【正文】 備好后，發(fā)出 STB =0 的信號(hào)，輸入數(shù)據(jù)裝入8255 的鎖存器，裝滿后使 IBF=1， CPU 可以查詢這個(gè)狀態(tài)信息，用來決定是否接收8255 的數(shù)據(jù)?；蛘弋?dāng) STB 重新變?yōu)楦邥r(shí)， INTR 有效，向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求。 CPU在中斷服務(wù)程序中接收 8255 的數(shù)據(jù)，并使 INTR=0。 用于輸出的聯(lián)絡(luò)信號(hào)有： ACK （ Acknowledge）：響應(yīng)信號(hào)輸入，低電平有效。當(dāng)外設(shè)取走并處理完 8255的數(shù)據(jù)后發(fā)出的響應(yīng)信號(hào)。 OBF （ Output Buffer Full）：輸出緩沖器滿信號(hào)，低電平有效 。當(dāng) CPU把數(shù)據(jù)送入 8255 鎖存器后有效，這個(gè)輸出的低電平用來通知外設(shè)開始接收數(shù)據(jù)。 INTR（ Interrupt）：中斷請(qǐng)求信號(hào)，高電平有效。在外設(shè)處理完一組數(shù)據(jù)后， ACK變低，并且當(dāng) OBF 變高，然后在 ACK 又變高后使 INTR 有效，申請(qǐng)中斷，進(jìn)入下一次輸出過程。 用戶可以通過軟件對(duì) C 口的相應(yīng)位進(jìn)行置位 /復(fù)位來控制 8255 的開中斷或關(guān)中斷。 8255 的控制字 8255 有兩種控 制字，即控制 A 口、 B 口、 C 口工作方式的方式控制字和控制 C口各位置位 /復(fù)位控制字。兩種控制字寫入的控制寄存器相同，只是用 D7 位來區(qū)分是哪一種控制字。 D7=1 為工作方式控制字； D7=0 為 C 口置位 /復(fù)位控制字。兩種控制內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 36 字的格式和定義如圖 48 所示。 (a) 方式選擇控制字 (b) C 口置 /復(fù)位控制字 圖 48 8255 控制字格式 8255 與單片機(jī) 8051 的連接 8255 與單片機(jī) 8051 的連接電路如圖 49 所示。 圖 49 8051 單片機(jī)與 8255 的連接 圖中 8255 的片選信號(hào) CS 由地址譯碼器 74LS138 的 Yx 腳提供，端口地址選擇線A1A0 分別由 8051 的 、 經(jīng) 74LS373 鎖存后提供。 8255 的 RD 、 WR 分別接內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 37 8051 的 RD 、 WR ； 8255 的 D0~D7 接 8051 的 ~。根據(jù)表 41，該電路中 兩8255 的 A 口地址分別為 6000H 和 4000H。 圖 410 8255A定義工作方式 0 控制字格式 表 43 方式 0 的工作狀態(tài)組合 序 號(hào) 控 制 字 D7， … ， D0 端 口 A 端 口 C 高 4 位 (PC7～ PC4) 端 口 B 端 口 C 低 4 位 (PC3～ PC0) 1 1 0 0 0 0 0 0 0 輸出 輸出 輸出 輸出 2 1 0 0 0 0 0 0 1 輸出 輸出 輸出 輸入 3 1 0 0 0 0 0 1 0 輸出 輸出 輸入 輸出 4 1 0 0 0 0 0 1 1 輸出 輸出 輸入 輸入 5 1 0 0 0 1 0 0 0 輸出 輸入 輸出 輸出 6 1 0 0 0 1 0 0 1 輸出 輸入 輸出 輸入 7 1 0 0 0 1 0 1 0 輸出 輸入 輸入 輸出 8 1 0 0 0 1 0 1 1 輸出 輸入 輸入 輸入 9 1 0 0 1 0 0 0 0 輸入 輸出 輸出 輸出 10 1 0 0 1 0 0 0 1 輸入 輸出 輸出 輸入 11 1 0 0 1 0 0 1 0 輸入 輸出 輸入 輸出 12 1 0 0 1 0 0 1 1 輸入 輸出 輸入 輸入 13 1 0 0 1 1 0 0 0 輸入 輸入 輸出 輸出 14 1 0 0 1 1 0 0 1 輸入 輸入 輸出 輸入 15 1 0 0 1 1 0 1 0 輸入 輸入 輸入 輸出 16 1 0 0 1 1 0 1 1 輸入 輸入 輸入 輸入 本設(shè)計(jì)中 8255 工作于方式 0，這是 8255A 中各端口的基本輸入 /輸出方式。適用于無條件傳送和查詢方式的接口電路。它只完成簡單的并行輸入 /輸出操作， CPU 可從指定端口輸入信息，也可向指定端口輸出信息。如果 3 個(gè)端口均處于工作方 式 0，則可由工作方式控制字定義 16 種工作方式的組合，這種情況下，工作方式控制字的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 38 具體格式如圖 410 所示 。 由控制字中 D D D D0， 4 位的不同取值可定義方式 0 的 16 種工作方式的組合，如表 43 所示。 這種情況下，端口 C 被分成 2 個(gè) 4 位端口，它們可分別被定義為輸入或輸出端口， CPU與 3 個(gè)端口之間交換數(shù)據(jù)可直接由 CPU執(zhí)行 IN 和 OUT 指令來完成，而不提供任何 “握手 ”信息。 鍵盤、顯示器接口 單片機(jī)與小鍵盤接口 矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合 ， 它由行線和列線組成 ， 按鍵位于行、列的交 叉點(diǎn)上。如圖 411 所示 ， 一個(gè) 4*4 的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有 16 個(gè)按鍵的鍵盤。很明顯 ， 在按鍵數(shù)量較多的場合 ， 矩陣鍵盤與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比 ， 要節(jié)省很多的 I/O 口。 圖 411 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu) 矩陣鍵盤工作原理 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、列線為多鍵共用 ， 各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響 ， 所以必須將行、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。 按鍵的識(shí)別方法 下面以圖 411 中 3 號(hào)鍵被按下為例 ， 用掃描法來說明此鍵是如何被識(shí)別出來的。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 39 前以述及 ,鍵被按下時(shí) ， 與此鍵相連的行線電平將由與此鍵相連的列線電平?jīng)Q定 ，而行線電平在無鍵按下時(shí)處于高電平狀態(tài)。如果讓所有列線處于高電平 ， 那么鍵按下與否不會(huì)引起與行線電平的狀態(tài)變化 ， 始終是高電平。所以 ， 讓所有列線 處于高電平是沒法識(shí)別出按鍵的。現(xiàn)在反過來 ， 讓所有列線處于低電平 ， 很明顯 ， 按鍵所在行電平將被拉成低電平 ， 根據(jù)此行電平的變化 ， 便能判定此行一定有鍵按下。但我們還不能確定是鍵 3 被按下 ， 因?yàn)?， 如果鍵 3 不被按下 ， 而鍵 1 或 0 之一被按下 ， 均會(huì)產(chǎn)生同樣的效果。所以 ， 讓所有列線處于低電平只能得出某行有鍵被按下的結(jié)論。為了進(jìn)一步的判定到底是哪一列的鍵被按下 ， 可在某一時(shí)刻只讓一條列線處于低電平 ，而其余所有列線處于高電平。當(dāng)?shù)谝涣袨榈碗娖?， 其余各列為高電平時(shí) ， 因?yàn)槭擎I 3被按下 ， 所以第一行仍處于高電平狀態(tài) ； 當(dāng)?shù)?2 列為低電平 ， 而其 余各列為高電平時(shí) ，同樣我們會(huì)發(fā)現(xiàn)第 1 行仍處于高電平狀態(tài)。直到讓第 4 列為低電平 ， 其余各列為高電平時(shí) ， 因?yàn)槭?3 號(hào)鍵被按下 ， 所以第 1 行的電平將由高電平轉(zhuǎn)換到第 4 列所處的低電平 ， 據(jù)此 ， 我們確信第 1 行第 4 列交叉點(diǎn)處的按鍵即 3 號(hào)鍵被按下。 根據(jù)上面的分析 ， 很容易得出矩陣鍵盤按鍵的識(shí)別方法 ， 此方法分兩步進(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。分述如下 ： 識(shí)別鍵盤有無鍵被按下的方法是 ： 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。 識(shí)別具體按鍵的方法是 ： 逐列置零電平 ， 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。 單片機(jī)與顯示器接口 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是 LED（發(fā)光二極管顯示器）和 LCD（液晶顯示器），這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)，它們的驅(qū)動(dòng)電路簡單、易于實(shí)現(xiàn)且價(jià)格低廉，因此，得到廣泛應(yīng)用。這節(jié)主要介紹 LED 顯示器。 LED 顯示和接口 常用的 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、 LED 七段顯示器（俗稱 數(shù)碼管）和 LED 十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示； LED 十六段顯示器用于字符顯示。本節(jié)重點(diǎn)介紹 LED 七段顯示器。 LED 七段數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式，下面分別加以敘述。 靜態(tài)顯示接口 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 40 靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨(dú)立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個(gè)數(shù)碼管的 8 個(gè)字段分別與一個(gè) 8 位 I/O 口地址相連， I/O 口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到 I/O 口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用 CPU 時(shí)間少，編程簡單，顯示便于監(jiān)測和控制，但其占用的口線多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。 動(dòng)態(tài)顯示接口 動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位的 I/O 口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的 I/O 口線控制。動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并 送出相應(yīng)的段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時(shí)顯示的感覺。 采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省 I/O 口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時(shí)， CPU要依次掃描，占用 CPU較多的時(shí)間。 鍵盤、顯示器組合接口 圖 412 是一個(gè)采用 8255 并行擴(kuò)展口構(gòu)成鍵盤、顯示器組合接口電路。圖中設(shè)置了 16 個(gè)鍵， 6 位七段 LED 顯示器。 如果多使用 PC 口線，可以增加按鍵，最多可達(dá)48 個(gè)鍵?？筛鶕?jù)需要進(jìn)行設(shè)置。 LED 顯示器采用共陰極。段選碼由 8255PB 口提供，位選碼由 PA 口提供。鍵盤的列輸入由 PA 口提供，與顯示器的位選輸入共用，行輸入由 PCO—PC3 提供。顯然，因?yàn)殒I盤與顯示器 共 用了 PA 口，比單獨(dú)接口節(jié)省了一個(gè) I/O 口。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 ， 同時(shí)需要使用鍵盤與顯示器接口時(shí) ， 為了節(jié)省 I/O 口線 ，常常把鍵盤和顯示電路做在一起 ， 構(gòu)成實(shí)用的鍵盤、顯示器組合接口電路。 LED 的驅(qū)動(dòng)采用集電級(jí)開路輸出 8 位驅(qū)動(dòng)器 7407。 LED 采用動(dòng)態(tài)顯示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 41 圖 412 8255 擴(kuò)展 I/O 口的鍵盤、顯示器接口電路 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 42 第五章 模擬信號(hào)的采樣保持及 A/D 轉(zhuǎn)換 采樣保持器的分析與選用 如果直接將傳感器輸出的模擬量送入 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則應(yīng)考慮到任何一種 A/D 轉(zhuǎn)換器都需要用一定的時(shí)間來完成量化及編碼的操作。在轉(zhuǎn)化過程中，如果模擬量產(chǎn)生變化，將直接影響到轉(zhuǎn)換精度。故要求輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬量在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中保持不變，但轉(zhuǎn)換之后，又要求 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)能夠跟隨模擬量變化。能夠完成上述任務(wù)的器件為采樣保持器（ Sample/Hold）簡寫為 S/H。 S/H 有兩種工作方式，一種是采樣方式，另一種是保持方式。 本設(shè)計(jì)所選用的保持器為 LF398，目前是應(yīng)用比較廣泛的一種。主要完成的工作是對(duì)壓力信號(hào)的采樣和保持。 LF398 是由雙極型絕緣柵場效應(yīng)管組成的采樣保持器。它具有采樣速度快，保持下降速度慢，以及精度高等特點(diǎn)。作為單一的放大器時(shí)，其電流增益精度為 %，采樣時(shí)間小于 6181。s 時(shí)精度可達(dá) %；采用雙極型輸入狀態(tài)可獲得較低偏差電壓和寬頻帶。使用一個(gè)單獨(dú)的端子實(shí)現(xiàn)輸入偏差電壓的調(diào)整，允許帶寬 1MHz，輸入電阻為 1010歐姆。 當(dāng)使用電容為 1181。F 時(shí)，其下降速度為 5mV/min。結(jié)型場效應(yīng)管為 CMOS 電路抗干擾能力強(qiáng)，而且不受溫度影響?？偟脑O(shè)計(jì)保證是，即使在輸入信號(hào)等于電源電壓時(shí)，也可以將輸入饋送到輸出端。 LF398 的原理圖如圖 51 所示。 圖 52 中有一個(gè)由二極管 D D2組成的保護(hù)電路。在沒有 D1和 D2的情況下，如果在 S 再次接通以前 iu 變化了，且變化較大時(shí)，于是 39。ou 的變化也很大。以至于使A1的輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)， 39。ou 與 iu 不再保持線性關(guān)系，并使開關(guān)電路承受較高的電壓，不利于安全。接入 D1和 D2以后，當(dāng) 39