第七章 MCS-51單片機(jī)的并行接口(下)

1、7.3單片機(jī)的顯示(xinsh)與鍵盤1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通常都需要進(jìn)行人-機(jī)對(duì)話。其中包括(boku)人-機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，應(yīng)用系統(tǒng)狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果的顯示等。鍵盤與顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的人-機(jī)交互技術(shù)。LED數(shù)碼管顯示器鍵盤接口技術(shù)共四十頁7.3.1 LED數(shù)碼(shm)管顯示器2 與單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)(xtng)接口的顯示器主要是LED顯示器和LCD （Liquid Crystal Display）顯示器。LED (Light Emiting Diode)是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED顯示器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、體積小、亮度高、電壓低、可靠性高、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、配置靈活

2、等特點(diǎn)，與單片機(jī)接口方便而得到廣泛的應(yīng)用。共四十頁1) 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示(xinsh)數(shù)字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符號(hào)“”及小數(shù)點(diǎn)“” 數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)共四十頁 2) 數(shù)碼管工作原理 共陽極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光(f un)二極管的陽極（二極管正端）連接在一起。通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。 共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)

3、動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮， 共四十頁2、七段LED的段選碼 5 為使LED顯示不同的符號(hào)或數(shù)字(shz)，要為L(zhǎng)ED提供段碼（或稱字形碼）。正好是一個(gè)字節(jié)（8段）。各段與字節(jié)中各位對(duì)應(yīng)關(guān)系一般(ybn)如下： 字型及段碼由設(shè)計(jì)者自行設(shè)定，習(xí)慣上還是以“a” 段對(duì)應(yīng)段碼的最低位。 如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段亮。共四十頁七段LED的段選碼 6共四十頁3、LED顯示器工作(gngzu)原理74位 LED顯示器的結(jié)構(gòu)(jigu)原理圖：N個(gè)LED

4、顯示塊有N位位選線和8N根段碼線?；蚍Q“字線”或稱“位線”控制顯示的字型?？刂圃擄@示位的亮或暗。有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。共四十頁（1）靜態(tài)(jngti)顯示方式8各位的公共端連接在一起（接地或+5V）。每位的段碼線（adp）分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出相連(xin lin)。顯示字符一確定，相應(yīng)鎖存器的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個(gè)段碼為止。共四十頁靜態(tài)顯示(xinsh)是指數(shù)碼管顯示(xinsh)某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。 這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨(dú)立，公共端恒定接地或接正電源。每個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)字段分別與一個(gè)8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，

5、相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管必須接一個(gè)8位鎖存器用來鎖存待顯示的字形碼。送入一次字形碼顯示字形一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是占用CPU時(shí)間少，較小的電流即可獲得較高的亮度，程序也十分的簡(jiǎn)潔，顯示便于監(jiān)測(cè)和控制。缺點(diǎn)是這種顯示方法占用的I/O端口較多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合。共四十頁應(yīng)用舉例例 共陰數(shù)碼管靜態(tài)(jngti)顯示0123 ORG 0000HMAIN: MOV P0，#3FH MOV P1，#06H MOV P2，#5BH MOV P3，#4FH SJMP $ END共四十頁（2）動(dòng)態(tài)

6、顯示方式(fngsh)11所有(suyu)位的段碼線相應(yīng)段并在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，各位的公共端分別由相應(yīng)的I/O線控制，形成各位的分時(shí)選通。2）LED動(dòng)態(tài)顯示共四十頁動(dòng)態(tài)(dngti)掃描方式12段碼線的多路復(fù)用，公共端分時(shí)選通。只能(zh nn)點(diǎn)亮其中一個(gè)。動(dòng)態(tài)掃描顯示的分時(shí)控制方法：動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，首先將位選的最低位置為低，選中第一位數(shù)碼管，然后由段代碼數(shù)據(jù)輸出0段代碼，即可在第一位上顯示0這個(gè)數(shù)字，這時(shí)可將位選信號(hào)第2位置低，選中第二位數(shù)碼管，然后再由段代碼數(shù)據(jù)線輸出1的代碼，第3位和第4位也同樣處理，如果每位的顯示時(shí)間恰當(dāng)，則看到4位一起點(diǎn)亮的效果。共四十

7、頁人眼的視覺暫留時(shí)間為0.1 秒，設(shè)計(jì)時(shí)，要注意每位顯示的間隔時(shí)間，由于一位7 段LED 的熄滅時(shí)間不能超過100ms，也就是說點(diǎn)亮其它位所用的時(shí)間不能超過100ms，這樣當(dāng)有N 位的7 段LED 用來顯示時(shí)，每一位間隔的時(shí)間t 就必須(bx)符合下面的式子： t100ms/(N-1)比如，現(xiàn)在使用4 位，也就是N4，則由式子可以算出t33ms，就是每一位的間隔時(shí)間不能超過33ms。當(dāng)然時(shí)間可以也設(shè)得短一些，比如5ms 或1ms 。軟件延時(shí)掃描定時(shí)中斷(zhngdun)掃描（推薦）設(shè)置顯示緩沖區(qū)，定時(shí)從緩沖區(qū)中取出要顯示的字符。共四十頁例：動(dòng)態(tài)顯示方式(fngsh)6位動(dòng)態(tài)(dngti)顯示器

8、接口共四十頁DIR： MOV R0，#79H ；置緩沖器指針初值 MOV R3，#01H MOV A，R3LD0： MOV DPTR，#7F01H ； 模式8155A MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，R0 ；取顯示(xinsh)數(shù)據(jù) ADD A，#0DH ；加查表修正量 MOVC A，A+PC ；查表取段數(shù)據(jù)DIR1： MOVX DPTR，A ；段數(shù)據(jù)8155B口 LCALL DL1 ；延遲1ms INC R0 MOV A， R3 JB ACC.5， LD0 RL A MOV R3， A SJMP LD0顯示(xinsh)子程序：DSEG： 3FH，06H，5BH，4FH

9、，66H，6DH ；段數(shù)據(jù)表DSEG1： 7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CH ；段數(shù)據(jù)表DSEG2： 39H，5EH，79H，71H，73H，3EH ；段數(shù)據(jù)表DSEG3： 31H，6EH，1CH，23H，40H，03H ；段數(shù)據(jù)表DSEG4： 18H，00，00，00共四十頁C語言(yyn)例程 8位數(shù)碼管顯示0，1，7#includedofly=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;/ 顯示段碼值01234567unsigned char code seg=0,1,2,3,4,5,6,7;/分別對(duì)

10、應(yīng)相應(yīng)的數(shù)碼管點(diǎn)亮,即位碼void delay(unsigned int cnt) 延時(shí)子程序(省略)main() unsigned char i; while(1) P0=doflyi;/取顯示數(shù)據(jù)(shj)，段碼 P2=segi; /取位碼 delay(2000); /掃描間隙延時(shí) i+; if(8=i) /檢測(cè)8位掃描完全？ i=0; 16共四十頁LED大屏幕顯示 無論是單個(gè)LED（發(fā)光二極管）還是LED七段碼顯示器（數(shù)碼管），都不能顯示字符（含漢字）及更為復(fù)雜的圖形信息，這主要是因?yàn)樗鼈儧]有足夠的信息顯示單位。LED點(diǎn)陣顯示是把很多的LED按矩陣(j zhn)方式排列在一起，通過對(duì)各L

11、ED發(fā)光與不發(fā)光的控制來完成各種字符或圖形的顯示。最常見的LED點(diǎn)陣顯示模塊有57（5列7行），79，88結(jié)構(gòu)，前兩種主要用于顯示各種西文字符，后一種可用于大型電子顯示屏的基本組建單元。LED點(diǎn)陣由一個(gè)一個(gè)的點(diǎn)（LED發(fā)光二極管）組成，總點(diǎn)數(shù)為行數(shù)與列數(shù)之積，引腳數(shù)為行數(shù)與列數(shù)之和。共四十頁 188 LED點(diǎn)陣簡(jiǎn)介 88LED點(diǎn)陣的外觀及引腳圖和等效電路圖如圖所示。圖中只要各LED處于正偏（Y方向?yàn)?，X方向?yàn)?），則對(duì)應(yīng)的LED發(fā)光。如Y7（0）=1，X7（H）=0時(shí)，則其對(duì)應(yīng)的右下角的LED會(huì)發(fā)光。各LED還需接上限流電阻，實(shí)際(shj)應(yīng)用時(shí)，限流電阻即可接在X軸，也可接在Y軸。共四十頁

12、圖7.22 88點(diǎn)陣(din zhn)的等效電路共四十頁7.3 鍵盤接口在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路(dinl)及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。 對(duì)于一組鍵或一個(gè)鍵盤，總有一個(gè)接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢或中斷方式了解有無將鍵輸入，并檢查是哪一個(gè)鍵按下，將該鍵號(hào)送入累加器ACC，然后通過跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序。共四十頁 1按鍵的分類 按鍵按照(nzho)結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開

13、關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長(zhǎng)。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵。 共四十頁按照接口原理分類（區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法）：編碼鍵盤：用硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的識(shí)別，硬件邏輯自動(dòng)提供與鍵對(duì)應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路。這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴非編碼鍵盤：只簡(jiǎn)單地提供行和列的矩陣，其它工作(gngzu)均由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中。共四十頁 3按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 微機(jī)鍵盤通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上

14、的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。 機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響(yngxing)，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510 ms。共四十頁24常用軟件來消除按鍵(n jin)抖動(dòng)。 基本思想：檢測(cè)(jin c)到有鍵按下，鍵對(duì)應(yīng)的行線為低，軟件延時(shí)10ms后，行線如仍為低，則確認(rèn)該行有鍵按下。如何消除按鍵的抖動(dòng)（硬件法、軟件法） 當(dāng)鍵松開時(shí)，行線變高，軟件延時(shí)10ms后，行線仍為高，說明按鍵已松開。采取以上措施，躲開了兩個(gè)抖動(dòng)期t1和t3的影響。為了克服按鍵

15、觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測(cè)誤判，必須采取去抖動(dòng)措施。在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，采用軟件去抖。 共四十頁一組按鍵或鍵盤(jinpn)都要通過I/O口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的編碼。無論有無編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對(duì)應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的跳轉(zhuǎn)。二、鍵盤接口的工作(gngzu)原理獨(dú)立式按鍵接口和行列式鍵盤接口。共四十頁7.3.2 獨(dú)立式按鍵 單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只要幾個(gè)功能鍵，此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。 1. 獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu) 獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根(y n)I

16、/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。共四十頁獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)(lngfi)較大，不宜采用。 在此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平。2. 獨(dú)立式按鍵的軟件結(jié)構(gòu) 獨(dú)立式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)或中斷式結(jié)構(gòu)。共四十頁查詢方式(fngsh)、中斷方式(fngsh)的獨(dú)立式鍵盤28共四十頁例：用三態(tài)緩沖器擴(kuò)展(kuzhn)的I/O口的按鍵接口29共四十頁獨(dú)立式鍵盤編程，軟件消抖，查詢方式(fngsh)檢測(cè)鍵的狀態(tài)。僅有一鍵按下時(shí)才有效才處理。3

17、0KEYIN:MOV DPTR,#0BFFFH；鍵盤端口地址BFFFHMOVX A,DPTR；讀鍵盤狀態(tài)(zhungti)ANL A,#1FH；屏蔽高三位MOV R3,A；保存鍵盤狀態(tài)值LCALL DELAY10；延時(shí)10ms去鍵盤抖動(dòng)MOVX A,DPTR；再讀鍵盤狀態(tài)ANL A,#1FH；屏蔽高三位 CJNE A,R3,RETURN ；兩次不同，抖動(dòng)引起轉(zhuǎn)RETURNCJNE A,#1EH,KEY2 ；相等，有鍵按下，不等轉(zhuǎn)KEY2共四十頁程序(chngx)-續(xù)31LCALL PKEY1;是S1鍵按下，轉(zhuǎn)PKEY1鍵處理(chl) ；子程序PKEY1KEY2: CJNE A,#1DH,KE

18、Y3 ;S2鍵未按下，轉(zhuǎn)KEY3LCALL PKEY2 ;S2鍵按下，轉(zhuǎn)PKEY2處理KEY3:CJNE A,#1BH,KEY4;S3未按下，轉(zhuǎn)KEY4LCALL PKEY3 ;S3按下，轉(zhuǎn)PKEY3處理KEY4: CJNE A,#17H,KEY5 ;S4鍵未按下，轉(zhuǎn)KEY5LCALL PKEY4 ;S4按下，轉(zhuǎn)PKEY4處理KEY5:CJNE A,#0FH, RETURN ;S5未按下，轉(zhuǎn)RETURNLCALL PKEY5 ;S5按下，轉(zhuǎn)PKEY5處理RETURN:RET ;重鍵或無鍵按下，從子程序返回識(shí)別和編程簡(jiǎn)單，用在按鍵數(shù)較少的場(chǎng)合。共四十頁 7.1.3 矩陣式按鍵 單片機(jī)系統(tǒng)中，若使

19、用按鍵較多時(shí)，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤。 1. 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及原理 矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點(diǎn)上，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 由圖可知，一個(gè)44的行、列結(jié)構(gòu)可以(ky)構(gòu)成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤較之獨(dú)立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多I/O口。共四十頁 矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)(kigun)的兩端，列線通過上拉電阻接到5V上。當(dāng)無鍵按下時(shí)，列線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線將導(dǎo)通，此時(shí)，列線電平將由與此列線相連的行線電平?jīng)Q定。這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個(gè)鍵相連，各按鍵按下與否均影響該

20、鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號(hào)配合起來作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。共四十頁按鍵(n jin)的識(shí)別方法-a.掃描法34 圖中3號(hào)鍵被按下為例，來說明此鍵時(shí)如何被識(shí)別(shbi)出來的。識(shí)別鍵盤有無鍵被按下的方法，分兩步進(jìn)行：第1步：識(shí)別鍵盤有無鍵按下；第2步：如有鍵被按下，識(shí)別出具體的按鍵。 把所有列線置0，檢查各行線電平是否有變化，如有變化，說明有鍵按下，如無變化，則無鍵按下。 上述方法稱為掃描法，即先把某一列置低電平，其余各列為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行線電平為低，可確定此行列交叉點(diǎn)處的按鍵被按下。共四十頁按鍵(n jin)的識(shí)別方

21、法- b. 線反轉(zhuǎn)法 35只需兩步便能獲得(hud)此按鍵所在的行列值，線反轉(zhuǎn)法的原理如下圖。第1步：列線輸出為全低電平，則行線中電平由高變低的所在行為按鍵所在行。第2步：行線輸出為全低電平，則列線中電平由高變低所在列為按鍵所在列。 結(jié)合上述兩步，可確定按鍵所在行和列。共四十頁三、鍵盤的工作(gngzu)方式36 單片機(jī)在忙于(mngy)各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。原則：即要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時(shí)間。 通常，鍵盤工作方式有3種，即：編程掃描、定時(shí)掃描中斷掃描。共四十頁1. 編程掃描(somio)方式37 只有當(dāng)單片機(jī)空閑時(shí)，才調(diào)用(dioyng)鍵盤掃描子程序，掃描鍵盤。工作過程：（1）在鍵盤掃描子程序中，先判斷有無鍵按下。方法：PA口8位輸出全0，讀PC口低4位狀態(tài)，若PC0PC3為全1，則說明