第3章 GPIO應(yīng)用

1、3 Sept. 2008Confidential三、三、GPIO應(yīng)用應(yīng)用3 Sept. 2008Confidential目標(biāo)目標(biāo): :通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，學(xué)員應(yīng)掌握如下知識(shí)通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，學(xué)員應(yīng)掌握如下知識(shí) 1) 1) 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示2) 2) 鍵盤(pán)應(yīng)用鍵盤(pán)應(yīng)用3 3）LCDLCD應(yīng)用應(yīng)用時(shí)間：時(shí)間：4 學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)教學(xué)方法：講授教學(xué)方法：講授PPT3 Sept. 2008Confidential鍵盤(pán)和顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸入輸出裝置。LED數(shù)碼顯示器是常用的顯示器之一，下面介紹并行口設(shè)計(jì)LED數(shù)碼顯示電路和鍵盤(pán)電路的方法。 3.1 LED數(shù)碼顯示器 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理a b dpc

2、om共陰LEDa f b g e c d dp g f com a b c d com e dpa b dpcom共陽(yáng)LED3 Sept. 2008ConfidentialLED數(shù)碼管由7個(gè)顯示段和1個(gè)小數(shù)點(diǎn)組成。7個(gè)段構(gòu)成一個(gè)“8”字輪廓，可顯示09和一些特殊字符。7個(gè)段和1個(gè)小數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)8個(gè)發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的陰極或陽(yáng)極連成一個(gè)公共點(diǎn)，因此有共陰或共陽(yáng)兩種連接。a b dpcom共陰LEDa f b g e c d dp g f com a b c d com e dpa b dpcom共陽(yáng)LED3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008ConfidentialCOM P1.01

3、.7 a f b g e c d dpab dpD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0dp g f e d c b a注意：字形碼與注意：字形碼與I/OI/O線(xiàn)的具線(xiàn)的具體連接相關(guān)。體連接相關(guān)。當(dāng)LED字段引腳（adp）與I/O線(xiàn)連接后，每個(gè)顯示字形對(duì)應(yīng)一個(gè)字形碼。COMagdp3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008Confidential對(duì)于N位LED顯示器來(lái)講，有N根位選線(xiàn)（COM腳）和8N根段選線(xiàn)（adp腳）。位選線(xiàn)用來(lái)控制顯示位的亮滅，段選線(xiàn)控制字符選擇。多位LED顯示器有兩種工作方式：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。每位LED段選線(xiàn)與一個(gè)8位I/O口相連，所有位選線(xiàn)并聯(lián)接地（

4、共陰）或接+5V（共陽(yáng)）。字符顯示在刷新前可保持不變，編程容易，管理簡(jiǎn)單。占用I/O資源較多，N位LED需8N根 I/O線(xiàn)。 a b dpCOMa f b g e c d dp a b dpCOM a b dpCOMLED接口電路及顯示方式靜態(tài)顯示3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008ConfidentialP0.4P0.5P0.6P0.1P0.2P0.3COMdpCOMhbbdpCOMa f b g e c d dpaaba各位LED的段選線(xiàn)并聯(lián)與一個(gè)8位I/O口相連，而各自位選線(xiàn)另用I/O線(xiàn)控制。每位只能輪流點(diǎn)亮，分時(shí)顯示字符。每位點(diǎn)亮間隔（掃描時(shí)間）必須小于20ms，才能保證

5、看上去不閃爍（人眼的滯留效應(yīng)）。占用I/O資源較少，N位LED只需8+N根I/O線(xiàn)。管理較繁，編程較難。動(dòng)態(tài)顯示3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008Confidential在ROM中建立字形碼表。查表找出對(duì)應(yīng)字符的字形碼。輸出字形碼到顯示端口。顯示程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008Confidential顯示字符段 符 號(hào)(共陰為例）十六進(jìn)制代碼dpgfedcba共陰共陽(yáng)0123456789ABCDEFHP00000000000000000100111110111101111110001110111110111110100010101111111110

6、11011011011110001101111111110100001111100111100100011011011111101011113FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H76HF3HC0F9A4B0999282F880908883C6A1868EFFBF 3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008Confidential3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008Confidential按鍵電路的基本概念鍵盤(pán)中使用的按鍵一般都是常開(kāi)結(jié)構(gòu)鍵。鍵的操作不可避免的存在機(jī)械抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間510ms左右單單片片機(jī)機(jī) P1.0

7、+5VK抖動(dòng)時(shí)間抖動(dòng)時(shí)間10ms開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間100ms“ 1 ”“ 0 ”10ms鍵盤(pán)接口及處理程序3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008Confidential延時(shí)等待10ms 仍有按鍵信號(hào)？Y 有按鍵信號(hào)？NYN鍵盤(pán)處理 按鍵釋放？NY消除抖動(dòng)的解決辦法：采用軟件延時(shí)。鍵抖動(dòng)會(huì)造成CPU誤讀（實(shí)際按一次，誤以為按了多次），為確保CPU的讀鍵準(zhǔn)確，需要消除抖動(dòng)。3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008ConfidentialP1.0P1.1P1.7+5v 鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根I/O線(xiàn)。特點(diǎn)：配置靈活、編程簡(jiǎn)單；但按鍵多時(shí)，I/O線(xiàn)占用多。獨(dú)立式鍵盤(pán)3.2 鍵盤(pán)電路

8、3 Sept. 2008Confidential用I/O線(xiàn)組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。特點(diǎn)：按鍵多時(shí)，節(jié)省I/O線(xiàn),但編程復(fù)雜。判鍵原理（行線(xiàn)作輸出，列線(xiàn)作輸入）行列式（矩陣式）鍵盤(pán)判具體哪個(gè)鍵按下：行線(xiàn)依次送0，某列有按鍵，列線(xiàn)為0，某列無(wú)按鍵，列線(xiàn)為1。所按的鍵一定是在行、列線(xiàn)同為0的相交點(diǎn)上, 此法稱(chēng)行掃描。先判鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下：行線(xiàn)輸出全0（全掃描字），讀列線(xiàn)狀態(tài)，列線(xiàn)全1說(shuō)明無(wú)鍵按下，列線(xiàn)有0定有鍵按下。3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008Confidential鍵值：每個(gè)鍵都可以根據(jù)行、列數(shù)據(jù)組合得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的值，該值稱(chēng)為鍵值（位置碼） 。圖中16個(gè)鍵的鍵值依此是

9、：01110111、01111011、01111101、01111110、01111110，鍵值用來(lái)區(qū)分每個(gè)按鍵。鍵號(hào)：用戶(hù)人為的對(duì)每個(gè)鍵所編的位置序號(hào)稱(chēng)為鍵號(hào)。圖中16個(gè)鍵的鍵號(hào)依此是：0、1、2、3、F，鍵號(hào)與鍵值在使用上并不矛盾，彼此對(duì)應(yīng)，程序可以轉(zhuǎn)換，但使用鍵號(hào)為程序散轉(zhuǎn)提供了方便。3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008Confidential下圖中，用LPC2124的并行口P1接44矩陣鍵盤(pán)，以P1.0P1.3作輸出線(xiàn)，以P1.4P1.7作輸入線(xiàn)，鍵盤(pán)掃描程序的流程如下頁(yè)圖所示。3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008ConfidentialY返回鍵編碼讀P1.4P1.7值置行

10、掃描初值掃描位從P1口輸出P1口的高四位和低四位組合得鍵編碼掃到最后一行?NN(有鍵按下）N開(kāi)始P1.0P1.3輸出0延時(shí)去抖動(dòng)P1.4P1.7全為1?P1.4P1.7全為1?YYY(無(wú)鍵按下)3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008Confidential對(duì)前頁(yè)鍵盤(pán)的程序流程圖說(shuō)明如下：當(dāng)P1.0P1.3輸出0時(shí)，如無(wú)鍵按下，P1.4P1.7的輸入值均為“1”，如果其中有一個(gè)不是 “1”，說(shuō)明有鍵按下，再使P1.0P1.3逐個(gè)輸出零(行掃描)，檢查P1.4P1.7的輸入值有 無(wú)零，從而查出是哪行哪列的鍵按下。在判按鍵時(shí)，按鍵有抖動(dòng)，可采用延時(shí)后再重讀以跳過(guò)抖動(dòng)時(shí)段。3.2 鍵盤(pán)電路 3 S

11、ept. 2008Confidential掃描鍵盤(pán)處理程序的任務(wù)是：確定有無(wú)鍵按下；判哪一個(gè)鍵按下， 鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開(kāi)時(shí)的抖動(dòng)。兩個(gè)并行口中，一個(gè)輸出掃描碼， 使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地(稱(chēng)行掃描)，另一個(gè)并行口輸入按鍵狀態(tài)(稱(chēng)回饋信號(hào)，鍵盤(pán)的列值)， 由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵。鍵盤(pán)掃描編程總結(jié)3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008Confidential3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008Confidential3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008Confidential3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008Confidential3.

12、2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008Confidential3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008Confidential3.2 鍵盤(pán)電路 3 Sept. 2008ConfidentialLCD基本原理液晶顯示器（LCD，Liquid Crystal Display）是一種低成本、低功耗的器件，可顯示文字和圖像。在嵌入式系統(tǒng)中極為常見(jiàn)，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)沒(méi)有像臺(tái)式系統(tǒng)那樣配備標(biāo)準(zhǔn)的顯示器。LCD基本原理：入射光線(xiàn)首先通過(guò)一個(gè)偏極化板（類(lèi)似玻璃片），接著遇到液晶材料，如果激活液晶材料的部分區(qū)域（可通過(guò)上電激活），則水晶分子排列整齊，光線(xiàn)可透過(guò)液晶材料。最后通過(guò)液晶材料的光線(xiàn)會(huì)遇到兩種情形：碰到

13、一面鏡子而反射回來(lái)，因此激活部分的區(qū)域比其它區(qū)域亮，這是反射式LCD；碰到黑色表面，光線(xiàn)被吸收，因此激活部分比其它區(qū)域暗（黑色表面在激活區(qū)域下面），這是吸收式LCD。3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential液晶本身不發(fā)光，背光燈+晶體透明控制來(lái)實(shí)現(xiàn)信息顯示。LCDLEDCRT3.3 LCD顯示 LCD分類(lèi)3 Sept. 2008ConfidentialLCD分類(lèi) 按顯示分： 字符LCD 點(diǎn)陣LCD 按顏色分： 單色屏 4級(jí)灰度屏、8級(jí)灰度屏、16級(jí)灰度屏、64級(jí)灰度屏、256級(jí)灰度屏 16色屏、256色偽彩色屏、TFT真彩色屏3.3 LCD顯示 3 Sept. 20

14、08ConfidentialLCD編程原理 在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，如果微控制器本身帶有液晶驅(qū)動(dòng)控制功能，則可以直接對(duì)點(diǎn)陣式液晶顯示屏進(jìn)行連接控制（模型1） ；如果微控制器本身沒(méi)有液晶驅(qū)動(dòng)控制功能，則需要外擴(kuò)液晶驅(qū)動(dòng)板來(lái)連接液晶顯示屏，或者使用點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊（液晶驅(qū)動(dòng)控制器以及顯示器與外部設(shè)備接口等構(gòu)成）。 由于點(diǎn)陣式液晶顯示屏的引腳較多，生產(chǎn)廠家通常會(huì)將液晶顯示屏和驅(qū)動(dòng)電路裝配在一起，形成液晶模塊，即LCM。液晶模塊在很大程度上方便了用戶(hù)的使用，用戶(hù)只要將其與微控制器連接，即可進(jìn)行圖形的顯示輸出控制。（模型2）3.3 LCD顯示 LCMMCULCD控制LCD屏MCULCD屏LCD控制模型

15、1模型23 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 LCD編程原理 LCD控制器具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等顯示功能，降低了軟件編程的難度。LCDLCD內(nèi)部組成內(nèi)部組成3 Sept. 2008Confidential字符型液晶顯示模塊是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)用于顯示字母，數(shù)字，符號(hào)等的點(diǎn)陣式液晶顯示模塊 3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential控制信號(hào)數(shù)據(jù)線(xiàn)（傳輸數(shù)據(jù)/指令）3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008C

16、onfidential具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等顯示功能 16路行驅(qū)動(dòng)器和80路列驅(qū)動(dòng)器，具驅(qū)動(dòng)有16*80點(diǎn)陣LCD能力 每個(gè)字符需要8行* 5列個(gè)點(diǎn)陣，所以最多能同時(shí)顯示2行*16列的字符控制器顯示原理3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊Lcd內(nèi)藏有DDRAM,CGRAM,CGROMDDRAM：顯示用ram,直接和屏幕上的點(diǎn)相對(duì)應(yīng).屏幕上的一個(gè)點(diǎn)和DDRAM中的一個(gè)位對(duì)應(yīng) CGROM：字模存儲(chǔ)用空間。要顯示某個(gè)ascii字符時(shí)，要顯示字符的圖形（也叫字模）就存在這里 CGRAM：是用

17、戶(hù)自建字模區(qū)，有時(shí)ascii碼表不能滿(mǎn)足個(gè)人對(duì)字符的要求，則需要在這里寫(xiě)入字模。字模的方式和CGROM中的一樣。 一般寫(xiě)入到這里的字模，其索引值為(0 x00 0 x07），建立好字模后，往DDRAM中寫(xiě)索引0 x00，新建的字符就會(huì)顯示出來(lái)。 3 Sept. 2008Confidential內(nèi)藏的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符液晶顯示模塊在顯示“A”時(shí)，我們只需將ASCII碼0 x41寫(xiě)入DDRAM即可顯示時(shí)模塊把地址0 x41中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，就能看到數(shù)字“A”。3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3

18、 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential初始化LCD顯示屏：顯示模式設(shè)置、顯示開(kāi)/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置。首先確定顯示位置（通過(guò)寫(xiě)指令完成），接著寫(xiě)顯示的數(shù)據(jù)（寫(xiě)數(shù)據(jù)完成）。在與lcd打交道的過(guò)程中要檢查lcd是否繁忙，即讀lcd的狀態(tài)（讀指令完成）。如果要讀lcd屏上某個(gè)位置的內(nèi)容，還要通過(guò)讀數(shù)據(jù)來(lái)查看。如何顯示一個(gè)A呢？3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confident

19、ial寫(xiě)LCD時(shí)序(包括讀數(shù)據(jù)或者命令）3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential讀LCD時(shí)序(包括讀數(shù)據(jù)或者命令）3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential名稱(chēng)：LcdInit功

20、能：初始化LCD名稱(chēng)：CheckBusy功能：檢查總線(xiàn)是否忙名稱(chēng)：WriteCMD功能：寫(xiě)命令函數(shù)名稱(chēng)：WriteData功能：寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)名稱(chēng)： set_xy()功能：設(shè)置顯示位置，調(diào)用WriteCMD通常顯示環(huán)節(jié)由如下幾個(gè)程序構(gòu)成3.3 LCD顯示 字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 思考：如何讓LCD液晶顯示屏顯示一座寶殿的圖形？ 一個(gè)字型或圖形為8bytes的資料，而且每一個(gè)資料的7，6，5元位是無(wú)效位，因?yàn)樗?*7的點(diǎn)陣，要將圖形轉(zhuǎn)為二進(jìn)制碼，你必需將圖形分解成8個(gè)圖形，分別將每個(gè)圖形用二進(jìn)制代碼表示，如圖：DDRAM的地址08H的圖形

21、代碼為：04H，04H，0EH，1FH，1FH，1FH，0AH字符型LCD模塊3 Sept. 2008Confidential1腳：CS1=0, 選中左屏2腳：CS2=0, 選中右屏6腳：DI(RS)：指令L/數(shù)據(jù)H7腳：RW：讀H/寫(xiě)L8腳：E:使能信號(hào)9腳到16腳：DB0-DB7，數(shù)據(jù)線(xiàn)（傳輸指令或者數(shù)據(jù)）P0.11P0.12GNDVCCP0.13P0.14P0.15P0.16P0.17P0.18P0.19P0.20P0.21P0.22P0.23VCCCS11CS22GND3VCC4V05DI6R/W7E8DB09DB110DB211DB312DB413DB514DB615DB716RST

22、17-Vout18LCD2LGM12641BS1R點(diǎn)陣128*64大屏LCD模塊3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential12864點(diǎn)陣LCD，采用兩片HD61202作為列驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)使用一片HD61203作為行驅(qū)動(dòng)器的液晶模塊。即LCD12864分為左右兩屏，以列坐標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，驅(qū)動(dòng)某片HD61202 。左右屏選擇3.3 LCD顯示 點(diǎn)陣128*64大屏LCD模塊3 Sept. 2008Confidential1腳：CS1=0，選中左屏2腳：CS2=0，選中右屏6腳：DI(RS)：指令L/數(shù)據(jù)H7腳：RW：讀H/寫(xiě)L8腳：E:使能信號(hào)9腳到16腳：DB0-DB7，數(shù)據(jù)

23、線(xiàn)（傳輸指令或者數(shù)據(jù)）128x64 LCD128x64 LCD顯示屏顯示屏頁(yè)面0頁(yè)面1頁(yè)面7可以通過(guò)DB0-DB7往LCD顯存里面寫(xiě)數(shù)據(jù)（寫(xiě)什么數(shù)據(jù)，屏幕上就會(huì)顯示什么樣的點(diǎn)），也可通過(guò)DB0-DB7讀顯存數(shù)據(jù)到內(nèi)存。每次只能改寫(xiě)某個(gè)頁(yè)面的1列數(shù)據(jù)。3.3 LCD顯示 點(diǎn)陣128*64大屏LCD模塊3 Sept. 2008Confidential整個(gè)lcd為128列*64行點(diǎn)陣128列中前64列對(duì)應(yīng)左屏（由CS1選擇）/后64列對(duì)應(yīng)右屏（由CS2選擇）每屏分為8頁(yè)，64列管理，每頁(yè)8行。編程時(shí)顯示坐標(biāo)需要確定X(頁(yè)坐標(biāo)）和Y（列坐標(biāo)）行坐標(biāo)只用來(lái)選擇顯示的起始行注：該圖以左半屏為例（64行*6

24、4列）3.3 LCD顯示 點(diǎn)陣128*64大屏LCD模塊3 Sept. 2008Confidential(1)LCD初始化：主要包括對(duì)控制器的設(shè)置顯示開(kāi)指令，設(shè)置起始行指令，設(shè)置頁(yè)首地址和列首地址。(2)LCD清屏：由于系統(tǒng)上電時(shí)，顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)是不固定的，顯示出亂碼，因此在液晶顯示操作之前應(yīng)將緩沖區(qū)清零。(3)數(shù)據(jù)顯示：確定顯示坐標(biāo)后，通過(guò)GPIO寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)，將文字、圖形等顯示到LCD上。使用步驟3.3 LCD顯示 點(diǎn)陣128*64大屏LCD模塊3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 點(diǎn)陣128*64大屏LCD模塊3 Sept. 2008ConfidentialLCD控制和顯示相關(guān)的命令集在相關(guān)的芯片手冊(cè)中提供，編程人員在進(jìn)行LCD初始化時(shí)，需要將相關(guān)的命令字送入到LCD中。注：L 表示0; H 表示1; X 表示無(wú)關(guān)位。LCD編程原理3.3 LCD顯示 命令RS為低(0)RW為低(0)數(shù)據(jù)位點(diǎn)陣128*64大屏LCD模塊3 Sept. 2008Confident