单片机的接口技术.pptx
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1、本章内容5151单片机的键盘与显示器接口单片机的键盘与显示器接口键盘、显示器接口芯片键盘、显示器接口芯片82798279第1页/共152页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。数码管的结构n常常见见的的LEDLED数数码码管管为为“8 8”字字型型的的,共共计计8 8段段。每每一一段段对对应应一一个个发发光光二二极极管管。有有共共阳阳极和共阴极两种,如图极和共阴极两种,如图9-19-1所示。所示。共共阴阴极极发发光光二二极极管管的的阴阴极极连连在在一一起起,通通常常公公共共阴阴极极接接地地。当当阳阳极极为为
2、高高电电平平时,发光二极管点亮。时,发光二极管点亮。共共阳阳极极LEDLED数数码码管管的的发发光光二二极极管管的的阳阳极极连连接接在在一一起起,公公共共阳阳极极接接正正电电压压,当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。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。第2页/共152页图图9-1 89-1 8段段LEDLED数码管结构及外形数码管结构及外形n8 8段段LEDLED数码管结构数码管结构第3页/共152页n8 8段段LEDLED数码管的字型码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
3、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。表9-1段码与字节中各位的对应关系代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba第4页/共152页n显示各种字符的显示各种字符的8 8段段LEDLED数码管的段码如表数码管的段码如表9-29-2所示所示表9-2 8段LED段码第5页/共152页n其它显示器其它显示器除“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
4、”字型的LED数码管为例。图9-2 其他各种字型的LED显示器第6页/共152页数码管工作原理n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第7页/共152页1.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
5、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。nLEDLED数数码码管管有有静静态态显显示示和和动动态态显显示示两两种种显显示方式示方式第8页/共152页图9-4 4位LED静态显示电路1.1.LEDLED静态显示方式静态显示方式第9页/共152页2.2.LEDLED动态显示方式动态显示方式无论
6、在任何时刻只有一个无论在任何时刻只有一个LEDLED数码管处于显示状态,即单片机采用数码管处于显示状态,即单片机采用“扫描扫描”方式控制各个数码管轮流显示。方式控制各个数码管轮流显示。在多位在多位LEDLED显示时,为简化硬件电路,通常将所有显示位的段码线的显示时,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,由一个相应段并联在一起,由一个8 8位位I/OI/O口控制,而各位的共阳极或共阴极口控制,而各位的共阳极或共阴极分别由相应的分别由相应的I/OI/O线控制,形成各位的分时选通。线控制,形成各位的分时选通。图图9-59-5所示为一个所示为一个4 4位位8 8段段LEDLED动
7、态显示电路。其中段码线占用一个动态显示电路。其中段码线占用一个8 8位位I/OI/O口,而位选线占用一个口,而位选线占用一个4 4位位I/OI/O口。必须采用动态的口。必须采用动态的“扫描扫描”显示显示方式。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。符的段码。第10页/共152页图9-5 4位8段LED动态显示电路2.2.LEDLED动态显示方式动态显示方式第11页/共152页虽虽然然这这些些字
8、字符符是是在在不不同同时时刻刻出出现现,而而在在同同一一时时刻刻,只只有有一一位位显显示示,其其他他各各位位熄熄灭灭,由由于于余余辉辉和和人人眼眼的的“视视觉觉暂暂留留”作作用用,只只要要每每位位显显示示间间隔足够短,则可以造成隔足够短,则可以造成“多位同时亮多位同时亮”的假象,达到同时显示的效果。的假象,达到同时显示的效果。LEDLED不不同同位位显显示示的的时时间间间间隔隔(扫扫描描间间隔隔)应应根根据据实实际际情情况况而而定定。显显示示位位数数多多,将将占占大大量量的的单单片片机机时时间间,因因此此动动态态显显示示的的实实质质是是以以牺牺牲牲单单片片机时间来换取机时间来换取I/OI/O端
9、口的减少。端口的减少。图图9-69-6所所示示为为8 8位位LEDLED动动态态显显示示的的过过程程。图图9-69-6(a a)所所示示为为显显示示过过程程,某一时刻,只有一位某一时刻,只有一位LEDLED被选通显示,其余位则是熄灭的;被选通显示,其余位则是熄灭的;图图9-69-6(b b)所所示示为为实实际际的的显显示示结结果果,人人眼眼看看到到的的是是8 8位位稳稳定定的的同同时时显显示的字符。示的字符。动动态态显显示示的的优优点点是是硬硬件件电电路路简简单单,显显示示器器越越多多,优优势势越越明明显显。缺缺点点是是显显示示亮亮度度不不如如静静态态显显示示的的亮亮度度高高。如如果果“扫扫描
10、描”速速率率较较低低,会会出出现现闪闪烁现象。烁现象。2.2.LEDLED动态显示方式动态显示方式第12页/共152页 图9-6 8位LED动态显示过程和结果2.2.LEDLED动态显示方式动态显示方式第13页/共152页9.2 单片机键盘接口技术键盘输入需解决三个问题键盘输入需解决三个问题(1)(1)判别是否有键按下?若有,进入下一步工作。判别是否有键按下?若有,进入下一步工作。(2)(2)识别哪一个键被按下,并求出相应的键值。识别哪一个键被按下,并求出相应的键值。(3)(3)根据键值,找到相应键值的处理程序入口。根据键值,找到相应键值的处理程序入口。键盘接口的任务第14页/共152页1.1
11、.键盘输入的特点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第15页/共152页1.1.键盘输入的特点键盘输入的特点图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第16页
12、/共152页2.2.按键的识别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。抖动时间抖动时间10ms10ms开关动作时间开关动作时间100ms100ms“1”1”“0”0”10ms10ms图图9.8 9.8 键闭合和断开时的电压抖动键闭合和断开时的电压抖动第17页/共152页3.3.如何消除按键的抖动如何消除按键的抖动p按键去抖动的方法有两
13、种:按键去抖动的方法有两种:一一种种软软件件延延时时,思思想想是是:在在检检测测到到有有键键按按下下时时,该该键键所所对对应应的的行行线线为为低低电电平平,执执行行一一段段延延时时10ms10ms的的子子程程序序后后,确确认认该该行行线线电电平平是是否否仍仍为为低低电电平平,如如果果仍仍为为低低电电平平,则则确确认认该该行行确确实实有有键键按按下下。当当按按键键松松开开时时,行行线线的的低低电电平平变变为为高高电电平平,执执行行一一段段延延时时10ms10ms的的子子程程序序后后,检检测测该该行行线线为为高高电电平平,说说明明按键确实已经松开。采取本措施,可消除两个抖动期按键确实已经松开。采取
14、本措施,可消除两个抖动期t1t1和和t3t3的影响。的影响。另另一一种种是是采采用用专专用用的的键键盘盘/显显示示器器接接口口芯芯片片,这这类类芯芯片片中中都都有有自自动动去去抖抖动动的的硬件电路硬件电路第18页/共152页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。键盘可分为两类:非编码键盘和编码键盘。1.非编码键盘非非编编码码键键盘盘是是利利用用按按键键直直接接与与单单片片机机相相连连接接而而成成,它它通通常常使使用用在在按按键键数数量量较较少少,系系统统功功能能较较简简单单,需需处处理理的的任任务务较较少少的的场场合合,可可以以降降低低成本、简化电路设计。非编码键盘可成
15、本、简化电路设计。非编码键盘可分为独立式和分为独立式和矩阵式。矩阵式。(1 1)独立式)独立式键盘键盘:结结构构:一一组组相相互互独独立立的的键键盘盘,每每个个键键盘盘都都与与单单片片机机的的I/OI/O口口的的一一条条口口线连接,相互独立。独立式键盘的结构见图线连接,相互独立。独立式键盘的结构见图9-99-9。原原理理:当当任任何何一一个个键键被被按按下下时时,与与其其相相连连的的输输入入线线被被置置成成 “0”0”,平平时时该该线线为为“1”1”。通通过过检检测测I/OI/O输输入入线线的的电电平平状状态态,判判断断哪哪个个按按键键被按下。被按下。特点:特点:接口简单,但若键较多,将占用许
16、多接口简单,但若键较多,将占用许多I/OI/O线。线。第19页/共152页图图9-9 9-9 独立式键盘结构独立式键盘结构*对对于于图图9-89-8的的键键盘盘,图图中中的的上上拉拉电电阻阻保保证证按按键键释释放放时时,输输入入检检测测线线上上有有稳稳定的高电平。定的高电平。第20页/共152页p键键处理处理子子程序程序KEYINKEYIN:MOVMOVA,#0FFHA,#0FFH;置;置P1P1口为口为“1 1”,设置,设置P1口为口为输入状态输入状态MOVMOVP1,AP1,AMOVMOVA,P1 A,P1 ;输入键状态;输入键状态CJNECJNEA,#0FFH,QUDOUA,#0FFH,
17、QUDOU;有键按下,跳去抖动;有键按下,跳去抖动LJMPLJMPRETURNRETURN;无键按下,返回;无键按下,返回QUDOUQUDOU:MOV MOV R3,AR3,A;8 8个按键的状态送个按键的状态送R3R3保存保存LCALL DELAY10LCALL DELAY10;调用延时子程序,软件去键抖动;调用延时子程序,软件去键抖动MOVMOVA,P1A,P1;再一次读入;再一次读入8 8个按键的状态个按键的状态CJNECJNEA,R3,RETURNA,R3,RETURN;两次键值比较,不同,是抖动引起,转;两次键值比较,不同,是抖动引起,转RETURNRETURNJNBJNBACC.0
18、,P0FACC.0,P0F;查询;查询0 0号键号键JNBJNBACC.1,P1FACC.1,P1F;查询;查询1 1号键号键JNBJNBACC.2,P2FACC.2,P2F;查询;查询2 2号键号键JNBJNBACC.3,P3FACC.3,P3F;查询;查询3 3号键号键JNBJNBACC.4,P4FACC.4,P4F;查询;查询4 4号键号键JNB JNB ACC.5,P5FACC.5,P5F;查询;查询5 5号键号键JNB JNB ACC.6,P6FACC.6,P6F;查询;查询6 6号键号键JNB JNB ACC.7,P7FACC.7,P7F;查询;查询7 7号键号键第21页/共152
19、页p键处理程序(续)键处理程序(续)LJMPLJMPRETURN RETURN P0FP0F:LJMPLJMPPROM0PROM0;入口地址表;入口地址表P1FP1F:LJMPLJMPPROM1PROM1 P6FP6F:LJMPLJMPPROM6 PROM6 P7FP7F:LJMPLJMPPROM7PROM7PROM0PROM0:;0 0号键功能程序号键功能程序LJMPLJMPRETURNRETURN;0 0号键处理完返回键盘扫描号键处理完返回键盘扫描 PROM7PROM7:;7 7号键功能程序号键功能程序LJMPLJMPRETURNRETURN;7 7号键处理完返回键盘扫描号键处理完返回键盘
20、扫描RETURNRETURNRETRET第22页/共152页(2 2)矩阵式(行列式)键盘)矩阵式(行列式)键盘结结构构:键键的的数数目目多多,将将键键按按行行列列排排成成矩矩阵阵形形式式。矩矩阵阵式式键键盘盘由由行行线线和和列列线线组组成成,按按键键位位于于行行、列列线线的的交交叉叉点点上上。图图9-109-10为为4444的的矩矩阵阵式式键键盘结构。盘结构。优点:优点:在按键数目较多的场合,节省在按键数目较多的场合,节省I/OI/O口线口线图图9-10 449-10 44矩阵式键盘结构矩阵式键盘结构第23页/共152页n矩阵式(行列式)键盘的按键识别矩阵式(行列式)键盘的按键识别矩阵式键盘
21、按键的识别方法分为扫描法和反转法。矩阵式键盘按键的识别方法分为扫描法和反转法。扫描法扫描法p第第1 1步,识别键盘有无键按下:步,识别键盘有无键按下:列线输出全列线输出全0 0然后输入行线状态,若行线状态为全然后输入行线状态,若行线状态为全1 1(1111 1111)则没有键按下;)则没有键按下;若行线状态一定不为全为若行线状态一定不为全为1 1,则一定有任一键按下。,则一定有任一键按下。p第第2 2步步,识别,识别出具体的出具体的键位:键位:逐逐列列扫扫描描,先先第第一一列列输输出出为为0 0,其其他他列列为为1 1,列列编编码码为为11101110。然然后后输输入入行行线线状状态态,若若行
22、行线线状状态态为为全全1 1(1111 1111),即即按按键键不不在在此此列列线线交交叉叉点上,继续扫描。点上,继续扫描。第第二二列列输输出出为为0 0,其其他他列列为为1 1,列列编编码码为为11011101,再再输输入入行行线线状状态态,若若行状态不是全行状态不是全1 1,即按键在该列交叉点上,否则继续扫描。,即按键在该列交叉点上,否则继续扫描。第24页/共152页u每个键的键码每个键的键码负逻辑表示负逻辑表示-行列线数据求反组合,上例中的各键值分行列线数据求反组合,上例中的各键值分别为:别为:88H88H84H84H82H82H81H81H48H48H44H44H42H42H41H41
23、H28H28H24H24H22H22H21H21H18H18H14H14H12H12H11H11H正逻辑表示正逻辑表示-行列线数据直接组合,图行列线数据直接组合,图9-109-10中的各键码分别为:中的各键码分别为:77H77H7BH7BH7DH7DH7EH7EHB7HB7HBBHBBHBDHBDHBEHBEHD7HD7HDBHDBHDDHDDHDEHDEHE7HE7HEBHEBHEDHEDHEEHEEH第26页/共152页n键盘接口完成的主要功能:键盘接口完成的主要功能:键盘扫描:判断是否有键按下;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;键识别:确定闭合键的行列位置;产生闭
24、合键键码;产生闭合键键码;排除多键、串键(复按)及去抖动。排除多键、串键(复按)及去抖动。n键的识别和键功能实现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。键的功能实现由中断程序完成。n键处理子程序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。应的健处理子程序,实现该键所设定的功能。第29页/共152页n键处理程序的键处理程序的流程如图流程如图9-129-12图图9-129-12
25、键处理流程图键处理流程图第30页/共152页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。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;使用单片机本身的并行口或串行口;使用通用接口芯片(使用通用接口芯片(82558255、81558155等);等);使用专用接口芯片如使用专用接口芯片如82798279,周立功公司的,周立功公司的ZLG7289AZLG7289A,ZLG7290BZLG7290B,MAX7219MAX7219,南京沁恒公司的,南京沁恒公司的CH451CH451,HD7279HD7279和和BC7281BC7281等。等。在在
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