第10章 鍵盤(pán)顯示器接口

第10章AT89S51單片機(jī)與輸入/輸出

外設(shè)的接口12

第10章目錄10.1LED數(shù)碼管的顯示原理

10.1.1LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)

10.1.2LED數(shù)碼管工作原理10.2鍵盤(pán)接口原理

10.2.1鍵盤(pán)輸入應(yīng)解決的問(wèn)題

10.2.2鍵盤(pán)的工作原理

10.2.3鍵盤(pán)的工作方式10.3鍵盤(pán)/顯示器接口設(shè)計(jì)實(shí)例

10.3.1利用AT89S51單片機(jī)串行口實(shí)現(xiàn)的鍵盤(pán)/顯示器接口

10.3.2各種專(zhuān)用的鍵盤(pán)/顯示器接口芯片簡(jiǎn)介

10.3.3專(zhuān)用接口芯片CH451實(shí)現(xiàn)的鍵盤(pán)/顯示器控制

10.3.4專(zhuān)用接口芯片HD7279實(shí)現(xiàn)的鍵盤(pán)/顯示器控制10.4AT89S51單片機(jī)與液晶顯示器（LCD）的接口

10.4.1LCD顯示器的分類(lèi)

10.4.2點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊介紹

10.4.3AT89S51單片機(jī)與LCD的接口及軟件編程10.5AT89S51單片機(jī)與微型打印機(jī)TPP-40A/16A的接口10.6AT89S51單片機(jī)與BCD碼撥盤(pán)的接口設(shè)計(jì)310.1LED數(shù)碼管的顯示原理10.1.1LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)組成：一個(gè)LED數(shù)碼管是由多個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的；常見(jiàn)類(lèi)型：“8”字型的，共計(jì)8段。每一段對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管。4共陽(yáng)極發(fā)光二極管：

所有二極管的陽(yáng)極接在一起，需外接高電平；陰極作為控制端，低電平點(diǎn)亮相應(yīng)的段二極管；共陰極發(fā)光二極管：

所有二極管的陰極接在一起，需外接低電平；陽(yáng)極作為控制端，高電平點(diǎn)亮相應(yīng)的段二極管；5數(shù)碼管的顯示：

為了使數(shù)碼管顯示不同的符號(hào)或數(shù)字，要把某些段發(fā)光二極管點(diǎn)亮，就要為L(zhǎng)ED數(shù)碼管提供段碼（字型碼）。

問(wèn)題：要確定顯示的符號(hào)或數(shù)字與段碼的關(guān)系，需要考慮哪些問(wèn)題？1)LED數(shù)碼管的顯示類(lèi)型。除常見(jiàn)的“8”字型外，還有米字型等其他顯示類(lèi)型的數(shù)碼管。

2）硬件設(shè)計(jì)上，數(shù)據(jù)線與各段控制線的連接關(guān)系。習(xí)慣上是以“a”段對(duì)應(yīng)段碼字節(jié)的最低位。67顯示數(shù)字：6

顯示類(lèi)型：共陰數(shù)碼管段碼：7DH

111111008其他顯示類(lèi)型的數(shù)碼管：除“8”字型的LED數(shù)碼管外，市面上還有“±1”型、“米”字型和“點(diǎn)陣”型LED顯示器.

圖10-2

其他各種字型的LED顯示器910.1.2LED數(shù)碼管工作原理結(jié)構(gòu)原理:

10圖10-34位LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)原理圖段碼由此輸入數(shù)碼管的選通或禁止，其實(shí)就是數(shù)碼管的共陰/共陽(yáng)端LED數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。1．LED靜態(tài)顯示方式硬件連接：1）每位數(shù)碼管的位選線固定接電源或低（固定選通）；2）每位數(shù)碼管的段碼線（a～dp）分別與一個(gè)8位的I/O口鎖存器輸出相連。（如果單片機(jī)的I/O不夠用呢？）顯示特征：1）一旦向I/O口寫(xiě)入段碼，則數(shù)碼管持續(xù)顯示相應(yīng)字符，直

到下次再寫(xiě)入為止；2）靜態(tài)顯示方式的顯示無(wú)閃爍，亮度都較高，軟件控制比較容易。11不足：1）占用口線較多，硬件資源占用多；2）在顯示位數(shù)較多的情況下，所需的電流比較大，對(duì)電源的要求也就隨之增高。圖10-44位LED靜態(tài)顯示電路122．LED動(dòng)態(tài)顯示方式硬件連接：

1）所有顯示位的段碼線的相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位

I/O口控制；

2）各位的位選線分別由相應(yīng)的I/O線控制，形成各位的分時(shí)選通。軟件控制：

1）對(duì)要顯示的位，先控制位選使能，然后發(fā)出段碼；（同時(shí)應(yīng)保證其他位選無(wú)效）

2）為了能得到多位數(shù)碼管同時(shí)顯示的效果，以一定的時(shí)間間隔，一次驅(qū)動(dòng)每一位數(shù)碼管顯示；

1314圖10-54位8段LED動(dòng)態(tài)顯示電路顯示原理及特點(diǎn)：1）在同一時(shí)刻，只有一位數(shù)碼管顯示，其他各位熄滅；2）由于控制了掃描的間隔時(shí)間，利用數(shù)碼管的余輝和人眼的“視覺(jué)暫留”作用，可以造成“多位同時(shí)亮”的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。3）顯示位數(shù)多，會(huì)占大量的單片機(jī)時(shí)間，因此動(dòng)態(tài)顯示的實(shí)質(zhì)是以犧牲單片機(jī)時(shí)間來(lái)?yè)Q取I/O端口的減少。4）動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，顯示器越多，優(yōu)勢(shì)越明顯。缺點(diǎn)是顯示亮度不如靜態(tài)顯示的亮度高。如果“掃描”速率較低，會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。15圖10-68位LED動(dòng)態(tài)顯示過(guò)程和結(jié)果16例：8位LED（共陰極）動(dòng)態(tài)顯示2009.10.10的過(guò)程。10.2鍵盤(pán)接口原理鍵盤(pán)的分類(lèi)：編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)。10.2.1鍵盤(pán)輸入應(yīng)解決的問(wèn)題1．鍵盤(pán)的任務(wù)任務(wù)有三項(xiàng)：(1)判別是否有鍵按下？若有，進(jìn)入下一步工作。(2)識(shí)別哪一個(gè)鍵被按下，并求出相應(yīng)的鍵值。(3)根據(jù)鍵值，找到相應(yīng)鍵值的處理程序入口。172．鍵盤(pán)輸入的特點(diǎn)常見(jiàn)鍵盤(pán)：觸摸式鍵盤(pán)、薄膜鍵盤(pán)和按鍵式鍵盤(pán)，最常用的是按鍵式鍵盤(pán)。

圖10-7

鍵盤(pán)開(kāi)關(guān)及其行線波形184．按鍵的消抖軟件消抖：在檢測(cè)到有鍵按下（行線低電平）時(shí)，先執(zhí)行一段延時(shí)10ms的子程序后，若該行線仍為低電平，則確認(rèn)該行確實(shí)有鍵按下，再做其他處理。當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)，行線的低電平變?yōu)楦唠娖?，?zhí)行一段延時(shí)10ms的子程序后，檢測(cè)該行線為高電平，說(shuō)明按鍵確實(shí)已經(jīng)松開(kāi)。硬件消抖：采用專(zhuān)用的鍵盤(pán)/顯示器接口芯片；設(shè)計(jì)消抖電路；1910.2.2鍵盤(pán)的工作原理鍵盤(pán)可分為兩類(lèi)：非編碼鍵盤(pán)和編碼鍵盤(pán)。1．非編碼鍵盤(pán)常見(jiàn)的為兩種結(jié)構(gòu)：獨(dú)立式鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán)。（1）獨(dú)立式鍵盤(pán)

原理：每個(gè)鍵各接一條I/O口線，通過(guò)檢測(cè)I/O輸入線的電平狀態(tài)，可容易地判斷哪個(gè)按鍵被按下;優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，各條檢測(cè)線獨(dú)立，識(shí)別按下按鍵的軟件編寫(xiě)簡(jiǎn)單。用途：適用于鍵盤(pán)按鍵數(shù)目較少的場(chǎng)合，不適用于鍵盤(pán)按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，因?yàn)閷⒄加幂^多的I/O口線。20圖10-8獨(dú)立式鍵盤(pán)接口電路21（2）矩陣式鍵盤(pán)用途：用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，可節(jié)省較多的I/O口線。22圖10-9

矩陣式鍵盤(pán)接口①掃描法。第1步：識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)鍵按下（行位置）；

第2步：如有鍵被按下，識(shí)別出具體的鍵位(列位置)。

23所有列線均置為0，讀行線的狀態(tài)確定按下的鍵在哪一行依次將各個(gè)列線置為0，然后讀取行線的狀態(tài)確定按下的鍵在哪一列24圖10-10

采用線反轉(zhuǎn)法的矩陣式鍵盤(pán)②線反轉(zhuǎn)法。P1.0～P1.3輸出全為“0”讀入P1.4～P1.7線則P1.4=0，確定按下的鍵在第一行P1.4～P1.7輸出全為“0”讀入P1.0～P1.3線則P1.0=0，確定按下的鍵在第4列第1行第4列按下，因此按下的鍵為3鍵10.2.3鍵盤(pán)的工作方式單片機(jī)在忙于其他各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤(pán)的輸入，這取決于鍵盤(pán)的工作方式。工作方式選取原則是，既要保證及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又不過(guò)多占用單片機(jī)工作時(shí)間。1．編程掃描方式利用單片機(jī)空閑時(shí)間，調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，反復(fù)掃描鍵盤(pán)。

注意：如果單片機(jī)的查詢的頻率過(guò)高，雖能及時(shí)響應(yīng)鍵盤(pán)的輸入，但也會(huì)影響其他任務(wù)的進(jìn)行。查詢的頻率過(guò)低，可能會(huì)鍵盤(pán)輸入漏判。所以要根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)的繁忙程度和鍵盤(pán)的操作頻率，來(lái)調(diào)整鍵盤(pán)掃描的頻率。252．定時(shí)掃描方式每隔一定的時(shí)間對(duì)鍵盤(pán)掃描一次。

間隔時(shí)間實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器產(chǎn)生的定時(shí)中斷，進(jìn)入中斷子程序來(lái)對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，在有鍵按下時(shí)識(shí)別出該鍵，并執(zhí)行相應(yīng)鍵的處理程序

間隔時(shí)間要求：為了不漏判有效的按鍵，定時(shí)中斷的周期一般應(yīng)小于100ms。263．中斷掃描方式

原理：

1）只有在鍵盤(pán)有按鍵按下時(shí)，發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)中斷，執(zhí)行鍵盤(pán)掃描程序中斷服務(wù)子程序。

2）無(wú)鍵按下，單片機(jī)將不理睬鍵盤(pán)。

優(yōu)點(diǎn)：，只有按鍵按下時(shí)，才進(jìn)行處理，所以其實(shí)時(shí)性強(qiáng)，工作效率高。2710.4AT89S51單片機(jī)與液晶顯示器（LCD）的接口10.4.1LCD顯示器的分類(lèi)28（1）字段型。以長(zhǎng)條狀組成字符顯示。主要用于數(shù)字、英文、字符的顯示，如計(jì)算器的顯示屏（2）點(diǎn)陣字符型。以57或510的點(diǎn)陣為單位顯示字符。專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等。廣泛應(yīng)用在各類(lèi)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中。（3）點(diǎn)陣圖形型。以平板上的矩陣式的晶格點(diǎn)來(lái)做顯示。廣泛應(yīng)用于圖形顯示，如用于筆記本電腦、彩色電視和

游戲機(jī)等。10.4.2點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊介紹1）嵌入式設(shè)計(jì)面對(duì)的對(duì)象

不是單獨(dú)的點(diǎn)陣字符型LCD顯示器，而是由LCD顯示器，

LCD控制器、驅(qū)動(dòng)器，RAM和ROM構(gòu)成的液晶顯示模塊（LCdModule，LCM）。2）學(xué)習(xí)了解的對(duì)象液晶顯示模塊中相關(guān)控制電路的端口配置和使用。而不必了解液晶顯示器本身的工作原理。3）單片機(jī)對(duì)LCM的控制

單片機(jī)控制LCM時(shí)，只要向LCM送入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)就可顯示需要的內(nèi)容。291．基本結(jié)構(gòu)與特性（1）液晶顯示板在液晶顯示板上排列著若干57或510點(diǎn)陣的字符顯示位，從規(guī)格上分為每行8、16、20、24、32、40位，有1行、2行及4行等，根據(jù)需要，選擇購(gòu)買(mǎi)。（2）模塊電路框圖

所示為字符型LCD模塊的電路框圖，它由日立公司生產(chǎn)的控制器HD44780、驅(qū)動(dòng)器HD44100及幾個(gè)電阻和電容組成。HD44100是擴(kuò)展顯示字符位用的（例如，16字符1行模塊就可不用HD44100，16字符2行模塊就要用一片HD44100）。30

圖10-20

字符型LCD模塊的電路框圖31（3）1602字符型LCM的特性①內(nèi)部具有字符發(fā)生器ROM（CGROM）,即字符庫(kù)。

可顯示192個(gè)57點(diǎn)陣字符。字符庫(kù)中某個(gè)位置的值對(duì)應(yīng)在液晶顯示器上顯示什么內(nèi)容，這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系在模塊設(shè)計(jì)之初就定下來(lái)了。所以要顯示什么內(nèi)容，向LCM送入這個(gè)內(nèi)容在ROM中的位置就行了。由該字符庫(kù)可看出LCM顯示的數(shù)字和字母部分的位置代碼值，恰好與ASCII碼表中的數(shù)字和字母相同。所以在顯示數(shù)字和字母時(shí)，只需向LCM送入對(duì)應(yīng)的ASCII

碼即可。32②模塊內(nèi)有64字節(jié)的自定義字符RAM(CGRAM),用戶可自行定義8個(gè)57點(diǎn)陣字符。③模塊內(nèi)有80字節(jié)的數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)器（DDRAM）。3334圖10-21ROM字符庫(kù)的內(nèi)容2.LCM的引腳16個(gè)引腳，也有少數(shù)的LCM為14個(gè)引腳，其中包括8條數(shù)據(jù)線、3條控制線和3條電源線，見(jiàn)表10-15。通過(guò)單片機(jī)寫(xiě)入模塊的命令和數(shù)據(jù)，就可對(duì)顯示方式和顯示內(nèi)容做出選擇。353．命令格式及功能說(shuō)明（HD44780

的端口）（1）內(nèi)部寄存器控制器HD44780內(nèi)有多個(gè)寄存器，寄存器的選擇如表10-16所示。RS位和R/腳上的電平?jīng)Q定對(duì)寄存器的選擇和讀/寫(xiě)，而DB7～DB0決定命令功能。36選擇命令/狀態(tài)寄存器選擇數(shù)據(jù)端口進(jìn)行讀寫(xiě)（2）命令功能說(shuō)明下面介紹可寫(xiě)入命令寄存器的11個(gè)命令。①清屏。格式如下：功能：清除屏幕顯示，并給地址計(jì)數(shù)器AC置“0”。②返回。格式如下：功能：置DDRAM（顯示數(shù)據(jù)RAM）及顯示RAM的地址為“0”，顯示返回到原始位置。37③輸入方式設(shè)置。格式如下：功能：設(shè)置光標(biāo)的移動(dòng)方向，并指定整體顯示是否移動(dòng)。

I/D=1，AC為自動(dòng)加1計(jì)數(shù)器,操作數(shù)據(jù)后AC自動(dòng)加1；I/D=0，AC為自動(dòng)減1計(jì)數(shù)器,操作數(shù)據(jù)后AC自動(dòng)減1；

S=1，表示顯示字符時(shí)，允許光標(biāo)/畫(huà)面自動(dòng)移位（AC自動(dòng)變化）；

S=0，表示顯示字符時(shí)，不允許光標(biāo)/畫(huà)面自動(dòng)移位（AC自動(dòng)變化).④顯示開(kāi)關(guān)控制。格式如下：38功能：D位（DB2）控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，

D=1，開(kāi)顯示；D=0，則關(guān)顯示。C位（DB1）控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，

C=1，光標(biāo)開(kāi)；C=0，則光標(biāo)關(guān)。B位（DB0）控制光標(biāo)處字符閃爍，

B=1，字符閃爍；B=0，字符不閃爍。⑤光標(biāo)移位。格式如下：功能：移動(dòng)光標(biāo)或整體顯示，DDRAM中內(nèi)容不變。其中：39S/C=1時(shí)，顯示移位；S/C=0時(shí)，光標(biāo)移位。R/L=1時(shí)，向右移位，R/L=0時(shí)，向左移位。⑥功能設(shè)置。命令格式如下：