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1、2023/8/2,泉州信息学院,第1页,第6章键盘和数码管,教学目的：学习键盘与数码管的相关知识；学习键盘与LED控制芯片ZLG7289的使用与编程。重点难点ZLG7289的使用与编程,2023/8/2,泉州信息学院,第2页,单片机与普通键盘及数码管接口电路设计,1普通按键（1）键盘简介 按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。,2023/8/2,泉州信息学院,第3页,a)编码键盘与非编码键盘:编码键盘是用硬件来实现对键的识别，非编码
2、键盘是由软件来实现键盘的定义与识别。b)全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路。c)非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。重点介绍非编码键盘接口,2023/8/2,泉州信息学院,第4页,(2)按键消抖动处理,键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断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容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图6-1所示，抖动时间的长短与开关的机械特性
3、有关，一般为510 ms。,2023/8/2,泉州信息学院,第5页,图6.1 按键触点的机械抖动,2023/8/2,泉州信息学院,第6页,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。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、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。在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路。图6-2是一种由R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器一旦翻转，触点抖动不会对其产生任何影响。,2023/8/2,泉州信息学
4、院,第7页,图6-2 双稳态去抖电路,2023/8/2,泉州信息学院,第8页,电路工作过程：按键未按下时，a=0，b=1，输出Q=1。按键按下，因机械弹性作用的影响，使按键产生抖动。当开关没有稳定到达b端时，因与非门2输出为0反馈到与非门1的输入端，封锁了与非门1，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为1，输出Q不会产生抖动的波形。当开关稳定到达b端时，因a=1，b=0，使Q=0，双稳态电路状态发生翻转。释放按键时，在开关未稳定到达a端时，因Q=0，封锁了与非门2，双稳态电路的状态不变，输出Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到达a端时，因a=0，b=0，使Q=1，双稳态电路状态发生翻转
5、，输出Q重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双稳态电路之后，输出已变为规范的矩形方波。,2023/8/2,泉州信息学院,第9页,软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10 ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。一般采用软件去抖动，按键扫描程序编制中一定要加入必要的延时程序去抖动。,2023/8/2,泉州信息学院,第10页,（3）键盘结构,独立式按键结构 独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特
6、点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图6-3所示。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。,2023/8/2,泉州信息学院,第11页,图6-3 独立式按键电路,2023/8/2,泉州信息学院,第12页,矩阵式按键,若使用按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。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，其结构如图6-4所示。由图可知，一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式
7、按键键盘要节省很多I/O口。,2023/8/2,泉州信息学院,第13页,图6-4 矩阵式键盘结构,2023/8/2,泉州信息学院,第14页,键位的编码,（1）用连接键盘的I/O线的二进制组合进行编码。如（a）图（2）顺序排列编码。如（b）图（3）处理方法如下：编码值=行首编码值X+列号Y。,2023/8/2,泉州信息学院,第15页,实际电路,2023/8/2,泉州信息学院,第16页,键盘的工作方式 对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。键盘的工作方式有三种，即编程
8、扫描、定时扫描和中断扫描。1)编程扫描方式 编程扫描方式是利用CPU完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。,2023/8/2,泉州信息学院,第17页,键盘扫描程序一般应包括以下内容：(1)判别有无键按下。(2)键盘扫描取得闭合键的行、列值。(3)用计算法或查表法得到键值。(4)判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。(5)将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。,2023/8/2,泉州信息学院,第18页,软件编制流程,2023/8/2,泉州信息学院,第19页,2.数码管,数码管由8个发光二
9、极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符号“”及小数点“”。数码管的外形结构如图6-5（a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图（b）和图（c）所示。,2023/8/2,泉州信息学院,第20页,基本结构,2023/8/2,泉州信息学院,第21页,共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。,共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。通常，公共阴极接低电平（一般
10、接地），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。见下表,2023/8/2,泉州信息学院,第22页,2023/8/2,泉州信息学院,第23页,数码管显示,数码管的接口有静态接口和动态接口。静态接口为固定显示方式，无闪烁，其电路可采用一个并行口接一个数据管，数码管的公共端按共阴或共阳分别接地或Vcc。这种接法占用接口多。也可以用串行接口的方法接多个数码管，使之静态显示.动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示频率较高时，利用人眼的暂留特性，看不出闪烁显示现象，这种显示需要一个接口完成字形码的
11、输出(字形选择)，另一接口完 成各数码管的轮流点亮(数位选择)。一般采用动态显示。,2023/8/2,泉州信息学院,第24页,实验课题一（a）,使用学习板的按键与数码管编程按键显示0F，首个显示0，接着01、012；制作一个会作+、%的计算器。（仅计算整数或可以计算小数）。,2023/8/2,泉州信息学院,第25页,6.2 键盘与LED控制芯片zlg7289A,一、芯片简介串行接口8 位LED 数码管及64 键键盘智能控制芯片zlg7289A 是一片具有串行接口的可同时驱动8 位共阴式数码管或64 只独立LED的智能显示驱动芯片该芯片同时还可连接多达64 键的键盘矩阵，单片即可完成LED 显示
12、键盘接口的全部功能。zlg7289A 内部含有译码器可直接接受BCD 码或16 进制码并同时具有2 种译码方式，此外还具有多种控制指令如消隐闪烁左移右移段寻址等。zlg7289A 具有片选信号可方便地实现多于8 位的显示或多于64 键的键盘接口。,2023/8/2,泉州信息学院,第26页,二、引脚说明,2023/8/2,泉州信息学院,第27页,2023/8/2,泉州信息学院,第28页,SPI总线概念,SPI接口的全称是“Serial Peripheral Interface”,意为串行外围接口SPI接口主要应用在EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器
13、之间。SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输,在主器件的移位脉冲下,数据按位传输,高位在前,地位在后,为全双工通信,数据传输速度总体来说比I2C总线要快,速度可达到几Mbps。,2023/8/2,泉州信息学院,第29页,SPI接口是以主从方式工作的,这种模式通常有一个主器件和一个或多个从器件,其接口包括以下四种信号：（1）MOSI 主器件数据输出,从器件数据输入（2）MISO 主器件数据输入,从器件数据输出（3）SCLK 时钟信号,由主器件产生（4）/CS 从器件使能信号,由主器件控制,2023/8/2,泉州信息学院,第30页,SPI接口内部硬件图示,最后,SPI接口的一个
14、缺点：没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。,2023/8/2,泉州信息学院,第31页,三、控制指令说明（1）单字节纯指令,1.复位清除指令,当zlg7289A 收到该指令后将所有的显示清除所有设置，字符消隐闪烁等属性也被一起清除。执行该指令后芯片所处的状态与系统上电后所处的状态一样,2023/8/2,泉州信息学院,第32页,2.测试指令,该指令使所有的LED 全部点亮并处于闪烁状态主要用于测试。,2023/8/2,泉州信息学院,第33页,3.左移指令,使所有的显示自右向左从第1 位向第8 位移动一位包括处于消隐状态的显示位。但对各位所设置的消隐及闪烁属性不变移动后最右边一位为空无
15、显示例如原显示为,其中第2 位2 和第4 位4 为闪烁显示执行了左移指令后显示变为,第二位3 和第四位5 为闪烁显示,2023/8/2,泉州信息学院,第34页,4.右移指令,使所有的显示自左向右从第8 位向第1 位移动一位，移动后最左边一位为空无显示例如原显示为,其中第2 位2 和第4 位4 为闪烁显示执行了左移指令后显示变为,第二位1 和第四位3 为闪烁显示,2023/8/2,泉州信息学院,第35页,5.循环左移指令,与左移指令类似不同之处在于移动后原最左边一位第8 位的内容显示于最右位。第1 位在上例中执行完循环左移指令后的显示为,6.循环右移指令,与循环左移指令类似但移动方向相反,202
16、3/8/2,泉州信息学院,第36页,（2）带有数据的指令,1.下载数据且按方式0 译码,命令由二个字节组成前半部分为指令,2023/8/2,泉州信息学院,第37页,其中a2 a1 a0 为位地址，具体分配如表,2023/8/2,泉州信息学院,第38页,d0-d3 为数据收到此指令时zlg7289A 按以下规则译码方式0 进行译码,如下表,2023/8/2,泉州信息学院,第39页,2.下载数据且按方式1 译码,2023/8/2,泉州信息学院,第40页,该指令的译码按下表进行,2023/8/2,泉州信息学院,第41页,3.下载数据但不译码,其中 a2 a1 a0 为位地址参见下载数据且译码指令A-
17、G 和DP 为显示数据分别对应7 段LED 数码管的各段.,2023/8/2,泉州信息学院,第42页,4.闪烁控制,此命令控制各个数码管的消隐属性d1 d8 分别对应数码管1 8 0=闪烁1=不闪烁开机后缺省的状态为各位均不闪烁,2023/8/2,泉州信息学院,第43页,5.消隐控制,当某一位被赋予了消隐属性后zlg7289A 在扫描时将跳过该位因此在这种情况下无论对该位写入何值均不会被显示但写入的值将被保留在将该位重新设为显示状态后最后一次写入的数据将被显示出来.,2023/8/2,泉州信息学院,第44页,8.读键盘数据指令,该指令从zlg7289A 读出当前的按键代码与其它指令不同此命令的
18、前一个字节0001010B 为微控制器传送到zlg7289A 的指令,而后一个字节d0 d7 则为zlg7289A 返回的按键代码.其范围是0 3FH 无键按下时为0 xFF,2023/8/2,泉州信息学院,第45页,6.2.3 单片机与zlg7289A 接口电路设计,2023/8/2,泉州信息学院,第46页,1、各电阻取值,zlg7289A 应连接共阴式数码管。如果不用键盘则典型电路中连接到键盘的8 只10K 电阻和8 只100K 下拉电阻均可以省去。除非不接数码管否则串入DP 及SA-SG 连线的8 只270电阻均不能省去下拉电阻的取值范围是10K-100K（10K）在不影响显示的前提下下
19、拉电阻应尽可能的取较小的值这样可以提高键盘部分的抗干扰能力。位选电阻的取值范围是1K-10K（10K）。,2023/8/2,泉州信息学院,第47页,zlg7289A 需要一外接晶体振荡电路供系统工作其典型值分别为F=16MHz，C=15Pzlg7289A 的RESET 复位端在一般应用情况下可以直接和VCC 相连在需要较高可靠性的情况下可以连接一外部复位电路或直接由MCU 控制在上电或RESET 端由低 电平变为高电平后zlg7289A 大约要经过18-25MS 的时间才会进入正常工作状态,2、注意事项,2023/8/2,泉州信息学院,第48页,3、与单片机连接线,zlg7289A 采用串行方
20、式与微处理器通讯，4个连接引脚片选信号CS低电平时选中芯片；串行数据从DATA 引脚送入芯片并由CLK端同步；当片选信号变为低电平后DATA 引脚上的数据在CLK 引脚的上升沿被写入zlg7289A 的缓冲寄存器。当有键输入时KEY键产生中断信号。,2023/8/2,泉州信息学院,第49页,时序1、送带数据指令时序,2023/8/2,泉州信息学院,第50页,送一个字节时序分析：,CS=0送一位数据CLK上升沿=1延时CLK下降沿=0送完8个为止。CS=1,2023/8/2,泉州信息学院,第51页,2、读键盘指令时序,2023/8/2,泉州信息学院,第52页,读键盘时序分析：,CS=0送一位数据
21、，CLK上升沿=1，延时，CLK下降沿=0 送完8位的一个字节指令为止。CLK=1，读入一位数据；CLK=0，读完8位的一个字节数据为止CS=1,2023/8/2,泉州信息学院,第53页,实验课题一（b）zlg7289芯片应用,编程按键显示0F，首个显示0，接着01、012；定义后面的按键作用分别为“闪烁”、“消隐”、“左移”、“右移”等，并定义一个“确认”按键。按下相应功能按键，输入需要改变状态的数码管位置编号（最多7个），按下“确认”按键，相应位置数码管状态改变。制作一个会作+、%的计算器。（仅计算整数或可以计算小数）。,2023/8/2,泉州信息学院,第54页,THANK YOU VERY MUCH！,本章到此结束，谢谢您的光临！,结束放映,返回本章首页,
