MCS51单片机的并行接口.ppt

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1、7.3单片机的显示与键盘,1,单片机应用系统通常都需要进行人-机对话。其中包括人-机应用系统的干预与数据输入，应用系统状态与运行结果的显示等。键盘与显示器是单片机应用系统中最常用的人-机交互技术。,LED数码管显示器键盘接口技术,LED数码管显示器,2,与单片机应用系统接口的显示器主要是LED显示器和LCD（Liquid Crystal Display）显示器。,LED(Light Emiting Diode)是发光二极管显示器的缩写。LED显示器由于结构简单、价格便宜、体积小、亮度高、电压低、可靠性高、寿命长、响应速度快、配置灵活等特点，与单片机接口方便而得到广泛的应用。,1)数码管结构 数

2、码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符号“”及小数点“”数码管又分为共阴极和共阳极两种结构,2)数码管工作原理 共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，,2、七段LED的段选码,5,为

3、使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码（或称字形码）。正好是一个字节（8段）。,各段与字节中各位对应关系一般如下：,字型及段码由设计者自行设定，习惯上还是以“a”段对应段码的最低位。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。,七段LED的段选码,6,3、LED显示器工作原理,7,4位 LED显示器的结构原理图：,N个LED显示块有N位位选线和8N根段码线。,或称“字线”,或称“位线”,控制显示的字型。,控制该显示位的亮或暗。,有静态显示和动态显示两种显示方式。,（1）静态显示方式,8,各位的

4、公共端连接在一起（接地或+5V）。每位的段码线（adp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。,静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地或接正电源。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。静态显示的特点是每个数码管必须接一个8位锁存器用来锁存待显示的字形码。送入一次字形码显示字形一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，较小的电流即可获

5、得较高的亮度，程序也十分的简洁，显示便于监测和控制。缺点是这种显示方法占用的I/O端口较多，硬件电路复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。,应用举例例 共阴数码管静态显示0123 ORG 0000HMAIN:MOV P0，#3FH MOV P1，#06H MOV P2，#5BH MOV P3，#4FH SJMP$END,（2）动态显示方式,11,所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。,2）LED动态显示,动态扫描方式,12,段码线的多路复用，公共端分时选通。只能点亮其中一个。,动态扫描显示的分时

6、控制方法：,动态显示时，首先将位选的最低位置为低，选中第一位数码管，然后由段代码数据输出0段代码，即可在第一位上显示0这个数字，这时可将位选信号第2位置低，选中第二位数码管，然后再由段代码数据线输出1的代码，第3位和第4位也同样处理，如果每位的显示时间恰当，则看到4位一起点亮的效果。,人眼的视觉暂留时间为0.1 秒，设计时，要注意每位显示的间隔时间，由于一位7 段LED 的熄灭时间不能超过100ms，也就是说点亮其它位所用的时间不能超过100ms，这样当有N 位的7 段LED 用来显示时，每一位间隔的时间t 就必须符合下面的式子：t100ms/(N-1)比如，现在使用4 位，也就是N4，则由式

7、子可以算出t33ms，就是每一位的间隔时间不能超过33ms。当然时间可以也设得短一些，比如5ms 或1ms。,软件延时扫描定时中断扫描（推荐）设置显示缓冲区，定时从缓冲区中取出要显示的字符。,例：动态显示方式,6位动态显示器接口,DIR：MOV R0，#79H；置缓冲器指针初值 MOV R3，#01H MOV A，R3LD0：MOV DPTR，#7F01H；模式8155A MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，R0；取显示数据 ADD A，#0DH；加查表修正量 MOVC A，A+PC；查表取段数据DIR1：MOVX DPTR，A；段数据8155B口 LCALL DL1；延迟1

8、ms INC R0 MOV A，R3 JB ACC.5，LD0 RL A MOV R3，A SJMP LD0,显示子程序：,DSEG：3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH；段数据表DSEG1：7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CH；段数据表DSEG2：39H，5EH，79H，71H，73H，3EH；段数据表DSEG3：31H，6EH，1CH，23H，40H，03H；段数据表DSEG4：18H，00，00，00,C语言例程 8位数码管显示0，1，7,#includedofly=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x

9、7f,0 x6f;/显示段码值01234567unsigned char code seg=0,1,2,3,4,5,6,7;/分别对应相应的数码管点亮,即位码void delay(unsigned int cnt)延时子程序(省略)main()unsigned char i;while(1)P0=doflyi;/取显示数据，段码 P2=segi;/取位码 delay(2000);/扫描间隙延时 i+;if(8=i)/检测8位扫描完全？i=0;,16,LED大屏幕显示 无论是单个LED（发光二极管）还是LED七段码显示器（数码管），都不能显示字符（含汉字）及更为复杂的图形信息，这主要是因为它们没

10、有足够的信息显示单位。LED点阵显示是把很多的LED按矩阵方式排列在一起，通过对各LED发光与不发光的控制来完成各种字符或图形的显示。最常见的LED点阵显示模块有57（5列7行），79，88结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种可用于大型电子显示屏的基本组建单元。LED点阵由一个一个的点（LED发光二极管）组成，总点数为行数与列数之积，引脚数为行数与列数之和。,188 LED点阵简介 88LED点阵的外观及引脚图和等效电路图如图所示。图中只要各LED处于正偏（Y方向为1，X方向为0），则对应的LED发光。如Y7（0）=1，X7（H）=0时，则其对应的右下角的LED会发光。各LED还需接上

11、限流电阻，实际应用时，限流电阻即可接在X轴，也可接在Y轴。,图7.22 88点阵的等效电路,7.3 键盘接口在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，将该键号送入累加器ACC，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。,1按键的分类 按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式

12、开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。,按照接口原理分类（区别是识别键符及给出相应键码的方法）：编码键盘：用硬件来实现对键的识别，硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵非编码键盘：只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。,3按键结构与特点 微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提

13、供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510 ms。,24,常用软件来消除按键抖动。,基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时10ms后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。,如何消除按键的抖动（硬件法、软件法）,当键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为高，说明按键已松开。,采取以上措施，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。,为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。在键数较少时，可采用硬件去

14、抖，而当键数较多时，采用软件去抖。,一组按键或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。,二、键盘接口的工作原理,独立式按键接口和行列式键盘接口。,7.3.2 独立式按键 单片机控制系统中，往往只要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。1.独立式按键结构 独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。,独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线

15、，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。在此电路中，按键输入都采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。2.独立式按键的软件结构 独立式按键的软件常采用查询式结构或中断式结构。,查询方式、中断方式的独立式键盘,28,例：用三态缓冲器扩展的I/O口的按键接口,29,独立式键盘编程，软件消抖，查询方式检测键的状态。仅有一键按下时才有效才处理。,30,KEYIN:MOV DPTR,#0BFFFH；键盘端口地址BFFFHMOVX A,DPTR；读键盘状态ANL A,#1FH；屏蔽高三位,MOV R3,A；保存键盘状态值LCALL DELAY10；延时10ms去键盘

16、抖动MOVX A,DPTR；再读键盘状态,ANL A,#1FH；屏蔽高三位,CJNE A,R3,RETURN；两次不同，抖动引起转RETURN,CJNE A,#1EH,KEY2；相等，有键按下，不等转KEY2,程序-续,31,LCALL PKEY1;是S1键按下，转PKEY1键处理；子程序PKEY1KEY2:CJNE A,#1DH,KEY3;S2键未按下，转KEY3LCALL PKEY2;S2键按下，转PKEY2处理KEY3:CJNE A,#1BH,KEY4;S3未按下，转KEY4LCALL PKEY3;S3按下，转PKEY3处理KEY4:CJNE A,#17H,KEY5;S4键未按下，转KE

17、Y5LCALL PKEY4;S4按下，转PKEY4处理KEY5:CJNE A,#0FH,RETURN;S5未按下，转RETURNLCALL PKEY5;S5按下，转PKEY5处理RETURN:RET;重键或无键按下，从子程序返回,识别和编程简单，用在按键数较少的场合。,7.1.3 矩阵式按键 单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。1.矩阵式键盘的结构及原理 矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图所示。由图可知，一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。,矩

18、阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，列线通过上拉电阻接到5V上。当无键按下时，列线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，列线电平将由与此列线相连的行线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。,按键的识别方法-a.扫描法,34,图中3号键被按下为例，来说明此键时如何被识别出来的。,识别键盘有无键被按下的方法，分两步进行：,第1步：识别键盘有无键按下；,第2步：如有键被按下，识别出具体的按键。,把所有列

19、线置0，检查各行线电平是否有变化，如有变化，说明有键按下，如无变化，则无键按下。,上述方法称为扫描法，即先把某一列置低电平，其余各列为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平为低，可确定此行列交叉点处的按键被按下。,按键的识别方法-b.线反转法,35,只需两步便能获得此按键所在的行列值，线反转法的原理如下图。,第1步：列线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所在行为按键所在行。,第2步：行线输出为全低电平，则列线中电平由高变低所在列为按键所在列。,结合上述两步，可确定按键所在行和列。,三、键盘的工作方式,36,单片机在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。,原则：

20、即要保证能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。,通常，键盘工作方式有3种，即：编程扫描、定时扫描中断扫描。,1.编程扫描方式,37,只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，扫描键盘。,工作过程：,（1）在键盘扫描子程序中，先判断有无键按下。,方法：PA口8位输出全0，读PC口低4位状态，若PC0PC3为全1，则说明键盘无键按下；若不全为1，则说明键盘可能有键按下。,（2）用软件来消除按键抖动的影响。如有键按下，则进行下一步。,（3）求按下键的键号。,（4）等待按键释放后，再进行按键功能的处理操作。,定时扫描和中断扫描,38,2.定时扫描工作方式,利用单片机内的定时器，产生10ms的定时中断，对键盘进行扫描。,3.中断工作方式,只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序，如无键按下，单片机将不理睬键盘。,总结：键盘所做的工作可分为三个层次。,键盘所做的工作可分为三个层次,39,第1层：单片机如何来监视键盘的输入。三种工作方 式：编程扫描定时扫描中断扫描。,第2层：确定具体按键的键号。体现在按键的识别方法上就是：扫描法；线反转法。,第3层：执行键处理程序。,