第八章-顯示鍵盤接口

第八章MCS-51與LED顯示器和鍵盤的接口

一、MCS-51與LED顯示器接口

常見的顯示器有CRT顯示器、LED顯示器、LCD顯示器

等。而LED顯示器是單片機應用產(chǎn)品中最常用的廉價的

輸出設備，其可靠性很高。

1、顯示器的結(jié)構

常用的顯示器結(jié)構如圖所示：

A、共陽極顯示器

B、共陰極顯示器

2、顯示器的工作方式：

A、靜態(tài)顯示方式所謂靜態(tài)顯示，是指顯示器顯示一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。這種顯示方式的每一個數(shù)碼顯示器，需要一個8位輸出口控制。所以硬件較多，但字符較亮。

a、采用8位鎖存器74LS273作為靜態(tài)顯示器接口

（1）接口電路：

b、采用移位寄存器74LS164作為靜態(tài)顯示器接口

(1)、使用串口TXD、RXD與74LS164連接

接口電路：

顯示程序：

顯示子程序：

MCS-51串行口工作于方式0輸出

顯示段碼：F9H顯‘1’

DIR：MOVR7,#08H

MOVR0,#5FH

DL0：MOVA,@R0

ADDA,#0BH

MOVCA,@A+PC

MOVSBUF,A2 DL1：JNBT1,DL13

CLRT12

DECR01

DJNZR7,DL02

RET1

TAB:DBC0H,F9H,A4H,B0H,99H

D7D6D5D4D3D2D1D0Dpgfedcba1100000011111001

…….

(2)、使用P口線與74LS164連接接口電路：顯示程序（作為練習）

B、動態(tài)顯示方式

所謂動態(tài)顯示是指一位一位地輪流點亮各位顯示

器。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次，

通常點亮時間為1mS左右，相隔時間為20mS

a、6位共陰顯示器和8255的接口電路：

設8255的CS接P2.7

b、顯示程序的設計思路：（1）8255的端口地址與初始化：

8255的I/O端口地址為：7F00H-7F03H8255的控制字為：80H

注：A口作為位數(shù)據(jù)口，其輸出只能有一位為高。（2）顯示緩沖區(qū)：設顯示緩沖區(qū)為40H-45H，它用來存放顯示數(shù)據(jù)。

（3）字形表：

TABDB3FH,06H,5BH,…

c、顯示子程序

顯示子程序流程圖：

c、顯示子程序：

DIR：MOVR0,#40HRLA

MOVR3,#01HMOVR3,A

MOVA,R3SJMPL0

L0：MOVDPTR,#7F00HL1:RET

MOVX@DPTR,ATABDB3FH,06H…

INCDPTR

MOVA,@R0

ADDA,#0DHDY1:MOVR7,#02H

MOVCA,@A+PCL2:MOVR6,#FFH

DIR1：MOVX@DPTR,AL3:DJNZR6,L3

ACALLDY1DJNZR7,L2

INCR0RET

MOVA,R3

JBACC.5,L1

d、時鐘顯示將30H（時）31H（分）32H（秒）單元中的時鐘數(shù)據(jù)顯示出來。顯示格式為：χχ.χχ.χχ

時分秒

將時鐘數(shù)據(jù)(30H-32H)送顯示緩沖區(qū)（40H－45H）

ST:MOVR0,#40HAHX:MOVR2,A

MOVA,30HSWAPA

ACALLAHXANLA,#0FH

INCR0MOV@R0,A

MOVA,31HINCR0

ACALLAHXMOVA,R2

INCR0ANLA,#0FH

MOVA,32HMOV@R0,A

ACALLAHXRET

RET

注：小數(shù)點顯示二、鍵盤接口

鍵盤是由若干個按鍵組成的開關矩陣，它是單

片機最簡單的輸入設備，操作員可以通過鍵盤輸入

數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)人機通信。

1、鍵盤工作原理及鍵盤掃描程序設計思路：

一個4X4的鍵盤結(jié)構如圖所示：

A、按鍵與否的判別

我們使所有行為低自列線讀入數(shù)據(jù)，若列線中有一

位為低，則可判為有鍵按下，否則全為高為無鍵按下。

B、按鍵的識別

由于矩陣網(wǎng)絡上每一個鍵都可以由它所在的行與列

來定位。所以，我們可使第0行至第3行逐行為低，通過

讀入列數(shù)據(jù)來識別是何鍵按下。

例如：當使行2為低，讀入列值時，其列1值為低，

則可判是鍵5按下。

C、鍵抖動及消除

鍵按下和釋放時存在著機械抖動，其對應的列線電

壓波形如圖示，通常抖動時間為5-10mS。

為了保證CPU對鍵的閉合只作一次處理，必須消除抖動，通常增加一個10ms-20ms左右的延時程序，在鍵穩(wěn)定

閉合時才去讀取按值鍵。

D、鍵釋放處理通常采用等待鍵釋放后，再去進行鍵處理，但這種方法實時性差。較好的方法是建立一個按鍵標志，該標

志在鍵釋放后置0,鍵處理后置1。在進行鍵處理時，只有按鍵標志為0時，才去進行鍵處理。

E、由鍵值求鍵號由于所得到的鍵值是一個不規(guī)則數(shù)，為了得到一個規(guī)則數(shù)（即鍵號），應當將鍵值作成一個鍵值表，編一

個由項值求項號的查表程序，處于表首址的鍵值所對應的鍵號為00H。

2、鍵盤接口電路

3、鍵盤掃描程序：

各按鍵對應的鍵值與鍵號如下：鍵盤進行掃描管理的流程：

具體程序如下：

ST：MOVDPTR,#7F00HLK0：CLR00H MOVA,#00HLK1：MOVA,#FFH MOVX@DPTR,ARET INCDPTR

INCDPTR

MOVXA,@DPTR

CPLA

ANLA,#0FH

JNZLK2

LK2：ACALLDIR

ACALLDIR

MOVR2,#08H

MOVR3,#FEH

LK3：MOVDPTR,#7F00H

MOVA,R3

MOVX@DPTR,A

RLA

MOVR3,AINCDPTR

INCDPTR

MOVXA,@DPTR

CPLA ANLA,#0FHJNZLK4DJNZR2,LK3

SJMPLK0LK4：SWAPA

ORLA,R2

MOVB,A

JB00H,LK1

MOVDPTR,#TAB

MOVR3,#1FH

LK5：MOVA,R3

MOVCA,@A+DPTR

CJNEA,B,LK7LK6：SETB00H

MOVA,R3

RET

LK7：DJNZR3,LK5

SJMPLK6 TAB：DB88H，48H，47H,…三、7279可編程數(shù)碼管/鍵盤串行接口

HD7279A是一片數(shù)碼管/鍵盤串行接口芯片，其主要特性如下：

串行接口，無需外圍元件可直接驅(qū)動LED。

各位具有獨立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性。

具有（循環(huán)）左移/（循環(huán)）右移指令。

具有段尋址指令，方便控制獨立LED。

具有64鍵鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動電路。

1、引腳說明：

CS：片選CLK：時鐘輸入端

DATA：串行數(shù)據(jù)入/出端CLK0：振蕩輸出端

KEY：按鍵有效輸出端RES：復位端

SG-SA：段g—段a驅(qū)動輸出DP：小數(shù)點驅(qū)動輸出

DIG0-7：數(shù)位0-7驅(qū)動輸出RC：RC振蕩器連接端

7279芯片與數(shù)碼管、鍵盤的接口電路如圖所示：

2、控制指令

HD7279A的控制指令分為二大類——純指令和帶

有數(shù)據(jù)的指令。

主要控制指令如下：

A、純指令

a、復位（清除）指令A4HD7D6D5D4D3D2D1D010100100

當HD7279A收到該指令后，將所有的顯示清除，所有設置的字符消隱、閃爍等屬性也被一起清除。執(zhí)行該指令后，芯片所處的狀態(tài)與系統(tǒng)上電后所處的狀態(tài)一樣。

b、左移指令A1HD7D6D5D4D3D2D1D0101000014252LP39

例如，原顯示為:

其中第2位‘3’和第4位‘L’為閃爍顯示，執(zhí)行了左移指令后，顯示變?yōu)?252LP39第2位‘9’和第4位‘P’為閃爍顯示。

c、右移指令A0H

D7D6D5D4D3D2D1D010100000

與左移指令類似，但所做移動為自左向右（從第8位向第1位）移動，移動后，最左邊一位為空。

B、帶有數(shù)據(jù)的指令

a、下載數(shù)據(jù)且按方式0譯碼D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010000a2a1a0DPXXXd3d2d1d0

命令由二字節(jié)組成，前半部分為指令，其中a2,a1,

a0為位地址。d0－d3為數(shù)據(jù)，收到此指令時,按以下規(guī)

則進行譯碼。

0000：顯01001：顯9

1010：顯-1111：顯空白

小數(shù)點的顯示由DP位控制：

DP=1時，小數(shù)點顯示， DP=0時，小數(shù)點不顯示。

b、下載數(shù)據(jù)且按方式1譯碼D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D011001a2a1a0DPXXXd3d2d1d0

此指令與上一條指令其本相同，所不同的是譯碼式，該指令的譯碼為按d0—d3值對應的是0—9，A～F。c、下載數(shù)據(jù)但不譯碼

D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010010a2a1a0DPABCDEFG

其中，a2，a1，a0為位地址，A－G和DP為顯示數(shù)

據(jù)，分別對應7段LED數(shù)碼管的各段。當相應的數(shù)據(jù)位

為‘1’時，該段點亮，否則不亮。此指令靈活，通過造

字形表，可以顯示用戶所需的字符。d、閃爍控制88H

D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010001000d8d7d6d5d4d3d2d1此命令控制各個數(shù)碼管的閃爍屬性，d1—d8分別對應數(shù)碼管1-8。0=閃爍，1=不閃爍。開機后，缺省的狀態(tài)為各位均不閃爍。

e、讀鍵盤數(shù)據(jù)指令15H

D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D000010101d7d6d5d4d3d2d1d0

該指令從HD7279A讀出當前的按鍵代碼。前一個字節(jié)15H為指令代碼，而后一個字節(jié)d0-d7則HD7279A返回的按鍵代碼，其范圍是00H-3FH（無鍵按下時為FFH）。

（1）、當HD7279A檢測到有效的按鍵時，KEY引腳從高電平變?yōu)榈碗娖?，并一直保持到按鍵結(jié)束。在此期間，如果HD7279A接收到‘讀鍵盤數(shù)據(jù)指令’，則輸出當前按鍵的鍵盤代碼；

（2）、如果在收到‘讀鍵盤指令’時沒有有效按鍵，HD7279A將輸出FFH。

3、串行接口的時序圖。

A、HD7279A的指令結(jié)構類型：

a、不帶數(shù)據(jù)的純指令，指令的寬度為8個BIT。即微處

理器需發(fā)送8個CLK脈沖。

b、帶有數(shù)據(jù)的指令，寬度為16個BIT，即微處理器需

發(fā)送16個CLK脈沖。

c、讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令，寬度為16個BIT，前8個為微處

理器發(fā)送到HD7279A的指令，后8個BIT為HD7279A返

回的鍵盤代碼。執(zhí)行此指令時，HD7279A的DATA端在

第9個CLK脈沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)，并與第16個

脈沖的下降沿恢復為輸入狀態(tài)，等待接收下一個指

令。

B、串行接口的時序圖：

a、純指令

T1=50us;T2=8us;T3=8us

b、帶數(shù)據(jù)指令

T4=25usc、讀鍵盤指令T5=25us;T6=8us;T7=8us

4、HD7279A應用舉例

A、硬件電路：

注意：

(1).HD7279A應連接共陰式數(shù)碼管。

(2).應用中，無需用到的鍵盤和數(shù)碼管可以不連接。

(3).應用中，串入DP及SA-SG連接的8只電阻為200歐。

(4).應用中,8只下拉電阻和8只鍵盤連接位選線DIG0 －DIG7的電阻，應遵從一定的比例 關系，典型值為10倍,

下拉電阻的取值范圍是10K—100K

位選電阻的取值范圍是1K—10K

（5).HD7279A需要一外接的RC振蕩電路以供系統(tǒng)工 作，其典型值分別為R＝1.5KΩ，C＝15pF。

B、軟件編程

(設F晶=6MHZ)

a、發(fā)送一字節(jié)子程序：(發(fā)送數(shù)存于A中)

STFS：MOVR7，#08H設:P1.0CS

L1：RLCAP1.1CLK

MOVP1.2，CP1.2DATA

SETBP1.1P1.3KEY

MOVR6,#02H

L2:DJNZR6,L2

CLRP1.1

MOVR6,#02H

L3:DJNZR6,L3

DJNZR7,L1

RET

b、接收一字節(jié)子程序：（接收字符存于A中）

STJS：MOVR7,#08H

L1：SETBP1.1

SETBP1.2

MOVR6,#02H

L2：DJNZR6,L2

MOVC,P1.2

RLCA

CLRP1.1

MOVR6,#01H

L3：DJNZR6,L3

DJNZR7,L1

RET

c、顯示程序:采用下載數(shù)據(jù)但不譯碼方式，其字形表 由用戶根據(jù)需要和硬件連線來確定,指 令碼為90H～97H.顯緩區(qū)為40H～47H。

DTR：MOVR5,#08HMOVCA,@A+PC

MOVR0,#40HACALLSTFS

MOVR1,#97HMOVR6,#02H

L1：CLRP1.0L4：DJNZR6,L4

MOVR6,#0CHSETBP1.0

L2：DJNZR6,L2INCR0 MOVA,R1DECR1

ACALLSTFSDJNZR5,L1

MOVR6,#04HRETL3：DJNZR6,L3TABDB7EH,30H,6DH…MOVA,@R0ADDA,#0DH

d、讀鍵值子程序：所讀的鍵值保存在A中，其值與按鍵 在鍵盤中位置及硬件連線有關。

KEY1：CLRP1.0

MOVR6,#0CH

L1：DJNZR6,L1

MOVA,#15H

ACALLSTFS MOVR6,#06H

L2：DJNZR6,L2

ACALLSTJS

SETBP1.0 RET

e、讀鍵值三種方式：

(1)中斷方式：將KEY連到INT引腳上，在中斷程序中， 用KEY1子程序讀取鍵值。

(2)查詢方式：軟件查詢KEY腳電平，當為低電平時讀取值。采用這種方式要求主循環(huán)程序時間應小于100ms,為保證按一次鍵只得到一個鍵值，在軟件中應建立一個標志。

設00H為標志位.A保存按鍵值,當A=FFH時,表示無鍵按下.

KEY：SETBP1.3SETB00H

MOVC,P1.3RET

JCL2L2：CLR00H

JB00H，L1L1：MOVA,#FFH

LCALLKEY1RET

(3)直讀方式：

在主程序循環(huán)中，安排一個讀鍵值子程序。當讀到的值為FFH為無鍵按下，當讀到的值不為FFH時，表示有鍵按下，其值為鍵值。采用這種方式要求主循環(huán)程序應小于100ms,為了解決在按一次鍵時可讀到多個同樣的值的問題，在軟件中應建立一個標志。設00H為標志位.

A保存按鍵值,當A=FFH時,表示無鍵按下.

KEY：ACALLKEY1ACALLKEY2

CJNEA,#0FFH,L1RET

CLR00HL2：MOVA,#FFH

RETRET

L1：JB00H,L2

SETB00H

f、求鍵號（設按鍵值存A，求得鍵號也存A）

KEY2：MOVB,AMOVR2,#00H

MOVR7,#0FH(16個鍵)

L1：MOVA,R2

ADDA,#0AH

MOVCA,@A+PC

CJNEA,B,L2

SJMPL3

L2：INCR2

DJNZR7,L1

L3：MOVA,R2

RET

TAB：DBXXH,XXH,┈(鍵值表)

g、7279初始化（復位）

ST：CLRP1.0 MOVR6,#0CH L0：DJNZR6,L0 MOVA,#A4H ACALLSTFS MOVR6,#02H L1：DJNZR6,L1 SETBP1.0 RET

五、單片機應用系統(tǒng)的軟件設計

通常單片機應用系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件由主程序、定時中

斷服務程序和若干個子程序構成。根據(jù)系統(tǒng)各操作的

性質(zhì)，指定哪些操作由中斷服務程序完成，哪些操作

由主程序完成。通常主程序完成顯示及鍵盤處理，實現(xiàn)人機對話功

能。其實時時鐘、現(xiàn)場參數(shù)采樣、控制輸出等則由定

時中斷完成。下面以實時時鐘為例，介紹單片機應用系統(tǒng)的軟件

設計流程。

1、實時時鐘技術要求：

A、實時顯示時鐘。

B、實時校時。

2、軟件設計的有關參數(shù)

A、鍵盤及顯示安排數(shù)字鍵：0－9個命令鍵：校時(0AH)

、確認(0BH)

數(shù)碼管：6個顯示方式：XX.XX.XX

B、內(nèi)存單元及P1口安排：標志位：00H鍵標志P1口：P1.0CS01H校時標志 P1.1CLK02H半秒標志P1.2DATA

顯緩區(qū)：40H---47H(7279)

顯示指針：22H

時鐘：30H（時) 31H（分）

32H（秒）

33H（100ms) 34H（100ms)

堆棧區(qū)：68H－7FH3、軟件框圖

鍵掃入口：0000H初始化顯示處理、顯示有鍵按下否鍵數(shù)－【顯針】修改顯針顯針限值保存校時值置0校時標志鍵處理

A、主程序校時否數(shù)鍵YNNY確認初始化設置棧底(SP)定時器初始化開中斷置“0”工作單元及標志校時建立校時標志建立顯針

B、中斷服務程序：入口：000BH保護現(xiàn)場(A、B、DPH、DPL、PSW等)選另一工作寄存器區(qū)重新置定時初值中斷次數(shù)計數(shù)，建立時間標志（控制顯示更新等）時鐘計時恢復現(xiàn)場中斷返回

4、實時時鐘軟件清單

A、主程序：

a、MAIN_1:

ORG0000HLJMPMAIN_1

MAIN_1：MOVSP,#67HM_0：CLRA

MOVTMOD，#01HMOV@R0,A

MOVTL0，#C0HINCR0

MOVTH0，#3BHDJNZR7,M_0

MOVIE，#82HACALLINT_7279

SETBTR0AJMPMAIN_2MOVR7,#30H

MOVR0,#20H

b、

MAIN_2:

MAIN_2：ACALLDIR_0M_4：CJNEA,#0BH,M_5ACALLDIRACALLMKEY_2ACALLKEYM_5：SJMPMAIN_2CJNEA,#FFH,M_1SJMPMAIN_2M_1：CJNEA,#0AH,M_2M_2：JNCM_3ACALLSKEYSJMPMAIN_2M_3：CJNEA,#0AH,M_4ACALLMKEY_1SJMPMAIN_2

c、DIR_0：(顯示處理）

DIR_0：JB01H,D_1A_R0：MOVR2,A JNB02H,D_1 SWAPA CLR02H ANLA,#0FH MOVR0,#40H MOV@R0,A MOVA,30H INCR0 ACALLA_R0MOVA,R2 MOVA,31HANLA,#0FH ACALLA_R0 MOV@R0,A MOVA,32H INCR0 ACALLA_R0 RET MOV41H,#10H MOV43H,#10H D_1：RET

d、SKEY:(數(shù)鍵處理）

(1)方法1

SKEY：JNB01H,S_2MOVR0,22HMOV@R0,AINC22HMOVA,22HCJNEA,#46H,S_1S_1：JCS_2MOV22H,#40HS_2：RET

(2)方法2SKEY：JNB01H,S_2MOVR2,A MOVR7,#05H MOVR0,#41H S_1：MOVA,@R0 ANLA,#0FH DECR0 MOV@R0,A INCR0 INCR0 DJNZR7,S_1 MOV45H,R2 ORL41H,#10H ORL41H,#10H S_2：RETE、MKEY_1：(校時鍵處理）