《单片机的接口技术》PPT课件.ppt

51单片机的I/O外设的接口,本章内容,51单片机的键盘与显示器接口 键盘、显示器接口芯片8279,9.1 LED数码管的接口,LED（Light Emitting Diode）发光二极管缩写。 LED数码管是由发光二极管构成的。,9.1.1 LED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9-1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。 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。,图9-1 8段LED数码管结构及外形,8段LED数码管结构,8段LED数码管的字型码,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9-1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。,显示各种字符的8段LED数码管的段码如表9-2所示,表9-2 8段LED段码,其它显示器,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9-2所示。本章均以“8”字型的LED数码管为例。,图9-2 其他各种字型的LED显示器,9.1.2 LED数码管工作原理,图9-3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8N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。,图9-3 4位LED数码管的结构原理图,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（adp）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。 图9-4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9-4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。,LED数码管有静态显示和动态显示两种显示方式,图9-4 4位LED静态显示电路,LED静态显示方式,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。 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9-5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。,图9-5 4位8段LED动态显示电路,LED动态显示方式,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9-6所示为8位LED动态显示2009.10.10的过程。图9-6（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9-6（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。 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。,LED动态显示方式,图9-6 8位LED动态显示过程和结果,LED动态显示方式,9. 2 单片机键盘接口技术,键盘输入需解决三个问题 (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。,9.2.1 键盘接口的任务,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9-7（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9-7（b）所示。,图9-7 键盘开关及其行线波形,键盘输入的特点,图9-7（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510ms，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。,图9-7 键盘开关及其行线波形,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。通常t1和t3小于10ms。按键闭合时的电压抖动波形见图9-8。,图9.8 键闭合和断开时的电压抖动,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，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,9. 2.2 键盘工作原理,键盘可分为两类：非编码键盘和编码键盘。 非编码键盘 非编码键盘是利用按键直接与单片机相连接而成，它通常使用在按键数量较少,系统功能较简单，需处理的任务较少的场合，可以降低成本、简化电路设计。非编码键盘可分为独立式和矩阵式。 （1）独立式键盘： 结构：一组相互独立的键盘，每个键盘都与单片机的I/O口的一条口线连接，相互独立。独立式键盘的结构见图9-9。 原理：当任何一个键被按下时，与其相连的输入线被置成 “0”，平时该线为“1”。通过检测I/O输入线的电平状态，判断哪个按键被按下。 特点：接口简单，但若键较多，将占用许多I/O线。,图9-9 独立式键盘结构,对于图9-8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。,键处理子程序,KEYIN： MOVA,#0FFH；置P1口为“1”，设置P1口为输入状态 MOVP1,A MOVA,P1 ；输入键状态 CJNEA,#0FFH,QUDOU；有键按下，跳去抖动 LJMPRETURN；无键按下，返回 QUDOU： MOV R3,A；8个按键的状态送R3保存 LCALL DELAY10；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RETURN JNBACC.0,P0F；查询0号键 JNBACC.1,P1F；查询1号键 JNBACC.2,P2F；查询2号键 JNBACC.3,P3F；查询3号键 JNBACC.4,P4F；查询4号键 JNB ACC.5,P5F；查询5号键 JNB ACC.6,P6F；查询6号键 JNB ACC.7,P7F；查询7号键,键处理程序（续）,LJMPRETURN P0F：LJMPPROM0；入口地址表 P1F：LJMPPROM1 P6F：LJMPPROM6 P7F：LJMPPROM7 PROM0：；0号键功能程序 LJMPRETURN；0号键处理完返回键盘扫描 PROM7： ；7号键功能程序 LJMPRETURN；7号键处理完返回键盘扫描 RETURNRET,（2）矩阵式（行列式）键盘,结构：键的数目多，将键按行列排成矩阵形式。矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。图9-10为44的矩阵式键盘结构。 优点：在按键数目较多的场合，节省I/O口线,图9-10 44矩阵式键盘结构,矩阵式（行列式）键盘的按键识别,矩阵式键盘按键的识别方法分为扫描法和反转法。 扫描法 第1步，识别键盘有无键按下： 列线输出全0 然后输入行线状态，若行线状态为全1（ 1111 ）则没有键按下； 若行线状态一定不为全为1，则一定有任一键按下。 第2步，识别出具体的键位： 逐列扫描，先第一列输出为0，其他列为1，列编码为1110。然后输入行线状态，若行线状态为全1（ 1111 ），即按键不在此列线交叉点上，继续扫描。 第二列输出为0，其他列为1，列编码为1101，再输入行线状态，若行状态不是全1，即按键在该列交叉点上，否则继续扫描。,扫描法识别按键,将此时的扫描列码与行码组合得到的按键码，即可确定按键的位置。 如图9-10所示的“3”键，它位于第4列和第1行交叉点上，其列码为：0111，行码为：1110，键码为：0111,1110B = 7EH,图9-10 44矩阵式键盘结构,每个键的键码,负逻辑表示-行列线数据求反组合，上例中的各键值分别为： 88H84H82H81H 48H44H42H41H 28H24H22H21H 18H14H12H11H,正逻辑表示-行列线数据直接组合，图9-10中的各键码分别为： 77H7BH7DH7EH B7HBBHBDHBEH D7HDBHDDHDEH E7HEBHEDHEEH,线反转法,让行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所在行为按键所在行。 再把行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出为全低电平，则列线中电平由高变低所在列为按键所在列。 线反转法只需经过两步便能获得此按键所在的行列值，比较简练。 下面以图9-11所示的矩阵式键盘为例，介绍线反转法的具体步骤。,图9-11 采用线反转法的矩阵式键盘,线反转法,假设键3被按下。 第一步，P1.0P1.3输出全为“0”，然后，读入P1.4P1.7线的状态，结果P1.4=0，而P1.5P1.7均为1，因此，第1行出现电平的变化，说明第1行有键按下； 第二步，让P1.4P1.7输出全为“0”，然后，读入P1.0P1.3位，结果P1.0=0，而P1.1P1.3均为1，因此第4列出现电平的变化，说明第4列有键按下。 综上所述，即第1行、第4列按键被按下，此按键即键3按下。,图9-11 采用线反转法的矩阵式键盘,键盘接口完成的主要功能：,键盘扫描：判断是否有键按下； 键识别：确定闭合键的行列位置； 产生闭合键键码； 排除多键、串键（复按）及去抖动。,键的识别和键功能实现,键的识别由接口电路完成，即键盘接口问题； 键的功能实现由中断程序完成。,键处理子程序,在计算机中每一个键都对应一个处理子程序，得到闭合键的键码后，转相应的健处理子程序，实现该键所设定的功能。,键处理程序的流程如图9-12,图9-12键处理流程图,9.3 51单片机键盘接口和键功能的实现,单片机的键盘键接口可以有多种方法实现。 使用单片机本身的并行口或串行口； 使用通用接口芯片（8255、8155等）； 使用专用接口芯片如8279，周立功公司的ZLG7289A，ZLG7290B，MAX7219，南京沁恒公司的CH451，HD7279和BC7281等。 在单片机应用系统设计中，一般都是把键盘和显示器放在一起考虑。也有的系统仅单独需要键盘或显示器。介绍几种实用的键盘/显示器接口的设计方案。,9.3.1 利用AT89S51串行口实现的键盘/显示器接口（举例）,使用AT89S51的串行口的方式0的输出方式，构成键盘/显示器接口，如图9-13所示。 8个74LS164：74LS164(0)74LS164(7)作为8位LED数码管的段码输出口，AT89S51的P3.4、P3.5作为两行键的行状态输入线，P3.3作为TXD引脚同步移位脉冲输出控制线，P3.3=0时，与门封死，禁止同步移位脉冲输出。这种方案主程序可不必扫描显示器，软件设计简单，使单片机有更多的时间处理其他事务。 下面列出显示子程序和键盘扫描子程序。,图9-13 用AT89S51串行口扩展键盘/显示器,显示子程序：,DIR： SETBP3.3； P3.3=1，允许TXD脚同步移位脉冲输出 MOVR7，08H； 送出的段码个数 MOVR0，7FH； 7FH78H为显示数据缓冲区 DL0： MOV A，R0； 取出要显示的数送A ADD A，0DH； 加上偏移量 MOVC A，APC； 查段码表SEGTAB， 取出段码 MOV SBUF ，A； 将段码送串行口的SBUF DL1： JNB TI，DL1； 查询1个字节的段码输出完否？ CLRTI； 1字节的段码输出完，清TI标志 DECR0； 指向下一个显示数据单元,DJNZR7，DL0；段码个数计数器R7是否为0，如不 ；为0，继续送段码 CLR P3.3； 8个段码输出完毕，关闭显示器输出 RET ； 返回 SEGTAB： DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H；共阳极段码表 DB99H，92H，82H，0F8H，90H DB88H，83H，0C6H，0A1H，86H DB8FH，0BFH，8CH，0FFH，0FFH,显示子程序：,键盘扫描子程序：,KEYI：MOVA，00H； 判断有无键按下， 使所有列线为0 MOVSBUF，A； 扫描键盘的（8）号74LS164输出为 ；00H，使所有列线为0 KL0： JNBTI，KL0； 串行输出完否？ CLRTI； 串行输出完毕，清TI KL1：JNBP3.4，PK1； 第1行有闭合键吗？如有，跳PK1进行处理 JB P3.5，KL1； 在第2行键中有闭合键吗？无闭合键跳KL1 PK1： ACALL DL10； 调用延时10ms子程，软件消抖动 JNB P3.4，PK2； 判断是否由抖动引起？ JB P3.5，KL1 PK2： MOV R7，08H； 不是抖动引起的 MOV R6，0FEH；判别是哪一个键按下，FEH为最左1列为低 MOV R3，00H； R3为列号寄存器 MOV A，R6 KL5： MOV SBUF，A； 列扫描，列扫描码从串行口输出,KL2： JNB TI，KL2；等待串行口发送完 CLR TI；串行口发送完毕，清TI标志 JNB P3.4，PKONE；读第1行线状态，第1行有键闭合跳PKONE JB P3.5，NEXT；读第2行状态，2行某键否？ MOV R4，08H；2行中有键被按下，行首键号08H送R4 AJMP PK3 PKONE：MOV R4，00H；1行键中有键按下，行首键号00H送R4 PK3： MOV SBUF，00H；等待键释放，发送00H使所有列线为低 KL3： JNB TI，KL3； 判1个字节是否发送完毕 CLR TI； 发送完毕，清标志 KL4： JNB P3.4，KL4； 判行线状态 JNB P3.5，KL4 MOV A，R4； 两行线均为高，说明键已释放 ADD A，R3； 计算得键码A RET,键盘扫描子程序：,NEXT：MOV A，R6；列扫描码左移一位，判下一列键 RL A MOV R6，A； 记住列扫描码于R6中 INC R3； 列号增1 DJNZ R7，KL5； 列计数器R7减1，8列键都检查完否？ AJMP KEYI； 8列扫描完，开始下一个键盘扫描周期 DL10： MOV R7，0AH； 延时10ms子程序 DL： MOV R6，0FFH DL6： DJNZ R6，DL6 DJNZ R7，DL RET,键盘扫描子程序：,本例中，如只需LED数码管显示部分，可把键盘部分的电路去掉即可；如只需键盘，可把LED数码管部分的电路去掉。,9.3.2 使用8155作为键盘接口,接口电路逻辑图（见图9-14）,图9-14 8031用8155扩展I/O口组成的矩阵式键盘连线图,8155 PA口地址7F01H PC口地址7F03H,判断有无键按下,PA口输出00H，PC口输入行状态信号； 若PC3PC01111，有键按下,去抖动,延时510ms后再判断有无键按下,确认哪个键被按下及其键号,8155的PA口依次输出下列扫描字：,键扫描及识别过程,8155：PA口输出列扫描信号，PC口输入行状态信号,，,则每个键的键值（列行组合）,FE E 、FD E 、 FB E 、F7 E 、EF E 、DE E 、BF E 、 7F E FE D 、FD D 、 FB D 、F7 D 、EF D 、DE D 、BF D 、7F D FE B 、FD B 、 FB B 、F7 B 、EF B 、DE B 、BF B 、 7F B FE 7 、 FD 7 、 FB 7 、F7 7 、EF 7 、 DE 7 、 BF 7 、 7F 7,每个键的键号（自己安排）,N = 行首键号+列号,确认哪个键被按下及其键号（续）,8155的PC口输入行状态可能为下列之一：,等待键释放后再进行进一步处理。,键扫描程序框图,入口,有键按下？,延时12ms,有键按下？,N,Y,N,Y,键号入栈保存,按键抬起？,N,Y,键号送A,返回,判断按键是否抬起（以防止重复进行键处理）,键扫描程序,ORG1000H KEY1： ACALLKS1；调用判断有无键按下子程序 JNZLK1；有键按下，转去抖动 AJMPKEY1 ；无键按下，返回 LK1： ACALLTM12S ；延时12ms ACALLKS1；再查有无键按下 JNZLK2；确实有键按下，逐行扫描，确定具体键 AJMPKEY1；无键按下，返回 LK2： MOVR2 ，#0FEH；首列扫描字送R2 MOVR4 ，#00H；首列号R4 LK4： MOVDPTR ，#7F01H；首列扫描字送8155的PA口 MOVA ，R2；第一列扫描 MOVXDPTR ，A；使第i列为0（R2中Di位为0）,键扫描程序（续）,INCDPTR INCDPTR；指向8155的PC口 MOVXA ，DPTR；读入行状态 JBACC.0 ，LONE；0行无键按下，转查1行 MOVA ，#00H；0行有键按下，行首键号#00H送A AJMPLKP；求键号 LONE： JBACC.1 ，LTWO；1行无键按下，转查2行 MOVA ，#08H；1行有键按下，行首键号#08H送A AJMPLKP；求键号 LTWO： JBACC.2 ，LTHR；2行无键按下，转查3行 MOVA ，#10H；2行有键按下，行首键号#10H送A AJMPLKP；求键号 LTHR： JBACC.3 ，NEXT；3行无键按下，转查下一列 MOVA ，#18H；3行有键按下，行首键号#18H送A,键扫描程序（续）,LKP： ADDA ，R4；求键号 = 行首键号+列号 PUSHACC；键号入栈 LK3： ACALLKS1；等待键释放 JNZLK3；未释放，继续等待 POPACC；已释放，键号送A RET NEXT： INCR4；指向下一列，列号加1 MOVA ，R2；判断8列扫描完没有 JNBACC.7，KND；8列扫描完，返回 RLA；没扫描完，置下一列扫描字 MOVR2 , A；扫描字送A AJMPLK4；继续下列扫描 KND： AJMPKEY1；8列扫描完，返回,键扫描程序（续）,KS1： MOVDPTR，#7F01H；查有无键按下子程序 MOVA，#00H MOVXDPTR，A；8155 PA口输出全扫描字#00H INCDPTR INCDPTR；指向8155的PC口 MOVXA，DPTR；读入行状态，若有键按下，则A0FFH CPLA；改成正逻辑，若有键按下，则A00H ANLA，#0FH；屏蔽高四位 RET；子程序返回，当有键按下时，AA00H T12sm： MOVR7，#18H；12sm延时子程序 TM： MOVR6，#0FFH TM6： DJNZR6，TM6；td=1+(1+255*2+2)*24+2*MC DJNZR7，TM RET,键操作及功能处理,求出键号后要进行键处理： 先判断是何种键，然后： 对数字键-送显示缓冲区显示； 对功能键-执行相应的功能键处理程序。,设： 015号键为数字键，即键号10H的是数字键； 1631号键为功能键，即键号10H的是功能键； 其功能键处理程序入口地址分别为： AAA、BBB、CCC、PPP。,键操作及功能处理（续）,ORG8000H KEYADR： MOVA，BUFF；键号送A CLRC SUBBA，#10H；Y与10H比较 JCDIGPRO；10H，数字键，转 KEYTBL： MOV DPTR，#JMPTBL RLA；使键值为0、2、4、6、偶数 AJMPA+DPTR,则转入功能键处理程序清单如下：,键操作及功能处理（续）,JMPTBL： AJMPAAA；2 字节指令散转到16个功能键处理 AJMPBBB； 程序入口 AJMPCCC AJMPDDD AJMPEEE AJMPFFF AJMPGGG AJMPHHH AJMPIII AJMPJJJ AJMPKKK AJMPLLL AJMPMMM AJMPNNN AJMPOOO AJMPPPP,9.3.2 各种专用的键盘/显示器接口芯片简介,使用键盘接口专用芯片，可省去编写键盘/显示器动态扫描程序以及键盘去抖动程序编写的繁琐工作。 目前各种专用接口芯片种类繁多，各有特点，总体趋势是并行接口芯片逐渐退出，串行接口芯片越来越多的得到应用。 早期的较为流行的键盘/显示器芯片8279，目前流行的键盘/显示器接口芯片均采用串行通信方式，占用口线少。常见的芯片有：周立功公司的ZLG7289A、ZLG7290B、MAX7219、南京沁恒公司的CH451、HD7279和BC7281等。,可编程键盘/显示器接口芯片8279,8279是一种专用于键盘/显示器的可编程接口电路，能对键盘自动扫描，给出闭合键的键码，能自动向数码管显示器输出显示代码和位代码。 其中键盘接口电路可与64键点阵式键盘联接，具有二键封锁或N键巡回功能，可自动消除按键抖动。 显示器接口电路可与8位或16位数码管显示器联接。,8279内部结构,电路逻辑分为三个部分： （1）芯片接口控制逻辑 数据缓冲器 I/O控制电路 （2）键盘接口控制逻辑 扫描计数器 扫描回送电路 键盘去抖动与控制电路 88FIFO/传感器RAM与状态电路 控制与时序寄存器及时序控制电路,8279内部结构,（3）显示器接口控制逻辑 168显示用RAM 显示寄存器 显示地址寄存器,电路逻辑结构示于图9-15,8279内部结构,图9-15 8279的逻辑结构,8279内部结构图,控制与定时寄存器:寄存键盘及显示器工作方式,完成控制功能 定时控制:包括基本的计数器是可编程N计数器,N由编程指定(231),对CLK分频,获得内部所需100kHz工作时钟;其他再分频,为键盘及显示器扫描提供扫描时钟,4位的计数器,有译码、编码两种方式,由编程设定 译码方式:最低两位经译码,由SL03输出,作为键盘及显示器的扫描信号.(任何时刻, SL03只有一个信号有效,实现4选1) 编码方式:计数器的状态由SL03直接输出,再经外部译码,才能作为扫描信号.(实现16选1),（1）芯片接口控制逻辑,实现 8279 和单片机接口，主要包括： 数据缓冲器 双向、三态的数据缓冲器用于芯片内部总线和系统总线的连接，进行单片机和 8279 之间的数据传送，信号引脚为 DBODB7。 I/O控制电路 I / O 控制电路用于接收单片机方面送来的控制信号，并产生所需的8279内部控制信号，例如控制数据缓冲器的数据输入输出等。 中断请求产生电路 根据键盘存储区的状态产生中断请求信号。,（2）键盘接口控制逻辑,扫描计数器 扫描计数器电路用于为键盘提供扫描信号， 4 位扫描信号从扫描线 SL3SL0输出，并具有两种输出形式 译码方式（也称内部译码形式） 指扫描代码直接由扫描线SL0SL3输出，每次只有1位是低电平（4选1） 编码方式（也称外部译码形式） 指扫描代码经SL0SL3外接译码器输出 SL3SL0输出波形见图9-16,图9-16 扫描输出波形,（2）键盘接口控制逻辑（续）,控制与时序寄存器及时序控制电路 用于对键盘扫描进行控制。 时序控制部件包括基本定时计数器，其中第一个N计数器是一个N预分频定标器，可通过编程使内部时序与CPU相适应。 预分频定标器的分频系数可由程序设定为231。使内部计数频率为100KHz时，给出5.1mS的键盘扫描时间和10.3mS的去抖动时间。 其它计数器将此基本计数频率再分频，以提供适当的键扫描、行扫描、键盘矩阵扫描及显示器扫描时间。,（2）键盘接口控制逻辑（续）,回送缓冲器与键盘去抖动和控制电路 输入每次扫描的列线RL0 RL7状态，以进行闭合键的搜索。 回送缓冲器具有锁存功能，对回送线RL7RL0上的信息进行缓冲和锁存。 在键盘工作方式下，对回送线逐条扫描，以确定该行中哪一个键闭合。当去抖动电路测得某一按键闭合后，等待10mS，然后再重新检查该键是否闭合，如果仍然闭合，那么该键在阵列中的地址及SHIFT和CNTL的状态被送入先进先出寄存器FIFO。 在扫描传感器矩阵方式下，每次扫描按键时直接把回送线上的内容送入传感器RAM的相应单元中去。 在选通输入方式下，回送线的状态将在控制/选通线上的脉冲上升沿送入先进先出寄存器。,（2）键盘接口控制逻辑（续）,FIFO/传感器RAM与状态电路 FIFO/传感器RAM是一个双功能88 RAM，在键盘或选通输入方式下是一个先进先出寄存器(FIFO); 信息输入时，每一组信息写入RAM中的下一单元，然后按写入顺序读出; FIFO状态电路存放FIFO中的字符数目以及FIFO满或空的状态; FIFO写入或读出次数超过FIFO的容量时，视为出错; 在扫描传感器矩阵方式下，该存储器用作传感器RAM; 当检测到一个传感器状态发生变化时，IRQ变为高电平，向CPU发中断请求,（3）显示器接口控制逻辑,显示存储区 8279 可连接8位和16位的 LED 显示器； 为给每位显示器提供显示数据，在8279 芯片中有一个168的RAM存储区，其中每一个8位 RAM 单元对应一位LED显示器，即0 到 15 地址对应 LED 显示器的015 位，显示器的0位在最左边， 15 位在最右边。 显示缓冲器（显示更新寄存器） 用于为显示器提供段控数据； 使用时，8279 自动对显示器扫描，将显示缓冲器中的数据输出在显示器上显示出来。,显示器地址寄存器及显示用RAM,显示器地址寄存器用来存放CPU正在读/写的字节地址，以及正在显示的两个4位的半字节地址。 读/写地址由编程设定，也可设定每次读/写后地址自动加1。 在设定适当的工作方式和地址以后，CPU可直接读出显示用RAM中的内容。 A、B两个半字节地址由8279自动刷新，以便与CPU输出值相对应。 A、B两半字节可以分别输出，也可作为一个字节输出，由工作方式确定。 数据送显示器的方式可设定为左端送入，也可以设定为右端输入。,8279 的信号引脚,8279共有40个引脚，采用双列直插式封装（见图9-17）,图9-17 8279引脚与逻辑符号图,8279的引脚功能如下：,（1）数据线 DB7DB0：数据输入/输出线，双向，在接口电路中与系统数据总线相连，用以传送CPU和8279之间的数据和命令。 （2）地址线 CS#：片选线。CS#=0，选中8279。 A0：信息特征线。当A0=1时，为命令字及状态字地址；当A0=0时，为片内数据地址，故8279芯片占用2个端口地址。 （3）控制线 CLK：时钟脉冲输入端。,（3）控制线,RD#：读信号，输入，低电平有效，将缓冲器中的数据读出，送外部数据总线。 WR#：写信号，输入，低电平有效，将外部数据总线上的数据写入内部单元。 IRQ：中断请求，输出，高电平有效。当键被按下，FIFO RAM中有数据时，该信号有效。 SL3SL0：扫描输出线，用来扫描按键开关或传感器矩阵以及显示器的各位数字。 RL7RL0：键扫描输入（回送）线，通过按键或传感器开关与扫描线联接，内设上拉电路，使之保持为高电平。当某一按键闭合时，其中一条变为低电平。在选通输入方式下可作为8条输入线。,（3）控制线,SHIFT：换档线。来自外部键盘或传感器矩阵的输入信号，它是8279键盘数据的次高位即D6位的状态，该位状态控制键盘上/下档功能。在传感器方式和选通方式中，该引脚无用。 CNTL/STB：控制/选通输入线，高电平有效。键盘方式时，键盘数据最高位（D7）的信号输入到该引脚，以扩充键功能；选通方式时，当该引脚信号上升沿到时，把RL0RL7的数据存入FIFO RAM中。 OUTA30，OUTB30：是164显示器更新寄存器的两个输出端，输出数据与扫描线（SL3SL0）同步，以供多路转换数字显示器使用。两个端口可并为一个8位端口使用。 OUTA30：通常作为显示信号的高4位输出线； OUTB30：通常作为显示信号的低4位输出线。,（3）控制线,BD#：空格显示，输出，低电平有效。在数字切换过程中使显示器熄灭，或者由显示熄灭命令使显示器熄灭。 RESET：复位信号输入端，高电平有效。 Vcc：5V电源。 Vss：地。,8279的工作方式,(1) 键盘工作方式 8279在键盘工作方式时，可设置为双键互锁方式和N键循回方式 双键互锁方式： 若有两个或多个键同时按下时，不管按键先后顺序如何，只能识别最后一个被释放的键，并把该键值送入FIFO RAM中。 N键循回方式： 一次按下任意个键均可被识别，按键值按扫描次序被送入FIFO RAM中。,（2）传感器（扫描）方式,FIFO RAM中8个单元用于寄存传感器的现时状态，又称传感器RAM，其地址编号与扫描线顺序一致； 传感器方式是把传感器的开关状态送入传感器RAM中。 当CPU对传感器阵列扫描时，一旦发现传感器阵列(最多为88位)中某一位状态发生变化时，产生IRQ（高电平），中断响应后转入中断处理程序。,（3）选通输入方式 与8255A通输入端口的功能完全一样，CNTL/STB作为选通信号，上升沿锁存RL0RL7到FIFO RAM；,(4) 显示方式,8279的显示方式又可分为左端入口和右端入口方式； 显示数据只要写入显示RAM则可由显示器显示出来，因此显示数据写入显示RAM的顺序，决定了显示的次序； 左端入口方式：显示位置从显示器最左端1位（最高位）开始，以后显示的字符逐个向右顺序排列； 显示器位置编号与显示RAM地址一一对应(0号单元显示在0号显示器上)； 右端入口方式：显示位置从显示器最右端1位（最低位）开始，已显示的字符逐个向左移位。 但无论左右入口，后输入的总是显示在最右边。,8279的寄存器,8279共有三个寄存器： 命令寄存器 状态寄存器 数据寄存器 命令和状态寄存器对应同一个地址。 （1）命令寄存器 命令寄存器是8位寄存器，只能写，不能读； 高3位（ D7 、 D6、 D5）是命令的特征位，8种不同的状态组合代表着不同的命令。 命令的格式见表9-8,8279的寄存器（续）,（2）状态寄存器 8279 的状态寄存器为 8 位寄存器，只能读，不能写； 用于在键输入及选通输入方式中，指出键数据缓冲器 FIFO RAM 中的数据字节个数和是否出错。 状态字格式如表9-3,DU:显示无效标志, 当清除命令尚未完成时，该位置1 S/E:键盘输入方式下作特殊错误标志,=1:多键同时按下 O:溢出标志,向已满的FIFO RAM写时置1 U:不足标志,从已空的FIFO RAM读时置1 F:表示 FIFO RAM 已满（存有 8 个键码） N2N1N0:FIFO RAM中字符的个数,表9-3 8279的状态字格式,8279的寄存器（续）,状态寄存器各位的意义 D2，D1，D0（N2，N1，N0）：其值为 FIFO RAM 中数据的个数； D3（F）：D3=1，表示 FIFO RAM 已满（存有 8 个键码） D4（U）：D4=1，表示“不足”错误； D5（O）：D5=1，表示“超出”错误； D6（S/E）：用于传感器矩阵输入方式，D6=1表示多键同时闭合； D7（Du）：显示无效标志。 当清除命令尚未完成时，该位置1。,8279的寄存器（续）,（3）数据寄存器 数据寄存器实际上就是 FIFO RAM 中最前面的那个单元，其内容为被按键的信息，通过读它把键盘信息输入单片机。 该寄存器的数据格式如表9-4所示： D2D1D0：闭合键的列号（由RL7 RL0值确定）； D5 D4D3：闭合键的行号（扫描计数值）； D6： 换挡健 SHIFT 的状态； D7：控制健 CNTL 的状态。 注意，在传感器扫描方式和选通输入方式中，输入数据即为 RL7RL0的输入状态。,8279数据输入/输出格式,输入/输出数据不仅要先确定地址口，而且数据存放也要按一定格式，其格式在键盘和传感器方式有所不同。,（1） 键盘扫描方式数据输入格式（见表9-4）,D7：控制键 “CNTL”状态 D6：控制键 “SHIFT”状态 D5 D4 D3：被按键所在列号（由SL0-SL2）状态确定） D2 D1 D0：被按键所在行号（由RL0-RL7）状态确定,表9-4 键盘扫描方式数据输入格式,8279数据输入/输出格式（续）,（2）传感器方式及选通方式数据输入格式,此种方式8位输入数据为RL0-RL7的状态 数据输入格式见表9-5,表9-5 传感器及选通方式的数据输入格式,8279的命令字及其格式,8279的各种工作方式都要通过对命令寄存器的设置来实现。 8279共有8种命令，通过这些命令设置工作寄存器，选择各种工作方式。 命令寄存器共8位，格式如下:,8279的命令字及其格式（续）,8279的一条命令由两大部分组成； 命令寄存器高3位D7D5为命令特征位，表征命令类型。D7D5三位的状态可组合出8种形式，对应8类命令。 命令寄存器的低5位D4D0为命令的具体内容。,8279的命令字类型设置,每种特征所代表的命令如表9-6所示,表9-6 8279命令特征,(1) 键盘/显示命令:（特征位 D7D6D5=000）,D4、D3两位用来设定4种显示方式; D2、D1、D0三位用以设定8种键盘/显示扫描方式 键盘/显示命令格式见表9-7,设置工作方式,00：8字符,左入口 01：16字符,左入口 10：8字符,右入口 11：16字符,右入口,00：键盘,双键锁定 01：键盘,N键轮回 10：传感器扫描 11：选通输入,0：编码扫描 1：译码扫描,表9-7 8279的键盘/显示命令格式,显示器方式设置（见表9-8),(1) 键盘/显示命令（续）,键盘方式设置：,(1) 键盘/显示命令（续）,译码扫描（内译码）：指扫描代码直接由扫描线SL0SL3输出，每次只有1位是低电平（4选1）； 编码扫描（外译码）：是指扫描代码经SL0SL3外接译码器输出 由于键盘最大88=64个键，由SL0SL2接3：8译码器，译码器的8位输出作为键盘扫描输出线（列线），RL0RL7为输入线（行线）。 8279最多驱动16位显示器，故可由SL0SL3接4：16译码器，译码器的16位输出作为显示扫描输出线（16选1），决定第几位显示。 显示字段码由OUTA0OUTA3和OUTB0OUTB3输出。,例9-1：若希望设置8279为键盘译码扫描方式、N键轮回，显示8个字符、右端入口方式，确定其命令字。 根据题目要求可进行分析，因为具有下列条件： 是键盘/显示命令特征位：D7 D6 D5=000 (表9-6) ； 8个字符右端入口显示：D4 D3=10（表9-8）； 键盘译码扫描，N键轮回：D2 D1 D0=011（表9-9）； 所以8位命令器存器状态D7D0=00010011B，即该命令字13H送入命令寄存器口地址则可满足题目要求。 例9-2：若已知命令字为08H，判断8279工作方式。 因为命令字为08H，即D7D0=00001000B，显然D7 D6 D5=000，该条命令为键盘/显示命令，D4D3=01为16字符左端入口显示方式，D2D1D0=000，键盘为编码扫描、双键锁定方式。,（2）内部时钟设置命令（ D7D6D5001 ),例9-3：若8279 CLK的输入信号频率为3.1 MHz，则分频系数应为31D=1FH，于是 D4D0=11111，控制字为：D7D0=00111111B=3FH,分频目的：得到100KHz的基本工作时钟,（2）内部时钟设置命令（续）（D7D6D5001),8279的内部时钟信号是由外部输入的时钟信号经过分频产生； 分频系数由D4D0来设定，分频系数范围在231之间 有的设计会用单片机的ALE端接8279的CLK端，但ALE端输出的脉冲频率比8279所需工作时钟频率(100KHz)高出很多，通过设置分频系数就可使8279得到所需的时钟频率。,例9-4 已知80C51的fosc=12MHz，要求8279的内部时钟信号频率为100kHz，求分频系数N。 【解】： fosc=12MHz，fALE=1/6 fosc=2MHz = fCLK N=2MHz/100kHz =20D=10100B 因此，时钟编程命令字：00110100B=34H。,（3）读FIFO/传感器RAM命令（D7D6D5=010）（表9-12）,D2D0：为8279中FIFO及传感器RAM的首地址 D3： 无效位。 D4 ：控制RAM地址自动加1位： D4=1时，CPU读完一个数据，RAM地址自动加1，准备读下一个单元数据； D4=0时，CPU读完一个数据，地址不变。,键盘方式无效,写0,0：读出后地址不变 1：每次读出地址自动加1,例9-5：欲编程使单片机连续读8279内FIFO/传感器RAM中000-111单元的数据，设置读命令。,分析： 因为要连续读数，地址又连续。所以最好设置为自动加1方式，即D4=1； RAM内首地址000，即D2D0=000，再加上特征位，所以该命令控制字为：D7D0=01010000B=50H (无用位D3设为0)； 送入50H控制字，在执行读命令时，先从FIFO/传感器RAM中000单元读数，读完一个数，地址自动加1，又从001单元读数，依次类推，直到读完所需数据。,（4）读显示缓冲器(RAM)命令（D7D6D5011）,从 8279 向单片机读出显示数据（用于检查）之前，应先执行该命令。命令格式如前表9-11 命令中 D3D0表示起始地址， D4位为自动增量标志 D41时，每次读出后，RAM地址自动加 1 D40时，每次读出后，RAM地址不加 1,例9-6 欲读显示RAM中1000单元地址，求命令字。 分析：因为只读一个数，地址不需自动加1，即设置： D4=0，特征位为011，地址为1000， 所以其控制命令字为：D7D0=01101000B=68H。,（5）写显示RAM命令（D7D6D5 = 100）,从单片机向 8279 写入显示数据之前应先执行该命令命令中 D3D0表示起始地址，数据写入按左输入或右输入方式进行； D4：地址自动加1控制位，为自动增量标志 D41时，每次写入后地址自动加 1。 D4=0，地址不加1。,D3D0是欲写入的RAM地址，若连续写入则表示RAM的首地址。 命令格式同读显示RAM（参考表9-11）。,（6）写入和消隐屏蔽命令（ D7D6D5101 ）格式见表9-12,1：相应显示RAM禁止写入,1：消隐,（6）写入和消隐屏蔽命令（续）,设置了这条命令使接口的四位显示器相互独立。 D3、 D2位用于写入屏蔽； D31时，屏蔽A组，B可以写入数据且不影响A组； D21时，屏蔽B组，A可以写入数据且不影响B组； 两位同时为“ 1 ”时则不进行写入屏蔽。 D1、D0位用于消隐屏蔽； D11 时，消隐A组； D01 时，消隐B组； 两位同时为“ 1 ”时则不进行消隐屏蔽。,例9-6 假设A、B两组灯均已被点亮，现在希望A组灯继续亮，B组灯熄灭，确定其命令字。,分析： 根据命令格式，A组灯继续亮应禁止A组RAM再写入其他数据，故D3=1； B组显示熄灭D0=1， 除特征位外其余位设为“0”。 故其控制命令字为：D7D0=10101001B=A9H,（7）清除显示RAM和FIFO中的内容命令（D7D6D5110),该命令用于清除显示、清除键输入标志和中断请求标志 命令中的 D4、D3 、D2位用于设置清除方式 D4D3D210，将显示RAM 置成00H； D4D3D2110 ，将显示RAM置成20H； D4D3D2111 ，将显示RAM置成FFH； D4D3D20，不清除显示 RAM 。 D1：清除标志位。 D11，清除FIFO 状态标志，FIFO被置为空状态(无数据)，并复位中断请求线 IRQ 。 D0：总清除。D01，清除包括FIFO RAM和显示RAM。 清除显示RAM 大约需100s，在此期间，单片机不能向显示RAM写入数据。,例：将全部显示RAM清0， 其命令字为：D7D0=11010001B=D1H,（7）清除（显示RAM和FIFO中的内容）命令（续）,（8）结束中断错误方式设置命令(D7D6D5111),在传感器工作方式下，该命令用于结束传感器 RAM 的中断请求。 此外，该命令还用于设置一种特定的错误工作方式。 命令字格式如表9-13所示,D4=1时（其D3-D0位任意）有两种不同作用。,结束中断错误方式设置命令的作用,作为结束中断命令。在传感器工作方式中，每当传感器状态出现变化时，扫描检测电路接将其状态写入传感器RAM，并启动中断逻辑，使IRQ变高，向CPU请求中断。并且禁止写入传感器RAM。此时，如传感器RAM读出地址的自动递增特征没有置位（AI=0），则中断请求IRQ在CPU第一次从传感器RAM读出数据时就被清除。若自动递增特征已置位（AI=1），则CPU对传感器RAM的读出并不能清除IRQ，而必须通过给8279写入结束中断/错误方式设置命令才能使IRQ变低。因此，在传感器工作方式中，此命令用来结束传感器RAM的中断请求。,结束中断错误方式设置命令的作用,作为特定错误方式的设置命令。在8279已被设定为键盘扫描N键轮回方式以后，如果CPU给8279又写入结束中断/错误方式设置命令（E=1）。则8279的消振周期内，如果发现有多个键被同时按下，则FIFO状态字中的错误特征位S/E将置位。并产生中断请求信号和阻止写入FIFO RAM。 错误特征位S/E在读出FIFO状态字时被读出。而在执行CF=1的清除命令时被复位,8279的编程通常编3个程序段：初始化、键盘服务程序和显示器服务程序,(1) 初始化：写入3个命令字 清除控制字： 考虑到应允许清除显示器，并将FIFO和RAM复位或清零（0D1H）。 设置键盘和显示方式控制字 设置时钟频率控制字：（34H） 设内部时钟时钟频率100KHZ，CLK输入时钟频率2MHZ,8279的编程使用,(2) 键盘服务程序：3个部分,写入读FIFO/传感器RAM控制字，由按下键产生的的字符允许通过FIFO读取； 写入上述控制字后，再从状态口读取状态字，查询FIFO/传感器RAM的状态（是否有数据）， 若有，则从数据口读取扫描值SL0SL3，回送RL0RL7，形成一个字节数据； 修改地址指针，依次输入n个键盘字，形成一个n字节的数据块 。,(3) 显示器服务程序,写入显示RAM控制字 将字形码从数据口用指令输出，才能实现显示,8279与单片机的一般接口方法（连线图见图9-17）,图9-17 51单片机用8279扩展I/O连接键盘与8段显示器,初始化8279； 把显示字符送到8279内部的一个16字节寄存器内； 将字符转换成段码，经A0A3、B0B3线把段码送到显示器； 同时经SL0SL3线发出4位数位选通码； 4-16译码器对选通码进行译码后轮流选通各位显示器。 SL0SL2线同时连到3-8译码器，该译码器的输出用于扫描键盘8行； 8279经8根返回线(RL0RL7)读取键盘的状态； 如果发现按键闭合则等待10ms，颤动过去后再检验按键是否闭合；,工作流程,若按键仍然闭合，则把被按键的键值选通输入8279内部的先进先出(FIFO)存储器，同时经INT线发出一个高电平，指出FIFO内已经有一个字符； INT线连接到CPU的中断请求输入线。当单片机接收到中断请求后，若开中断，则转到键盘服务程序，从FIFO中读取按键的键值。 在这种接口中，单片机要做的事仅是初始化8279、送出要显示的字符、接到中断请求后读取按键的键值，其它工作均由8279自动完成。,工作流程,8279应用举例（连线图见图9-18）,接口与地址,P2.0=1，对应命令/状态寄存器； P2.0=0，对应数据寄存器。,P2.7=0：8279被选通，则 命令/状态寄存器的地址：7FFFH(A0=1); 数据寄存器的地址：7EFFH(A0=0)。,图9-18 用8279扩展I/O口连接键盘与8段显示器,按照图设计一个程序，在6位LED数码管上依次显示从05这6个数,START：MOVDPTR ，#7FFFH；8279命令口地址 MOVA，#90H ；8279写显示RAM命令字 MOVXDPTR ，A；送命令字 MOVR0 ，#0；清零 MOVR1 ，#6；显示位数 D1：MOVDPTR ，#TAB；调用显示数据 MOVA ，R0 MOVCA ，A+DPTR MOVDPTR ，#7EFFH；8279数据口地址 MOVXDPTR ，A ；写显示RAM INC R0；寄存器内容加1 DJNZR1 ，D1；R1内容减1不为0则继续执 LJMPSTART；D1，为零则结束。 TAB：DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H DB 6DH， 7DH，07H，7FH，6FH,按照图设计一个程序，读入键盘输入，并判断是哪个按键被按下。,MOVDPTR， #7FFFH ；8279命令口地址 MOVA，#0D1H ；8279清显示RAM命令字 MOVXDPTR，A LOOP：MOVXA，DPTR；读状态字 ANLA，#0FH JZLOOP；有键按下？没有则返回 MOVA，#0A0H；显示/消隐命令 MOVXDPTR，A MOV A，#40H；读FIFO命令 MOVXDPTR，A MOVDPTR， #7EFFH ；读键值 MOVXA，DPTR MOVR1，A,单片机与8279的具体接口电路（见图9-19）,图9-19 51单片机用8279扩展I/O接口连接键盘与8段显示器,分析,8031的P2.7接到8279的片选端，最低位地址A0接到8279的C/D端，因此该接口对用户来说只有二个口地址： 命令口地址：7FFFH 数据口地址：7FFEH 图中8279外接48键盘和8位共阴极LED显示器，采用编码扫描方式，译码器74LS138对扫描线译码后一方面接键盘的列线，同时通过驱动器接到显示器上。,INI79：MOVDPTR ，7FFFH ；清除命令8279 MOVA ，0D1H MOVXDPTR，A WNDU：MOVXA，DPTR；等8279清除结束 JBACC.7，WNDU MOVA，0 ；方式命令8279 MOVXDPTR，A MOVA，34H；扫描频率设置命令8279 MOVXDPTR，A MOVIE，84H；允许8031中断 RE