项目4 单片机接口技术(课件）-《单片机技术与应用》同步教学（电子工业版）

项目4 单片机接口技术 任务4-1 开关状态数码显示电路设计与仿真 1.任务分析 单片机制作一个拨码开关状态数码管显示电路，使用4位拨码开关作为输入，1位共阴极数码管作为输出，数码管对应4位拨码开关的二进制输入相应显示十六进制全部字符即0-9、a-f。 2.电路设计 #include <reg51.h> //预处理命令，定义51单片机各寄存器的存储器映射 unsigned char led[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f， 0x77, 0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; //定义数组led存放0-9、a-f的字形码 void delay(unsigned char i); //延时函数声明 void main() //主函数 { unsigned char i; //定义无符号字符型变量i while(1) { P1=0x00; //P1口清0 i=P1; //P1口接收状态赋值给变量i P0=led[i]; //将数组中字形编码赋值给P0口 delay(200); } } void delay(unsigned char i) //延时函数 { unsigned char j,k; //定义无符号字符型变量j和k for(k=0;k<i;k++) //双重for循环语句实现软件延时 for(j=0;j<255;j++); } 相关知识 4.1数组的概念 数组就是把若干个相同数据类型的元素按一定顺序排列的集合，并把各元素用统一的名字命名，然后用编号进行区分，这个名字称为数组名，编号称为下标。数组中各个元素称为数组的分量，也称为数组元素，每个数组元素由数组名和下标唯一标识。数组可以用相同名字引用一系列变量，当需要处理若干相同类型的数据时，可以缩短和简化程序，便于程序设计。 在Ｃ语言中，数组属于构造数据类型。按数组元素的数据类型可分为：数值数组、字符数组、指针数组等；按照数组维度可分为：一维数组、二维数组、多维数组等。 1.一维数组 1）一维数组定义及数组元素的引用 一维数组就象数学中的数列，各元素排成一排，只需一个下标就可以确定数组元素相对位置。程序设计时，要想使用数组，必须先要对其进行定义。 一维数组定义形式为： 类型说明符 数组名[常量表达式]； 说明： （1）类型说明符：定义了数组中每一个元素的数据类型，同一个数组，所有数组元素具有相同的数据类型； （2）数组名：由用户定义，但不能与其他变量重名。命名规则遵循标识符命名规则（由字母、数字和下划线组成，第一位必须是字母或者下划线，不能是数字）； （3）常量表达式：表示数组长度，即数组元素的总个数，可以为常量和符号常量，不能为变量，数组定义后其长度固定不能改变。 数组元素是组成数组的基本单元，必须先定义数组，才能使用数组元素。C语言中使用数组时不能一次引用整个数组，只能对数组元素进行依次引用。 数组元素的一般表示形式： 数组名[下标] 说明： （1）下标表示元素在数组中的位置，只能是整型常量或整型表达式； （2）下标不能越界。 2）一维数组初始化 数组的初始化是指在定义数组时对数组元素进行赋值，一般格式为： 类型说明符 数组名[数组长度]={各数组元素值}； 例如：int n[5]={0,1,2,3,4,}; //则 n[0]=0，n[1]=1，... 数组初始化有以下2种方法： （1）对全部数组元素赋初值。 例如：char a[8]={1,2,3,4,5,6,7,8}; 此时数组定义中数组长度可以省略不写，根据数组元素的个数判断其长度。 例如：char b[ ]={1,2,3,4,5}; //等价于char b[5]={1,2,3,4,5}； （2）对部分数组元素赋初值。 例如：char a[8]={1,2,3}; //只给前3个数组元素赋初值，其余元素值为0。 例如：char a[8]={0}; //表示数组元素值全部为0。 2．二维数组 1）二维数组定义及数组元素的引用 二维数组就象数学中的矩阵，各元素先排成排，各排再排成列。需要两个下标才能唯一确定出数组元素。二维数组定义形式为： 类型说明符 数组名[常量表达式1] [常量表达式2]； 说明：（1）常量表达式1：表示第一维下标长度（行数）。 （2）常量表达式2：表示第二维下标长度（列数）。 二维数组元素的一般表示形式： 数组名[下标1][下标2] 说明：（1）下标1为行标，下标2为列标共同确定元素在数组中位置，只能是整型常量或整型表达式； （2）下标不能越界。 2）二维数组初始化 （1）对全部数组元素赋初值。 分行赋值 char b[2][4]={{1,2,3,4},{5,6,7,8}}；赋值后数组个元素为 按行连续赋值 char b[2][4]={1,2,3,4,5,6,7,8}；赋值后数组个元素为 对全部数组元素赋初值时，可省略第一位长度。 char b[][4]={1,2,3,4,5,6,7,8}；赋值后数组个元素为 （2）对部分数组元素赋初值，未赋值元素自动取0。 分行赋值 int c[2][3]={{2,3},{5,6}}；赋值后数组个元素为 或int c[2][3]={{2},{1,9}}；赋值后数组个元素为 按行连续赋值。 int c[2][3]={0,1,2,3}；赋值后数组个元素为 3．字符型数组 字符型数组也是一维或二维数组，它的数组元素都是字符型变量。字符数组的定义、引用和初始化方法与一维数组相同。 例如： char num[5]; //定义字符型数组num,数组中有5个数组元素 char num[5]={‘h’,‘a’，‘p’，‘p’，‘y’}; //数组初始化 注：数组元素值由‘’括起。若只对部分元素赋值，则未赋值元素系统赋予空格字符‘\0’。 也可用字符串常量赋值，例如： char num[5]={“happy”}; 或char num[5]=“happy”; 4.2单片机与数码管接口 在单片机应用系统中，显示装置是一个重要的人机交互设备之一，是单片机应用系统中最基本的输出设备。常用的显示器件有发光二极管、LED数码管、点阵和LCD液晶显示器等。如果应用系统中只需要显示简单的数字或字母等信息，例如显示时间、日期、温度、运行状态等，LED数码管可谓是最佳选择，它具有成本低廉、显示清晰易懂、配置简单、性能稳定和使用寿命长等特点，在生活和工业中得到了广泛的应用。 LED数码管由多个发光二极管构成，按照包含发光二极管个数分为七段数码管和八段数码管（八段数码管比七段数码管多一个发光二极管即小数点显示）。通过控制二极管的亮灭组合，可以显示各种数字和字符。 1.LED数码管显示原理 下图为八段数码管的引脚图和内部结构图。 (a) 引脚图 （b）共阴极结构 （c）共阳极结构 数码管按照内部连接方式不同可分为共阴极和共阳极两种结构。 表4-1 数码管共阴极和共阳极特点 共阴极结构（见图4-4（b）） 共阳极结构（见图4-4（c）） 连接方法 8个发光二极管阴极相连作为公共端，接低电平。 8个发光二极管阳极相连作为公共端，接高电平。 点亮方法 阳极作为段控制端，赋高电平，相应发光二极管导通被点亮。 阴极作为段控制端，赋低电平，相应发光二极管导通被点亮。 使用数码管时仅能将其点亮是不够的，还要能控制其显示出相应的数字或字符，通过分析可知需要对段控制端赋相应的段码（又称字型编码）。常用的字形编码如下表所示，当要显示某字符时，可根据需要进行查找。 显示字符 共阴极段码 共阳极段码 显示字符 共阴极段码 共阳极段码 0 3FH C0H c 39H C6H 1 06H F9H d 5EH A1H 2 5BH A4H E 79H 86H 3 4FH B0H F 71H 8EH 4 66H 99H P 73H 8CH 5 6DH 92H U 3EH C1H 6 7DH 82H T 31H CEH 7 07H F8H y 6EH 91H 8 7FH 80H H 76H 89H 9 6FH 90H L 38H C7H A 77H 88H “灭” 00H FFH b 7CH 83H ... ... ... 2．LED数码管显示方法 LED数码管有静态显示和动态显示两种方法。 1）静态显示方法及应用电路 数码管采用静态显示方式时，各位数码管的公共端连接在一起固定的接地或+5V，每个数码管的段控制端（a-dp）分别连接到单片机的一个8位I/O端口。确定显示字符后，由单片机I/O端口输出字型编码，控制数码管显示相应内容，此时各位数码管相互独立，稳定显示，直到接收到新的字型编码为止。 数码管静态显示应用举例。 例：单片机采用静态显示方式控制1位数码管循环显示a、b、c、d。 硬件电路设计： #include <reg51.h> //预处理命令 void delay(unsigned char i) //延时函数 { unsigned char j,k; //定义无符号字符型变量j和k for(k=0;k<i;k++) //双重for循环语句实现软件延时 for(j=0;j<255;j++); } unsigned char led[ ]={0x88,0x83,0xC6,0xA1}; //定义数组led void main() //主函数 { unsigned char i; while(1) { for (i=0;i<4;i++) { P1=led [i]; //字型显示码送段控制口P1 delay(200); } } } 2）动态显示方法及应用电路 数码管动态显示方法又称动态扫描，连接时将多位数码管的段选端（a-dp）并联到一起由一个8位I/O端口控制，每个数码管的位选端（公共端com）分别由一位I/O端口控制。通过位选端赋有效电平选择让哪一位数码管点亮，段选端赋字型编码确定被点亮数码管显示的字符。 动态显示方法就是控制各位数码管分时选通，实现依次轮流点亮，在某一时刻只有一位数码管显示，依次循环即可使各位数码管循环显示需要的内容。要想使多位数码管稳定显示，只需减小间隔时间（小于10ms），让循环显示的速度足够快，由于人眼存在视觉暂留效应，会认为所有数码管共同被点亮。 数码管动态显示应用举例。 例：单片机采用动态显示方式控制4位共阳极数码管动态显示a、b、c、d。 硬件电路设计： #include <reg51.h> //预处理命令 void delay(unsigned char i) //延时函数 { unsigned char j,k; //定义无符号字符型变量j和k for(k=0;k<i;k++) //双重for循环语句实现软件延时 for(j=0;j<255;j++); } void main() //主函数 { unsigned char led[]={0x88,0x83,0xC6,0xA1};//设置字符ABCD字型码 unsigned char i,w; while(1) { w=0x01; //位选码初值为01H for(i=0;i<4;i++) { P2=~w; //位选码取反后送位控制口P2口 w<<=1; //位选码左移一位，选中下一位LED数码管 P1=led[i]; //显示字型码送P1口 delay(50); //延时 } } } 任务4-2 脉冲计数电路设计与仿真 1.任务分析 任务要求采用单片机制作一个脉冲计数电路，利用定时/计数器T0对外部输入脉冲进行计数，并将计数值显示在两位数码管上。 2.电路设计 #include<reg51.h> //预处理命令 sbit P3_0=P3^0; //位定义 sbit P3_1=P3^1; unsigned char dat1,dat0; unsigned char code Num[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8, 0x80,0x90,}; //定义数组存放0~9字形编码 void delay() //延时函数 { unsigned int i,j; for(i=20;i>0;i--) //双重for循环语句实现软件延时 for(j=100;j>0;j--); } void display() //显示函数 { P3_1=0; //选中数码管1 P0=Num[dat0]; //个位数显示 delay(); P3_1=1; P3_0=0; //选中数码管2 P0=Num[dat1]; // 十位数显示 delay(); P3_0=1; } void main(){ TMOD=0x05; //设置T0为计数器，工作方式1 TH0=0x00; //设置计数初值 TL0=0x00; TR0=1; //启动计数器T0 P0=0xff; P3=0xff; while(1){ int dat; //定义整形变量dat dat=TL0; //将计数值赋给dat dat1=dat/10; //计数值的十位数 dat0=dat%10; //计数值的个位数 display(); //调用显示函数 } } 相关知识 4.3定时/计数器 1.定时/计数器结构 51单片机内部有两个16位可编程定时/计数器T0和T1，每个定时/计数器又分别由两个8位特殊功能寄存器组成，T0由高8位TH0和低8位TL0组成，T1由高8位TH1和低8位TL1组成。同时单片机内部还包含一个工作方式控制寄存器TMOD和一个控制寄存器TCON。 2.定时/计数器功能 单片机内部定时/计数器同时具有定时和计数两种功能，都可通过编程实现。 计数功能：单片机定时/计数器可对外部脉冲（外部事件）进行计数。外部脉冲由单片机T0(P3.4)、T1(P3.5)两个引脚输入，输入脉冲下降沿有效，触发加法计数器加1（注：为了保证计数的正确性，要保证输入脉冲高低电平都在一个机器周期以上）。 定时功能：单片机定时/计数器用作定时功能时，也是通过计数实现的，只是对单片机内部机器周期脉冲进行计数。机器周期由震荡脉冲频率决定，如单片机采用6MHZ晶振，一个机器周期为2us; 采用12MHZ晶振，一个机器周期为1us,根据设置计数值，即可确定定时时间（定时时间=机器周期*计数值）。 3.工作方式控制寄存器TMOD TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，是一个8位特殊功能寄存器，其中高4位设置T1，低4位设置T0，设置方式完全相同。TMOD各位含义如下： 控制位 说明 定时/计数器T1 D7 GATE 门控卫 GATE=0：软件启动，设置控制位TR0或TR1为1启动定时器。 GATE=1：软硬件联合启动，在软件启动基础上，还需设置INT0(P3.2)或INT1(P3.3)为1时启动定时器。 D6 C/T 功能选择位 C/T=0:定时器工作方式； C/T=1:计数器工作方式； D5 M1 工作方式选择位 M1M0=00，工作方式0，13位计数器； M1M0=01，工作方式1，16位计数器； M1M0=10，工作方式2，初值自动重载8位计数器； M1M0=11，工作方式3，T0分成2个8位计数器，T1停止计数。 D4 M0 定时/计数器T0 D3 GATE 门控卫 同上GATE。 D2 C/T 功能选择位 同上C/T。 D1 M1 工作方式选择位 同上M1、M0。 D0 M0 4.控制寄存器TCON TCON用于控制定时/计数器启动、停止、溢出及中断。是一个8位特殊功能寄存器，其格式如下： TCON低4位用于控制单片机中断，这里不作介绍。 1）TF1和TF0：定时/计数器T1和T0的溢出中断标志位。 T0或T1计数计满时，由硬件自动将其置1，并向CPU发出中断，中断响应后由硬件自动清零；该位也可做为查询测试标志，此时要及时以软件方式清0。 2）TR1和TR0: 定时/计数器T1和T0的运行控制位。 TR1或TR0位置1时，启动相应定时/计数器；TR1或TR0位置0时，关闭相应定时/计数器。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 定时/计数器 中断 5.定时/计数器工作流程 6.定时/计数器工作方式 1）工作方式0 当TMOD中M1M0=00时，定时/计数器被选为工作方式0，13位定时/计数器，计数范围是0~8191，其最大计数值为8192（即213）。 工作在方式0，16位寄存器只用了13位，其中TL0的高3位未用。下面以定时/计数器T0为例介绍其内部结构。 当C/T=0时，T0为定时功能，对内部机器周期进行计数，TL0低5位计满直接向TH0进位，而TH0溢出时向中断标志位TF0进位申请中断。 定时时间=计数值*机器周期 即：t=(8192-T0初值)*12/时钟频率 （机器周期=1/（时钟频率*1/12）） 当C/T=1时，T0为计数功能，对外部T0（P3.4）输入脉冲进行计数。当外部信号发生“1”到“0”跳变时，计数器加1。 当GATE=0时，软启动方式。此时或门输出恒为1，TR0=1时，定时/计数器T0启动；TR0=0时，定时/计数器T0停止。 当GATE=1时，软硬件共同启动方式。TR0=1同时还需INT0（P3.2）为高电平才能启动定时/计数器T0。 设置计数初值是定时/计数器应用重点，下面介绍设置计数初值方法： 计数值=定时时间/机器周期 计数初值=最大计数值-计数值 计算出来的结果转换为16进制数后分别写入TL0（TL1）、TH0（TH1）。 2）工作方式1 当TMOD中M1M0=01时，定时/计数器被选为工作方式1，16位定时/计数器，计数范围是0~65535，其最大计数值为65536（即216）。 工作方式1与工作方式0内部结构相同，只是计数位数为16位，TH0占高8位，TL0占低8位。 3）工作方式2 当TMOD中M1M0=10时，定时/计数器被选为工作方式2，初值自动重载8位定时/计数器，下面以定时/计数器T0为例介绍其内部结构。 工作方式2时，TL0为8位计数器，TH0为预置寄存器，用于保存计数初值，因此计数范围是0~255，其最大计数值为256（即28）。 在方式0和方式1中，计数计满产生溢出后，计数器里面的值变为0，要想再次计数，必须通过程序语句重新将计数初值送入计数器中，在循环定时和计数应用时，需要反复预置计数初值，影响定时精度。在需要精确定时的场合，可应用工作方式2，编程时，将初值分别付给TL0和TH0，TL0作为计数器开始计数，当计满溢出时，TH0自动将保存的初值装入TL0，重新开始计数。此种方式省去了软件中重装初值的程序，可达到精确定时。 4）工作方式3 当TMOD中M1M0=11时，定时/计数器被选为工作方式3，T0分成2个8位计数器，T1停止计数（只有T0可以设置为工作方式3）。其T0的内部结构如下。 TL0：即可定时也可计数。占用了原定时器T0的控制位、引脚和中断源。 TH0：简单的内部定时功能。占用了定时器T1的控制位TR1和中断标志位TF1。 定时/计数器T0定义为工作方式3时，T1可定义为方式0、方式1和方式2。 定时器方式应用举例。 例：采用单片机内部定时器制作一个5秒定时器，每计时5秒钟蜂鸣器报警提示，然后重新开始计时。 硬件电路设计： #include <reg51.h> sbit P1_0=P1^0; //位定义 unsigned char led[]={0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92}; void delay1s() //采用定时器1实现1秒延时 { unsigned char i; for(i=0;i<20;i++) //设置20次循环次数 { TH1=0x3c; //设置定时器初值为3CB0H TL1=0xb0; TR1=1; //启动T1 while(!TF1); //查询计数是否溢出，即定时50ms时间到，TF1=1 TF1=0; //50ms定时时间到，将T1溢出标志位TF1清零 } } void main() //主函数 { unsigned char i; TMOD=0x10; //设置定时器1工作于方式1 while(1) { P1_0=1; for(i=0;i<5;i++) { P2=led[i]; //字型显示码送段控制口P2 delay1s(); //延时1秒 } P1_0=0; //蜂鸣器报警提示 delay1s(); } } 任务4-3 点阵显示电路设计与仿真 1.任务分析 任务要求采用单片机制作一个8*8的LED点阵显示电路，该任务通过单片机的P0口和P3口连接一个8*8LED点阵，实现在点阵屏上循环显示A、1、B、2。当单片机上电开始运行时，LED点阵屏显示字母A，在经过一点时间后，依次轮流显示1、B、2、A……，一直循环显示运行。 2.电路设计 #include <reg51.h> void delay1ms() //1ms延时子函数 { TH1=(65536-1000)/256; //设置定时器初值 TL1=(65536-1000)%256; TR1=1; //启动T1 while(!TF1); //查询计数是否溢出，即定时50ms时间到，TF1=1 TF1=0; //1ms定时时间到，将T1溢出标志位TF1清零 } void main() //主函数 { unsigned char code led[4][8]={{0xff,0xe7,0xdb,0xbd,0xbd,0x81,0xbd,0xbd}, //A {0xff,0xe7,0xe3,0xe7,0xe7,0xe7,0xe7,0xe7}, //1 {0xff,0xc1,0xbd,0xbd,0xc1,0xbd,0xbd,0xc1}, //B {0xff,0xe1,0xcf,0xcf,0xe3,0xf9,0xf9,0xc1}};//2 //定义4*8二维数组存放A、1、B、2字型码 unsigned char i; unsigned int lie,hang,count; TMOD=0x10; //设置定时器1工作于方式1 while(1) { for(hang=0;hang<4;hang++) //第一维下标取值范围0～3 { count=100; while(count>0) //控制每个字符显示时间 { i=0x01; for(lie=0;lie<8;lie++) //第二维下标取值范围0～7 { P0=i; P3=led[hang][lie]; //将指定数组元素赋值给P3口 delay1ms(); i<<=1; } count--; } } } } 相关知识 4.4单片机与点阵接口电路 LED点阵屏按发光原理可分为单色、双色和全彩三类，可显示红、橙、黄、绿、蓝等多种颜色。常用的LED点阵显示模块有4×4、4×8、5×7、5×8、 8×8、16×16等多种结构，每种结构都是由多个LED发光二极管组成，下面以8×8点阵为例进行详细介绍。 1.LED点阵结构 一个数码管是8个LED发光二极管组成，同理，一个8*8的点阵是由64个LED发光二极管组成。 8*8LED点阵内部的64个发光二极管按矩阵形式排列，构成8行8列，共16个引脚，行引脚为0~7，列引脚为A~H。其内部结构图如下： 2.LED点阵显示原理 由内部结构图可知8*8点阵内部的64个发光二极管全部跨接在行线和列线的交叉点上，根据发光二极管的单向导通性，当某个发光二极管连接的行置高电平（1），列置低电平（0）时，该二极管被点亮。通过控制每个二极管发光，完成各种显示内容。 LED点阵显示类似于数码管，也采用动态扫描的显示方式，即依次点亮各行，进行行扫描（或依次点亮各列，进行列扫描）。 下面以显示心形图形为例，进行过程讲解。 无论显示字符、图形还是文字，都是通过控制组成这些字符、图形或文字的各个点所在位置相对应的二极管发光实现的。通常事先要把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按照显示控制的要求以一定格式形成显示数据。当8*8LED点阵需要显示 时，先要建立一个8*8的方格表，在方格表中按照显示要求填好要显示的内容，见与4-20，黑色的格子表示被点亮，当选中第一行（赋高电平）时，给各列赋值11111111B(FFH)；当选中第二行（赋高电平）时，给各列赋值10011001B(99H)，依次类推，到选中第八行（赋高电平）时，给各列赋值11100111B(E7H)，八行全扫描显示1次，再重新扫描显示第一行，如此不断循环，并使循环显示速度足够快时（应保证扫描8行所用时间之和在20ms以内），既能看到稳定显示整个图形。 3.LED点阵接口技术 使用LED点阵作为显示设备时，可单独使用一片进行简单显示，也可同时使用多片相组合进行较大图片或文字显示。 单片机与一片8*8LED点阵接口电路比较简单，其框图如下： 8*8LED点阵共16个引脚，8个行引脚和8个列引脚，需要占用单片机2个P口进行控制，这里以P3口控制行引脚，P0口控制列引脚为例进行说明。 实际应用中，往往需要进行复杂文字或图像的显示，单独使用一片LED不能满足要求，可以多片结合共同使用。多片8*8LED点阵可构成8*16（2片）、16*16（4片）、16*32（8片）和32*32（16片）等多种规格的LED大屏，其显示电路相对复杂，现以8*16LED点阵为例进行电路分析。 2片8*8LED点阵相连，点阵1和点阵2的行引脚并联到一起构成8个行引脚由单片机P3口控制，高电平为有效信号；点阵1和点阵2的列引脚共同组成16个列引脚，由单片机P0口和P1口共同控制，低电平为有效信号。其显示依然采用动态扫描方式，通过P3口赋有效电平依次选通各行，同时给P0口和P1口赋16位的列数据。 任务4-4 单独键盘电路设计与仿真 1.任务分析 单片机采集外界状态常见元器件为按键、传感器和电信号，本任务通过对按键和发光二极管的控制，实现发光二极管显示按键状态的仿真电路设计及控制程序设计。任务要求按键为4个按键，发光二极管也为4个。 2.电路设计 根据任务要求，设计AT89C51单片机的P2.4，P2.5，P2.6，P2.7分别接独立式键盘，P2.0，P2.1，P2.2，P2.3通过电阻接发光二极管，编程实现键状态显示，要求采用去抖动措施，单片机控制单独键盘电路如图所示。 仿真结果 相关知识 单片机应用系统应具有人机对话功能，除了通过LED数码管等设备报告系统运行状态与运行结果外，控制人员还应该能随时向应用系统发出控制命令，以及向系统输入数据。因此，应用系统的硬件电路板上应设有按键或键盘，如按键复位电路中的按镀、功能转换的功能镀以及输入数据的数字键等。 4.5 键盘接口介绍 1．常见开关种类 按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对按键的识别，硬件结构复杂；非编码键盘主要是由软件来实现按键的定义与识别，硬件结构简单，软件编程量大。编码键盘内部带有硬件编码器，它是通过硬件来识别键盘上的闭合键，优点是工作可靠、按键编码速度快且基本不占CPU的时间，但电路复杂，成本较高； 非编码键盘是通过软件来识别键盘上的闭合键，优点是硬件电路简单，成本较低，但占用CPU的时间长。在实际的单片机应用系统设计中，往往为了降低成本，大多采用非编码键盘。 2.按键去抖 键盘是按照一定规则排列起来的一组按键的集合，而每一个按键实质上就是一个开关。目前，无论是按键还是键盘，大多数都是利用机械触点闭合、断开作用，机械触点由于弹性作用的影响，在按键闭合及断开的瞬间都有抖动现象，如图4-26所示。抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5~10ms，为了保证CPU对按键的闭合仅作一次键输入处理，就必须去除抖动的影响，也就是去抖问题 独立式按键电路 矩阵式键盘 3.单片机对非编码键盘的控制方式 在单片机应用系统中，对非编码键盘的控制方式一般有程序扫描方式（查询方式）、定时控制扫描方式和中断控制扫描方式三种。 1）程序控制扫描方式 （1）粗扫描 （2） 逐列扫描 （3）求键值 （4）求得键值后，再读取行码X3 X2 Xl X0，若行码为非全1，键未释放，则等待。等键释放以后，根据求得的键值转向相应的键处理子程序。 2）定时控制扫描方式 3）中断控制方式 任务4-5 简单计数器电路设计与仿真 1.任务分析 生活中常常需要计数，如何能用单片机中断系统进行简单计数和清零呢，本任务是设计一个简单计数器，要求能计数位数为3位，同时具有清零功能。 相关知识 4.6 中断系统 1.中断及相关概念 （1）什么叫中断 中断是指CPU正在处理某件事情的时候，外部发生了某一事件，请求CPU迅速处理。或者CPU的快速与外设的慢速发生了矛盾时，CPU暂时中断当前的工作，转而处理所发生的其它事件，处理完以后，再回来继续执行被中止的工作，这个过程称为中断。 （2）什么叫中断系统 实现中断功能的部件称为中断系统。 （3）什么叫中断源 引起中断的原因，或能发出中断申请的来源，统称为中断源。 （4）什么叫主程序 原来正在运行的程序称为主程序，它可以调用其它子程序。 （5）什么叫断点 主程序被断开的位置称为断点。计算机采用中断技术，能够大大提高它的效率和处理问题的灵活性。 2.中断优点 具有同步工作、实时处理和故障处理等优点。 同步工作：计算机有了中断功能后，就能解决快速CPU和慢速外设之间的矛盾，从而可使CPU和外设同步工作。 实时处理：在实时控制中，现场采集的各种数据总是不断变化的。有了中断功能，外界的这些变化的数据就可根据要求，随时向CPU发出中断请求，要求CPU及时响应，加以处理，这样的处理在查询方式下是很难做到的。 故障处理：当计算机在运行过程中，出现一些事先无法预料的故障是难免的，如电源消失、存储数据出错、运算溢出等。当我们有了中断功能，计算机就能自行进行处理，而不必停机。 80C51中断源及中断系统结构图 1）外部中断源 外部中断0请求，通过P3.2脚输入。由IT0(TCON.0)引脚来决定什么情况下有效，是低电平有效还是负跳变有效。当输入有效信号时，当输入有效信号时，由内部硬件置位IE0，即向CPU发出中断申请，以便识别。 外部中断l请求，通过P3.3脚输入。由IT1(TCON.2)引脚来决定什么情况下有效，是低电平有效还是负跳变有效。当输入有效信号时，由内部硬件置位IE1，即向CPU发出中断申请，以便识别。 2）定时器/计数器0、1的溢出中断TF0和TF1 TF0为定时器T0溢出中断请求。当定时器T0产生溢出时，定时器T0中断即请求标志TF0置位，请求中断。 TF1为定时器T1溢出中断请求。当定时器T1产生溢出时，定时器T1中断即请求标志TF1置位，请求中断。 3）串行口中断 RI或TI为串行中断请求。当接收或发送完一串行帧时，置位内部串行口中断即请求标志RI或TI，请求中断。 5.特殊功能寄存器 1）定时器控制寄存器TCON的中断标志 TCON是用来存放两个定时器/计数器的溢出中断请求标志和两个外部中断请求标志，同时也是定时器/计数器0和l的控制寄存器。该寄存器的地址为88H，位地址8FH～88H。TCON寄存器与中断有关的位如下所示： IE0(IE1) ：外部中断请求标志位，当CPU采样到或端出现有效的中断请求时，此位由硬件置1，表示外部事件请求中断。在中断响应完成后转向中断服务时，该标志被内部硬件自动清除。 IT0(IT1)：外中断请求信号方式控制位，当IT0(IT1)=1时，选择脉冲触发方式(又称边沿触发方式，分为负跳变和正跳变)，负跳变有效；当IT0(IT1)=0时，选择电平触发方式(分为高电平和低电平)，低电平有效。该位由用户设置。 TF0（TP1）：定时器的中断溢出标志位，当产生溢出时，此位由硬件置1，当定时器/计数器转向中断服务时，由硬件自动清零。 2）串行口控制寄存器SCON的中断标志 串行口控制寄存器SCON低二位用来作为串行口中断请求标志。该寄存器的址是98H，位地址为9FH～98H。串行口控制寄存器SCON与中断有关的位如下所示： RI：串行口接收中断请求标志位。当硬件置1时，表明80C51接收到一帧串行数据。需要注意的是当CPU转向中断服务程序后，该位应由软件清零。 TI：串行口发送中断请求标志位。当便件置1时，表明80C51发送完一帧串行数据。在转向中断服务程序后，该位也应由软件清零。 3）中断允许控制寄存器IE 在80C51单片机中断系统中，中断的允许或禁止是由片内的中断允许寄存器IE控制的。IE寄存器的地址是A8H，位地址为AFH～A8H。其内容和位地址如下： EA：中断允许总控制位。EA=0时，表示所有的中断请求被屏敞，即CPU禁止所有中断；EA=1时，则表示CPU开放中断，但每个中断源的中断请求是允许还是禁止，须由各自的允许位来控制和进行。 EX0(EX1)：外部中断允许控制位。EX0(EX1)=1，允许外部中断；EX0(EX1)=0，禁止外部中断。 ET0(ETl)：定时器/计数器的中断允许控制位。ET0(ET1)=l，允许定时器/计数器中断；ET0(ET1)=0，禁止定时器/计数器中断。 ES：串行中断允许控制位。ES=1，允许串行中断；ES=0，禁止串行中断。 中断允许寄存器中各相应位的状态，可根据要求用指令置位或清零。 4）中断优先级控制寄存器IP 80C51单片机的中断优先级控制，系统只定义了高、低两个优先级。各中断源的优先级由优先级控制寄存器IP来进行设定。 IP寄存器地址是B8H，位地址为BFH～B8H。寄存器的内容及位地址表示如下： PX0：外部中断0优先级设定位。PX0=1，外部中断0定义为高优先级中断；PX0=0，外部中断0定义为低优先级中断。 PT0：定时器T0中断优先级设定位。PT0=1，定时器T0定义为高优先级中断；PT0=0，定时器T0定义为低优先级中断。 PX1：外部中断1优先级设定位。 PX1=1，外部中断1定义为高优先级中断；PX1=0，外部中断1定义为低优先级中断。 PT1：定时器T1中断优先级设定位。PT1=1，定时器T1定义为高优先级中断；PT1=0，定时器T1定义为低优先级中断。 PS：串行口中断优先级设定位。PS=1，串行口中断定义为高优先级中断；PS=0，串行口中断定义为低优先级中断。 中断响应过程 中断响应过程就是自动调用并执行中断函数的过程。 C51编译器支持在C源程序中直接以函数形式编写中断服务程序。常用的中断函数定义语法如下： void 函数名（） interrupt n 其中n为中断类型号，C51编译器允许0～31个中断，n取值范围0～31。下面给出了8051控制器所提供的5个中断源所对应的中断类型号和中断服务程序入口地址： $$