第10章 键盘显示器接口

1第10章AT89S51单片机与输入/输出外设的接口122第10章目录10.1LED数码管的显示原理10.1.1LED数码管的结构10.1.2LED数码管工作原理10.2键盘接口原理10.2.1键盘输入应解决的问题10.2.2键盘的工作原理10.2.3键盘的工作方式10.3键盘/显示器接口设计实例10.3.1利用AT89S51单片机串行口实现的键盘/显示器接口310.3.2各种专用的键盘/显示器接口芯片简介10.3.3专用接口芯片CH451实现的键盘/显示器控制10.3.4专用接口芯片HD7279实现的键盘/显示器控制10.4AT89S51单片机与液晶显示器（LCD）的接口10.4.1LCD显示器的分类10.4.2点阵字符型液晶显示模块介绍10.4.3AT89S51单片机与LCD的接口及软件编程10.5AT89S51单片机与微型打印机TPP-40A/16A的接口10.6AT89S51单片机与BCD码拨盘的接口设计4内容概要大多数的单片机应用系统，都要配置输入外设和输出外设。常用的输入外设有键盘、BCD码拨盘等；常用的输出外设有LED数码管、LCD显示器、打印机等。本章介绍AT89S51与各种输入外设、输出外设的接口设计以及软件编程。510.1LED数码管的显示原理LED（LightEmittingDiode）发光二极管缩写。LED数码管是由发光二极管构成的。10.1.1LED数码管的结构常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。每一段对应一个发光二极管。有共阳极和共阴极两种，如图10-1所示。共阴极发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。当阳极为高电平时，发光二极管点亮。同样，共阳极LED数码管的发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。566图10-18段LED数码管结构及外形7为了使数码管显示不同的符号或数字，要把某些段发光二极管点亮，就要为LED数码管提供段码（字型码）。LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a”段对应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表10-1所示。按照上述格式，显示各种字符的8段LED数码管的段码如表10-2所示。7889表10-1只列出了部分段码，读者可以根据实际情况选用，或重新定义。除“8”字型的LED数码管外，市面上还有“±1”型、“米”字型和“点阵”型LED显示器，如图10-2所示。本章均以“8”字型的LED数码管为例。图10-2其他各种字型的LED显示器91010.1.2LED数码管工作原理图10-3所示为显示4位字符的LED数码管的结构原理图。N位位选线和8N条段码线。段码线控制显示字型，而位选线控制着该显示位的LED数码管的亮或暗。10图10-34位LED数码管的结构原理图11LED数码管有静态显示和动态显示两种显示方式。1．LED静态显示方式无论多少位LED数码管，同时处于显示状态。静态显示方式，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或接+5V）；每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的I/O口锁存器输出相连。如果送往各个LED数码管所显示字符的段码一经确定，则相应I/O口锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。正因为如此，静态显示方式的显示无闪烁，亮度都较高，软件控制比较容易。1112图10-4为4位LED数码管静态显示器电路，各位可独立显示，静态显示方式接口编程容易，但是占用口线较多。对图10-4电路，若用I/O口线接口，要占用4个8位I/O口。因此在显示位数较多的情况下，所需的电流比较大，对电源的要求也就随之增高，这时一般都采用动态显示方式。2．LED动态显示方式无论在任何时刻只有一个LED数码管处于显示状态，即单片机采用“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。121313图10-44位LED静态显示电路14在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有显示位的段码线的相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。图10-5所示为一个4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一个8位I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。必须采用动态的“扫描”显示方式。即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要有显示的字符的段码。141515图10-54位8段LED动态显示电路16虽然这些字符是在不同时刻出现，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，由于余辉和人眼的“视觉暂留”作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成“多位同时亮”的假象，达到同时显示的效果。LED不同位显示的时间间隔（扫描间隔）应根据实际情况而定。显示位数多，将占大量的单片机时间，因此动态显示的实质是以牺牲单片机时间来换取I/O端口的减少。图10-6所示为8位LED动态显示2009.10.10的过程。图10-6（a）所示为显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通显示，其余位则是熄灭的；图10-6（b）所示为实际的显示结果，人眼看到的是8位稳定的同时显示的字符。1617图10-68位LED动态显示过程和结果动态显示的优点是硬件电路简单，显示器越多，优势越明显。缺点是显示亮度不如静态显示的亮度高。如果“扫描”速率较低，会出现闪烁现象。171810.2键盘接口原理键盘具有向单片机输入数据、命令等功能，是人与单片机对话的主要手段。下面介绍键盘的工作原理和键盘的工作方式。10.2.1键盘输入应解决的问题1．键盘的任务任务有三项：(1)判别是否有键按下？若有，进入下一步工作。(2)识别哪一个键被按下，并求出相应的键值。(3)根据键值，找到相应键值的处理程序入口。18192．键盘输入的特点常见键盘：触摸式键盘、薄膜键盘和按键式键盘，最常用的是按键式键盘。按键实质上就是一个开关。如图10-7（a）所示，按键开关的两端分别连接在行线和列线上，通过键盘开关机械触点的断开、闭合，其行线电压输出波形如图10-7（b）所示。图10-7键盘开关及其行线波形1920图10-7（b）所示的t1和t3分别为键的闭合和断开过程中的抖动期（呈现一串负脉冲），抖动时间长短与开关的机械特性有关，一般为5～10ms，t2为稳定的闭合期，其时间由按键动作确定，一般为十分之几秒到几秒，t0、t4为断开期。3．按键的识别键的闭合与否，行线输出电压上就是呈现高电平或低电平。高电平，表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平的高低状态的检测，可确认按键按下以及按键释放与否。为了确保对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖动期t1和t3的影响。20214．如何消除按键的抖动按键去抖动的方法有两种：一种软件延时，本思想是：在检测到有键按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一段延时10ms的子程序后，确认该行线电平是否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认该行确实有键按下。当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时10ms的子程序后，检测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。采取本措施，可消除两个抖动期t1和t3的影响。另一种是采用专用的键盘/显示器接口芯片，这类芯片中都有自动去抖动的硬件电路。212210.2.2键盘的工作原理键盘可分为两类：非编码键盘和编码键盘。非编码键盘是利用按键直接与单片机相连接而成，这种键盘通常使用在按键数量较少的场合。使用这种键盘，系统功能通常比较简单，需要处理的任务较少，但是可以降低成本、简化电路设计。按键的信息通过软件来获取。1．非编码键盘常见的为两种结构：独立式键盘和矩阵式键盘。（1）独立式键盘特点是：一键一线，各键相互独立，每个键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可容易地判断哪个按键被按下，如图10-8所示。2223图10-8独立式键盘接口电路24对于图10-8的键盘，图中的上拉电阻保证按键释放时，输入检测线上有稳定的高电平。当某一按键按下时，对应的检测线就变成了低电平，与其他按键相连的检测线仍为高电平，只需读入I/O输入线的状态，判别哪一条I/O输入线为低电平，很容易识别哪个键被按下。优点：电路简单，各条检测线独立，识别按下按键的软件编写简单。适用于键盘按键数目较少的场合，不适用于键盘按键数目较多的场合，因为将占用较多的I/O口线。2425识别某一键是否按下的子程序：KEYIN：MOVP1，0FFH；P1口写入1，设置P1口为输入状态MOVA，P1；读入8个按键的状态CJNEA，#0FFH，QUDOU；有键按下，跳去抖动LJMPRETURN；无键按下，返回QUDOU：MOVR3，A；8个按键的状态送R3保存LCALLDELAY10；调用延时子程序，软件去键抖动MOVA，P1；再一次读入8个按键的状态CJNEA，R3，RETURN；两次键值比较，不同，；是抖动引起，转RETURN2526KEY0：MOVC，P1.0；有键按下，读P1.0的按键状态JCKEY1；P1.0为高，该键未按下，跳KEY1，；判下一个键LJMPPKEY0；P1.0的键按下，跳PKEY0处理KEY1：MOVC，P1.1；读P1.1的按键状态JCKEY2；P1.1为高，该键未按下，跳KEY2，；判下一个键LJMPPKEY1；P1.1的键按下，跳PKEY1处理2627KEY2：MOVC，P1.2；读P1.2的按键状态JCKEY3；P1.2为高，该键未按下，跳；KEY3，判下一个键LJMPPKEY2；P1.2的键按下，跳PKEY2处理KEY3：MOVC，P1.3；读P1.3的按键状态…………KEY7：MOVC，P1.7；读P1.7的按键状态JCRETURN；P1.7为高，该键未按下，跳；RETURN处LJMPPKEY7；P1.7的键按下，跳PKEY7处理RETURN：RET；子程序返回2728软件延时10ms子程序DELAY10的编写，参见第4章。对应8个按键的键处理程序PKEY0~PKEY7，根据按键功能的要求来编写。注意，在进入键处理程序后，需要先等待按键释放，再执行键处理功能。另外，在键处理程序完成后，一定要跳向RETURN标号处返回。（2）矩阵式键盘矩阵式（也称行列式）键盘用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。如图10-9所示，一个44的行、列结构可以构成一个16个按键键盘。在按键数目较多的场合，要节省较多的I/O口线。282929图10-9矩阵式键盘接口30矩阵中无按键按下时，行线为高电平；当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线的电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线的电平也为高，这是识别按键是否按下的关键所在。由于矩阵式键盘中行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合，才能确定闭合键位置。下面讨论矩阵式键盘按键的识别方法。①扫描法。第1步，识别键盘有无键按下；第2步，如有键被按下，识别出具体的键位。下面以图10-9所示的键3被按下为例，说明识别过程。3031第1步，识别键盘有无键按下。先把所有列线均置为0，然后检查各行线电平是否都为高，如果不全为高，说明有键按下，否则无键被按下。例如，当键3按下时，第1行线为低，还不能确定是键3被按下，因为如果同一行的键2、1或0之一被按下，行线也为低电平。只能得出第1行有键被按下的结论。第2步，识别出哪个按键被按下。采用逐列扫描法，在某一时刻只让1条列线处于低电平，其余所有列线处于高电平。当第1列为低电平，其余各列为高电平时，因为是键3被按下，第1行的行线仍处于高电平；3132当第2列为低电平，其余各列为高电平时，第1行的行线仍处于高电平；直到让第4列为低电平，其余各列为高电平时，此时第1行的行线电平变为低电平，据此，可判断第1行第4列交叉点处的按键，即键3被按下。综上所述，扫描法的思想是，先把某一列置为低电平，其余各列置为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平为低电平，则可确定此行此列交叉点处的按键被按下。33②线反转法。扫描法要