計(jì)算機(jī)控制專科第2章.ppt

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第二章開關(guān)量輸入輸出通道與人機(jī)接口 2 1過程通道的分類2 2開關(guān)量輸入輸出通道2 3人機(jī)接口 鍵盤2 4人機(jī)接口 數(shù)字顯示方法 為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程或裝置的控制 需要將對(duì)象的各種測(cè)量參數(shù)按要求的方式送入計(jì)算機(jī) 經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后的數(shù)字信號(hào)也要變換成適合于對(duì)生產(chǎn)過程或裝置進(jìn)行控制的形式 因此 在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間必須設(shè)置信息傳遞和變換的裝置 這種裝置就稱為過程輸入輸出通道 簡(jiǎn)稱為過程通道或I O通道 一般來說 計(jì)算機(jī)不會(huì)自主地工作 需要接收操作人員鍵入的指令 其運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果也需要顯示或打印 在現(xiàn)代大規(guī)模控制系統(tǒng)中還應(yīng)有通信和數(shù)據(jù)存盤功能 所有這些都是由人與計(jì)算機(jī)之間的連接裝置來完成的 我們稱這種裝置為人機(jī)接口 圖2 1過程通道與人機(jī)接口 有了過程通道與人機(jī)接口 才能將人 計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程組成有機(jī)的整體 如圖2 1所示 這一章我們主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中過程通道的分類 開關(guān)量輸入輸出通道與人機(jī)接口的設(shè)計(jì)及應(yīng)用方法 2 1過程通道的分類 過程通道包括模擬量輸入通道 模擬量輸出通道 數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道 1 模擬量輸入通道 主要功能是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬輸入信號(hào)經(jīng)檢測(cè) 變換和預(yù)處理 最終變換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī) 常見的模擬量有壓力 溫度 液體流量和成分等 2 模擬量輸出通道 它將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的電壓或電流信號(hào) 經(jīng)功率放大后送到執(zhí)行部件對(duì)生產(chǎn)過程或裝置進(jìn)行控制 3 數(shù)字量輸入通道 也稱開關(guān)量輸入通道 凡是以電平高低和開關(guān)通斷等兩位狀態(tài)表示的信號(hào)統(tǒng)稱為數(shù)字量或開關(guān)量 以若干位二進(jìn)制數(shù)表示 并行輸入到計(jì)算機(jī) 撥碼盤開關(guān)輸出的BCD碼等 僅以一位二進(jìn)制數(shù)表示 啟停信號(hào)和限位信號(hào)等 頻率信號(hào) 以串行形式進(jìn)入計(jì)算機(jī) 來自轉(zhuǎn)速表 渦輪流量計(jì) 感應(yīng)同步器等信號(hào) 主要有三種形式 4 數(shù)字量輸出通道 有的執(zhí)行部件只要求提供數(shù)字量 例如步進(jìn)電機(jī) 控制電機(jī)啟停和報(bào)警信號(hào)等 這時(shí)應(yīng)采用數(shù)字量輸出通道 注意 過程通道分類是以經(jīng)過通道的信號(hào)形式來劃分的 并不以連續(xù)的對(duì)象來劃分 如模擬對(duì)象的模擬量可以轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào) V F變換 連接于數(shù)字輸入通道 同樣 數(shù)字輸出通道完全可以接直流電動(dòng)機(jī) 組成脈沖調(diào)寬控制 PWM K 75228通道開關(guān)量輸入輸出模塊 K 840ISA總線16位開關(guān)量輸入輸出卡 2 2開關(guān)量輸入輸出通道 CPU接口邏輯 輸入輸出電氣接口 2 2 1開關(guān)量輸入輸出通道的一般結(jié)構(gòu)形式 1 CPU接口邏輯這部分電路一般由數(shù)據(jù)總線緩沖器 驅(qū)動(dòng)器 輸入輸出口地址譯碼器 讀寫等控制信號(hào)組成 2 輸入緩沖器和輸出鎖存器輸入緩沖器是對(duì)外部輸入的信號(hào)起緩沖 加強(qiáng)以及選通的作用 CPU通過讀緩沖器讀入數(shù)據(jù) 輸出鎖存器的作用是鎖存CPU送來的輸出數(shù)據(jù) 供外部設(shè)備使用 輸入緩沖器和輸出鎖存器可以使用各種可編程的外圍接口電路 也可以使用簡(jiǎn)單的中小規(guī)模集成電路 3 輸入輸出電氣接口典型的開關(guān)量輸入輸出電氣接口的功能主要是濾波 電平轉(zhuǎn)換 隔離和功率驅(qū)動(dòng)等 各種開關(guān)量輸入輸出通道的主要區(qū)別在于I O電氣接口 2 2 2開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理 開關(guān)量輸入通道的基本功能是接收外部的以邏輯 1 或邏輯 0 出現(xiàn)的狀態(tài)信號(hào) 其信號(hào)的形式可能是電壓 電流或開關(guān)的觸點(diǎn) 在有些情況下 外部輸入的信號(hào)可能會(huì)引起瞬時(shí)的高電壓 過電壓 接觸抖動(dòng)以及噪聲等干擾 為了將外部的開關(guān)量信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī) 必須將現(xiàn)場(chǎng)輸入的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換 保護(hù) 濾波 隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接收的邏輯信號(hào) 這就是開關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)理的任務(wù) 1 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 電壓電流 高低電平 可根據(jù)電壓電流的大小選擇電阻值 開關(guān)通 斷輸入 高低電平 2 濾波電路 由于長(zhǎng)線傳輸 電路 空間等干擾的原因 輸入信號(hào)常常夾雜著各種干擾信號(hào) 這些干擾信號(hào)有時(shí)可能使讀入信號(hào)出錯(cuò) 這就需要用濾波電路來消除干擾 RC低通濾波電路 高頻信號(hào)輸入時(shí)經(jīng)過C進(jìn)入地 高低電平 這種電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間會(huì)有一個(gè)延遲 可根據(jù)需要來調(diào)整RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù) 3 保護(hù)電路 為了防止因過電壓 瞬態(tài)尖峰或反極性信號(hào)損壞接口電路 在開關(guān)量輸入電路中 應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施 齊納二極管 壓敏電阻 在一定電流電壓范圍內(nèi)電阻值隨電壓而變 將瞬態(tài)尖峰干擾箝位在安全電位 反極性保護(hù) 高壓保護(hù) 加反極性電壓二極管截止斷開 穩(wěn)壓管 4 消除觸點(diǎn)抖動(dòng) 若開關(guān)量輸入信號(hào)來自機(jī)械開關(guān)或繼電器觸點(diǎn) 由于開關(guān)觸點(diǎn)閉合及斷開時(shí) 常常會(huì)發(fā)生抖動(dòng) 因此 輸入信號(hào)的前沿及后沿常常是非清晰信號(hào) 雙向消抖電路 RS觸發(fā)器 利用RS觸發(fā)器的狀態(tài)不變消除抖動(dòng) 5 光電隔離技術(shù) 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力 常需將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制對(duì)象和計(jì)算機(jī)部分在電氣上隔離開來 光耦合器 發(fā)光二極管 光敏三極管 基極為光敏材料 有光照時(shí)產(chǎn)生光電效應(yīng) 有光時(shí) 基極導(dǎo)通 集電極輸出低電平 無光時(shí) 基極截止 集電極輸出高電平 輸入和輸出在電氣上完全隔離 電 光 電 光耦合器的輸入驅(qū)動(dòng)電路 輸入側(cè) 工作電流一般為10mA工作電壓一般小于1 3V 直接驅(qū)動(dòng) 加三極管驅(qū)動(dòng) 雙極型晶體管組成的門電路 單極型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管組成的門電路 輸出測(cè) 直接驅(qū)動(dòng)TTLMOS等電路器件 1 0 導(dǎo)通 0 截止 1 0 1 截止 1 飽和導(dǎo)通 0 將輸入側(cè)的信號(hào)傳遞到了輸出側(cè) 由于E1 E2兩電源不共地 才能有效避免輸入端 輸出端相互間的反饋和干擾 因此輸入側(cè)與輸出側(cè)電氣上無任何聯(lián)系 用光耦合器隔離開關(guān)信號(hào)的電路圖 開關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)理電路 濾除高頻干擾 瞬態(tài)尖峰保護(hù)電路 R2限流電阻 過電壓保護(hù) 反電壓保護(hù) 隔離 S閉合 回路有電流流過 光耦中的發(fā)光管發(fā)光 光敏管導(dǎo)通 數(shù)據(jù)線上為低電平 即輸入信號(hào)為0時(shí)對(duì)應(yīng)開關(guān)S閉合 反之 1對(duì)應(yīng)S斷開 降壓 整流 2 2 3開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路 1 小功率驅(qū)動(dòng)電路 一般用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管 LED顯示器 小功率繼電器等元件或裝置 要求電路的驅(qū)動(dòng)能力一般為10 40mA 可采用小功率的三極管或集成電路如75451 75452等來驅(qū)動(dòng) 0 1 導(dǎo)通 集電極電流驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光 2 中功率驅(qū)動(dòng)電路 常用于驅(qū)動(dòng)中功率繼電器 電磁開關(guān)等裝置 一般要求具有50 500mA的驅(qū)動(dòng)能力 可采用達(dá)林頓復(fù)合晶體管或中功率三極管來驅(qū)動(dòng) 0 1 0 保護(hù)二極管構(gòu)成負(fù)荷線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)的泄流回路 目前常用達(dá)林頓陣列驅(qū)動(dòng)器如MC1412 MC1413 MC1416等來驅(qū)動(dòng)中功率負(fù)載 圖2 14是MC1416的結(jié)構(gòu)圖及每個(gè)復(fù)合管的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MC1416內(nèi)含7對(duì)達(dá)林頓復(fù)合管 每個(gè)復(fù)合管的集電極電流可達(dá)500mA 輸出端耐壓可達(dá)100V 特別適合于驅(qū)動(dòng)中功率繼電器 3 固態(tài)繼電器及其使用方法 固態(tài)繼電器 SSR 是一種新型的無觸點(diǎn)開關(guān)的電子繼電器 它利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制回路與負(fù)載回路之間的電隔離和信號(hào)的耦合 而且沒有任何可動(dòng)部件或觸點(diǎn) 卻能實(shí)現(xiàn)電磁繼電器的功能 故稱為固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器 SSR 是一種四端有源器件 其中兩個(gè)低功耗輸入控制端可與TTL及CMOS電平兼容 另外兩個(gè)為晶閘管輸出端 輸入輸出間采用光電隔離 SSR 單向直流型 DCSSR 雙向交流型 ACSSR 過零觸發(fā)型 Z型 調(diào)相型 P型 光耦隔離電路 在輸入輸出之間起信號(hào)傳遞作用 同時(shí)使兩端在電氣上完全隔離 過零檢測(cè) 為交流型SSR過零觸發(fā)而設(shè)置 觸發(fā)電路 為后級(jí)提供一個(gè)觸發(fā)信號(hào) 是電子開關(guān) 三極管或晶閘管 能可靠地導(dǎo)通 電子開關(guān) 接通或斷開負(fù)載電源 保護(hù)電路 防止電源的尖峰和浪涌對(duì)開關(guān)電路產(chǎn)生干擾造成開關(guān)的誤操作或損害 一般由RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和壓敏電阻組成 過零型 調(diào)相型 具有零電壓開啟 零電流關(guān)斷的特點(diǎn) 輸出端在控制信號(hào)有效并保持到過零時(shí)導(dǎo)通 控制信號(hào)消失后 過零時(shí)關(guān)斷 又稱隨機(jī)開啟型固態(tài)繼電器 具有快速開啟性能 輸出端隨控制信號(hào)同步導(dǎo)通 控制信號(hào)消失后 過零時(shí)關(guān)斷 固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)方法 SSR在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的同時(shí)本身也需驅(qū)動(dòng) 2 2 4開關(guān)量輸入輸出通道的設(shè)計(jì) 1 設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問題 主要應(yīng)考慮輸入信號(hào)的拾取 轉(zhuǎn)換 濾波 保護(hù) 隔離以及輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)等問題 1 開關(guān)狀態(tài)型開關(guān)量輸入信號(hào)的拾取 這是最常見的一種開關(guān)量輸入形式 如生產(chǎn)設(shè)備或過程中某個(gè)開關(guān)或繼電器的斷開與閉合等 這種類型的開關(guān)量可通過前面已介紹的轉(zhuǎn)換電路將開關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電平的高低 2 位置型開關(guān)量輸入信號(hào)的拾取 這種類型的開關(guān)量輸入信號(hào)需要通過合適的傳感器來拾取 常用的有行程開關(guān) 光電裝置及干簧繼電器等 3 計(jì)數(shù)型開關(guān)量輸入信號(hào)的拾取 這種類型的開關(guān)量輸入信號(hào)也需通過合適的傳感器來拾取 如用于測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)可使用光電對(duì)管 霍爾傳感器 光電編碼器等 測(cè)量位移時(shí)可使用光柵 磁柵等 2 開關(guān)量輸入輸出通道設(shè)計(jì)實(shí)例 典型的16路開關(guān)量輸入輸出通道原理圖 輸入緩沖器輸出鎖存器 輸入光耦合器 輸出光耦合器 達(dá)林頓管 鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣 若鍵盤上閉合鍵的識(shí)別是由專用硬件實(shí)現(xiàn)的 稱為編碼鍵盤 若靠軟件實(shí)現(xiàn)的 則為非編碼鍵盤 2 3人機(jī)接口 鍵盤 2 3 1非編碼鍵盤 非編碼鍵盤是由一些按鍵排列成的一個(gè)行 列矩陣 按鍵的作用只是簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)開關(guān)的接通或斷開 但必須有一套相應(yīng)的程序與之配合 來解決按鍵的識(shí)別 鍵值的產(chǎn)生以及防止抖動(dòng)等工作 因此 鍵盤接口電路和軟件程序必須解決以下一些問題 檢查是否有鍵按下若有鍵按下 判斷是哪一個(gè)鍵并確定其鍵號(hào)或鍵值去抖動(dòng)處理多鍵同時(shí)按下鍵輸入軟件處理 一個(gè)電壓信號(hào)是通過機(jī)械觸點(diǎn)的閉合 斷開過程來實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞的 抖動(dòng)時(shí)間一般為5 10ms 按鍵的穩(wěn)定閉合期為幾百毫秒到幾秒鐘時(shí)間 為了保證CPU對(duì)按鍵閉合僅作一次鍵輸入處理 必須去除抖動(dòng)影響 通?？捎糜布蜍浖訒r(shí)10ms處理 對(duì)于同時(shí)有兩個(gè)以上的鍵被按下的情況 有兩種處理方法 雙鍵同時(shí)按下 用軟件掃描鍵盤處理 當(dāng)只有一個(gè)鍵按下時(shí)才讀取鍵盤的輸出 并認(rèn)為最后按下的鍵為有效鍵 N鍵鎖定 多鍵按下時(shí)只處理一個(gè)鍵 任何其他按下又松開的鍵不產(chǎn)生任何鍵值 通常第一個(gè)被按下或最后一個(gè)被松開的鍵產(chǎn)生鍵值 當(dāng)有鍵按下時(shí) 單片機(jī)應(yīng)能夠完成該按鍵所設(shè)定的功能 鍵盤通過接口與CPU連接 CPU采用查詢或中斷方式檢查有無鍵按下 再將該鍵號(hào)送A 然后通過散轉(zhuǎn)指令JMP A DPTR轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵功能的處理程序入口 最后又返回到鍵盤管理程序的入口 1 獨(dú)立式連接的非編碼鍵盤 每一個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I O線每根I O線上的按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I O線的工作狀態(tài) 0 1 CPU輸入P1口狀態(tài)用查詢指令可方便地判斷哪一個(gè)鍵被按下 適用于按鍵數(shù)量較少情況 鍵值輸入采用查詢方式程序清單如下 START MOVA 0FFHMOVP1 AMOVA P1JNBACC 0 P1 0JNBACC 1 P1 1JNBACC 2 P1 2JNBACC 3 P1 3JNBACC 4 P1 4JNBACC 5 P1 5JNBACC 6 P1 6JNBACC 7 P1 7 置P1為輸入狀態(tài) 讀引腳有效 輸入按鍵狀態(tài)供查詢用 若直接尋址的位值為0 則執(zhí)行轉(zhuǎn)移 0號(hào)鍵按下轉(zhuǎn) 1號(hào)鍵按下轉(zhuǎn) 2號(hào)鍵按下轉(zhuǎn) 3號(hào)鍵按下轉(zhuǎn) 4號(hào)鍵按下轉(zhuǎn) 5號(hào)鍵按下轉(zhuǎn) 6號(hào)鍵按下轉(zhuǎn) 7號(hào)鍵按下轉(zhuǎn) 按鍵查詢 JMPSTARTP1 0 LJMPPORT0P1 1 LJMPPORT1 P1 7 LJMPPORT7 若無鍵按下返回接著查詢 轉(zhuǎn)0 7號(hào)鍵處理程序入口 鍵功能轉(zhuǎn)移 PORT0 LJMPSTARTPORT1 LJMPSTART PORT7 LJMPSTART 0號(hào)鍵處理程序 從0號(hào)鍵程序執(zhí)行完返回 1號(hào)鍵處理程序 從1號(hào)鍵程序執(zhí)行完返回 7號(hào)鍵處理程序 從7號(hào)鍵程序執(zhí)行完返回 8個(gè)鍵號(hào)處理程序 2 矩陣式連接非編碼鍵盤 矩陣式又稱為行列式 在按鍵數(shù)量較多時(shí) 可以少占用I O線 用I O線組成行 列結(jié)構(gòu) 行 列線不相通 而是通過一個(gè)按鍵設(shè)置在行 列交叉點(diǎn)上來連通 若需要設(shè)置N M個(gè)按鍵 則需要M N根I O線 矩陣式鍵盤工作原理 4行 4列鍵盤 0 有鍵按下對(duì)應(yīng)列為0 列線Y行線X01111011 10000100 84H 4號(hào)鍵對(duì)應(yīng)的鍵值 CPU操作時(shí) 先輸出行有效信號(hào) 再輸入列信號(hào) 經(jīng)過拼裝 求反得到鍵值 利用鍵值對(duì)應(yīng)的唯一性來識(shí)別鍵盤上所有的鍵 矩陣式非編碼鍵盤接口及程序設(shè)計(jì) 鍵盤接口 掃描輸出口 輸入口 設(shè)A口地址0101H C口地址0103H 子程序 鍵盤掃描程序中要調(diào)用兩個(gè)子程序 DIRLED顯示器顯示子程序 程序略 該程序具有延時(shí)功能 其延時(shí)時(shí)間為6ms KS1判斷子程序 該程序判斷是否有鍵閉合 程序如下 KS1 MOVDPTR 0101HMOVA 00HMOVX DPTR AINCDPTRINCDPTRMOVXA DPTRCPLAANLA 0FHRET 指向A口 A口掃描輸出00H 行信息 指向C口 輸入C口數(shù)據(jù) 列信息 將累加器A按位取反 判斷是否有某列輸入為0 將累加器A內(nèi)容與后面數(shù)值按位與 屏蔽A的高四位 C口只有低4位有用 執(zhí)行KS1判斷子程序的結(jié)果是 有鍵閉合 A 0 無鍵閉合 則 A 0 KEY1 ACALLKS1JNZLK1NI ACALLDIRAJMPKEY1LK1 ACALLDIRACALLDIRACALLKS1JNZLK2ACALLDIRAJMPKEY1LK2 MOVR2 0FEHMOVR4 00H 鍵盤掃描程序 檢查是否有鍵閉合 A非0 有鍵閉合 則轉(zhuǎn)移 顯示一次 延時(shí)6ms 顯示兩次 延時(shí)12ms 去抖動(dòng) 再檢查是否有鍵閉合 A非0 確實(shí)有鍵閉合 則轉(zhuǎn)移 無鍵閉合 延時(shí)6ms后轉(zhuǎn)KEY1 掃描初值送R2 掃描行號(hào)送R4 LK4 MOVDPTR 0101HMOVA R2MOVX DPTR AINCDPTRINCDPTRMOVXA DPTRJBACC 0 LONEMOVA 00HAJMPLKPLONE JBACC 1 LTWOMOVA 08HAJMPLKP 指向A口 掃描初值送A口 行信息 指向C口 輸入C口數(shù)據(jù) 列信息 ACC 0 1 第1列無鍵閉合 轉(zhuǎn)LONE 第1列有鍵閉合 裝第1列列值 ACC 1 1 第2列無鍵閉合 轉(zhuǎn)LTWO 第2列有鍵閉合 裝第2列列值 LTWO JBACC 2 LJHRMOVA 10HAJMPLKPLTHR JBACC 3 NEXTMOVA 18HLKP ADDA R4PUSHALK3 ACALLDIRACALLKS1JNZLK3POPARET ACC 2 1 第3列無鍵閉合 轉(zhuǎn)LTHR 第3列有鍵閉合 裝第3列列值 第4列有鍵閉合 裝第4列列值 ACC 3 1 第4列無鍵閉合 轉(zhuǎn)NEXT 計(jì)算鍵值 保護(hù)鍵值 若鍵起 鍵值送A 延時(shí)6ms 查鍵是否繼續(xù)閉合 若閉合再延時(shí) NEXT INCR4MOVA R2JNBACC 7 KNDRLAMOVR2 AAJMPLK4KND AJMPKEY1 鍵盤掃描程序的運(yùn)行結(jié)果是把閉合鍵鍵值放在累加器A中 然后再根據(jù)鍵值進(jìn)行下一步工作 本程序鍵值未求反處理 掃描行號(hào)加1 第7位為0 已掃完最高行 轉(zhuǎn)KND 掃描初值循環(huán)左移1位 掃描下一行 掃描完畢 開始新的一次掃描 2 3 2編碼鍵盤 非編碼鍵盤是通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描 鍵值處理和消除抖動(dòng)干擾的 這將占用較多的CPU時(shí)間 在一個(gè)較大的控制系統(tǒng)中 不可能允許CPU總是執(zhí)行鍵盤程序 下面以二進(jìn)制編碼鍵盤為例 介紹一種用硬件方法來識(shí)別鍵盤和解決抖動(dòng)干擾的鍵盤編碼器及其接口電路 優(yōu)先級(jí)最高 優(yōu)先級(jí)最低 S0 S15中任意一個(gè)鍵被按下 由編碼位D3 D0均可輸出相應(yīng)的4位二進(jìn)制碼 消抖電路 常用的顯示器件主要有發(fā)光二極管LED和液晶顯示器LCD 2 4 1發(fā)光二極管LED顯示 1 7段LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理 由7個(gè)發(fā)光二極管組成顯示字段 并按 8 字形排列 7段發(fā)光管分別稱為a b c d e f g 有的還帶有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)dp 將7段發(fā)光二極管陰極都連在一起 稱為共陰極接法 當(dāng)某個(gè)字段的陽極為高電平時(shí) 對(duì)應(yīng)的字段就點(diǎn)亮 共陽極接法是將LED顯示器的所有陽極并接后連到 5V電源上 當(dāng)某一字段的陰極為0時(shí) 對(duì)應(yīng)的字段就點(diǎn)亮 通過7段的不同組合控制 可以在 8 字形上顯示0 9和A F共16個(gè)數(shù)字 字母 實(shí)現(xiàn)十六進(jìn)制顯示 要求用兩種連接方法分別顯示一個(gè)0字符 對(duì)于共陰極接法 當(dāng)加到陽極的數(shù)字量為00111111B 3FH時(shí) 除g dp不發(fā)光外 其他6段均發(fā)光 顯示 0 對(duì)于共陽極接法 當(dāng)加到陰極的數(shù)字量為11000000B C0H時(shí) 顯示 0 由此看出 共陽極接法的段選碼與共陰極接法的段選碼是邏輯 非 關(guān)系 LED段選碼和顯示字符之間的關(guān)系 自己導(dǎo)出8 F的段選碼 注意 字母的大小寫 16個(gè)顯示字符之間不要有重復(fù) 2 LED顯示器兩種顯示方式 點(diǎn)亮LED顯示器有兩種方式 靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示 以共陰極接法為例說明 1 LED靜態(tài)顯示方式 將N位共陰極LED顯示器的陰極連在一起接地 每一位LED的8位段選線與一個(gè)8位并行口相連 當(dāng)顯示某一個(gè)字符時(shí) 相應(yīng)的發(fā)光二極管就恒定地導(dǎo)通或截止 4位靜態(tài)LED顯示電路 陰極接地 8位段選線 8位并行口 輸出段選碼 每一位LED可獨(dú)立顯示 在同一時(shí)間里每一位顯示的字符可以各不相同 靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是所需驅(qū)動(dòng)電流較小 可以由8155或8255直接驅(qū)動(dòng) 顯示穩(wěn)定 缺點(diǎn)是N位LED要求有N 8位I O口線 占用I O口線太多 故多在顯示位數(shù)較少時(shí)使用 2 LED動(dòng)態(tài)顯示方式 將多個(gè)7段LED顯示器的段選線復(fù)接在一起 只用一個(gè)8位I O控制各個(gè)LED顯示器的公共陰極輪流接地 逐一掃描點(diǎn)亮 使每位LED顯示該位應(yīng)當(dāng)顯示的字符 恰當(dāng)?shù)剡x擇點(diǎn)亮LED的時(shí)間間隔 1 5ms 會(huì)給人一種視覺暫停效應(yīng) 似乎多位LED都在 同時(shí) 顯示 8位LED動(dòng)態(tài)顯示原理圖 8位段選線 位選碼 選中一位 0 輸出段選碼 動(dòng)態(tài)顯示需要位選碼 可由編程得到 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示都需要段選碼 段選碼可由硬件和軟件兩種方法得到 3 用硬件譯碼的8位靜態(tài)LED顯示接口電路 在單片機(jī)顯示中 要求LED顯示十進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù) 因此在選擇硬件譯碼器時(shí) 要能夠完成對(duì)輸入BCD碼及十六進(jìn)制數(shù)的鎖存 譯碼并具有直接驅(qū)動(dòng)LED功能 MC14495譯碼器輸入輸出及顯示字符表 使用MC14495的8位靜態(tài)LED顯示接口 P1口一次輸出8位代碼即可完成一位LED靜態(tài)顯示 段選碼 決定哪一個(gè)MC14495有效 4 用軟件譯碼的8位動(dòng)態(tài)LED顯示接口電路 8155 使用8155擴(kuò)展的8位動(dòng)態(tài)LED顯示接口 8位動(dòng)態(tài)LED顯示程序設(shè)計(jì)要點(diǎn) 8155初始化 設(shè)定PA PB口工作在輸出狀態(tài) 控制字為03H 代碼轉(zhuǎn)換 PB口輸出段選碼 在EPROM中開辟一個(gè)換碼表 由指令查表取出段選碼 位選碼形成 PA口輸出位選碼 從最左邊第1位LED開始 然后右移一位選擇左邊第2位 依次輪流 在兩次輸出之間延時(shí)1ms 形成動(dòng)態(tài)顯示 10H 11H 12H 13H 14H 15H 16H 17H LED顯示緩沖區(qū) 存放待顯數(shù)據(jù) RAM 送左1LED 送左2LED 送最右LED 和位選碼的順序?qū)?yīng) DIS MOVA 03HMOVDPTR 7F00HMOVX DPTR AMOVR0 10HMOVR3 7FHMOVA R3LDO MOVDPTR 7F01HMOVX DPTR AMOVA R0MOVDPTR TABLEMOVCA A DPTRMOVDPTR 7F02HMOVX DPTR A 8155初始化 顯示緩沖區(qū)首地址送R0 位選碼初值送R3 位選碼初值送A 指向PA口地址 從PA口輸出位選碼 取待顯示數(shù)據(jù)送A 指向換碼表首地址 查表取出對(duì)應(yīng)段選碼 指向PB口地址 從PB口輸出段選碼 TABLE DB3FH 對(duì)應(yīng)字符0DB06H 對(duì)應(yīng)字符1DB5BH 對(duì)應(yīng)字符2DB4FH 對(duì)應(yīng)字符3DB66H 對(duì)應(yīng)字符4DB6DH 對(duì)應(yīng)字符5DB7DH 對(duì)應(yīng)字符6DB07H 對(duì)應(yīng)字符7DB7FH 對(duì)應(yīng)字符8DB6FH 對(duì)應(yīng)字符9DB77H 對(duì)應(yīng)字符ADB7CH 對(duì)應(yīng)字符BDB39H 對(duì)應(yīng)字符CDB5EH 對(duì)應(yīng)字符DDB79H 對(duì)應(yīng)字符EDB71H 對(duì)應(yīng)字符F ACALLDLLMOVA R3JNBACC 0 LD1RRAMOVR3 AINCR0LJMPLD0LD1 RET 調(diào)用延時(shí)1ms子程序 再次把位選碼送A 判斷8位LED是否顯示完 顯示完返回 未顯示完 0右移一位 變成下一位位選碼 新的位選碼存入R3 指向下一個(gè)RAM顯示地址 轉(zhuǎn)回 顯示下一個(gè)數(shù)碼 軟件延時(shí)1ms子程序 相對(duì)于8031為6MHz時(shí)鐘 DLL MOVR7 64HDLAY NOPNOPNOPDJNZR7 DLAYRET 一個(gè)機(jī)器周期為2 s 賦值循環(huán)次數(shù) 100 執(zhí)行需要12 s 達(dá)到延時(shí)1ms的目的 2 4 2LCD顯示接口技術(shù) 液晶就是液態(tài)晶體 LiquidCrystal 是一種不屬于上述三態(tài)中任何一種狀態(tài)的中間狀態(tài) 通常將物質(zhì)分為三態(tài) 固態(tài) 液態(tài)和氣態(tài) 液晶是外觀呈流動(dòng)性的混濁液體 具有光學(xué)各向異性和晶體所特有的雙折射性 能在某個(gè)溫度范圍內(nèi)兼有液體和晶體二者特性 也有人將其稱為物質(zhì)的第四態(tài) 用液晶材料做成顯示器就稱為液晶顯示器 LiquidCrystaldisplay 簡(jiǎn)稱LCD 液晶的顯示是由于在顯示像素上施加了電場(chǎng) 這個(gè)電場(chǎng)是顯示像素前后兩電極上的電位信號(hào)的合成 由于直流電場(chǎng)容易使液晶的壽命降低 因此一般都只建立交流電場(chǎng) 通過調(diào)整施加在液晶顯示器電極上的電位信號(hào)的相位來建立驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)以實(shí)現(xiàn)顯示 1 LCD的驅(qū)動(dòng)方式 1 靜態(tài)驅(qū)動(dòng) 顯示像素的數(shù)量較少 各像素的背電極BP連在一起引出一端 各像素的段電極SEG分立引出 在背電極BP上加一個(gè)正電壓 如5V 在所要顯示的像素的段電極上加上0V電壓 該像素電極間的電位差便為UBP USEGf 5V 呈顯示狀態(tài) 不顯示像素的段電極加上5V電壓 該像素電極間的電位差便為UBP USEGa 0V 呈不顯示狀態(tài) 液晶每個(gè)像素顯示時(shí)要求加交流電 2 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng) 顯示像素的數(shù)量較多 采用矩陣結(jié)構(gòu) 水平一組顯示像素的背電極連在一起引出 稱為行電極 又稱為公共極 用COM表示 縱向一組顯示像素的段電極連在一起 稱之為段電極 又稱為列電極 用SEG或COL表示 某位像素顯示需要該點(diǎn)的行電壓和列電壓的電位差最大 2 點(diǎn)陣圖形式液晶顯示器的使用 點(diǎn)陣圖形式液晶顯示器的顯示面積較大 顯示像素是連續(xù)排列的 不僅可以顯示任意字符 也可以顯示各種曲線和圖形 同時(shí)圖形與字符還可以實(shí)現(xiàn)與 或 異或等邏輯組合 然后再混合顯示 以顯示模塊DMF5001N為例介紹 液晶屏 防靜電保護(hù)裝置 數(shù)據(jù)線 控制線 特點(diǎn)地址安排指令系統(tǒng) DMF5001N液晶顯示器的應(yīng)用 DMF5001N液晶顯示模塊與單片機(jī)接口的實(shí)際應(yīng)用電路 指令數(shù)據(jù)控制信號(hào) P1 7 0寫狀態(tài)P1 7 1讀狀態(tài) DMF5001N液晶顯示器初始化流程圖 寫指令 數(shù)據(jù)流程圖 要寫入的指令放在指令緩沖區(qū)R5中 要寫入的數(shù)據(jù)D2 D1放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)R2 R3內(nèi) 初始化程序如下 FMAT MOVR2 05HDALY1 MOVR3 00HDALY2 MOVR4 00HDALY3 DJNZR4 DALY3DJNZR3 DALY2DJNZR2 DALY1MOVR5 9DHLCALLBSC 延時(shí) 使LCD充分復(fù)位 設(shè)置為文本圖形混合方式 光標(biāo)閃爍但暫隱藏 LCD忙否 進(jìn)行指令操作 MOVR5 0A7HLCALLBSCMOVR2 00HMOVR3 00HMOVR5 21HLCALLBSDMOVR5 81HLCALLBSCMOVR2 5AHMOVR3 00HMOVR5 40HLCALLBSD 設(shè)置光標(biāo)大小 光標(biāo)坐標(biāo)初始化為0行0列 LCD忙否 不忙進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作 設(shè)置文本和圖形異或方式顯示 數(shù)據(jù)文本緩沖區(qū)首址為5A00H MOVR3 14HMOVR2 00HMOVR5 41HLCALLBSDMOVR2 50HMOVR3 00HMOVR5 42HLCALLBSDMOVR3 14HMOVR2 00HMOVR5 43HLCALLBSDRET 設(shè)置文本寬度為20列 圖形緩沖區(qū)首地址5000H 圖形寬度為20列 BSC LCALLWAITMOVA R5MOVX DPTR ARET LCD忙否 讀取指令 給液晶顯示器寫指令 BSD LCALLWAITCLRP1 7MOVA R3MOVX DPTR AINCDPTRMOVA R2MOVX DPTR ALCALLBSCRET LCD忙否 準(zhǔn)備寫數(shù)據(jù) 寫 R3 數(shù)據(jù)D1 寫 R2 數(shù)據(jù)D2 寫 R5 指令 WAIT MOVDPTR 0000HSETBP1 7MOVXA DPTRANLA 03HCJNEA 03H WAITRET 選中LCD 準(zhǔn)備讀狀態(tài) 讀LCD狀態(tài) 取STA1 STA0位 檢查L(zhǎng)CD忙否忙 繼續(xù)等 不忙 去執(zhí)行BSC或BSD DMF5001N液晶顯示器的顯示字符 圖形數(shù)據(jù)輸入通常采用連續(xù)寫的方式