9 键盘和显示器接口设计

1第9章键盘和显示器接口设计本章主要内容•键盘接口技术•显示器接口技术21.对外设的选择2.数据传送速度的匹配3.数据的缓冲和锁存4.信息转换一、概述I/O接口电路的功能31.无条件传送方式2.查询方式3.中断方式4.DMA方式I/O数据传送的控制方式4键盘结构：⑴按键式键盘⑵旋钮式键盘按键式键盘：是一组按键开关的集合，包括机械式、薄膜式（100万次）、电容式（2000万次）和霍尔效应按键（1亿次）产生代码不同：⑴编码键盘：采用硬件电路来去除键抖动、实现键的自动编码，占用CPU时间少，但电路较复杂，主要有BCD码键盘和ASCII码键盘。⑵非编码键盘：仅提供键的开关状态，键代码的产生等需要由软件来完成二、键盘接口技术5•机械触点的弹性作用抖动，一般为5～10ms。•按键稳定闭合时间的长短一般为零点几秒到几秒的时间。•CPU确认一次按键动作（不重复、不遗漏），必须消除抖动的影响。消除抖动方法：软件消除抖动：1.调用一段延时（约20ms）子程序2.判断该按键的电平是否仍保持在闭合状态，如果是，则确认有键按下。三、键盘的特点61.独立式按键各个按键相互独立，分别接一条输入线。通过检测输入线的电平状态，判断哪个按键被按下。优点：电路配置灵活，软件设计简单缺点：在按键数量较多时，占用大量的输入口资源适用范围：按键较少或操作速度较高的场合。四、键盘的硬件接口72.矩阵式键盘：矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。图18•通过键盘扫描，监视键盘的输入；•确定具体按键，完成按键编码；•执行与按键相应的功能模块。五、键盘接口的软件设计9①查询扫描方式：采取程序控制方式，一旦进入键扫描状态，就反复扫描键盘，等待键盘上输入命令或数据。②定时扫描方式：利用单片机内部定时器产生定时中断（例如20ms），CPU在中断服务程序中对键盘进行扫描，并在有键按下时识别出该键并执行相应键功能程序。③外部中断方式：在中断方式下，仅在键盘有键按下时，产生外部中断请求，进入中断服务程序，再执行键盘扫描和按键处理程序。1.键盘的扫描方式10意义：为了保证程序对按键进行有序处理。•独立式按键：数目相对较少，一般是依次连续编码。例题•矩阵式键盘：按键的位置由行号和列号唯一确定。常有两种：⑴对行号和列号分别进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号；⑵依次排列键号，对按键进行连续编码。例题2.键盘的编码11•重复键：出现同时按下两个以上键的情况处理方法是：⑴多键均视为有效，按扫描顺序，将按键依次存入缓冲区中等待处理。⑵继续对按键进行扫描，只判定最先（或最后）释放的按键为有效，其它按键则无效。•连击：指一次较长时间的按键产生多次击键的效果。等待按键释放的处理，目的就是为了消除连击，对一次按键只执行一次键功能，避免多次重复执行。3.键盘特殊情况处理方法12查询方式典型电路图213中断方式典型电路图314例1独立式按键接口电路设计外设地址（按键）7FFFH三态缓冲器P0口没有上拉电阻15独立式按键软件设计1.查询方法检测按键状态2.延时消除抖动KEY:MOVDPTR,#7FFFH；送按键地址MOVXA,@DPTR；读键盘状态ANLA,#0FH；屏蔽高4位MOVR2,A；保存键盘状态值LCALLDL10MS；延时10ms消抖MOVXA,@DPTR；再读键盘状态ANLA,#0FH；屏蔽高4位CJNEA,R2,EXIT；若两次不一样，按键无效CJNEA,#0EH,TO_2；K1键未按下，转TO_216独立式按键接口电路设计LJMPKEY1；是K1键按下，转键1处理TO_2:CJNEA,#0DH,TO_3；K2键未按下，转TO_3LJMPKEY2；K2按下，转键2处理TO_3:CJNEA,#0BH,TO_4；K3键未按下，转TO_4LJMPKEY3；K3按下，转键3处理TO_4:CJNEA,#07H,EXIT；K4键未按下，返回LJMPKEY4；K4键按下，转键4处理EXIT:RET；重键或无键按下，返回17•矩阵式键盘中的行、列线为多键共用，各按键状态的变化都会影响该键所在行和列的电平。•必须将行、列线的电平信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。•按键的识别方法:扫描法、线反转法•矩阵键盘接口电路设计及编程例2设计矩阵式键盘接口设计18•扫描法：分两步来完成：第一步，判断键盘有无键被按下。具体方法：将所有列线均置为低电平，检查各行线电平是否有变化，如果有变化，说明有键被按下。第二步，确定按键位置。具体方法：CPU把各列依次置为低电平，其余的列置为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平变为低电平，则可确定该列与该行交叉点处的按键被按下。1.按键的识别方法—扫描法19方法1⑴行线编程为输入线⑵列线编程为输出线⑶列线输出低电平⑷则行线中电平由高到低所在行为按键所在行方法2⑴行线编程为输出线⑵列线编程为输入线，⑶行线输出为低电平，⑷则列线中电平由高到低所在列为按键所在列特点：不需要对键盘逐列检测，简单实用。2.按键的识别方法—线反转法20按键的识别方法—线反转法21矩阵式键盘接口—硬件设计22矩阵式键盘接口—软件设计程序分为3个模块（子程序结构）：•键盘扫描模块•确定按键位置模块•按键编码模块判断有无键按下时，采用延时10ms子程序进行消除抖处理。通过设置处理标志来区分闭合键是否已处理过。用计算方法得到键码，高4位代表行，低4位代表列在主程序中，按顺序调用各个子模块23矩阵式键盘接口—扫描程序框图24已知条件：8255口地址为0700H~0703HA口0700H，C口0703H8255方式0，A口方式0输入，C口低4位方式0输出方式命令控制字为10010000B25六.LED显示器接口设计LED（LightEmittingDiode）显示器是由若干发光二极管组成的，每个二极管称为一个字段。LED显示器有三种通用格式：•可显示数字和十六进制字母的8段显示管（8字型）•显示数字和全部英文字母的18段显示管（米字型）•点阵显示器8段显示管是最经济和最常用的显示器。LED分为共阴极和共阳极两种结构形式。26一、共阴极7段显示器字型编码27二、静态显示方式28特点：1.编程比较简单2.电流始终流过每个点亮的字段，亮度较高3.占用的输出口线较多29方法：1.将所有位的段选线相应并联，由一个8位I/O口控制，从而形成段选线的多路复用2.各位的公共端分别由相应的I/O线控制，实现分时选通。3.采用循环扫描显示的方法，即在某一时刻，只选通一条位选线，并输出该位的字段码，其余位则处于关闭状态。说明：采用动态显示时，需要确定LED各位显示的保持时间。三、动态显示方式30图动态显示电路31分类：并行和串行硬件：⑴常用的并行接口芯片有Intel8279通用可编程键盘显示器接口芯片。⑵集成芯片有BCD/七段译码器/驱动器⑶串行接口芯片：I2C总线LED驱动器⑷LED显示器是电流型控制器件，其工作电流约为2～20mA。注意：在接口电路设计时，应考察驱动输出是否满足LED工作电流的要求，加适当的限流电阻。四、LED显示器接口电路设计32分析：1.Intel8155H/8156H功能：是可编程并行I/O接口，片内有256字节RAM，2个8位、1个6位可编程并行I/O口和1个14位定时/计数器2.用8155并行扩展口构成的键盘、显示器接口电路。键盘为4×8矩阵键盘LED为8位8段共阴极显示器例:8155构成的键盘和显示器接口电路3300：空操作01：停止计数10：时间到则停止计数11：置入工作方式和计数长度后立即启动计数，若正在计数，溢出后按新的方式和长度计数0：禁止B口中断1：允许B口中断0：禁止A口中断1：允许A口中断定义端口A0：输入1：输出定义端口B0：输入1：输出定义端口C00：ALT1、A口、B口基本输入输出，C口输入01：ALT1、A口、B口基本输入输出，C口输出10：ALT3，A口选通输入输出，B口基本输入输出PC0：AINTRPC1：ABFPC2：ASTBPC3～PC5：输入输出PC0：AINTRPC1：ABFPC2：ASTBPC3：BINTRPC4：BBFPC5：BSTB8155命令寄存器格式343.8155工作于方式0PA口提供显示器位选码PB口提供段选码；键盘列输出由PA口提供，行输入由PC0～PC3提供。4.LED的段、位信号均由8位集电极开路输出的8718驱动器驱动。358155构成的键盘和显示器接口电路368155构成的键盘和显示器软件动态显示子程序:P209-21037LCD（LiquidCrystalDisplay）液晶显示器显示原理：1.在两片玻璃之间夹上10～12μm薄层液晶流体而制成的。2.LCD是一种被动式的显示器，利用液晶能改变光线通过方向的特性，来达到显示的目的。3.LCD的工作电流为μA级，寿命长，厚度约为LED的1/3，有功耗低。4.分类：按显示排列形式笔段型、字符型和点阵图形型5.LCD驱动信号多是交流电压，通常为30～150Hz的方波,静态直流电压不能大于50mV五、LCD原理和分类381.LCD---液晶显示模块LCM（LiquidCrystalModule）必须具备：控制器、驱动器，存储命令和字符的RAM和ROM2.LCM与单片机接口，只需按照液晶模块的时序，写入命令和显示内容，就可完成显示。3.分类：字符型和图形型两种。LCD与单片机的接口有并行和串行方式六、LCD接口技术39•1）LCD与单片机的并行接口硬件接口主要技术：正确连接其片选控制、读、写和并行数据总线。LCD通常还有亮度调节等辅助功能•2）LCM与单片机的串行接口串行接口的LCD已得到越来越多的应用，LCD串行接口的协议有多种•LCD模块产品非常丰富，应用方法各有不同，根据实际需要选择。七、LCD与单片机的接口40作业P218：3、5