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第6章扩展系统设计(IO).ppt

第6章扩展系统设计(IO)

zhao598741236
2012-01-12 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第6章扩展系统设计(IO)ppt》,可适用于高等教育领域

第章单片机扩展系统设计概述可编程并行IO接口芯片A可编程RAMIO扩展器下页显示器与键盘接口用TTL芯片扩展简单的IO接口并行打印机接口常用的接口器件上页下页回目录上页下页回目录上页下页回目录MCS单片机的IO接口:P、P、P、P口最多提供根口线。在扩展系统中:P口做数据总线P口做地址总线。只有P口、P口部分口线可作IO使用需根据应用系统需要进行IO接口电路扩展以满足应用系统需要。可编程并行IO接口芯片A上页下页回目录D~D:双向数据总线RESET:复位输入A~A:地址线选择端口地址PA~PA:端口AIO线PB~PB:端口BIO线PC~PC:端口CIO线:写选通一、的引脚功能:读选通:片选⑴IO端口PA、PB、PCA口:可编程为位输入或输出或双向传送等功能具有锁存功能。B口:可编程为位输入或位输出不能进行双向传送。具有锁存功能。C口:可编程为位输入或位输出也可分为两个位口用于输入或输出也可用做A口、B口的状态控制信号具有位操作功能。⑵A组、B组控制电路上页下页回目录()双向三态数据总线缓冲器位的双向三态驱动器。D~D和单片机的数据总线相连。在CPU和之间传送命令、数据、状态()读写和控制逻辑()RESET:复位信号高电平有效上页下页回目录RD、WR:接CPU读、写信号线实现信息读写操作。CS:芯片片选信号线。工作方式选择工作方式的选择由“方式选择字”决定下面介绍该控制字的作用:方式:基本输入输出方式方式:选通输入输出方式方式:双向传送方式(仅A口)有三种基本工作方式可通过编程来选择。三、的操作说明上页下页回目录表方式选择字格式()方式选择控制字上页下页回目录上页下页回目录例。若将方式选择字H写入控制寄存器由上表可知被编程为:A组工作在基本输入输出方式其中PA口为位输入方式PC口高位为位输出方式。B组工作在基本输入输出方式其中PB口为位输出方式PC口低位为位输入方式。表PC口置复位控制格式()PC口按位置复位控制字上页下页回目录例如:H写入控制口将PC位置“”若H写入控制器PC位被置“”其它位不变。上页下页回目录由于的方式选择字和C口置复位控制字共用一个地址(即共用一个控制寄存器)故其控制字的D位是特征标志。D=表示该控制字为方式选择字D=表示该控制字为PC口置复位控制字四、应用举例例扩展A将PA口设置成输入方式PB口设置成输出方式PCH口设置成输入方式PCL口设置成输出方式。试设计扩展接口电路并给出初始化程序。A芯片的PA端口的地址为FFCHPB端口的地址为FFDHPC端口的地址为FFEH控制寄存器的地址为FFFH。可用“MOVX”指令来访问这些端口。MOVA#H方式控制字→AMOVDPTR#FFFH选通控制寄存器MOVXDPTRA方式控制字送入AMOVDPTR#FFCHMOVXADPTR读PA口数据MOVDPTR#FFDHMOVXDPTRA送PB口输出采用TTL或CMOS电路的锁存器如LS、LS、LS、LS等。这些芯片结构简单配置灵活方便较易扩展使系统降低了成本缩小了体积。因而在单片机应用系统中经常被采用。用TTL电路扩展简单的IO接口上页下页回目录、用LS扩展位输出口其输出操作程序如下:MOVDPTR#FFFH指向口地址MOVA#data取数MOVXDPTRA送锁存器图中的口地址为FFFH(即P=)、用LS扩展一个位并行输入口、用LS和LS扩展输入输出口MOVDPTR#BFFFH指向输入口MOVXADPTR输入数据MOVDPTR#FFFH指向输出口MOVA#DATA取数MOVXDPTRA输出数据开关量输入输出通道的抗干扰技术、IO接口单元的延时复位在单片机应用系统中某些IO接口芯片(如、)的复位端口与单片机复位端口接在一起即统一复位。接口芯片因生产厂家不同复位时间稍有不同复位线较长也有较大的分布电容导致芯片的复位过程滞后与单片机芯片初始化失败。因此有必要当单片机进入H后首先执行~ms的软件延时再对接口芯片初始化。、开关量输入软件抗干扰措施对接口中的输入数据信息进行多次检测若检测结果一致则是真的输入信号若相邻检测内容不一致或多次检测结果不一致则是伪输入信号。两次检测之间要有一定的时间间隔。、开关量输出信号软件抗干扰措施)输出数据锁存器尽可能和CPU安装在同一电路板上使传输线上传送的都是已锁存的电位控制信号。)对重要的输出设备最好建立检测通道CPU可以通过检测通道检查输出结果是否正确。)在软件上最为有效的方法就是重复输出同一个数据重复周期尽可能短。)采用负逻辑传输定义低电平为有效电平高电平为无效电平减少干扰引起的误动作提高数字信号传输的可靠性。(因为干扰源作用在高阻的线路上容易形成大幅度干扰信号)显示器与键盘接口一、LED显示器特点与接口LED显示器LED(LightEmittingDiode)显示器称为发光二极管也称为数码管由个发光二极管组成分共阴极和共阳极两种。段码位码上页下页回目录abcdefg·hhgfedcba高电平共阴极R×comDDDDDDDD段码能显示:~A、B、C、D、E、F、P、U、Y等有限字符abcdefgh某段为高电平时该段点亮发光点阵LED数码LED交通灯像束管、LED数码管特点上页下页回目录、能在低电压、小电流(工作电流一般在MA段)条件下发光能与CMOS、TTL电路兼容、发光时间极短(《US)高频特性好单色性好亮度高、体积小重量轻抗冲击性能好、寿命长使用寿命在万小时以上甚至可达万小时成本低。广泛应用作数字仪器仪表、数控装置、计算机数显器件。有段码、米字码、点阵LED(可显汉字)等多种产品形式。、LED显示接口⑴静态⑵动态扫描显示方式⑵动态扫描用设计动态扫描驱动接口上页下页回目录hgfedcbaCPUA口送段码C口送位码共阴极四位LED的同名端连在一起OC门上页下页回目录PA~PA段码PCPCPCPC分时动态扫描时序:hgfedcba四位LED的同名端连在一起位码该时序是自左至右动态轮流扫描显示产生的效果自右至左上页下页回目录软件驱动①要对初始化:A口、C口均设为输出要设置一个显示缓冲区:DISBUF存放要显示的数利用内部RAM(H~H)③在程序中建立一个段码(字形码)表:TAB利用查表指令:MOVCAADPTR取出段码轮流扫描显示(位码左移指向下一位LED)设:的控制口地址为:CWRA口地址为:PAC口地址为:PC软件驱动程序如下:显示要点上页下页回目录二、液晶显示器特点与接口、液晶显示器特点)功耗小同样的显示面积其功耗比LED小几百倍特别适宜与低功耗的CMOS电路匹配用于各种便携式仪器仪表、微型计算机的终端显示。)可在明亮环境下使用在黑暗环境中不能使用需采用辅助光源。)尺寸小外型薄使用方便。)响应时间和余辉时间长响应速度较慢为MS级。)使用寿命较长(X)。)工作温度范围较窄约~℃。)显示内容丰富可显示字符、汉字、图形。)有液晶字符、液晶点阵字符、液晶点阵图形等多种产品。、点阵图形LCM与单片机接口产品形式多样不一定完全兼容需认真选择。、灭零处理在显示的时候应将高位的零熄灭如应显示成这样可以减少阅读误差符合阅读习惯。处理规则:整数部分从高位到低位的连续零均不显示从遇到的第一个非零数值开始均要显示小数部分个位的零和小数部分均要显示。设计显示程序应注意问题、闪烁处理在显示过程中有时为了提醒操作者注意可对显示进行闪烁处理。闪烁方式有两种:、全闪:即整个内容进行闪烁多用于异常状态的提示如参数超范围提醒操作者进行及时处理以免引起更大的异常情况、单字闪烁:多用于定位提示如采用按键来调整一个多位数字参数时可用单字闪烁的方法来指示当前被调整的数字位置。进行闪烁处理的基本方法:一段时间正常显示一段时间熄灭显示互相交替产生闪烁效果。一般每秒闪烁~次。键盘接口键盘的工作原理:一、独立式按键(非扫描方式):直接用一根IO口线组成的单个按键电路。在SWPB键没有按下以前CPU自P读入信号为高电平在SWPB键按下后CPU自P读入信号为低高电平按键触点在闭合和断开时均会产生抖动这时触点的逻辑电平是不稳定的现在一般均用软件延时方法来避开抖动阶段延时时间应大于MS一般可取~MS。独立式键盘设计:也可利用各种IO接口设计KEY:MOVP,#FFHMOVA,PANLA,#FHCJNEA,#FH,ANRETAN:LCALLDEALY延时去抖MOVA,PANLA,#FHCJNEA,#FH,ANRET无键按下返回AN:JNBP,JIA判按下的键JNBP,JIANJNBP,HUICHEJNBP,ZUOYOUJNBP,SHXIARETJIA:……“加”键操作子程序RETJIAN:……“减”键操作子程序RET二、阵列式键盘接口当没有键按下时行线和列线之间是不相连的。若第N行第M列的键被按下那么第N行与第M列的线就被接通。如果在行线上加上信号根据列线的状态便可得知是否有键按下。如果在行线上逐行加上一个扫描信号就可以根据行、列信号判断按键的位置。当P、P输出高电平无论键是否按下CPU自P、P输入信号为高电平无法识别按键当P=P=任何键按下时自P、P读入信号不再全为高电平说明有键按下。解决的第二个问题:哪个键按下?采用行列扫描方法先扫描第一行:解决的第一个问题:是否有键按下?同样原理扫描第行、第行、、、上页下页回目录键盘接口PAPAPAPAPAPAPAPAPCPCPCPCCPU(行×列=键)小键盘PA口作输出:作键盘的行扫描线PC口输作入:作键盘的列回扫线从C口读入的是列编码上页下页回目录(A)=列编码行编码键的特征码(A)读入的是列编码DDDDDDDD行编码列编码PA行有键闭合PA行有键闭合PA行有键闭合PCPCPCPC对应列有键闭合无键闭合键的特征码上页回目录PAPAPAPAPAPAPAPAPCPCPCPC专用可编程的键盘显示接口:、intel并行接口键盘、显示器接口芯片、HD串行接口键盘、显示器接口芯片*可驱动位共阴极LED显示器*同时可连接多达键的键盘矩阵*内含译码器可将BCD或二进制码直接译成段码*具有消隐、闪烁、左移、右移及段寻址等多种控制指令。键盘程序设计中应注意的问题键盘编码和功能定义键盘有两种编码方式:一是键值一是键号)键值:通过键盘扫描得到的各键的编码离散度很大。)键号:对键盘中各键按一定顺序进行编码和定义。、按键处理方式根据实际应用系统要求键可有以下按键处理方式:)键一按下执行按键处理程序执行完毕等待按键抬起)键按下并抬起执行按键处理程序)键按住在一定时间内不释放重复执行按键处理程序直到该键释放为止)复合键功能处理:复合键利用两个以上按键同时按下进行功能操作的方式。利用复合键可扩展键盘功能也可提高操作的安全性。可以在键盘设计时定义一些“引导”键这些键单独按下无任何意义和其它键同时按下形成一个复合键。(如微机中“SHIFT”、”CTRL”、”ALT”键)应用系统监控程序设计系统监控程序是控制单片机系统按预定操作方式运转的程序。是单片机系统程序的框架。监控程序的任务:完成系统自检、初始化、处理键盘命令、处理接口命令、处理条件触发并完成显示功能。习惯上监控系统程序指键盘解析程序其它任务分散在某些特定的功能模块中。、系统监控程序的定义和任务OkoverOkover、监控程序结构系统监控程序结构主要取决于系统功能的复杂性和键盘的操作方式。不同设计者对同一系统会设计出风格不同的程序来。常见结构主要有:、作业顺序调度型系统运行后按一个预定顺序依次执行一系列的作业循环不已。常见于各类无人值守的单片机系统。这类单片机系统的主要完成信息采集、预处理、存储、发送、报警等功能。作业触发的方式有三种:)接力方式:上一道作业完成后触发下一道作业。如某数显压力表的监控程序流程:)定时方式:预先安排好每一道作业的运行时刻表由系统时钟来顺序触发对应的作业。如某数显压力表的监控程序流程:)外部信息触发方式:当外部信息满足一定条件时触发一系列作业。如某数显压力表的监控程序流程:(主要进行压力报警)、作业优先调度型这类系统作业具有优先级的差别优先级高者先运行。常见于智能测控系统。如某具有远程通信功能的系统监控程序结构:、键码分析作业调度型※ 作业调度完全服从操作者意图操作者通过键盘来发出作业调度命令监控程序接到控制命令后通过分析启动对应作业。※ 键盘信号的获取有三种方法:第一是单纯查询方法第二是中断方法(按键引起中断)第三是定时查询方法(每隔一定时间查询一次键盘)。※ 定时查询方式的监控程序结构:人机界面的容错设计微机系统和人打交道的部分称为人机界面。人机界面应具有以下特点:、友好性只需短时间训练就能顺利操作即使操作过程中出现失误也不会引起事故还能及时给操作者以帮助为操作者提供更正错误的机会其输出信息清楚明白不易引起误解。、安全性对某些重要操作人机界面能提供安全保护功能。、输入功能设计参数输入分三个阶段:接受命令参数输入结束输入)命令键处理过程对命令输入的环境进行检查)数值键处理过程)回车键处理过程、输入界面的安全性设计判断操作者的身份是否合法?)硬件安全性措施锁开关、暗开关、加封记、复合按键操作、按键延时操作)软件安全性措施设置密码:密码存放、密码输入、更换密码等、输出界面的容错设计包括显示部分、指示部分、报警部分、打印部分应提供尽可能多的信息给用户必须用人们乐于接受、直观明了、不易引起阅读误差的格式来完成。如:输出数据格式中要加提示信息:F=HzU=V

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