第5章 與顯示器、開關、鍵盤接口設計

第5章單片機的開關檢測、鍵盤輸入

與顯示的接口設計

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復習單片機的并行I/O口有幾個？特點？4個雙向的8位并行I/O端口：P0~P3，表特殊功能寄存器P0、P1、P2和P3就是這4個端口的輸出鎖存器。4個端口除按字節(jié)輸入/輸出外，還可按位尋址，以便位控功能的實現(xiàn)。2023/10/151．P0口P0口既可作地址/數(shù)據(jù)總線使用，也可作通用I/O口使用。注意：作地址/數(shù)據(jù)復用口作通用I/O口用圖4-1P0口某一位的位電路結構2023/10/152．P1口與P0口不同，P1口內部有上拉電阻。（1）P1口作通用I/O口使用（準三態(tài)雙向口）圖4-2P1口某一位的位電路結構2023/10/153．P2口P2口為準三態(tài)雙向口，負載能力為4個TTL門電路。當單片機系統(tǒng)擴展存儲器時，P2輸出高8位地址；系統(tǒng)沒有擴展存儲器時，P2口可作通用I/O口使用。圖4-3P2口某一位的位電路結構2023/10/154．P3口圖4-4P3口某一位的位電路結構第5章單片機的開關檢測、鍵盤輸入與顯示的接口設計

單片機控制LED顯示（掌握）開關狀態(tài)檢測（掌握）LED數(shù)碼管顯示LED數(shù)碼管的結構；（了解）LED數(shù)碼管的工作原理；（了解）LED數(shù)碼管字型編碼；（掌握）LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示；（掌握）LED數(shù)碼管動態(tài)顯示。（掌握）單片機系統(tǒng)基本功能：顯示開關檢測鍵盤輸入本次課主要介紹單片機與顯示器件、開關的接口設計與軟件編程85.1單片機控制發(fā)光二極管顯示發(fā)光二極管常用來指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，制作節(jié)日彩燈、廣告牌匾等。大部分發(fā)光二極管工作電流1~5mA之間，其內阻為20~100Ω。電流越大，亮度也越高。為保證發(fā)光二極管正常工作，同時減少功耗，限流電阻選擇十分重要，若供電電壓為+5V，則限流電阻可選1~3kΩ。圖5-1

發(fā)光二極管與單片機并行口的連接5.1.1單片機與發(fā)光二極管的連接第2章已介紹，P0口作通用I/O用，由于漏極開路，需外接上拉電阻。而P1～P3口內部有30kΩ左右上拉電阻。P1～P3口如何與LED發(fā)光二極管驅動連接?單片機并行端口P1～P3直接驅動發(fā)光二極管，電路見圖5-1。與P1、P2、P3口相比，P0口每位可驅動8個LSTTL輸入，而P1～P3口每一位驅動能力，只有P0口一半。當P0口某位為高電平時，可提供400μA的拉電流；當P0口某位為低電平（0.45V）時，可提供3.2mA的灌電流，而P1～P3口內有30kΩ左右上拉電阻，如高電平輸出，則從P1、P2和P3口輸出的拉電流Id僅幾百μA，驅動能力較弱，亮度較差，見圖5-1（a）。如端口引腳為低電平，能使灌電流Id從單片機外部流入內部，則將大大增加流過的灌電流值，見圖5-1（b）。AT89S51任一端口要想獲得較大的驅動能力，要用低電平輸出。如一定要高電平驅動，可在單片機與發(fā)光二極管間加驅動電路，如74LS04、74LS244等。5.1.2I/O端口的編程舉例

對I/O端口編程控制時，要對I/O端口特殊功能寄存器聲明，在C51的編譯器中，這項聲明包含在頭文件reg51.h中，編程時，可通過預處理命令#include<reg51.h>，把這個頭文件包含進去。下面通過案例介紹如何編程對發(fā)光二極管輸出控制。12圖5-2

單片機控制的流水燈

【例5-1】

制作流水燈，原理電路見圖5-2，8個發(fā)光二極管LED0～LED7經限流電阻分別接至P1口的P1.0～P1.7引腳上，陽極共同接高電平。編寫程序來控制發(fā)光二極管由上至下的反復循環(huán)流水點亮，每次點亮一個發(fā)光二極管。思路：循環(huán)點亮?

參考程序：#include<reg51.h>#include<intrins.h> //包含移位函數(shù)_crol_()的頭文件#defineucharunsignedchar #defineuintunsignedint voiddelay(uinti) //延時函數(shù){ uchart; while(i--)

{ for(t=0;t<120;t++); }}voidmain() //主程序{

P1=0xfe; //向P1口送出點亮數(shù)據(jù)

while(1) { delay(500); //500為延時參數(shù)，可根據(jù)實際需要調整

P1=_crol_(P1,1);//函數(shù)_crol_(P1,1)把P1中的數(shù)據(jù)循環(huán)左移1位

}}程序說明：（1）while(1)兩種用法：“while(1);”：

while(1)后有分號，是使程序停留在這指令上；“while(1){……;}”：反復循環(huán)執(zhí)行大括號內程序段，本例用法，即控制流水燈反復循環(huán)顯示。

（2）C51函數(shù)庫中的循環(huán)移位函數(shù)：循環(huán)移位函數(shù)包括：

循環(huán)左移函數(shù)“_crol_”

循環(huán)右移函數(shù)“_cror_”。本例用循環(huán)左移“_crol_(P1,1)”，函數(shù)。括號第1個參數(shù)為循環(huán)左移對象，即對P1中的內容循環(huán)左移；第2個參數(shù)為左移位數(shù)，即左移1位。編程中一定要把含有移位函數(shù)的頭文件intrins.h包含在內，例如第2行“#include<intrins.h>”。在【例5-1】基礎上，編寫控制發(fā)光二極管反復循環(huán)點亮的流水燈?！纠?-2】電路見圖5-2，制作由上至下再由下至上反復循環(huán)點亮顯示的流水燈，3種方法實現(xiàn)。思路：循環(huán)點亮

反復voiddelay(){ uchari,j; for(i=0;i<255;i++) for(j=0;j<255;j++);}voidmain() //主函數(shù){ uchari; while(1) { for(i=0;i<16;i++) {

P1=tab[i]; //向P1口送出點亮數(shù)據(jù)

delay(); //延時，即點亮一段時間

} }}（1）數(shù)組的字節(jié)操作實現(xiàn)建立1個字符型數(shù)組，將控制8個LED顯示的8位數(shù)據(jù)作為數(shù)組元素，依次送P1口。參考程序：#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar uchartab[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,

0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe}; /*前8個數(shù)據(jù)為左移點亮數(shù)據(jù)，后8個為右移點亮數(shù)據(jù)*/（2）移位運算符實現(xiàn)使用移位運算符“>>”、“<<”，把送P1口顯示控制數(shù)據(jù)進行移位，從而實現(xiàn)發(fā)光二極管依次點亮。參考程序：#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar voiddelay(){ uchari,j; for(i=0;i<255;i++) for(j=0;j<255;j++);}voidmain() //主函數(shù){ uchari,temp; while(1){ temp=0x01; //左移初值賦給temp for(i=0;i<8;i++) {

P1=~temp; //temp中的數(shù)據(jù)取反后送P1口

delay(); //延時

temp=temp<<1; //temp中數(shù)據(jù)左移一位

} temp=0x80; //賦右移初值給temp for(i=0;i<8;i++) {

P1=~temp; //temp中的數(shù)據(jù)取反后送P1口

delay(); //延時

temp=temp>>1; //temp中數(shù)據(jù)右移一位

} }}18程序說明：

注意使用移位運算符“>>”、“<<”與使用循環(huán)左移函數(shù)“_crol_”和循環(huán)右移函數(shù)“_cror_”區(qū)別。左移移位運算“<<”是將高位丟棄，低位補0；右移移位運算、“>>”是將低位丟棄，高位補0。而循環(huán)左移函數(shù)“_crol_”是將移出的高位再補到低位，即循環(huán)移位；同理循環(huán)右移函數(shù)“_cror_”是將移出的低位再補到高位

（3）用循環(huán)左、右移位函數(shù)實現(xiàn)使用C51提供的庫函數(shù)，即循環(huán)左移n位函數(shù)和循環(huán)右移n位函數(shù)，控制發(fā)光二極管點亮。參考程序：#include<reg51.h>#include<intrins.h> //包含循環(huán)左、右移位函數(shù)的頭文件#defineucharunsignedchar voiddelay(){ uchari,j; for(i=0;i<255;i++) for(j=0;j<255;j++);}

voidmain() //主函數(shù){ uchari,temp; while(1) {

temp=0xfe; //初值為11111110 for(i=0;i<7;i++) { P1=temp; //temp中的點亮數(shù)據(jù)送P1口，控制點亮顯示

delay(); //延時

temp=_crol_(temp,1); //

temp數(shù)據(jù)循環(huán)左移1位

}for(i=0;i<7;i++) { P1=temp; //temp中的數(shù)據(jù)送P1口輸出

delay(); //延時

temp=_cror_(temp,1); //temp中數(shù)據(jù)循環(huán)右移1位

}}}5.2開關狀態(tài)檢測讀入I/O端口電平，即可檢測開關處于閉合狀態(tài)還是打開狀態(tài)。5.2.1開關檢測案例1

用I/O端口來進行開關狀態(tài)檢測，開關一端接到I/O端口引腳上，并通過上拉電阻接+5V上，開關另一端接地，當開關打開時，I/O引腳為高電平，當開關閉合時，I/O引腳為低電平。21開關檢測怎么實現(xiàn)？?【例5-3】

如圖5-3，單片機的P1.4～P1.7接4個開關S0～S3，P1.0～P1.3接4個發(fā)光二極管LED0～LED3。

編程：將P1.4～P1.7上的4個開關狀態(tài)反映在P1.0～P1.3引腳控制的4個發(fā)光二極管上，開關閉合，對應發(fā)光二極管點亮。例如P1.4引腳上開關S0狀態(tài)，由P1.0腳上LED0顯示，P1.6引腳上開關S2狀態(tài)，由P1.2腳的LED2顯示。圖5-3

開關、LED發(fā)光二極管與P1口的連接思路：讀入

輸出參考程序如下：#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharvoiddelay() //延時函數(shù){ uchari,j; for(i=0;i<255;i++) for(j=0;j<255;j++);}voidmain() //主函數(shù){while(1){ unsignedchartemp; //定義臨時變量temp P1=0xff;//P1口低4位置1，作為輸入;高4位置1，發(fā)光二極管熄滅

temp=P1&0xf0; //讀P1口并屏蔽低4位，送入temp中

temp=temp>>4;//temp內容右移4位，P1口高4位移至低4位

P1=temp; //temp中的數(shù)據(jù)送P1口輸出

delay( );}}

24圖5-4

開關檢測指示器2接口電路與仿真5.2.2開關檢測案例2【例5-4】

如圖5-4，P1.0和P1.1引腳接有兩只開關S0和S1，兩引腳上的高低電平共4種組合，4種組合分別點亮P2.0～P2.3引腳控制的4只LED，即S0、S1均閉合，LED0亮，其余滅；S1閉合、S0打開，LED1亮，其余滅；S0閉合、S1打開，LED2亮，其余滅；S0、S1均打開，LED3亮，其余滅。編程實現(xiàn)此功能。參考程序：思路：狀態(tài)檢測狀態(tài)判斷輸出

狀態(tài)編碼?#include<reg51.h> //包含頭文件reg51.hvoidmain() //主函數(shù)main(){ charstate; do {

P1=0xff; //P1口為輸入

state=P1; //讀入P1口的狀態(tài)，送入state

state=state&0x03; //屏蔽P1口的高6位

switch(state) //判P1口低2位開關狀態(tài)

{ case0:P2=0x01;break;//P1.1、P1.0=00，點亮P2.0腳LED

case1:P2=0x02;break;//P1.1、P1.0=01，點亮P2.1腳LED

case2:P2=0x04;break;//P1.1、P1.0=10，點亮P2.2腳LED

case3:P2=0x08;break;//P1.1、P1.0=11，點亮P2.3腳LED

} }while(1);}關注：程序段中用到循環(huán)結構控制語句do-while以及switch-case語句。5.3單片機控制LED數(shù)碼管的顯示5.3.1LED數(shù)碼管顯示原理

圖5-58段LED數(shù)碼管結構及外形LED數(shù)碼管：“8”字型，7段（不包括小數(shù)點）或8段（包括小數(shù)點），每段對應一個發(fā)光二極管，共陽極和共陰極兩種為使LED數(shù)碼管顯示不同字符，要把某些段點亮，就要為數(shù)碼管各段提供一字節(jié)的二進制碼，即字型碼（也稱段碼）。習慣上以“a”段對應字型碼字節(jié)的最低位。各字符段碼見表5-1。28為什么0是3FH？?29如要在數(shù)碼管顯示某字符，只需將該字符字型碼加到各段上即可。例：某存儲單元中的數(shù)為“02H”，想在共陽極數(shù)碼管上顯示“2”需要把加到數(shù)碼管各段?！?”的字型碼“A4H”加到數(shù)碼管各段。同時數(shù)碼管的公共端接+5V，此時在數(shù)碼管上顯示字符“2”。數(shù)碼管顯示字符小結：將欲顯示字符的字型碼作成一個表（數(shù)組），根據(jù)顯示字符從表中查找到相應字型碼，然后把該字型碼輸出數(shù)碼管各個段上，同時數(shù)碼管的公共端接+5V，此時在數(shù)碼管上顯示相應字符。

如何實現(xiàn)??圖5-6

控制數(shù)碼管循環(huán)顯示單個數(shù)字的電路【例5-5】利用單片機控制一個8段LED數(shù)碼管先循環(huán)顯示單個偶數(shù)：0、2、4、6、8，再顯示單個奇數(shù)：1、3、5、7、9，如此反復循環(huán)顯示。

思路：字符段碼表依次送出?#include"reg51.h"#include"intrins.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineoutP0ucharcodeseg[]={0xc0,0xa4,0x99,0x82,0x80,0xf9,0xb0,0x92,0xf8,0x90,0x01};//共陽極段碼表