第7章 C51單片機(jī)人機(jī)交互的C編程

第7章C51單片機(jī)人機(jī)交互的C編程

重點(diǎn)與難點(diǎn) 本章重點(diǎn)是掌握鍵盤和數(shù)碼顯示、可編程鍵盤/顯示接口芯片8279的原理、LCD顯示模塊的原理以及它們的編程實(shí)現(xiàn)。

基本要求1．鍵盤和數(shù)碼顯示的原理及C程序編程2．可編程鍵盤/顯示接口芯片8279的原理及C程序編程

3．字符型LCD顯示模塊的原理及C程序編程4．點(diǎn)陣型LCD顯示模塊的原理及C程序編程

本章內(nèi)容1．鍵盤接口技術(shù)2．LED數(shù)碼顯示技術(shù)3．可編程鍵盤/顯示接口芯片8279

4．字符型LCD顯示模塊5．點(diǎn)陣型LCD顯示模塊

鍵盤接口技術(shù)7.1LED數(shù)碼顯示技術(shù)7.2可編程鍵盤/顯示接口芯片82797.3字符型LCD顯示模塊7.4點(diǎn)陣型LCD顯示模塊7.57.1鍵盤接口技術(shù) 鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的輸入設(shè)備，操作人員可以通過鍵盤向單片機(jī)系統(tǒng)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。

7.1.1獨(dú)立式鍵盤與工作原理 鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種：獨(dú)立式鍵盤和行列式鍵盤。

圖7-1獨(dú)立式按鍵與單片機(jī)的接口

7.1.2行列式鍵盤與工作原理 為了減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)所占用I/O口線的數(shù)目，在鍵數(shù)較多時(shí)，通常都將鍵盤排列成行列矩陣式。

圖7-24×4（16鍵）行列式鍵盤電路

圖7-3兩步掃描判別法

7.1.3鍵盤掃描的控制程序

單片機(jī)對(duì)按鍵的控制通常有以下三種方式。

（1）程序控制掃描方式，即利用程序連續(xù)地對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描；（2）定時(shí)掃描方式，即單片機(jī)定時(shí)地對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描；（3）中斷掃描方式，即鍵的按下引起中斷后，單片機(jī)對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。

下面以圖7-2所示的4×4行列式鍵盤為例，介紹程序控制掃描方式的工作過程和掃描子程序。程序控制掃描工作過程包括以下幾項(xiàng)工作。

（1）查詢是否有鍵按下；（2）查詢按下鍵所在的行列位置；（3）對(duì)所得到的行號(hào)和列號(hào)譯碼得到鍵值；（4）鍵的抖動(dòng)處理。7.2LED數(shù)碼顯示技術(shù)

7.2.1LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理

LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。

單片機(jī)系統(tǒng)中通常使用8段LED數(shù)碼顯示器，其外形及引腳如圖7-4（a）所示，由圖可見8段LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。

其中，7個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用。通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括A～F在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點(diǎn)“.”等字樣。

LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極都連在一起的，稱為共陽(yáng)極LED顯示器；另一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱為共陰極LED顯示器。共陽(yáng)極和共陰極LED顯示器如圖7-4（b）所示。

圖7-48段LED數(shù)碼顯示器

7.2.2LED靜態(tài)顯示接口

圖7-5串行擴(kuò)展8位LED顯示器靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路

7.2.3LED動(dòng)態(tài)掃描顯示接口

LED動(dòng)態(tài)顯示的基本做法在于分時(shí)輪流選通數(shù)碼管的公共端，使得各數(shù)碼管輪流導(dǎo)通，在選通相應(yīng)LED后，即在顯示字段上得到顯示字形碼。

這種方式不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光效率，而且由于各個(gè)數(shù)碼管的字段線是并聯(lián)使用的，從而大大簡(jiǎn)化了硬件線路。

動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式。

圖7-6動(dòng)態(tài)掃描8位LED顯示接口電路7.3可編程鍵盤/顯示接口芯片8279

8279是可編程的鍵盤、顯示接口芯片，它能自動(dòng)完成鍵盤的掃描輸入和LED掃描顯示輸出。鍵盤部分提供的掃描方式，可以和具有64個(gè)觸點(diǎn)的鍵盤或傳感器相連。

它能自動(dòng)清除按鍵抖動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)多鍵同時(shí)按下的保護(hù)。顯示部分按掃描方式工作，可以連接8位或16位LED顯示塊。

使用8279可以代替單片機(jī)完成鍵盤和顯示器的許多接口操作，從而大大地減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，因此，8279在單片機(jī)領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。

使用其鍵盤接口功能，可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與鍵盤、乒乓開關(guān)、鈕子開關(guān)等相連；使用其顯示器接口功能，可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與發(fā)光二極管顯示（LED）、液晶顯示器（LCD）、一般指示燈等相連。

7.3.18279引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1．8279的引腳結(jié)構(gòu)

圖7-78279的引腳和引線功能

2．8279內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖7-88279結(jié)構(gòu)框圖

7.3.28279的命令字和狀態(tài)字

8279有8個(gè)可編程的命令字，用來設(shè)定鍵盤（傳感器）和LED顯示器的工作方式以及實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)的讀、寫操作。

1．鍵盤/顯示方式設(shè)置命令字 鍵盤/顯示方式設(shè)置命令字格式如下所示。

2．編程時(shí)鐘命令字 編程時(shí)鐘命令字格式如下所示。

3．讀FIFO/傳感器RAM命令字 讀FIFO/傳感器RAM命令字格式如下所示。

4．讀顯示RAM命令字 讀顯示RAM命令字格式如下所示。

5．寫顯示RAM命令字 寫顯示RAM命令字格式如下所示。

6．顯示禁止寫入/消隱命令字 顯示禁止寫入/消隱命令字格式如下所示。

7．清除命令字 清除命令字格式如下所示。

8．結(jié)束中斷/錯(cuò)誤方式設(shè)置命令字 結(jié)束中斷/錯(cuò)誤方式設(shè)置命令字格式如下所示。

7.3.38279和C51單片機(jī)的接口

圖7-9C51單片機(jī)與8279、鍵盤、LED顯示器的接口電路7.4字符型LCD顯示模塊 液晶顯示器以其微功耗、體積小、重量輕、超薄型等諸多其他顯示器件所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。

7.4.1字符型LCD的結(jié)構(gòu)和引腳 字符型LCD是一種用5×7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，它主要包括DDRAM、CGROM、CGRAM等。

7.4.2顯示板控制器的指令系統(tǒng)

7.4.3LCD顯示板與單片機(jī)的接口和編程

圖7-10C51單片機(jī)與字符型LCD顯示板的接口7.5點(diǎn)陣型LCD顯示模塊 本節(jié)以內(nèi)藏HD61830控制器的液晶模塊MGLS-240128為例，來說明點(diǎn)陣型LCD顯示模塊的應(yīng)用。

7.5.1HD61830的特點(diǎn)和引腳

1．HD61830的特點(diǎn)

（1）HD61830是點(diǎn)陣式液晶圖像顯示控制器，可與M6800系列相適配的MPU直接接口。

（2）具有專用指令集，可完成文本顯示或圖形顯示的功能設(shè)置，以及實(shí)現(xiàn)畫面卷動(dòng)、光標(biāo)、閃爍、位操作等功能。

（3）HD61830可管理64KB顯示RAM，其中圖形方式為64KB；字符方式為4KB。

（4）內(nèi)部字符發(fā)生器CGROM共有192種字符，其中5×7字體160種；5×11字體有32種。HD61830還可以外接字符發(fā)生器，使字符量達(dá)到256種。

（5）HD61830可以靜態(tài)方式顯示，能以最大為1/128占空比的動(dòng)態(tài)方式顯示。

2．HD61830的受控引腳

圖7-11HD61830與MPU的時(shí)序圖

7.5.2HD61830指令集

HD61830的指令結(jié)構(gòu)是一致的，一條指令由一個(gè)字節(jié)的指令代碼與一個(gè)字節(jié)的指令參數(shù)組成。

1．方式控制指令，代碼為00H

向指令寄存器寫入00H后緊接著向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫入?yún)?shù)，即可定義顯示方式。方式控制參數(shù)格式如下所示：

2．字體設(shè)置指令，代碼為01H

該指令設(shè)置文本方式下字符的點(diǎn)陣大小，指令參數(shù)格式如下所示：

3．顯示域設(shè)置，指令代碼為02H

該指令參數(shù)格式如下所示：

4．幀設(shè)置，指令代碼為03H

該指令參數(shù)格式如下所示：

5．光標(biāo)位置設(shè)置，指令代碼為04H

文本方式下光標(biāo)為一行點(diǎn)陣顯示，該指令用來指明該行點(diǎn)陣在字符體中的第幾行，指令參數(shù)格式如下所示：

6．SADL設(shè)置，指令代碼為08H。

7．SADH設(shè)置，指令代碼為09H。

8．CACL設(shè)置，指令代碼為0AH。9．CACH設(shè)置，指令代碼為0BH10．?dāng)?shù)據(jù)寫指令，代碼為0CH11．?dāng)?shù)據(jù)讀，指令代碼為0DH12．位清零，指令代碼為0EH。

13．位置1，指令代碼為0FH。