键盘显示器接口

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,10,章,AT89S51,单片机与输入,/,输出外设的接口,1,内容概要,大多数单片机应用系统，都要配置输入外设和输出外设。常见,输入外设,有键盘、,BCD,码拨盘等；,输出外设,有,LED,数码管、,LCD,显示器、打印机等。本章介绍,AT89S51,单片机与各种输入外设、输出外设的接口电路设计以及软件编程。,2,10.1 LED,数码管显示器的接口设计,LED,（,Light Emitting Diode,）数码管应用非常普遍，由发光二极管构成。,10.1.1 LED,数码管的工作原理,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。这种数码管显示器有,共阳极,和,共阴极,两种，如,图,10-1,所示。共阴极,LED,数码管的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。,4,图,10-1,8,段,LED,数码管结构及外形,5,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。,表,10-1,只列出了部分段码，读者也可对某些显示的字符重新定义，也可选择其他字型的,LED,数码管。,除了“,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。厂家也可根据用户的需要定做,特殊字型的数,码管,。,本章均以“,8”,字型的,LED,数码管为例。,6,10.1.2 LED,数码管显示器接口设计举例,LED,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,静态显示指无论多少位,LED,数码管，都同时处于显示状态。,7,2,LED,动态显示方式,当显示位数较多，静态显示所需的,I/O,口太多，这时常采用动态显示。为节省,I/O,口，通常将所有显示器的段码线的相应段并联在一起，由一个,8,位,I/O,口控制，而各位显示位的公共端分别由相应的,I/O,线控制。,8,段码线占用一个,8,位,I/O,口，而位选控制使用一个,I/O,口的,4,位口线。动态显示就是,通过段码线向显示器（所有的）输出所要显示字符的段码,。,每一时刻，只有一位位选线有效,，其他各位都无效。,与静态显示比，动态显示,优点,节省,I/O,口，显示器越多，优势越明显。,缺点,显示亮度不如静态显示的高，要调整好“扫描”速率，如果“扫描”速率较低，会出现闪烁现象。,9,第8章接口技术基础,10,2024/9/8,在一个数码管上显示字符,1,第8章接口技术基础,11,2024/9/8,#include reg52.h,unsigned char code Duan=0x3F, 0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F;,sbit P10=P10;,void main(),P10=0;,P0=Duan1;,while(1) ;,第8章接口技术基础,12,2024/9/8,例,2,：在,4,个数码管上显示字符,1,、,2,、,3,、,4,见文档,例,3,：设计一个,2,位,10,进制计数器，每秒加,1,，在,LED,上显示,见文档,10.2,键盘的接口设计,键盘功能：向单片机输入数据、命令等，是人与单片机对话的主要手段。下面介绍键盘工作原理和工作方式。,10.2.1,键盘接口应解决的问题,1,键盘的任务,任务有,3,项：,（,1,）首先判别是否有键按下？若有，进入下一步。,（,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。,13,2.,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。,键盘按键实质上是一个开关。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,（,b,）,所示的,t,1,和,t,3,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,，,t,2,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，,t,0,、,t,4,为断开期。,14,图,10-7,键盘开关及其行线波形,第8章接口技术基础,16,2024/9/8,抖动的消除,按键的抖动人是察觉不到的，但会对高速运行的,CPU,产生干扰，进而产生误处理。为了保证按键闭合一次仅作一次键输入处理，必须采取措施消除抖动。,消除抖动的方法有两种：,硬件消抖法和软件消抖法。,第8章接口技术基础,17,2024/9/8,1),硬件消抖法,(,了解,),硬件消除抖动的方法是用简单的基本,R-S,触发器或单稳态电路或,RC,积分滤波电路构成去抖动按键电路。,初始：,S,接,A,，,A=0,，所以,Q=1,，,/Q=0,AB:A,不稳定，,/Q=0,，,Q=1,，维持,接,B,点：由于,B=0,，,Q=1,所以,/Q=1,，,Q=0,，翻转,（,B-A,）,:,由于,/Q=1, A=1,所以,Q=0,维持,接,A,点：,A=0,，,Q=1,翻转,第8章接口技术基础,18,2024/9/8,2),软件消抖,（重点）,软件消抖不需要增加硬件电路，而是在第一次检测到按键按下后，执行一段延时程序,(,如,1020ms),，然后再次检测，确认该按键是否仍保持闭合状态，如果是则认为是真正有按键按下，否则认为是干扰，不预理会。这样就可以避开抖动，以免发生误操作。,第8章接口技术基础,19,2024/9/8,10.2.2,键盘接口设计举例,键盘两类：非编码键盘和编码键盘。,非编码键盘,按键直接与单片机相连，通常使用在按键数量较少的场合。用这种键盘，系统功能通常比较简单，需处理的任务较少，但可降低成本、简化电路设计。按下按键的键号信息通过软件来获取。,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,（,1,）查询方式的独立式键盘程序,特点：一键一线，键相互独立。,优点,：电路简单，各条检测线独立，识别按键号的软件编写简单。独立式键盘,适用于按键数目较少,的场合，在按键数目较多的场合，要占用较多的,I/O,口线。,21,图,10-8,独立式键盘的接口电路,23,按键检测程序入口,返回键码, ,S1,按下否,?,键码值置,1,Y,N,S4,按下否,?,键码值置,4,Y,N,延时消抖,键闭合,?,Y,N,键闭合,?,Y,N,键码值置,0,键码值置,0,【,例,10-3】,键盘为,图,10-8,所示的独立式键盘，采用查询方式对键盘的键值读取。参考程序如下：,#include,void main(void),unsigned char keyvalue;,do,P1=0xff;,keyvalue=P1;,keyvalue=,keyvalue;,24,switch(keyvalue),case 1: ;/*,处理,0,号键*,/,break;,case 2: ; /*,处理,1,号键*,/,break;,case 4: ; /*,处理,2,号键*,/,break;,case 8: ; /*,处理,3,号键*,/,break;,case 16: ; /*,处理,4,号键*,/,break;,case 32: ; /*,处理,5,号键*,/,break;,case 64: ; /*,处理,6,号键*,/,break;,case 128: ; /*,处理,7,号键*,/,default:,break; /*,无按下键处理*,/,while(1),26,（,2,）中断扫描方式的独立式键盘程序,为进一步提高扫描键盘工作效率，可采用中断扫描方式，如,图,10-9,。键盘只有在键盘有按键按下时，才进行处理，所以实时性强，效率高。,当键盘中有按键按下时，,74LS30,的输出经过,74LS04,反相后向单片机的中断请求输入引脚,INT0*,发出中断请求信号，单片机响应中断，执行键盘扫描程序中断服务子程序，识别出按下按键的键号，并跳向该按键的处理程序。,27,28,图,10-9,独立式键盘的接口电路,【,例,10-4】,键盘接口见,图,10-9,，编写中断方式的独立式键盘处理程序。程序如下。,#include,#include,#define uchar unsigned char,#define TRUE 1,#define FALSE 0,bit key_flage;,uchar key_value;,void delay_10ms(void);/*,延时,10ms,函数*,/,29,void main(void),IE=0x81;,IP=0x01;,key_flag=0;/*,设置中断标志为,0*/,do,if(key_flag)/*,如果按键有效*,/,switch(key_value) /*,根据按键分支*,/,case 1: ;/*,处理,.0,号键*,/,break;,case 2: ; /*,处理,1,号键*,/,break;,case 4: ; /*,处理,2,号键*,/,break;,case 8: ; /*,处理,3,号键*,/,break;,30,case 16: ; /*,处理,4,号键*,/,break;,case 32: ; /*,处理,5,号键*,/,break;,case 64: ; /*,处理,6,号键*,/,break;,case 128: ; /*,处理,7,号键*,/,default:,break; /*,无效按键，如多个键同时按下*,/,key_flag=0;,while(TRUE);,31,void int0( ) interrupt 0,uchar reread_key;,IE=ox80;/*,屏蔽中断*,/,key_flag=0; /*,设置中断标志*,/,P1=0xff; /* P1,口锁存器置,1*/,key_value=P1; /*,读入,P1,口的状态*,/,delay_10ms(void); /*,延时,10ms*/,reread_key=P1 /*,再次读取,P1,口的状态*,/,if(key_value=reread_key),key_flag=1; /*,设置中断标志为,1*/,IE=0x81; /*,中断允许*,/,32,2.,矩阵式键盘（自学）,矩阵式（也称行列式）键盘用于按键数目较多场合，由行线和列线组成，一组为行线，另一组为列线，按键位于行、列的交叉点上。如,图,10-10,所示，一个,4,4,的行、列结构可以构成一个,16,个按键的键盘。在按键数目较多的场合，与独立式键盘相比，要节省较多的,I/O,口线。,（,1,）查询方式的矩阵式键盘程序,【,例,10-5】,对,图,10-10,所示的矩阵式键盘，编写查询式的键盘处理程序。,33,图,10-10,矩阵式键盘接口,首先判键盘有无键按下，即把所有行线均置为低电平，然后检查各列线的状态，若列线不全为高电平，则表示键盘中有键被按下；若所有列线列均为高电平，说明键盘中无键按下。,在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。判断闭合键所在的位置，其方法是依次将行线置为低电平，在逐行检查各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与行线交叉处的按键就是闭合的按键。判断有无键按下，以及按下键的位置的参考程序如下。,35,#include,#define uchar unsigned char,#define uint unsigned int,void main(void),uchar key;,while(1),key= keyscan( ); /*,调用键盘扫描函数，返回的键值送变量,key*/,delay( );/*,延时*,/,void delay(void); /*,延时函数*,/, uchar i;,for(i=0;i200;i+) ,36,uchar keyscan(void)/*,键盘扫描函数*,/,uchar code_h; /*,行扫描值*,/,uchar code_l; /*,列扫描值*,/,输出都为,0,，准备读列状态*,/,if(P1&f0)!=0xf0)/*,如果不全为,1,，可能有键按下*,/,delay( );/*,延时去抖动*,/,if(P1&f0)!=0xf0) /*,重读，若还是不全为,1,，定有键按下*,/,置为,0,，开始行扫描*,/,while(code_h /*,判断是否为最后一行，若不是，继续扫描*,/,P1= code_h;/*P1,口输出行扫描值*,/,if(P1/*,如果不全为,1,，该行有键按下*,/,code_l=(P1 /*,保留,P1,高,4,位，低,4,位变为,1,，作为列值*,/,37,return(,code_h)+(,code_l);,/*,键扫描值,=,行扫描值,+,列扫描值，,返回主程序*,/,else,/*,若该行无键按下，往下执行*,/,code_h=(code_h1)|0x01;,/*,行扫描值左移，扫描下一行*,/,return(0),; /*,无键按下，返回,0*/,38,10.2.3,键盘扫描方式的选取,键盘工作方式有,3,种：查询扫描、定时扫描和中断扫描。,1,查询扫描,查询方式（也称编程扫描方式）是利用单片机空闲时，调用键盘扫描子程序，反复扫描键盘，来响应键盘的输入请求。例如,【,例,10-3】,和,【,例,10-5】.,2,定时扫描,通常利用单片机内的定时器产生的定时中断，进入中断子程序来对键盘进行扫描，在有键按下时识别出该键，并执行相应键的处理程序。由于每次按键的时间一般不会小于,100ms,，所以为不漏判有效按键，定时中断的周期一般应小于,100ms,。,39,3,中断扫描方式,为进一步提高单片机扫描键盘的工作效率，可采用中断扫描方式，即只有在按键按下时，才会向单片机的发出中断请求信号，单片机响应中断，执行键盘扫描程序中断服务子程序，识别出按下的按键，并跳向该按键的处理程序。如果无键按下，单片机将不理睬键盘。此方式优点是，只有按键按下时，才进行处理，所以其实时性强，工作效率高。,40,10.3,键盘,/,显示器接口的设计实例,设计中，常把键盘和显示器一起考虑。,例：,用按键进行显示模式选择键，实现,3,个显示画面的切换。,1.,在一个数码管上显示字符“,1,”。,2.,在,4,个数码管上显示字符“,1,”、“,2,”、“,3,”、“,4,”。,3.,设计一个,2,位,10,进制计数器，每秒加,1,，在,LED,上显示。,41,