单片机原理及应用(陈燕)第10章键盘显示器接口.ppt

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1、第10章 AT89S51单片机与输入/输出 外设的接口,1,2,第10章 目录10.1 LED数码管的显示原理 10.1.1 LED数码管的结构 10.1.2 LED数码管工作原理10.2 键盘接口原理 10.2.1 键盘输入应解决的问题 10.2.2 键盘的工作原理 10.2.3 键盘的工作方式10.3 键盘/显示器接口设计实例 10.3.1 利用AT89S51单片机串行口实现的键盘/显示器接口,3,内容概要大多数的单片机应用系统，都要配置输入外设和输出外设。常用的输入外设有键盘、BCD码拨盘等；常用的输出外设有LED数码管、LCD显示器、打印机等。本章介绍AT89S51与各种输入外设、输出

2、外设的接口设计以及软件编程。,10.1 LED数码管的显示原理LED（Light Emitting Diode）发光二极管缩写。LED数码管是由发光二极管构成的。10.1.1 LED数码管的结构常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。每一段对应一个发光二极管。有共阳极和共阴极两种，如图10-1所示。共阴极发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。当阳极为高电平时，发光二极管点亮。同样，共阳极LED数码管的发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。,4,5,图10-1 8段LED数码管结构及外形,为了使数码管显示不同的

3、符号或数字，要把某些段发光二极管点亮，就要为LED数码管提供段码（字型码）。LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a”段对应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表10-1所示。按照上述格式，显示各种字符的8段LED数码管的段码如表10-2所示。,6,7,表10-1只列出了部分段码，读者可以根据实际情况选用，或重新定义。除“8”字型的LED数码管外，市面上还有“1”型、“米”字型和“点阵”型LED显示器，如图10-2所示。本章均以“8”字型的LED数码管为例。图10-2 其他各种字型的LED显示器,8,10.1.2 LED数码管工作原理图10-3所示为显示4位字符的LED数码

4、管的结构原理图。N位位选线和8N条段码线。段码线控制显示字型，而位选线控制着该显示位的LED数码管的亮或暗。,9,图10-3 4位LED数码管的结构原理图,LED数码管有静态显示和动态显示两种显示方式。1LED静态显示方式无论多少位LED数码管，同时处于显示状态。静态显示方式，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或接+5V）；每位的段码线（adp）分别与一个8位的I/O口锁存器输出相连。如果送往各个LED数码管所显示字符的段码一经确定，则相应I/O口锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。正因为如此，静态显示方式的显示无闪烁，亮度都较高，软件控制比较容易。,10,图

5、10-4为4位LED数码管静态显示器电路，各位可独立显示，静态显示方式接口编程容易，但是占用口线较多。对图10-4电路，若用I/O口线接口，要占用4个8位I/O口。因此在显示位数较多的情况下，所需的电流比较大，对电源的要求也就随之增高，这时一般都采用动态显示方式。,11,图10-4 4位LED静态显示电路,2LED动态显示方式无论在任何时刻只有一个LED数码管处于显示状态，即单片机采用“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有显示位的段码线的相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。图1

6、0-5所示为一个4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一个8位I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。必须采用动态的“扫描”显示方式。即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要有显示的字符的段码。,12,13,图10-5 4位8段LED动态显示电路,虽然这些字符是在不同时刻出现，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，由于余辉和人眼的“视觉暂留”作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成“多位同时亮”的假象，达到同时显示的效果。LED不同位显示的时间间隔（扫描间隔）应根据实际情况而定。显示位数多，将占大量的单片机时间，因此动态显

7、示的实质是以牺牲单片机时间来换取I/O端口的减少。图10-6所示为8位LED动态显示的过程。图10-6（a）所示为显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通显示，其余位则是熄灭的；图10-6（b）所示为实际的显示结果，人眼看到的是8位稳定的同时显示的字符。,14,图10-6 8位LED动态显示过程和结果动态显示的优点是硬件电路简单，显示器越多，优势越明显。缺点是显示亮度不如静态显示的亮度高。如果“扫描”速率较低，会出现闪烁现象。,15,10.2 键盘接口原理键盘具有向单片机输入数据、命令等功能，是人与单片机对话的主要手段。下面介绍键盘的工作原理和键盘的工作方式。10.2.1 键盘输入应解决的问题

8、1键盘的任务任务有三项：(1)判别是否有键按下？若有，进入下一步工作。(2)识别哪一个键被按下，并求出相应的键值。(3)根据键值，找到相应键值的处理程序入口。,16,2键盘输入的特点常见键盘：触摸式键盘、薄膜键盘和按键式键盘，最常用的是按键式键盘。按键实质上就是一个开关。如图10-7（a）所示，按键开关的两端分别连接在行线和列线上，通过键盘开关机械触点的断开、闭合，其行线电压输出波形如图10-7（b）所示。图10-7 键盘开关及其行线波形,17,图10-7（b）所示的t1和t3分别为键的闭合和断开过程中的抖动期（呈现一串负脉冲），抖动时间长短与开关的机械特性有关，一般为510ms，t2为稳定的

9、闭合期，其时间由按键动作确定，一般为十分之几秒到几秒，t0、t4为断开期。,18,3按键的识别键的闭合与否，行线输出电压上就是呈现高电平或低电平。高电平，表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平的高低状态的检测，可确认按键按下以及按键释放与否。为了确保对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖动期t1和t3的影响。,19,4如何消除按键的抖动按键去抖动的方法有两种：一种软件延时，本思想是：在检测到有键按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一段延时10ms的子程序后，确认该行线电平是否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认该行确实有键按下。当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时1

10、0ms的子程序后，检测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。采取本措施，可消除两个抖动期t1和t3的影响。另一种是采用专用的键盘/显示器接口芯片，这类芯片中都有自动去抖动的硬件电路。,20,10.2.2 键盘的工作原理键盘可分为两类：非编码键盘和编码键盘。非编码键盘是利用按键直接与单片机相连接而成，这种键盘通常使用在按键数量较少的场合。使用这种键盘，系统功能通常比较简单，需要处理的任务较少，但是可以降低成本、简化电路设计。按键的信息通过软件来获取。1非编码键盘常见的为两种结构：独立式键盘和矩阵式键盘。（1）独立式键盘特点是：一键一线，各键相互独立，每个键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线

11、的电平状态，可容易地判断哪个按键被按下，如图10-8所示。,21,22,图10-8 独立式键盘接口电路,对于图10-8的键盘，图中的上拉电阻保证按键释放时，输入检测线上有稳定的高电平。当某一按键按下时，对应的检测线就变成了低电平，与其他按键相连的检测线仍为高电平，只需读入I/O输入线的状态，判别哪一条I/O输入线为低电平，很容易识别哪个键被按下。优点：电路简单，各条检测线独立，识别按下按键的软件编写简单。适用于键盘按键数目较少的场合，不适用于键盘按键数目较多的场合，因为将占用较多的I/O口线。,23,识别某一键是否按下的子程序：KEYIN：MOVP1，#0FFH；P1口写入1，设置P1口为输入

12、状态MOVA，P1；读入8个按键的状态CJNEA，#0FFH，QUDOU；有键按下，跳去抖动LJMPRETURN；无键按下，返回QUDOU：MOV R3，A；8个按键的状态送R3保存LCALL DELAY10；调用延时子程序，软件去键抖动MOVA，P1；再一次读入8个按键的状态CJNEA，R3，RETURN；两次键值比较，不同，；是抖动引起，转RETURN,24,KEY0：MOVC，P1.0；有键按下，读P1.0的按键状态JCKEY1；P1.0为高，该键未按下，跳KEY1，；判下一个键LJMPPKEY0；P1.0的键按下，跳PKEY0处理KEY1：MOVC，P1.1；读P1.1的按键状态JCK

13、EY2；P1.1为高，该键未按下，跳KEY2，；判下一个键LJMPPKEY1；P1.1的键按下，跳PKEY1处理,25,KEY2：MOVC，P1.2；读P1.2的按键状态JCKEY3；P1.2为高，该键未按下，跳；KEY3，判下一个键LJMPPKEY2；P1.2的键按下，跳PKEY2处理KEY3：MOVC，P1.3；读P1.3的按键状态KEY7：MOVC，P1.7；读P1.7的按键状态JCRETURN；P1.7为高，该键未按下，跳；RETURN处LJMPPKEY7；P1.7的键按下，跳PKEY7处理RETURN：RET；子程序返回,26,软件延时10ms子程序DELAY10的编写，参见第4章。

14、对应8个按键的键处理程序PKEY0 PKEY7，根据按键功能的要求来编写。注意，在进入键处理程序后，需要先等待按键释放，再执行键处理功能。另外，在键处理程序完成后，一定要跳向RETURN标号处返回。,27,28,10.2.3 键盘的工作方式单片机在忙于其他各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，这取决于键盘的工作方式。工作方式选取原则是，既要保证及时响应按键操作，又不过多占用单片机工作时间。键盘工作方式有3种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。1编程扫描方式 也称查询方式，利用单片机空闲时，调用键盘扫描子程序，反复扫描键盘。如果单片机的查询的频率过高，虽能及时响应键盘的输入，但也会影响其他任务的进行

15、。查询的频率过低，可能会键盘输入漏判。所以要根据单片机系统的繁忙程度和键盘的操作频率，来调整键盘扫描的频率。,2定时扫描方式每隔一定的时间对键盘扫描一次。在这种方式中，通常利用单片机内的定时器产生的定时中断，进入中断子程序来对键盘进行扫描，在有键按下时识别出该键，并执行相应键的处理程序。为了不漏判有效的按键，定时中断的周期一般应小于100ms。,29,3中断扫描方式为提高单片机扫描键盘的工作效率，可采用中断扫描方式，如图10-11所示。图中的键盘只有在键盘有按键按下时，发出中断请求信号，单片机响应中断，执行键盘扫描程序中断服务子程序。如无键按下，单片机将不理睬键盘。此种方式的优点是，只有按键按

16、下时，才进行处理，所以其实时性强，工作效率高。,30,31,图10-11 采用线反转法的矩阵式键盘,10.3 键盘/显示器接口设计实例在单片机应用系统设计中，一般都是把键盘和显示器放在一起考虑。也有的系统仅单独需要键盘或显示器。介绍几种实用的键盘/显示器接口的设计方案。,32,10.3.1 利用AT89S51串行口实现的键盘/显示器接口当AT89S51单片机的串行口未作它用时，可使用AT89S51的串行口的方式0的输出方式，构成键盘/显示器接口，如图10-12所示。8个74LS164：74LS164(0)74LS164(7)作为8位LED数码管的段码输出口，AT89S51的P3.4、P3.5作

17、为两行键的行状态输入线，P3.3作为TXD引脚同步移位脉冲输出控制线，P3.3=0时，与门封死，禁止同步移位脉冲输出。这种方案主程序可不必扫描显示器，软件设计简单，使单片机有更多的时间处理其他事务。下面列出显示子程序和键盘扫描子程序。,33,图10-12 用AT89S51串行口扩展键盘/显示器,34,显示子程序：DIR：SETBP3.3；P3.3=1，允许TXD脚同步移位脉冲输出 MOVR7，08H；送出的段码个数 MOVR0，7FH；7FH78H为显示数据缓冲区DL0：MOV A，R0；取出要显示的数送A ADD A，0DH；加上偏移量 MOVC A，APC；查段码表SEGTAB，取出段码 MOV SBUF，A；将段码送串行口的SBUFDL1：JNB TI，DL1；查询1个字节的段码输出完否？CLRTI；1字节的段码输出完，清TI标志 DECR0；指向下一个显示数据单元,35,DJNZR7，DL0；段码个数计数器R7是否为0，如不；为0，继续送段码 CLR P3.3；8个段码输出完毕，关闭显示器输出 RET；返回SEGTAB：DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H；共阳极段；码表 DB92H，82H，0F8H，90H；DB88H，83H，0C6H，0A1H，86H；DB8FH，0BFH，8CH，0FFH，0FFH；,36,