单片机-第10章-MCS-51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计

第10章MCS-51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计输入外设：键盘、BCD码拨盘等；输出外设：LED显示器、LCD显示器、打印机等。10.1LED显示器接口原理LED(LightEmittingDiode):发光二极管的缩写。显示器前面冠以“LED”。10.1.1LED显示器的结构常用的LED显示器为8段（或7段，8段比7段多了一个小数点“dp”段）。有共阳极和共阴极两种。如图10-1所示。为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码（或称字型码）。提供给LED显示器的段码（字型码）正好是一个字节（8段）。各段与字节中各位对应关系如下：按上述格式，8段LED的段码如表10-1所示。显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC0Hc39HC6H106HF9Hd5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7HA77FH88H“灭”00HFFHb7CH83H………表10-1LED段码（8段）表10-1只列出了部分段码，可根据实际情况选用。另外，段码是相对的，它由各字段在字节中所处的位决定。例如表10-1中8段LED段码是按格式：而形成的，“0”的段码为3FH（共阴）。反之，如将格式改为下列格式：则“0”的段码为7EH（共阴）。字型及段码由设计者自行设定，习惯上还是以“a”段对应段码的最低位。N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。10.1.2LED显示器工作原理图10-2是4位LED显示器的结构原理图。段码线控制显示的字型，位选线控制该显示位的亮或暗。静态显示和动态显示两种显示方式。1.静态显示方式各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。显示的亮度高。图10-3:4位静态LED显示器电路。该电路各位可独立显示。2.动态显示方式所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。图10-4：4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。图10-5为8位LED动态显示2003.10.10的过程。图（a)是显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通显示，其余位则是熄灭的；图（b)是实际显示结果，人眼看到的是8位稳定的同时显示的字符。10.2键盘接口原理1.键盘输入的特点键盘：一组按键开关的集合。行线电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合，输出波形如图10-6。2.按键的确认检测行线电平，便可确认按键按下与否。高电平：断开；低电平：闭合，常用软件来消除按键抖动。基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时10ms后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。3.如何消除按键的抖动当键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为高，说明按键已松开。采取以上措施，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。10.2.2键盘接口的工作原理独立式按键接口和行列式键盘接口。1.独立式键盘接口各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可很容易判断那个键被按下。此种接口适于键数较少或操作速度较高的场合。图10-7（a）为中断方式的独立式键盘工作电路图10-7（b）为查询方式的独立式键盘工作电路。图10-8为8255A扩展I/O口的独立式按键接口电路。图10-9用三态缓冲器扩展的I/O口的按键接口电路。对图10-9独立式键盘编程，软件消抖，查询方式检测键的状态。仅有一键按下时才有效才处理。KEYIN:MOVDPTR,#0BFFFH；键盘端口地址BFFFHMOVXA,@DPTR；读键盘状态ANLA,#1FH；屏蔽高三位MOVR3,A；保存键盘状态值LCALLDELAY10；延时10ms去键盘抖动MOVXA,@DPTR；再读键盘状态ANLA,#1FH；屏蔽高三位CJNEA,R3,RETURN；两次不同，抖动引起转RETURNCJNEA,#1EH,KEY2；相等，有键按下，不等转KEY2LJMPKEY1;是K1键按下，转K1键处理；子程序PKEY1KEY2:CJNEA,#1DH,KEY3;S2键未按下，转KEY3LJMPKEY2;S2键按下，转PKEY2处理KEY3:CJNEA,#1BH,KEY4;S3未按下，转KEY4LJMPKEY3;S3按下，转PKEY3处理KEY4:CJNEA,#17H,KEY5;S4键未按下，转KEY5LJMPKEY4;S4按下，转PKEY4处理KEY5:CJNEA,#0FH,PASS;S5未按下，转RETURNLJMPKEY5;S5按下，转PKEY5处理RETURN:RET;重键或无键按下，从子程序返回识别和编程简单，用在按键数较少的场合。2.行列式(矩阵式)键盘接口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10-10所示。按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。（1）行列式键盘工作原理无键按下，该行线为高电平，当有键按下时，行线电平有列线的电平来决定。由于行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发生影响，必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。（2）按键的识别方法a.扫描法图10-10（b）中3号键被按下为例，来说明此键时如何被识别出来的。识别键盘有无键被按下的方法，分两步进行：第1步：识别键盘有无键按下；第2步：如有键被按下，识别出具体的按键。把所有列线置0，检查各行线电平是否有变化，如有变化，说明有键按下，如无变化，则无键按下。上述方法称为扫描法，即先把某一列置低电平，其余各列为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平为低，可确定此行列交叉点处的按键被按下。b.线反转法只需两步便能获得此按键所在的行列值，线反转法的原理如图10-11。第1步：列线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所在行为按键所在行。第2步：行线输出为全低电平，则列线中电平由高变低所在列为按键所在列。结合上述两步，可确定按键所在行和列。（3）键盘的编码根据实际需要灵活编码。10.2.3键盘的工作方式单片机在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。原则：即要保证能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘工作方式有3种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。1.编程扫描方式只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，扫描键盘。工作过程：（1）在键盘扫描子程序中，先判断有无键按下。方法：PA口8位输出全0，读PC口低4位状态，若PC0～PC3为全1，则说明键盘无键按下；若不全为1，则说明键盘可能有键按下。（2）用软件来消除按键抖动的影响。如有键按下，则进行下一步。（3）求按下键的键号。（4）等待按键释放后，再进行按键功能的处理操作。2.定时扫描工作方式利用单片机内的定时器，产生10ms的定时中断，对键盘进行扫描。3.中断工作方式只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序，如无键按下，单片机将不理睬键盘。键盘所做的工作分为三个层次，如图10-13。第1层：单片机如何来监视键盘的输入。三种工作方式：①编程扫描②定时扫描③中断扫描。第2层：确定具体按键的键号。体现在按键的识别方法上就是：①扫描法；②线反转法。第3层：执行键处理程序。10.3键盘/显示器接口设计实例一般把键盘和显示器放在一起考虑。10.3.1利用并行I/O芯片实现键盘/显示器接口图10-14：8031用扩展I/O接口芯片8155H实现的6位LED显示和32键的键盘/显示器接口电路。图中的8155H也可用8255A来替代。8031外扩一片8155H。RAM地址为7E00H～7EFFH。I/O口地址为7F00H～7F05H。PA口为输出口，控制键盘列线的扫描，同时又是6位共阴极显示器的位扫描口。PB口作为显示器段码输出口，PC口作为键盘的行线状态的输入口。75452：反相驱动器，7407：同相驱动器。1．动态显示程序设计8031内部RAM设置6个显示缓冲单元79H～7EH，存放要显示的6位数据。8155H的PB口输出相应位的段码，依次的改变PA口输出为高的位使某一位显示某一字符，其它位为暗。动态地显示出由缓冲区中显示数据所确定的字符。程序流程如图10-15。参考程序如下：DIR：MOVR0,＃79H；置缓冲器指针初值MOVR3,＃01H；位选码的初值送R3MOVA,R3LD0：MOVDPTR,＃7F01H；位选码→PA口（PA.0位）；最左边LED亮MOV@DPTR,AINCDPTR；数据指针指向PB口MOVA,@R0；显示数据→AADDA,＃0DH；加偏移量（下条指令到表首间；所有指令占的单元数）MOVCA,@A＋PC；根据显示数据来查表取段码DIR1：MOVX@DPTR,A；段码→8155HPB口ACALLDL1ms；该位显示1msINCR0；指针指向下一个数据单元MOVA,R3；位选码送入A中JBAcc.5,LD1；判断是否扫描到最右边的；LED，如到最右边则返回RLA；位选码向左移一位，准备让;右边的下一位LED亮位选码MOVR3,A；送R3中保存AJMPLD0;LD1：RET;DSEG：DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH；共阴极段码表DB7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CHDB39H,5EH,79H,71H,73H,3EHDB31H,6EH,1CH,23H,40H,03HDB18H,00HDL1ms：MOVR7,＃02H；延时1ms子程序DL：MOVR6,＃0FFHDL6：DJNZR6,DL6DJNZR7,DLRET2．键盘程序设计（1）判别键盘上有无键闭合（2）去除键的机械抖动（3）判别闭合键的键号（4）使CPU对键的一次闭合仅作一次处理键盘程序的流程如图10-16。键盘子程序如下：KEYI：ACALLKS1；调用判有无键闭合子程序JNZLK1；有键闭合，跳LK1NI：ACALLDIR；无键闭合，调用显示子程序,延；迟6ms后，跳KEYIAJMPKEYILK1：ACALLDIR；可能有键闭合，延迟12ms，软件去抖ACALLDIRACALLKS1；调用判有无键闭合子程序JNZLK2；经去抖，判键确实闭合，跳LK2处理ACALLDIR；调用显示子程序延迟6msAJMPKEYI；抖动引起，跳KEYILK2：MOVR2,＃0FEH；列选码→R2MOVR4,＃00H；R4为列号计数器LK4：MOVDPTR,＃7F01H；列选码→8155H的PA口MOVA,R2;MOVX@DPTR,A;INCDPTR；数据指针增2，指向PC口INCDPTR;MOVXA,@DPTR；读8155HPC口JBAcc.0,LONE；0行线为高，无键闭合，跳LONE，转判1行MOVA,＃00H；0行有键闭合,首键号0→AAJMPLKP；跳LKP，计算键号LONE：JBAcc.1,LTW0；1行线为高，无键闭合，跳LTW0，；转判2行MOVA,＃08H；1行有键闭合,首键号8→AAJMPLKPLTW0：JBA.2,LTHR；2行线为高，无键闭合，跳LTHR，;转判3行MOVA,＃10H；2行有键闭合,首键号10H→AAJMPLKP；跳LKP，计算键号LTHR：JBAcc.3,NEXT；3行线为高，无键；闭合，跳NEXT，准备下一列扫描MOVA,＃18H；3行有键闭合,首键号18H→ALKP：ADDA,R4；计算键号：首键号＋列号=键号PUSHA；键号进栈保护LK3：ACALLDIR；调用显示子程序，延时6msACALLKS1；调用判有无键闭合子程序，延时；6msJNZLK3；判键释放否，未释放，则循环POPA；键已释放，键号出栈→ARETNEXT：INCR4；列计数器加1，为下一列扫描作准备M