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1、第五章 独立式键盘与LED数码管显示器,教学基本要求：（1）、掌握单片机键盘接口技术；（2）、掌握单片机LED显示器接口技术；教学重点：（1）、单片机独立式键盘接口技术；（2）、单片机LED显示器动态扫描接口技术；教学难点：（1）、键盘扫描子程序、LED显示子程序的设计。,1、键盘接口技术,一、单片机键盘和键盘接口概述（1）键盘的功能：键盘是单片机应用系统最常见的一种输入设备，用户通过键盘可以向CPU输入数据、地址和命令。（2）键盘的分类：（a）键盘按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类。这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别；非编码键盘主
2、要是由软件来实现键盘的定义与识别。（b）键盘按照其结构可分为独立式键盘与矩阵式键盘两类。独立式键盘主要用于按键较少的场合；,矩阵式键盘主要用于按键较多的场合，也称行列式键盘。（3）MCS-51单片机键盘接口方法及接口芯片：（a）利用单片机芯片本身的并行口；（b）利用单片机芯片本身的串行口；（c）利用通用接口芯片（8255、8155等）；（d）利用专用接口芯片8279。（4）单片机键盘接口电路应完成的操作功能：（a）判定是否有闭合键；（b）确定闭合键的位置；（c）形成闭合键的键码；（d）排除多键、串键及去抖动。以上操作功能通常是以软硬件结合的方式来完成的。,（5）单片机键盘按键的结构及特点：（a
3、）单片机键盘按键的结构；单片机的键盘通常是由多个按键组成的，按键通常有两类：1）触点式开关按键：如机械式开关、导电橡胶式开关等；2）无触点式开关按键：如电气式按键，磁感应按键等；前者造价低，后者寿命长。单片机应用系统中最常见的是机械触点式开关按键。（b）机械触点式开关按键的功能及特点；1）机械触点式开关按键的功能：把开关按键机械上的通断关系转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相兼容。,2）机械触点式开关按键的特点：机械触点式开关按键的理想波形：见图 机械触点式开关按键的实际波形：见图 机械开关特点：闭合时，不会马上稳定地接通。断开时，也
4、不会一下子断开。即在闭合，断开的瞬间，均伴随有一连串的抖动，抖动时间的长短由按键机械特性决定，一般为510ms，按键闭合稳定期长短由操作人员按键动作决定，一般为十分之几秒到几秒。,（6）按键的确认：键的闭合与否，反应在口线的电平上，即口线的电平是呈现高电平还是低电平状态。因此，可以通过口线电平高、低状态的检测，来确认按键是否按下。但如果在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，确保CPU对一次按键动作只确认一次按键，必须采取去抖动措施。（7）消除按键抖动的措施：具体措施可从硬
5、件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。,（a）硬件措施：,由两个与非门构成一个RS触发器，当按键未按下时，OUT1输出为“1”，OUT2输出为“0”。当按键按下时，则OUT1输出为“0”，OUT2输出为“1”。,即使在按键过程中产生抖动（在与非门输入端输入一串O或1），只要按键不返回原始状态，经双稳态电路之后，其输出为正规的矩形方波（即已消失抖动影响）。（b）软件措施：在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序，之后，再次检测该键的电平状态，如果该键电平仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。否则，认为无键按下；同理，在检测到该键释放
6、后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。（8）按键的编码 根据键盘结构的不同，采用不同的编码方式。,（9）编制键盘程序 一个完善的键盘控制程序应具备以下功能：（a）检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响；（b）有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序；（c）准确输出按键编码值（或键号），以满足跳转指令要求。,返回,二、独立式键盘接口技术,（1）独立式键盘结构 独立式键盘的按键相互独立，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O
7、口线的工作状态。因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下。,（2）独立式键盘的程序设计 一般把键盘扫描程序设计成子程序，以便其它各程序调用。程序设计通常采用查询法。假设键盘扫描子程序的名称为KEY，则键盘扫描子程序KEY应具有以下功能：（a）判定有无按键动作；（b）去抖动；（c）确认是否真正有闭合键；（d）计算并保存闭合键键码（键号）；（e）判定闭合键是否释放；（f）恢复闭合键键码（键号）。以上图为例，说明独立式键盘的程序设计过程：假设四个按键名称依次是KEYA、KEYB、KEYC、KEYD；显示子程序的名称为DIR，执行一次时间约6ms。,（3）键盘扫描子程序KEY流程
8、框图：,（4）键盘扫描子程序KEY程序清单：键盘扫描子程序KEY：出口：键值在内部RAM 20H单元中 KEY：LCALL KEYCHULI；调P1口数据处理子程序 JZ EXIT；没有键按下，转返回 LCALL DIR；调显示子程序去抖动 LCALL DIR；LCALL KEYCHULI；调P1口数据处理子程序 JZ EXIT；没有键按下，转返回 MOV B，20H；保存取反后的键值 KEYSF：LCALL KEYCHULI；调P1口数据处理子程序 JZ KEY1；键释放，转恢复键值 LCALL DIR；调显示子程序延时 LJMP KEYSF；等待键释放 KEY1：MOV 20H，B；键值送
9、20H保存 EXIT:RET；子程序返回,P1口数据处理子程序KEYCHULI：出口：A，20H KEYCHULI：PUSH PSW；保护现场 CLR RS1；改变当前寄存器组为组1 SETB RS0；MOV P1，#0FFH；先向P1口写1 MOV A；P1；读P1口数据 CPL A；P1口数据取反 ANL A，#0FH；屏蔽P1口高4位 MOV 20H，A；保存取反后的键值 CLR RS1；恢复当前寄存器组为组0 CLR RS0；POP PSW；恢复现场 RET；子程序返回,（5）系统监控程序流程框图：假设四个按键KEYA、KEYB、KEYC、KEYD的功能程序名分别是KEYAA、KEYB
10、B、KEYCC、KEYDD，则流程框图如图所示：（6）系统监控程序：ORG 0000H MAIN：MOV SP，#60H；堆栈初始化 LOOP：LCALL DIR；调显示子程序 LCALL KEY；调键扫描子程序 JB 20H.0 KEYAA；是KEYA键，转KEYAA执行 JB 20H.1 KEYBB；是KEYB键，转KEYBB执行 JB 20H.2 KEYCC；是KEYC键，转KEYCC执行 JB 20H.3 KEYDD；是KEYD键，转KEYDD执行,LCALL DIR；LJMP LOOP；重复执行 KEYAA：；KEYA键功能程序 LJMP LOOP；KEYBB：；KEYB键功能程序
11、LJMP LOOP；KEYCC：；KEYC键功能程序 LJMP LOOP；KEYDD：；KEYD键功能程序 LJMP LOOP；END,ORG 0000H MAIN：MOV SP，#60H；堆栈初始化 LOOP：LCALL DIR；调显示子程序 LCALL KEY；调键扫描子程序 MOV A，20H；键值送A KEY0：CJNE A，#01H，KEY1；不是KEYA键，转KEY1 LJMP KEYAA；是KEYA键，转KEYAA执行 KEY1：CJNE A，#02H，KEY2；不是KEYB键，转KEY2 LJMP KEYBB；是KEYB键，转KEYBB执行 KEY2：CJNE A，#04H，K
12、EY3；不是KEYC键，转KEY3 LJMP KEYCC；是KEYC键，转KEYCC执行 KEY3：CJNE A，#08H，KEY4；不是KEYD键，转KEY4 LJMP KEYDD；是KEYD键，转KEYDD执行,KEY4：LCALL DIR；LJMP LOOP；重复执行 KEYAA：；KEYA键功能程序 LJMP LOOP；KEYBB：；KEYB键功能程序 LJMP LOOP；KEYCC：；KEYC键功能程序 LJMP LOOP；KEYDD：；KEYD键功能程序 LJMP LOOP；END,返回,2、LED显示器接口技术,单片机应用系统中的显示器通常有LED显示器、LCD显示器及CRT显示
13、器三种类型。一、LED显示器概述 LED（Light Emiting Diode）是发光二极管的缩写，LED显示器是由发光二极管构成的，俗称数码管。（1）LED显示原理：LED显示器由七个发光二极管组成，称七段LED显示器，排列形状如图所示。此外，显示器中还有一个圆点发光二极管（dp），用于显示小数点。通过七段发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字（09），字母（af、AF）及其它符号。另外，在使用数码管时必须增加限流电阻，以保护数码管。,LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法：（a）共阳极接法：各发光二极管的阳极连接在一起，接到数码管的位控端（公共端），再接+5V；各发光二极管的阴极
14、分别连接到数码管的段控端（ag、dp）。（b）共阴极接法：各发光二极管的阴极连接在一起，接到数码管的位控端（公共端），再接地；各发光二极管的阳极分别连接到数码管的段控端（ag、dp）。为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，由于这些代码是为显示字形的，因此称之为字形代码。,七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计段。因此，提供给LED显示器的字形代码正好为一个字节。各代码位的对应关系如下：,用LED显示器显示十六进制数字形代码如表所示：,（2）LED显示器接口方法：（a）以硬件为主的接口方法 必须使用地址译码器、锁存器或I/O接口电路，还需专用的译码驱动器，通过译码器把一位十六进制数（四
15、位二进制）译码为相应的字形代码，然后由驱动器提供足够的功率去驱动LED。（b）以软件为主的接口方法 主要以软件查表来代替硬件译码，也需简单的硬件电路配合。（3）LED显示器的显示方式：（a）LED静态显示方式 LED显示器各位数码管的位控线（公共端）连接在一起并接地（共阴极）或+5V（共阳极）；各位数码管的段选线（adp）分别与一位的锁存器输出相连。,LED静态显示方式中，显示器的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存器输出将维持不变，直到显示另一个字符为止，其亮度较高。缺点：占有较多I/O口线及较多锁存器。（b）LED动态显示方式 将LED显示器各位数码管的所有段控端（adp）相
16、应地并联在一起，由一个位I/O口控制，形成段选线多路复用，而各位数码管的共阳极或共阴极要分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。由于各位数码管的段选线并联，段选码的输出对各位数码管的来说都是相同的。因此，同一时刻，如果各位的位选线都处于选通状态的话，6位LED将显示相同的字符。,若需要各位数码管显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位数码管的位选线处于选通状态，而其它各位数码管的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字符的字型码。这样，在同一时刻，6位LED中只有选通的那一位数码管显示出字符，而其它各位数码管则是熄灭的，如此循环下去，就可以使各位数码管显示出将要显示的字符。特点：硬件电路简化，但由于LED导通时间太短，亮度不足，应增加驱动器已提高驱动能力，而且显示位数控制在位以内。,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,
