是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電。在單片機應用設計上可以使用蜂鳴器來做提示或報警。蜂鳴器分有源和無源兩種：“有源”是指蜂鳴器內(nèi)部包含驅(qū)動信號的震蕩電路，只要接額定電壓就可以發(fā)聲，程序控制簡單方便；“無源”是指蜂鳴器需要靠外部的震蕩驅(qū)動才可以發(fā)聲，一般用2K-5K的方波來驅(qū)動，特點是聲音頻率可控，可以發(fā)出不同的音調(diào)。單片機一般使用PWM（脈沖寬度調(diào)制，就是占空比可變的脈沖波形）輸出口驅(qū)動無源蜂鳴器。如果沒有PWM模塊，也可以用I/O口定時翻轉(zhuǎn)電平模擬PWM。例8-6：參照圖8-15無源蜂鳴器接口電路圖，編寫頻率2500Hz，占空比50%的方波驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲的程序。（fosc=12MHz）。#include<reg51.h>sbitbuzzer=P3^0; //蜂鳴器的控制引腳定義intmain(){TMOD=0x02; //設置T0為定時方式2TH0=56; TL0=56; //定時200usTR0=1;ET0=1;EA=1;while(1);}voidTimer0_isr(void)interrupt1{//定時器0的中斷服務函數(shù)buzzer=!buzzer; //控制I/O口翻轉(zhuǎn)}8.3數(shù)字I/O接口

光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下，以光為媒介傳送信號，對輸入和輸出電路可以進行隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等，這樣就實現(xiàn)了“電——光——電”的轉(zhuǎn)換。8.3.1光電隔離接口8.3.1光電隔離接口輸入端上圖為典型的光電耦合電路。對于數(shù)字量，當輸入為低電平“0”時，光敏三極管截止，輸出為低電平“0”；輸出端008.3.1光電隔離接口輸入端當輸入為高電平“1”時，光敏三極管飽和導通，輸出為高電平“1”。通常光耦兩端有獨自的電源和參考地。輸出端118.3.2功率輸出（繼電器）接口繼電器是單片機測控系統(tǒng)中常用的一種控制設備，通俗的意義上來說就是開關(guān)，在條件滿足的情況下關(guān)閉或者開啟。驅(qū)動繼電器主要考慮以下三個因素：控制電路的電源電壓，能提供的最大電流。被控制電路中的電壓和電流。被控電路需要幾組、什么形式的觸點。8.3.2功率輸出（繼電器）接口當ULN2003輸入端為高電平時，對應的輸出口輸出低電平，繼電器線圈通電，繼電器觸點吸合；當ULN2003輸入端為低電平時，繼電器線圈斷電，繼電器觸點斷開；在ULN2003內(nèi)部已集成起反向續(xù)流作用的二極管，因此可直接用它驅(qū)動繼電器。晶體管驅(qū)動電路驅(qū)動芯片驅(qū)動繼電器的接口電路8.3.2功率輸出（繼電器）接口當晶體管Q1基極被輸入高電平時，晶體管飽和導通，集電極變?yōu)榈碗娖健Ｒ虼死^電器線圈通電，觸點K1吸合。晶體管驅(qū)動電路驅(qū)動芯片驅(qū)動繼電器的接口電路8.4串行接口PC機可以使用“超級終端”或“串門專家”等軟件來進行串口數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。8.4.1單片機和PC機通信8.4.1單片機和PC機通信選擇正確的串口（通常PC機有兩個串行口，COM1和COM2），設置波特率和通信協(xié)議規(guī)定的幀格式。8.4.1單片機和PC機通信8.4.2串行通訊應用及實例AT89C51串行通信的過程及通信協(xié)議所謂通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。約定包括對數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。8.4.2串行通訊應用及實例RS232異步全雙工9600,1,N,8接收命令通信格式：幀頭+命令碼+地址碼+結(jié)束標志幀頭：ASCII碼——‘AT'命令碼（ASCII碼）：抬桿：UP結(jié)束標志：16進制數(shù)——‘0DH'則向地址為11的擋車器發(fā)送抬桿命令（注：地址碼高四位為1）編程見教材（略）。8.4.3I2C接口存儲芯片的應用I2C(Inter－IntegratedCircuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。I2C總線是由串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時鐘線SCL構(gòu)成的，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。例8-8：參照圖8-31的電路，單片機的P1.0引腳作為串行時鐘線SCL，P1.1引腳作為串行數(shù)據(jù)線SDA，設計使用I/O口模擬I2C串行總線讀寫AT24C01的C51程序。8.4.4SPI串行總線應用及實例SPI(TheSerialPeripheralInterface)，即串行外圍設備接口，是一種同步串行傳輸規(guī)范，一般使用3線制或者4線制8.4.4SPI串行總線應用及實例SPI的工作模式8.4.4SPI串行總線應用及實例SPI的工作模式例8-9：參考圖8-35，使用AT89C51的IO口模擬SPI接口，讀取TLC2543通道0的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，并計算出AD值對應的電壓。TLC2543是TI公司的串行SPI接口的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。TLC2543的引腳說明如圖所示。TLC2543的啟動需要通過SPI接口發(fā)送長度為一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，格式說明如下，其中高4位是選擇輸入通道。#include<reg51.h>

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

#defineCH0 (0<<4)//TLC2543輸入數(shù)據(jù)的高4位是選擇輸入通道

sbitEOC =P1^0; //轉(zhuǎn)換結(jié)束端

sbitSPI_CLK=P1^1; //時鐘輸入端

sbitMOSI =P1^2; //從機數(shù)據(jù)輸入端

sbitMISO =P1^3; //從機數(shù)據(jù)輸出端

sbitSPI_CS =P1^4; //片選端，低電平有效

uintad_val; //保存讀取的12位AD值

floatvolt; //保存