【文章內容簡介】 可編程并行I/O接口，以及1個14位可編程定時器/計數(shù)器。還有地址鎖存器和多路轉換的地址/數(shù)據總線，可直接與MCS51單片微機相連接。因此還是MCS51應用系統(tǒng)最適用的擴展器件。圖241 8255的引腳圖AD0—AD7：三態(tài)地址/數(shù)據總線。連接CPU的底8位地址/數(shù)據總線。IO/M：RAM/IO口選擇信號輸入端。CS：片選信號輸入端，8255為CS，低電平有效。RD：讀選通信號輸入端。低電平有效。WR：寫選通信號輸入段。低電平有效。RESET：復位信號輸入段。高電平有效，并初始化3個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定。PB0—PB7：B口的I/O線、I/O方向由命令字編程設定。PC0—PC7：C口的I/O線，或A口和B口的狀態(tài)控制信號線。由命令字編程設定。Vcc：+5V電源線。Vss: 接地線。8255片內256*8位靜態(tài)RAM，在速度上與MCS51完全匹配。當IO/M=0時，CPU對8255的RAM進行讀寫，尋址范圍為00H—0FFH。 8255與8051的外部接口電路圖242 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CS及口地址選擇線A0、。故8255的A、B、C口及控制口地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255的復位端與8051的復位端相連，都接到8051的復位電路上。必須根據外圍設備的類型選擇8255的操作方式，并在初始化程序中把相應控制字寫入操作口。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：FF7FH8255的工作方式可由CPU寫入一個控制字到8255控制字寄存器來選擇。方式控制字共有八位，D7位為置方式標志，有效為1，假設要求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。 單片機的抗干擾電路 光電隔離抗干擾的簡介單片機測控系統(tǒng)的開關信號，往往是通過芯片給出的低壓電流如TTL電平信號，這種電平信號一般不能直接驅動外設，而需經接口轉換等手段處理后才能用于驅動設備開啟或關閉，如不加隔離可能會串到測控系統(tǒng)中造成系統(tǒng)誤動作或損壞：因此在接口處理中亦應包括隔離技術。在開關量輸出通道中，為防止現(xiàn)場強電磁干擾或工頻電壓會通過輸出通道反串到測控系統(tǒng)，一般需采取通道隔離技術。最常見的隔離器件是光電隔離器。因為光信號的傳送不受電場、磁場的干擾，可以有效地隔離電信號。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，而光電隔離器有獨特優(yōu)點得到廣泛應用。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251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。當發(fā)光二極管有正向電流通過時，即產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通。而當該電流撤去時，發(fā)光二極管熄滅，三極管截止。利用這種特性即可達到開關控制的目的。由于該器件是通過電——光——電這種轉換來實現(xiàn)對輸出設備進行控制的，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構有關。 光電隔離的電路在一般微機控制系統(tǒng)中，由于大都采用TTL電平，不能直接驅動發(fā)光二極管，所以通常加一個驅動區(qū)，如7406和7407等。圖252光電隔離的電路當輸出TTL電平為低電平時，7406輸出為高電平，發(fā)光二極管截止，光電隔離器處于截止狀態(tài)，VO端輸出高電平；而當輸出控制電平為高電平時，7406輸出為低電平，發(fā)光二極管導通，光電隔離器處于導通狀態(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電源必須單獨供電，即用于驅動發(fā)光管的電源與驅動光敏管的電源不應是共地的電源，對于隔離后的輸出通道必須單獨供電，如上圖所示；否則，如果使用同一電源（或共地的兩個電源）外部干擾信號可能通過電源串到系統(tǒng)中來，當然，這里講的單獨供電，可以是單獨使用不同的電源，也可用DCDC變換的方法往輸出端提供一個與光電輸入端隔離的電源。如果從通斷功能來看，光電隔離器其實是一隔離開關。利用光電隔離器也可完成電平轉換，其轉換后的輸出電平與其供電電壓值有關，而與光隔輸入端無關。圖253總電路框圖 鍵盤及顯示電路 鍵盤輸入特點按鍵所用開關為機械彈性開關，均利用了機械觸點的合、斷。一個電壓信號通過機械的斷開、閉合過程。 圖261 鍵盤抖動波形圖由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下斷開。因而，在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5~10ms，這是一個很重要的時間參數(shù)，在很多場合都要用到。按鍵的穩(wěn)定閉合時間由操作人員的按鍵動作持續(xù)時間決定，一般為十分之幾秒到幾秒時間。按鍵的閉合與否，反應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，便可確認按鍵按下沒有。為了確保按鍵的狀態(tài)，必須消除按鍵抖動的影響，這也是按鍵抗干擾的主要的一個方面。 按鍵接口電路的消抖措施消除按鍵抖動影響通常有硬件、軟件兩種方法。本系統(tǒng)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262雙穩(wěn)態(tài)消抖電路原理圖圖262中用兩個與非門構成一個RS觸發(fā)器，當按鍵為按下時，輸出為1，當按鍵按下時，輸出為0。此時即使由于按鍵的機械性能使按鍵因彈性抖動而產生瞬間不閉合，只要按鍵不返回原始狀態(tài)，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不會發(fā)生改變，輸出保持為0，不會產生抖動的波形。這一點很容易通過分析RS觸發(fā)器的工作過程得到驗證。設按鍵首先處于a位置，此時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的一個輸入端，會把與非門1鎖住，使其固定輸出為1。如果此時按下按鍵，即使按鍵在a位置因彈性而產生瞬間抖動，形成一連串的抖動波形，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b位置時始終是0，所以無論與非門1輸入端的信號電平怎么變化，與非門1輸出端OUT1的輸出恒為1。當按鍵到達b時，一旦與非門2的輸出端呈現(xiàn)低電平時，RS觸發(fā)器將出現(xiàn)狀態(tài)的翻轉，此時，OUT2端輸出為1，OUT1端輸出為0，OUT1又引回與非門2的一個輸入端，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，也不會影響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，即使產生了彈性抖動，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，如果在按鍵信號輸入端加上一個RS觸發(fā)器就可以剔除按鍵抖動產生的干擾。 矩陣鍵盤的概述1)矩陣鍵盤的工作原理：按鍵設置在行、列線交點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。平時無按鍵動作時，行線處于高電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平決定。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。、列線為多用鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此個按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將、列線信號配合起來并作適當?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。2)按鍵的識別方法矩陣鍵盤按鍵的識別方法分兩步進行：第一步，識別鍵盤有無鍵被按下；第二步，如果有鍵被按下，識別出具體的按鍵。識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（實際編程時應考慮按鍵抖動的影響，通?？偸遣捎密浖訒r的方法進行消抖處理）。識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處的按鍵被按下。3)鍵盤的工作方式單片機應用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作內容之一。CPU在忙于各項工作任務時,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根據實際應用系統(tǒng)中CPU工作的忙，又要不過多占用CPU的工作時間。通常，鍵盤工作方式有三種，即：編程掃描、定時掃描和中斷掃描。CPU對鍵盤的掃描采用程序控制方式，一旦進入鍵掃描狀態(tài),則反復地掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據。而在執(zhí)行鍵入命令或處理輸入數(shù)據過程中，CPU將不再響應鍵入要求，直到CPU返回重新掃描鍵盤為止。由圖264可見鍵盤采用編程掃描方式工作，PB口輸出逐行掃描信號，PA口輸入8位列信號，均為低電平有效。8255A的A0、A1上，WR、RD分別與8051的WR、RD相連。 LED顯示原理及顯示方式1)LED顯示器結構LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應用系統(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263 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。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；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個發(fā)光二極管，故也有人叫做8段顯示器。其中7個發(fā)光二極管構成7筆字型“8”。