【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 IO/M： RAM/IO 口選擇信號(hào)輸入端。 CS：片選信號(hào)輸入端， 8255 為 CS，低電平有效。 RD：讀選通信號(hào)輸入端。低電平有效。 WR：寫選通信號(hào)輸入段。低電平有效。 RESET：復(fù)位信號(hào)輸入段。高電平有效，并初始化 3 個(gè) I/O 口為輸入方式。 PA0— PA7： A 口的 I/O 線、 I/O 方向由命令字編程設(shè)定。 PB0— PB7： B 口的 I/O 線、 I/O 方向由命令字編程設(shè)定。 PC0— PC7： C 口的 I/O 線，或 A 口和 B 口的狀態(tài)控制信號(hào)線。由命令字編程設(shè)定。 Vcc： +5V電源線。 Vss: 接地線。 8255 片內(nèi) 256*8 位靜態(tài) RAM，在速度上與 MCS51 完全匹配。當(dāng) IO/M=0 時(shí)， CPU 對(duì)8255 的 RAM 進(jìn)行讀寫，尋址范圍為 00H— 0FFH。 17 8255 與 8051 的外部接口電路 圖 232 8255與 8051的外部接口電路 由 上圖可以看出 8051 通過地址鎖存器與 8255 相連， 8255 的片選信號(hào) CS 及口地址選擇線 A0、 A1 分別由 8051 的 、 、 經(jīng)地址鎖存器 74LS373 后提供。故 8255 的 A、B、 C 口及控制口地址分別為 FF7CH、 FF7DH、 FF7EH、 FF7FH。 8255 的復(fù)位端與 8051 的復(fù)位端相連，都接到 8051 的復(fù)位電路上。必須根據(jù)外圍設(shè)備的類型選擇 8255 的操作方式，并在初始化程序中把相應(yīng)控制字寫入操作口。 8255 的編程如下： 各端口地址是： A 口地址： FF7CH B 口 地址： FF7DH C 口地址： FF7EH 控制口地址： FF7FH 8255 的工作方式可由 CPU寫入一個(gè)控制字到 8255 控制字寄存器來選擇。方式控制字共有八位， D7 位為置方式標(biāo)志，有效為 1，假設(shè)要求 8255 工作方式 0，且 A 口作為輸出， B 口作為輸出， C 口作為輸入，則可得控制字為 81H。 18 單片機(jī)的抗干擾電路 光電隔離抗干擾的簡(jiǎn)介 單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的開關(guān)信號(hào)，往往是通過芯片給出的低壓電流如 TTL 電平信號(hào)，這種電平信號(hào)一般不能直接驅(qū)動(dòng)外設(shè)，而需經(jīng)接口 轉(zhuǎn)換等手段處理后才能用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備開啟或關(guān)閉，如不加隔離可能會(huì)串到測(cè)控系統(tǒng)中造成系統(tǒng)誤動(dòng)作或損壞：因此在接口處理中亦應(yīng)包括隔離技術(shù)。 在開關(guān)量輸出通道中，為防止現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓會(huì)通過輸出通道反串到測(cè)控系統(tǒng)，一般需采取通道隔離技術(shù)。最常見的隔離器件是光電隔離器。因?yàn)楣庑盘?hào)的傳送不受電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾，可以有效地隔離電信號(hào)。工程上常用的隔離方法有光電隔離器、變壓器、繼電器和集成組件等，而光電隔離器有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。 光電隔離器的種類繁多，常用的有發(fā)光二極管 /光敏三極管、發(fā)光二極管 /光敏復(fù)合晶體管、發(fā)光 二極管 /光敏電阻，發(fā)光二極管 /光觸發(fā)可控硅等，但從其隔離方法這一角度來看，都是一樣的，即都通過電 —— 光 —— 電這種轉(zhuǎn)換，利用“光”這一環(huán)節(jié)完成隔離功能。 光電隔離器的原理電路 GaAs 紅外發(fā)光二極管 光敏三極管 圖 241光電隔離器的原理電路 在圖示的電路中，它是 GaAs 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組成。當(dāng)發(fā)光二極管有正向電流通過時(shí)，即產(chǎn)生人眼看不見的紅外光，其光譜范圍為 700— 1000nm。光敏三極管接收光以后便導(dǎo)通。而當(dāng)該電流撤去時(shí)，發(fā)光二極管熄滅，三極管截止。利用這種特性即可達(dá) 到開關(guān)控制的目的。由于該器件是通過電 —— 光 —— 電這種轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行控制的，彼此之間沒有電氣連接，因而起到隔離作用，隔離電壓與光電隔離器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。 19 光電隔離的電路 在一般微機(jī)控制系統(tǒng)中，由于大都采用 TTL 電平，不能直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，所以通常加一個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)，如 7406 和 7407 等。 圖 242光電隔離的電路 當(dāng)輸出 TTL 電平為低電平時(shí)， 7406 輸出為高電平，發(fā)光二極管截止，光電隔離器處于截止?fàn)顟B(tài)， VO 端輸出高電平；而當(dāng)輸出控制電平為高電平時(shí)， 7406 輸出為低電平 ，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電隔離器處于導(dǎo)通狀態(tài)， VO 端輸出低電平。 需要注意的是光電隔離器的輸入輸出端兩個(gè)電源必須單獨(dú)供電，即用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光管的電源與驅(qū)動(dòng)光敏管的電源不應(yīng)是共地的電源，對(duì)于隔離后的輸出通道必須單獨(dú)供電，如上圖所示；否則，如果使用同一電源（或共地的兩個(gè)電源）外部干擾信號(hào)可能通過電源串到系統(tǒng)中來，當(dāng)然，這里講的單獨(dú)供電，可以是單獨(dú)使用不同的電源，也可用 DCDC 變換的方法往輸出端提供一個(gè)與光電輸入端隔離的電源。 如果從通斷功能來看，光電隔離器其實(shí)是一隔離開關(guān)。利用光電隔離器也可完成電平轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換后的輸 出電平與其供電電壓值有關(guān)，而與光隔輸入端無關(guān)。 圖 243總電路框圖 20 鍵盤及顯示電路 鍵盤輸入特點(diǎn) 按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷。一個(gè)電壓信號(hào)通過機(jī)械的斷開、閉合過程。 圖 251 鍵盤抖動(dòng)波形圖 由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下斷開。因而，在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為 5~10ms，這是一個(gè)很重要的時(shí)間參數(shù)，在很多場(chǎng)合都要用到。 按鍵的 穩(wěn)定閉合時(shí)間由操作人員的按鍵動(dòng)作持續(xù)時(shí)間決定，一般為十分之幾秒到幾秒時(shí)間。 按鍵的閉合與否，反應(yīng)在電壓的上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，所以通過電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可確認(rèn)按鍵按下沒有。為了確保按鍵的狀態(tài)，必須消除按鍵抖動(dòng)的影響，這也是按鍵抗干擾的主要的一個(gè)方面。 21 按鍵接口電路的消抖措施 消除按鍵抖動(dòng)影響通常有硬件、軟件兩種方法。本論文采用雙穩(wěn)態(tài)消抖的硬件消抖方法。 雙穩(wěn)態(tài)消抖的原理： 圖 252雙穩(wěn)態(tài)消抖電路原理圖 圖 252 中用兩個(gè)與非門構(gòu)成一個(gè) RS 觸發(fā)器，當(dāng)按鍵為按 下時(shí)，輸出為 1，當(dāng)按鍵按下時(shí)，輸出為 0。此時(shí)即使由于按鍵的機(jī)械性能使按鍵因彈性抖動(dòng)而產(chǎn)生瞬間不閉合，只要按鍵不返回原始狀態(tài)，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變，輸出保持為 0，不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)的波形。這一點(diǎn)很容易通過分析 RS 觸發(fā)器的工作過程得到驗(yàn)證。 設(shè)按鍵首先處于 a 位置，此時(shí) RS 觸發(fā)器的與非門輸出端 OUT1 為高電平 1，與非門 2 的輸出端 OUT2 為 0，此輸出引入到與非門 1 的一個(gè)輸入端，會(huì)把與非門 1 鎖住，使其固定輸出為 1。如果此時(shí)按下按鍵，即使按鍵在 a 位置因彈性而產(chǎn)生瞬間抖動(dòng)，形成一連串的抖動(dòng)波形，即與非門 1 輸入端出現(xiàn)了一 連串的高和低電平，由于與非門 2 的輸入端在按鍵沒有到達(dá) b 位置時(shí)始終是 0，所以無論與非門 1 輸入端的信號(hào)電平怎么變化，與非門 1 輸出端 OUT1的輸出恒為 1。當(dāng)按鍵到達(dá) b 時(shí)，一旦與非門 2 的輸出端呈現(xiàn)低電平時(shí)， RS 觸發(fā)器將出現(xiàn)狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)，此時(shí)， OUT2 端輸出為 1， OUT1 端輸出為 0， OUT1 又引回與非門 2 的一個(gè)輸入端，鎖住與非門 2，保證其輸出恒為 1，這樣即使按鍵出現(xiàn)抖動(dòng)，也不會(huì)影響 OUT2 的輸出，因此 OUT1 的輸出也恒為 0。同樣，在松開按鍵的過程中，只要一接通 a，輸出為 1，在接通a 的過程中，即使產(chǎn)生了彈性抖動(dòng)，只要按鍵 不與按鍵 b 發(fā)生接觸， RS 觸發(fā)器的輸出將保持不變。通過以上分析，可知，如果在按鍵信號(hào)輸入端加上一個(gè) RS 觸發(fā)器就可以剔除按鍵抖動(dòng)產(chǎn)生的干擾。 22 矩陣鍵盤的概述 1．矩陣鍵盤的工作原理：按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到 +5V 上。平時(shí)無按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低 ,則行線電平為低，列線電平如果為高，則行線電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在 .由于矩陣鍵盤中 行、列線為多用鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此個(gè)按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將、列線信號(hào)配合起來并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。 2．按鍵的識(shí)別方法 矩陣鍵盤按鍵的識(shí)別方法分兩步進(jìn)行：第一步，識(shí)別鍵盤有無鍵被按下；第二步，如果有鍵被按下，識(shí)別出具體的按鍵。識(shí)別鍵盤有無鍵按下的方法是讓所有列線均置為 0 電平，檢查各行線電平是否有變化，如果有變化，則說明有鍵被按下，如果沒有變化，則說明無鍵被按下（實(shí)際編程時(shí)應(yīng)考慮按鍵抖動(dòng)的影響，通?？偸遣捎密浖訒r(shí)的方法進(jìn)行消抖處理）。 識(shí)別具體按鍵的方法 是（亦稱為掃描法）：逐行置零電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行電平由高電平變?yōu)榱汶娖?，則可確定此行此列交叉點(diǎn)處的按鍵被按下。 3．鍵盤的工作方式 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是 CPU 的工作內(nèi)容之一。 CPU 在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí) ,如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中 CPU工作的忙，閑情況而定 .其原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又要不過多占用 CPU的工作時(shí)間。通常，鍵盤工作方式有三種，即：編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。 CPU對(duì)鍵盤的掃描采用程 序控制方式，一旦進(jìn)入鍵掃描狀態(tài) ,則反復(fù)地掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)。而在執(zhí)行鍵入命令或處理輸入數(shù)據(jù)過程中， CPU將不再響應(yīng)鍵入要求，直到 CPU返回重新掃描鍵盤為止。 由圖 254 可見鍵盤采用編程掃描方式工作， PB 口輸出逐行掃描信號(hào)， PA 口輸入 8 位列信號(hào)，均為低電平有效。 8255A 的 A0、 A1 上， CS 與 相接， WR、 RD 分別與 8051 的WR、 RD 相連。 23 LED 顯示原理及顯示方式 1． LED 顯示器結(jié)構(gòu) LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用 系統(tǒng)中通常使用的是 7段 LED。這種顯示塊有共陰極和共陽極兩種。 圖 253 LED顯示器引腳圖 共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。 通常的 7 段 LED 顯示塊中有 8 個(gè)發(fā)光二極管，故也有人叫做 8 段顯示器。其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成 7 筆字型“ 8”。 7 段顯示塊與單片機(jī)接口非常容易。只要將一個(gè) 8 位并行輸出口語顯示塊的發(fā)光二極管因交相聯(lián)即可。 8 位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，通常將控制發(fā)光二極管的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)成為段選碼。共陽極于共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。 2． LED 顯示器的顯示方式 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用 LED 顯示塊構(gòu)成 N 位 LED 顯示器。 N 根 LED 顯示器由 N 根位選線和 8*N 根段選線。根據(jù)顯示方式不同，為選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，為選線控制顯示位的亮、暗。 LED 顯示器由靜態(tài)現(xiàn)實(shí)與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。 3． LED 動(dòng)態(tài)顯示方式的原理 在多位 LED 顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在疫區(qū)，由一個(gè)8 位 I/O 口控制，形成段選線的多路復(fù)用，而共陰極點(diǎn)火供養(yǎng)幾點(diǎn)分別由相應(yīng)的 I/O 口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。 8 位 LED 動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè) 8 位 I/O 口。其中一個(gè)控制段選碼，另一個(gè)控制位選。由于所有位的段選碼皆由一個(gè) I/O 控制，因此，在每個(gè)瞬間， 8 位 LED 只可能顯示相同的字幅。要向每位顯示不同的字符，必須采用掃描顯示方法。即在每一瞬間只使某一位顯示相應(yīng)字符。在此瞬間，段選控制輸出相應(yīng)字符段選碼，位選控制 I/O 口在該顯示位送入選通電平（共陰極送低電平、共陽極送高電平）以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示字符，并保持延時(shí)一段時(shí)間，以保存視覺暫留效果。 動(dòng)態(tài)顯示方式需 要較大的驅(qū)動(dòng)電流，所以一般都是通過驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng) LED 的?，F(xiàn)實(shí)的亮 24 度同驅(qū)動(dòng)電流大小、電亮?xí)r間和關(guān)斷時(shí)間有關(guān)，調(diào)整電流大小和時(shí)間參數(shù)（掃描頻率），可以控制 LED 顯示亮度并穩(wěn)定顯示。 當(dāng) LED 選定后，要實(shí)測(cè)它工作點(diǎn)的正向壓降，以便正確的選用限流電阻；同時(shí)，電流密度影響 LED 的壽命，電流密度越大，發(fā)光亮度越高，對(duì)壽命的影響就越大，因此， LED 的驅(qū)動(dòng)電流要有所限值，最大值不能超過最大正向電流。在實(shí)際運(yùn)用中，如果直接驅(qū)動(dòng) LED 或者LED 驅(qū)動(dòng)器的輸出沒有加限流電阻，一般應(yīng)該串聯(lián)一個(gè) 100 的限流電阻。 系統(tǒng)應(yīng)用 對(duì)于顯示部分，從 8255 輸出的顯示信息經(jīng) 74LS373 鎖存緩沖，用來對(duì) LED 的各段進(jìn)行段選，各位 LED 顯示器采用共陰極接法，通過控制陰極的電位來實(shí)現(xiàn)各位的選通。通過 8255的掃描輸出經(jīng) 2021 來實(shí)現(xiàn)位選，用來顯示設(shè)定的溫度值和當(dāng)前的溫度值，以便進(jìn)行調(diào)節(jié)。鍵盤部分采用 1 3 鍵盤矩陣，列回