单片机的输入输出设备接口

第12章单片机的输入输出设备接口12．1键盘类接口按键是单片机最常用的输入方式,按键与单片机应用系统的接口方式灵活，常用的按键接口方式有中断接口方式、查询接口方式、矩阵扫描键盘等。12.1.1按键中断方式接口按键与单片机的中断接口是一种常用的按键与单片机的接口方式。这种方式的最大优点是不占用程序运行时间,响应快。按键的中断的接口方式的实现方法有多种,图12-1是中断方式的按键接口电路，图12-1（a）中采用二极管实现中断申请中的或逻辑关系,只要有键按下,就会出现中断申请信号。在中断服务程序中,通过查询I/O口的状态确定哪个按键按下之后,再去做相应的处理。图12-1（b）中使用常用按键开关的一组触点作输入，另外一组触点作中断申请。触点直接并联实现或逻辑的关系，只要有键按下就会产生中断申请，然后在中断服务程序中进行按键的处理。图12-1中断方式的按键接口12.1.2口线查询方式的键盘接口查询方式的按键接口见电路图12—2，按键开关直接接到口线上,通过程序不断反复的查询口线的状态的变化来确定是否有键按下，因此需要占用CPU大量的时间。有很多单片机为了与按键接口增加了按键中断功能，一组口线每根都有外中断功能，这些口线共用一个中断入口地址。中断响应后在中断服务程序中进行查键及键处理，过程与上面过程相同只是平时不用查询按键的状态，节省了CPU的时间。有些单片机还是有口线键盘唤醒功能,可以通过口线电平状态的变化来从待机状态中唤醒单片机，这一功能特别适用于低功耗单片机系统的按键接口。图12-2口线查询方式的键盘接口12.1.3矩阵式键盘接口1.矩阵式键盘的结构与工作原理：在键盘中的按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图12-3所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处，通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法实现键盘接口可以大大减少连接按键所需的口线。图12-3矩阵式键盘接口矩阵式结构的键盘的识别比口线直接按键要复杂一些，图12-3中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。具体的识别及编程方法如下所述。2.矩阵式键盘的按键识别方法确定矩阵式键盘上何键被按下通常采用一种“行扫描法”的方法进行识别。行扫描法行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，图12-3所示键盘，工作过程如下（1）判断键盘中有无键按下将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。（2）判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与同为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。图12-3中,单片机的P1口用作键盘I/O口，键盘的列线接到P1口的低4位，键盘的行线接到P1口的高4位。列线P1.0-P1.3分别接有4个上拉电阻到正电源+5V，并把列线P1.0-P1.3设置为输入线，行线P1.4-P1.7设置为输出线。4根行线和4根列线形成16个相交点。①、检测当前是否有键被按下。检测的方法是P1.4-P1.7输出全为“0”，读取P1.0-P1.3的状态，若P1.0-P1.3为全为“1”，则无键闭合，否则有键闭合。②、去除键抖动。当检测到有键按下后，延时一段时间再做下一步的检测判断。（因为一般的工频干扰在20毫秒,所以延时应大于20毫秒）③、若有键被按下，应识别出是哪一个键闭合。方法是对键盘的行线进行扫描。P1.4-P1.7按下述4种组合依次输出：P1.7P1.6P1.5P1.41110110110110111在每组行输出时读取P1.0-P1.3，若全为“1”，则表示为“0”这一行没有键闭合，否则有键闭合。由此得到闭合键的行值和列值，然后可采用计算法或查表法将闭合键的行值和列值转换成所定义的键值.为了保证键每闭合一次CPU仅作一次处理，必须去除键释放时的抖动。由于处理过程是一行一行或一列一列的扫描方式进行的,所以也称这种按键的处理方式是键盘扫描。键盘扫描的流程图见图12-4所示图12-4键盘扫描程序流程图一个完整的键盘处理程序清单：#includereg51.h#defineLABAP2_7//sbitP1_0=P1^0;//sbitP1_1=P1^1;//sbitP1_2=P1^2;//sbitP1_3=P1^3;//sbitP2_7=P2^7;//sbitP3_7=P3^7;unsignedcharcodetable[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E};voidKeyScan();voiddelay10ms(unsignedchartime);voidDispaly(unsignedchark);voidbuzzer();unsignedcharkey,temp;voidmain(){LABA=0;while(1){KeyScan();}}voidKeyScan(){P0=0xFF;P0_0=0;temp=P0;temp&=0xF0;if(temp!=0xF0){buzzer();delay10ms(20);temp=P0;temp&=0xF0;if(temp!=0xFkey=13;break;}Dispaly(key);}}P0=0xFF;P0_2=0;temp=P0;temp&=0xF0;if(temp!=0xF0){buzzer();delay10ms(20);temp=P0;temp&=0xF0;if(temp!=0xF0){temp=P0;temp&=0xF0;switch(temp){case0xE0:key=2;break;case0xD0:key=6;break;case0xB0:key=10;break;case0x70:key=14;break;}Dispaly(key);}}P0=0xFF;P0_3=0;temp=P0;temp&=0xF0;if(temp!=0xF0){buzzer();delay10ms(20);{temp=P0;temp&=0xF0;switch(temp){case0xE0:key=0;break;case0xD0:key=4;break;case0xB0:;key=8;break;case0x70:key=12;break;}Dispaly(key);}}P0=0xFF;P0_1=0;temp=P0;temp&=0xF0if(temp!=0xF0){buzzer();delay10ms(20);temp=P0;temp&=0xF0;if(temp!=0xF0){key=8;break;case0x70:temp=P0;temp&=0xF0;switch(temp){case0xE0:key=1;break;case0xD0:key=5;break;case0xB0:key=9;break;case0x70:temp=P0;temp&=0xF0;if(temp!=0xF0){temp=P0;temp&=0xF0;switch(temp){case0xE0:key=3;break;case0xD0:key=7;break;case0xB0:key=11;break;case0x70:key=15;break;}Dispaly(key);}}}voiddelay10ms(unsignedchartime){unsignedchari;while(time--){for(i=0;i120;i++);}}voidDispaly(unsignedchark){P0=table[k];P2_7=0;}voidbuzzer(){LABA=1;delay10ms(250);LABA=0;}(a)(b)图12-5扫描键盘的几种实现方式(c)图12-5是几种扫描键盘的实现方法的硬件电路，图12-5（a）中采用可编程并行I/O接口芯片8155扩展I/O口实现8*4=32个按键的键盘电路，图12-5（b）中采用两根口线P3.4、P3.5作为输入74LS164串转并信号作为列线输出实现扫描键接口电路。它可实现2*8=16个按键的接口。图12-5（c）是通过译码器74LS138把三根口线译成8根作为输出线然后经P3.4、P3.5输入实现键盘扫描接口电路。以上这些电路配合相应的程序可以实现12.1.4采用编码器的键盘接口(a)(b)图12-6采用编码器的键盘接口图12-6是采用编码器实现键盘接口的电路，如果按键直接接到口线上，n根口线只能接n个按键，n根口线有2n种状态结合，如果用二进制编码电路则实现按键的接口，n根口线可实现2n-1个按键的输入。图12-6（a）是利用74LS148实现3根口线接7个按键的功能。图12-6（b）中则是由二极管实现编码功能键接口。12.1.5利用单片机A/D的键盘接口图12-7是利用单片机内部的A/D转换器实现按键接口的电路。当不同键按下时，在单片机的A/D上就有不等的电压输入，通过比较A/D的输入值就可以确定按键了。一些录像机DV等用这种接口电路。图12-7利用单片机A/D的键盘接口12.1.6单片机与BCD码拨盘的接口在智能化仪表和小型控制系统中，有时仅需要输入少量的控制参数和数据就能工作。这时采用拨盘输入具有操作简单、直观的优点，可避免矩阵键盘发生误操作。拨盘种类很多，作为人机接口使用的最方便的拨盘是十进制输入，BCD码输出的BCD码拨盘如图12-8所示。图中为3片BCD码拨盘拼接的4位十进制输入拨盘组。每片拨盘具有0-9十个位置，每个位置都有相应的数字标示，代表拨盘输入的十进制数码。可通过齿轮型圆盘拨到所需位置或通过＋－按键调节到所需的数字。因此，每片拨盘可代表一位十进制数，需要几位十进制数可选择几片BCD码拨盘拼接。BCD码盘拨盘后面有5个接点，其中A为输入控制线，另外4根是BCD码输出信号。拨盘拨到不同位置时，输入控制线A分别与4根BCD码输出线中的某根或几根接通，且拨盘的BCD码输出线的状态正好是拨盘指示的十进制数码的8421码。拨码开关可以直接接到口线上，由口线直接读入，但这样需要较多的输入口线，可以采用动态的输入方法,实现拨码开关与口线的连接，此方法与动态数码管相似。图12-8码拨盘开关12.1.7旋转拨码开关旋转拨码开关常用于示波器手持电台等电子仪器设备的输入,既具有数字输入的特点，又有电位器模拟操作方便的优点。通过旋转拨码调节输入，旋转拨码开关是由装在同一轴上的两个机械开关组成，转动转轴开关通断可以完成输入，顺逆转动时两个开关的通断顺序不同，可区分出增加还是减小输入量。旋转拨码开关的原理及应用见图12-9。a示波器中采用的旋转拨码开关作为输入b旋转拨码开关的外形c输出旋转拨码开关的动态波形图12-9旋转拨码开关及应用12．2单片机与显示器件的接口在单片机系统中，通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。12.2.1八段LED显示器图12-10八段LED显示器八段LED显示器由8个发光二极管组成。其中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部分英文字母见图12-10所示。LED显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳