第7章AT89C51人機(jī)交互通道接口技術(shù)

7.1單片機(jī)與數(shù)碼管動態(tài)顯示的接口技術(shù)7.1.1基礎(chǔ)知識1．LED數(shù)碼管動態(tài)顯示方式數(shù)碼管靜態(tài)顯示穩(wěn)定，但占用單片機(jī)I/O口線多。在多位數(shù)碼管顯示的情況下，為節(jié)省口線，簡化電路，將所有數(shù)碼管段選線一一對應(yīng)，并聯(lián)在一起，由（有時(shí)要通過驅(qū)動元件）單片機(jī)同一個(gè)8位I/O口控制；而位選線獨(dú)立，分別（一般要通過驅(qū)動元件）由各I/O口線控制。本項(xiàng)目采用四聯(lián)（位）共陽數(shù)碼管。其實(shí)物照片、結(jié)構(gòu)示意如圖7-1所示。圖7-2為單片機(jī)控制四聯(lián)（位）數(shù)碼管動態(tài)顯示的典型電路原理圖。4個(gè)數(shù)碼管的段碼共用一個(gè)I/O口P2，在每個(gè)瞬間，數(shù)碼管的段碼相同。要達(dá)到多位顯示的目的，就要在每一瞬間只有一位數(shù)碼管com端有效，即只選通一位數(shù)碼管，四位數(shù)碼管依次輪流選通，每位顯示本位的字符，并延時(shí)一段時(shí)間，以適應(yīng)視覺暫留的效果。2.延時(shí)時(shí)間的估算延時(shí)可由人眼視覺暫留時(shí)間來估算。一般來說，1s內(nèi)對4位數(shù)碼管掃描24次，就可看到不閃爍的顯示，即掃描一次時(shí)間約42ms。由此可以計(jì)算出，對應(yīng)于每位數(shù)碼管顯示延時(shí)約為11ms。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，每位延時(shí)超過18ms，則可以觀察到明顯閃爍。本例中選擇每位數(shù)碼管延時(shí)時(shí)間為10ms。3．?dāng)?shù)碼管LED限流（保護(hù)）電阻的估算數(shù)碼管由LED發(fā)光管組成。一般數(shù)碼管的壓降（VLED）為1.8V左右。若電源電壓為5V，數(shù)碼管每段LED的電流為10mA，則估算的限流電阻阻值為R=(VVLED)/0.010=320。本例取為300。7.1.2“數(shù)碼管動態(tài)顯示裝置”電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)1.電路設(shè)計(jì)2.匯編語言程序設(shè)計(jì)、匯編ORG 00HSJMP STARORG 30HSTAR: MOV P1,#0FFH ;關(guān)閉位選口

MOV P2,#0FFH ;關(guān)閉段選口ST1: MOV R0,#0 ;（R0）=0 MOV R1,#0FEH ;選通P1.0控制的顯示器ST2: MOV A,R0 LCALL SEG7 ;將R0中數(shù)字轉(zhuǎn)換為顯示碼，從P2口輸出CPL A ;取反，將陰碼變?yōu)殛柎a MOVP2,A ;通過R0得到的顯示段碼送P2口 MOV A,R1 ;位選通數(shù)據(jù)送P1 MOV P1,A LCALL DLY ;延時(shí)10ms MOV P1,#0FFH ;關(guān)閉位選通 INC R0 ;計(jì)數(shù)+1 CJNE R0,#4H,ST3 ;4位是否掃描完 SJMP ST1 ;0～3掃描完，重新開始ST3: MOV A,R1 ;0～3依次顯示 RL A ;更新選通位 MOV R1,A SJMP ST2 ;循環(huán)，顯示下一位DLY: MOV R7,#20 ;延時(shí)10ms MOV R6,#0DLY1: DJNZ R6,$ DJNZ R7,DLY1 RETSEG7: INC A ;將數(shù)字轉(zhuǎn)換為顯示碼 MOVC A,@A+PC RET DB 3FH,6,5BH,4FH ;共陰極段碼：0,1,2,3 DB 66H,6DH,7DH,7 ;4,5,6,7 DB 7FH,6FH,77H,7CH ;8,9,A,B DB 39H,5EH,79H,71H ;C,D,E,F END7.2單片機(jī)與LCD液晶顯示器的接口技術(shù)7.2.1基礎(chǔ)知識1.LCD液晶顯示器優(yōu)點(diǎn)和分類在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，LCD液晶顯示器因具有微功耗、小體積、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。LCD可分筆段型、點(diǎn)陣字符型和點(diǎn)陣圖符型。各類型都有與之配套的控制、驅(qū)動芯片。本項(xiàng)目以“字符型LCD液晶顯示裝置”（簡稱“字符型液晶顯示裝置”）為例講解單片機(jī)與LED顯示器的接口技術(shù)。該裝置使用點(diǎn)陣字符型（簡稱字符型）1602C。首先熟悉有關(guān)字符型LCD液晶顯示器等的基礎(chǔ)知識。2.字符型LCD液晶顯示器字符型LCD液晶顯示器是專用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣式LCD。它們多與HD44780控制驅(qū)動器集成在一起，構(gòu)成字符型LCD液晶顯示模塊，用LCM（LiquidCrystalDisplayModule）表示，有16×1、16×2、20×2、40×2等產(chǎn)品。圖7-4是16×2（可顯示兩行16個(gè)字符）的1602型字符液晶模塊JM1602CLCM實(shí)物照片。3.液晶顯示模塊LCM液晶顯示模塊LCM由字符型LCD液晶顯示器和HD44780控制驅(qū)動器構(gòu)成。HD44780由DDRAM、CGROM、IR、DR、BF、AC等大規(guī)模集成電路組成，具有簡單且功能較強(qiáng)的指令集，可實(shí)現(xiàn)字符移動、閃爍等顯示效果。（1）引腳定義（2）數(shù)據(jù)顯示RAM：DDRAM數(shù)據(jù)顯示RAM（DataDisplayRAM，DDRAM）用以存放要顯示的字符碼，只要將標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼放入DDRAM中，內(nèi)部控制線路就會自動將數(shù)據(jù)傳送到顯示器上，并顯示出該ASCII碼對應(yīng)的字符。（3）指令寄存器IR、數(shù)據(jù)寄存器DRLCD內(nèi)有兩個(gè)寄存器：一個(gè)是指令寄存器（InstructionRegister，IR），另一個(gè)是數(shù)據(jù)寄存器（DataRegister，DR）。IR用來存放由CPU送來的指令代碼，如光標(biāo)復(fù)位、清屏、CGRAM、DDRAM地址信息等；DR則用來存放要顯示的數(shù)據(jù)。字符型LCD寄存器選擇如表7-2所示。（4）忙碌標(biāo)志BF當(dāng)BF=1時(shí)，LCM正忙于處理內(nèi)部數(shù)據(jù)，執(zhí)行完當(dāng)前指令后，系統(tǒng)會自動清除BF。寫指令前必須先檢查BF標(biāo)志，當(dāng)BF=0時(shí)，才可將指令寫入LCM控制器。（5）顯示器地址①地址計(jì)數(shù)器AC。AC根據(jù)指令對DDRAM或CGRAM指派地址。當(dāng)指令地址寫入IR時(shí)，地址信息也由IR送入AC中。執(zhí)行將數(shù)據(jù)寫入DDRAM或CGRAM（或由此讀出）命令后，AC的內(nèi)容會自動加1或減1。當(dāng)讀命令寄存器IR時(shí)（RS=0、R/=1），AC的內(nèi)容輸出到DB0～DB6。由此得到當(dāng)前字符顯示地址，判斷是否需要換行。②字符在LCD上的顯示地址如表7-3所示。DB7=1（DB6～DB0），第一行為80H、81H…8FH，第二行為C0H、C1H…CFH。（6）LCD字庫HD44780內(nèi)置了192個(gè)常用字符，存于字符產(chǎn)生器CGROM（CharacterGeneratorROM）中。另外，還有由用戶自定義的字符產(chǎn)生RAM，稱為CGRAM（CharacterGeneratorRAM）。用戶可以通過編程將字符圖案寫入CGRAM中，可寫8個(gè)5×8點(diǎn)陣或4個(gè)5×10點(diǎn)陣的字符圖案。字庫中的0x00～0x0F為用戶自定義CGRAM，0x20～0x7F為標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼，0xA0～0xFF為日文字符和希臘文字符，其余字符碼（0x10～0x1F及0x80～0x9F）沒有定義。（7）指令組表表7-4列出了LCM指令組表，說明如下。①清除顯示屏，即將20H（空格的ASCII碼）填入所有的DDRAM，使LCD顯示器全部清除，地址計(jì)數(shù)器清零，光標(biāo)移到原點(diǎn)。②光標(biāo)回原點(diǎn)（屏幕左上角），DDRAM中的數(shù)據(jù)庫不變。③CGRAM地址設(shè)定。此命令用來設(shè)定CGRAM地址，由A5～A0位決定，范圍為0～3FH。地址存放在地址計(jì)數(shù)器AC中。寫入本指令后，隨后必須是數(shù)據(jù)寫入/讀取CGRAM的指令。④DDRAM地址設(shè)定。由A6～A0來決定地址，并存放于AC中，寫入本指令后，隨后必須是數(shù)據(jù)寫入/讀取DDRAM的指令。⑤讀取BF/地址計(jì)數(shù)器。讀取數(shù)據(jù)前可檢查BF，BF=1，不可存取LCD，直到BF=0。而地址計(jì)數(shù)器的內(nèi)容則為DDRAM或CGRAMＭ的地址。⑥寫入CGRAM或DDRAM。在地址設(shè)定指令后，本指令把字符碼寫入DDRAM內(nèi)，以便顯示相應(yīng)的字符，或把自創(chuàng)的字符碼存入CGRAM中。⑦讀取CGRAM或DDRAM中的數(shù)據(jù)。在地址設(shè)定指令后，用來讀取CGRAM或DDRAM中的數(shù)據(jù)。7.2.2“字符型液晶顯示裝置”電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)1.電路設(shè)計(jì)單片機(jī)與16×2字符型LCM的接口電路如圖7-5所示，圖左下方為所用元件列表。圖中的16×2LCD采用1602。2.匯編語言程序設(shè)計(jì)、匯編ORG 00HRS EQUP3.5 ;位定義RW EQUP3.6E EQUP3.7MOV P3,#0FFHMOV P1,#01H ;清除屏幕ACALL ENABLEMOV P1,#38H ;8位、兩行、5×7點(diǎn)陣ACALL ENABLEMOV P1,#0FH ;開顯示ACALL ENABLEMOV P1,#06H ;移動光標(biāo)ACALL ENABLEMOV P1,#80H ;顯示位置ACALL ENABLEL3: MOV P1,#01HACALL ENABLEMOV DPTR,#TAB1 ;送第一字符CALL WRITE1MOV P1,#0C0H ;寫入顯示起始地址（第二行第一個(gè)位置）ACALL ENABLE ;調(diào)用寫入命令子程序MOV DPTR,#TAB2 ;送第二字符CALL WRITE1CALL DELAYCALL DELAYCALL DELAYJMP L3ENABLE: ;送命令，LCD使能CLR RSCLR RWCLR EACALL DELAYSETB ERETWRITE1: ;送字符串MOV R1,#00HA1: MOV A,R1MOVC A,@A+DPTRCALL WRITE2INC R1CJNE A,#00H,A1 ;以00H做字符串結(jié)束標(biāo)志RETWRITE2: ;送單個(gè)字符MOV P1,ASETB RSCLR RWCLR ECALL DELAYSETB ERETDELAY: ;延時(shí)子程序MOV R7,#255D1: MOV R6,#255D2: DJNZ R6,D2DJNZ R7,D1RET;以下每個(gè)表格都是一行字符，以00H作為結(jié)尾。TAB1: DB'^_^TOLCD',00TAB2: DB'Gladtoseeyou',00END7.3單片機(jī)與矩陣式鍵盤的接口技術(shù)7.3.1基礎(chǔ)知識1.鍵的可靠輸入機(jī)械型按鍵的開、關(guān)分別是機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。按鍵的電波形如圖7-7所示（設(shè)按鍵口平時(shí)接高電平，有鍵按下時(shí)為低電平）。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合及斷開的瞬間均有抖動過程，會出現(xiàn)一系列電脈沖。抖動時(shí)間長短，與開關(guān)的機(jī)械特性、按鍵動作等因素有關(guān)，一般為5～10ms。按鍵的鍵穩(wěn)定時(shí)間，由操作者的按鍵動作決定，一般大于0.1s。為保證單片機(jī)對鍵的一次閉合僅做一次鍵輸入處理，必須去除抖動影響。通?？捎糜布蜍浖椒ㄈコ秳佑绊?。硬件消抖可采用R-S觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路，軟件消抖可用延時(shí)法。單片機(jī)在檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行約10ms的延時(shí)程序，以消除前沿抖動影響。接著檢查該鍵是否仍保持鍵閉合狀態(tài)電平，若保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵按下。再檢測按鍵是否彈起，一旦檢測到按鍵彈起，再延時(shí)約10ms，消除后沿抖動影響。完成一個(gè)完整的確認(rèn)按鍵的過程。2.獨(dú)立式按鍵獨(dú)立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，如圖7-8所示。3.矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤又稱行列式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。N條口線最多可構(gòu)造N2個(gè)按鍵。4×4的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成16個(gè)鍵的鍵盤，如圖7-9中部所示。無按鍵時(shí)各行、列線彼此相交而不相連。當(dāng)有鍵按下時(shí)，如按下“F”鍵，則與“F”相連的行線P2.3、列線P2.7相連。由行、列線的電平狀態(tài)可以識別唯一與之相連的按鍵，此識別過程稱為讀鍵。7.3.2“矩陣式鍵盤接口裝置”電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)1.電路設(shè)計(jì)2.匯編語言程序設(shè)計(jì)、匯編程序功能：按0-F任意一個(gè)鍵，數(shù)碼管就顯示該鍵的碼號。反轉(zhuǎn)讀鍵法的程序設(shè)計(jì)ORG 00HSJMP STARORG 30HSTAR: ACALL DE100 ;調(diào)用延時(shí)KEY: MOV P2,#0FH ;查鍵開始，行定義輸入，列定義輸出為0 MOV A,P2 ;讀入P2的值 CPL A ANL A,#0FH ;確保低4位 JZ KEY ;無鍵按下，返回 MOV R5,A ;有鍵按下，暫存 MOV P2,#0F0H ;列定義輸入，行定義輸出為0 MOV A,P2 CPL A ANL A,#0F0H JZ KEY MOV R4,A ;暫存高4位輸入 LCALL DE10 ;消抖動KEY1: MOV A,P2 ;等待鍵松開 CPL A ANL A,#0F0H JNZ KEY1 ;按鍵沒松開，等待 LCALL DE10 MOV A,R4 ;取列值 ORL A,R5 ;與行值相或?yàn)榻M合鍵值 MOV B,A ;結(jié)果暫存于B中 MOV R1,#0 ;鍵值寄存器R1賦初值=0 MOV DPTR,#TAB ;取鍵碼表首址到DPTRVAL0: MOV A,R1 MOVC A,@A+DPTR ;查鍵碼表 CJNE A,B,VAL ;非當(dāng)前按鍵碼，繼續(xù)查找 ACALL KEYV ;以按鍵碼查顯示碼 MOV P1,A ;查找到顯示碼送P1二極管顯示 SJMP KEY ;下一次按鍵輸入，循環(huán)VAL: I