MCS-51與鍵盤、顯示器的 接口設(shè)計課件

第九章MCS-51與鍵盤、顯示器的接口設(shè)計第一節(jié)LED接口原理第二節(jié)鍵盤接口原理第三節(jié)典型的鍵盤、顯示接口電路第四節(jié)可編程鍵盤/顯示器接口——INTEL8279

第一節(jié)LED接口原理常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、LED七段顯示器（俗稱數(shù)碼管）和LED十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示；LED十六段顯示器用于字符顯示。1.

數(shù)碼管簡介

1)數(shù)碼管結(jié)構(gòu)數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字09、字符AF、H、L、P、R、U、Y、符號“”及小數(shù)點“”。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如下圖9-1所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。2)數(shù)碼管工作原理共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起。通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。3)數(shù)碼管字形編碼要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符，必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。對照圖，字型碼各位定義為：數(shù)據(jù)線D0與a字段對應(yīng)，D1與b字段對應(yīng)……，依此類推。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段亮。如要顯示“0”，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B（即3FH）。依此類推。3．動態(tài)顯示接口

動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時顯示的感覺。采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時間。第二節(jié)鍵盤接口原理1.鍵的分類按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點式開關(guān)按鍵，如機械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，微機系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關(guān)按鍵。3．按鍵結(jié)構(gòu)與特點

微機鍵盤通常使用機械觸點式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標準的TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。機械式按鍵再按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點機械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖９-２所示，抖動時間的長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般為5～10ms。圖9-24.按鍵編碼一組按鍵或鍵盤都要通過I/O口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的編碼。無論有無編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對應(yīng)的鍵值，以實現(xiàn)按鍵功能程序的跳轉(zhuǎn)。獨立式按鍵

單片機控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個功能鍵，此時，可采用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)。

1．獨立式按鍵結(jié)構(gòu)獨立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨立式按鍵的典型應(yīng)用如圖９-３所示。圖9-3獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜采用。矩陣式按鍵

單片機系統(tǒng)中，若使用按鍵較多時，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤1.矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及原理矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上，其結(jié)構(gòu)如下圖9-4所示。由圖可知，一個4×4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有16個按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時，矩陣式鍵盤較之獨立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多I/O口。圖9-4矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到＋5V上。當無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當處理，才能確定閉合鍵的位置。盤的編碼

對于獨立式按鍵鍵盤，因按鍵數(shù)量少，可根據(jù)實際需要靈活編碼。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號惟一確定，因此可分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高4位是行號，低4位是列號。4.鍵盤的工作方式

對鍵盤的響應(yīng)取決于鍵盤的工作方式，鍵盤的工作方式應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU的工作狀況而定，其選取的原則是既要保證CPU能及時響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時間。通常，鍵盤的工作方式有三種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。

1)編程掃描方式編程掃描方式是利用CPU完成其它工作的空余時間，調(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵盤輸入的要求。在執(zhí)行鍵功能程序時，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵盤為止。2)定時掃描方式定時掃描方式就是每隔一段時間對鍵盤掃描一次，它利用單片機內(nèi)部的定時器產(chǎn)生一定時間（例如10ms）的定時，當定時時間到就產(chǎn)生定時器溢出中斷。CPU響應(yīng)中斷后對鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵，再執(zhí)行該鍵的功能程序。第三節(jié)典型的鍵盤、顯示接口電路在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤和顯示器往往需同時使用，為節(jié)省I/O口線，可將鍵盤和顯示電路做在一起，構(gòu)成實用的鍵盤、顯示電路。圖9-5是用8155并行擴展I/O口構(gòu)成的典型的鍵盤、顯示接口電路。鍵盤、顯示器共用一個接口電路的設(shè)計方法除上述方案外，還可采用專用的鍵盤、顯示器接口的芯片——8279。圖9-5第四節(jié)可編程鍵盤/顯示器

接口——INTEL8279INTEL8279是一種可編程鍵盤/顯示器接口芯片，它含有鍵盤輸入和顯示器輸出兩種功能。鍵盤輸入時，它提供自動掃描，能與按鍵或傳感器組成的矩陣相連，接收輸入信息，它能自動消除開關(guān)抖動并能對多鍵同時按下提供保護。顯示輸出時，它有一個16×8位顯示RAM，其內(nèi)容通過自動掃描，可由8或16位LED數(shù)碼管顯示。8279的引腳和功能8279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖9-6所示。圖9-6

D0～D7：數(shù)據(jù)總線，雙向三態(tài)總線。

CLK：系統(tǒng)時鐘輸入端。RESET：系統(tǒng)復(fù)位輸入端，高電平有效。復(fù)位狀態(tài)為：16個字符顯示；編碼掃描鍵盤：雙鍵鎖定；程序時鐘編程為31。

CS：片選輸入端，低電平有效。A0：數(shù)據(jù)選擇輸入端。

A0=1時，CPU寫入數(shù)據(jù)為命令字，讀出狀態(tài)字為狀態(tài)字；A0=0時，CPU讀、寫均為數(shù)據(jù)。

WR、RE：讀、寫信號輸入端，低電平有效。IRQ：中斷請求輸出端，高電平有效。

A0：數(shù)據(jù)選擇輸入端。A0=1時，CPU寫入數(shù)據(jù)為命令字，讀出狀態(tài)字為狀態(tài)字；A0=0時，CPU讀、寫均為數(shù)據(jù)。WR、RE：讀、寫信號輸入端，低電平有效。IRQ：中斷請求輸出端，高電平有效。

SL0～SL3：掃描輸出端，用于掃描鍵盤和顯示器?？删幊淘O(shè)定為編碼（4中選1）或譯碼輸出（16選1）。

RL0～RL7：回復(fù)線，它們是鍵盤或傳感器的列信號輸入端。SHIFT：移位信號輸入端，高電平有效。它是8279鍵盤數(shù)據(jù)的次高位（D6），通常用作鍵盤上、下檔功能鍵。在傳感器和選通方式中，SHIFT無效。CNTL/STB：控制/選通輸入端，高電平有效。在鍵盤工作方式時，它是鍵盤數(shù)據(jù)的最高位，通常用作控制鍵。在選通輸入方式時，它的上升沿可把來自RL0RL7的數(shù)據(jù)存入FIFO/傳感器RAM中。在傳感器方式時，它無效。OUTA0～OUTA3：A組顯示信號輸出端。OUTB0～OUTB3：B組顯示信號輸出端。BD：顯示熄滅輸出端，低電平有效。它在數(shù)字切換顯示或使用熄滅命令時關(guān)顯示。8279的工作方式8279工作方式的確定是通過CPU對8279送入命令字實現(xiàn)的。當數(shù)據(jù)選擇端A0置“1”時，CPU對8279寫入的數(shù)據(jù)為命令字，讀出的數(shù)據(jù)為狀態(tài)字。在敘述命令字、狀態(tài)字前，先說明8279的幾種工作方式。1）鍵盤的工作方式通過對鍵盤/顯示方式命令字的設(shè)置，可置為雙鍵互鎖方式和N鍵巡回方式。雙鍵互鎖雙鍵鎖定是為兩鍵同時按下提供的保護方法。若有兩鍵或多個鍵同時按下，則無論這些鍵是以什么次序按下的，它只識別最后一個釋放的鍵，并把該鍵值送入FIFO/傳感器RAM中。N鍵巡回