MCS-51与键盘显示器的接口.ppt
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1、单片机原理与应用单片机原理与应用主讲:郑宇第第9 9章章 MCS-51MCS-51单片机的人机交互片机的人机交互通道(通道(显示、示、键盘)配置与接口)配置与接口主要内容:主要内容:从工程应用角度介绍了从工程应用角度介绍了MCS-51单片机的交互通单片机的交互通道配置与接口,主要包括人机界面中的键盘、显示道配置与接口,主要包括人机界面中的键盘、显示器等。介绍了多种实用方案和设计技巧。器等。介绍了多种实用方案和设计技巧。重点重点在于系统概念的形成、各种接口设计方案和设在于系统概念的形成、各种接口设计方案和设计技巧的掌握,熟悉各种交互设备。计技巧的掌握,熟悉各种交互设备。难点难点在于使用动态方法进
2、行键盘和显示的硬件及软在于使用动态方法进行键盘和显示的硬件及软件设计。件设计。人机界面人机界面:是指人与计算机系统进行信息交互的接口,包括信是指人与计算机系统进行信息交互的接口,包括信息的输入和输出息的输入和输出。9.1 MCS-519.1 MCS-51单片机与片机与键盘的接口技的接口技术 键盘:单片机系统中完成控制参数输入及修改的基本输入设备,单片机系统中完成控制参数输入及修改的基本输入设备,是人工干预系统的重要手段。是人工干预系统的重要手段。键盘的分的分类:按按编码方式可分为编码键盘与非编码键盘。按键编码方式可分为编码键盘与非编码键盘。按键组连接方式可分为独立连接式键盘与矩阵连接式键盘。组
3、连接方式可分为独立连接式键盘与矩阵连接式键盘。9.1.1 9.1.1 概述概述 键盘输入的主要入的主要对象:象:各种按键或开关。各种按键或开关。1 1独立独立连接式接式键盘 每每键键相相互互独独立立,各各自自与与一一条条I/O线线相相连连,CPU可可直直接接读读取取该该I/O线线的的高高/低低电电平平状状态态。其其优优点点是是硬硬件件、软软件件结结构构简简单单,判判键速度快,使用方便;键速度快,使用方便;缺点缺点是占是占I/O口线多。口线多。适适用用场合合:多多用用于于设设置置控控制制键键、功功能能键键。适适用用于于键键数数较较少少的的场场合。合。独独立立连连接接式式键键盘盘连连接接图图如如右
4、右图图所所示示。当当没没有有键键被被按按下下时时,所所有有的的数数据据输输入入线线都都为为高高电电平平;当当有有任任意意一一个个键键被被按按下下时时,与与之之相相连连的的数数据据输输入入线线将将变变为为低低电电平平;通通过过相相应应指指令,可以判断是否有键按下。令,可以判断是否有键按下。2.2.矩阵连接式键盘矩阵连接式键盘 键按矩阵排列键按矩阵排列,各键处于矩阵行各键处于矩阵行/列的结点处列的结点处,CPU通过对通过对连在行连在行(列列)的的I/O线送已知电平的信号线送已知电平的信号,然后读取列然后读取列(行行)线的状线的状态信息。逐线扫描态信息。逐线扫描,得出键码。其特点是键多时占用得出键码
5、。其特点是键多时占用I/O口线口线少少,硬件资源利用合理,但判键速度慢。硬件资源利用合理,但判键速度慢。适用场合:适用场合:多用于设置数字键,适用于键数多的场合。多用于设置数字键,适用于键数多的场合。4行行4列列矩矩阵阵式式键键盘盘连连接接图图如如右右图图所所示示。这这种种键键盘盘适适合合采采取动态扫描的方式进行识别。取动态扫描的方式进行识别。扫扫描描方方式式:低低电电平平扫扫描描(回回送送线线必必须须被被上上拉拉为为高高电电平平)、高高电电平平扫扫描描(回回送送线线需需被被下下拉拉为为低低电电平平)。右右图图中中给给出出了了低低电电平扫描的电路。平扫描的电路。3.3.薄膜开关薄膜开关特特点点
6、:不不需需要要进进行行导导线线与与开开关关间间的的焊焊接接,结结构构简简单单、体体积积小小、防尘、防水、防有害气体侵蚀、寿命长、可靠性高。防尘、防水、防有害气体侵蚀、寿命长、可靠性高。应应用用:与与按按键键式式键键盘盘类类似似,多多个个薄薄膜膜开开关关也也可可按按照照独独立立式式或或矩阵式设计内部电路,其原理与普通键盘相同。矩阵式设计内部电路,其原理与普通键盘相同。(1)开开关关状状态态的的可可靠靠输输入入。必必须须消消除除键键抖抖动动。可可以以采采用用硬硬件件和和软软件件两两种种方方法法,硬硬件件方方法法就就是是在在按按键键输输入入通通道道上上添添加加去去抖抖动动电路;软件方法则采用延迟电路
7、;软件方法则采用延迟1020ms(2)键盘状态的监测方法)键盘状态的监测方法中断方式还是查询方式。中断方式还是查询方式。(3)键盘编码方法。)键盘编码方法。(4)键盘控制程序的编制。)键盘控制程序的编制。9.1.3 9.1.3 键盘接口接口 功能:功能:对键盘上所按下的键进行识别。对键盘上所按下的键进行识别。分分类:(1)编码键盘:采用专用的编码/译码器件,被按下的键由该器件译码输出相应的键码件译码输出相应的键码/键值。其特点是增加了硬件开销,键值。其特点是增加了硬件开销,编码固定,但编程简单。适用于规模大的键盘。编码固定,但编程简单。适用于规模大的键盘。9.1.2 9.1.2 使用键盘时必须
8、解决的问题使用键盘时必须解决的问题 (2)非非编码键盘:采用软件编采用软件编/译码的方式,通过扫描,对译码的方式,通过扫描,对每个被按下的键判别输出相应的键码每个被按下的键判别输出相应的键码/键值。其特点是不增加键值。其特点是不增加硬件开销,编码灵活,但编程较复杂,占硬件开销,编码灵活,但编程较复杂,占CPU时间。适用于小时间。适用于小规模的键盘,特别是单片机系统。键盘。规模的键盘,特别是单片机系统。键盘。1 1键盘接口的工作原理接口的工作原理 对对于于矩矩阵阵式式键键盘盘,如如上上页页图图所所示示,键键盘盘的的行行线线X0X3通通过过电电阻阻接接+5V,当当键键盘盘上上没没有有键键闭闭合合时
9、时,所所有有的的扫扫描描线线和和回回送送线线都都断断开开,无无论论扫扫描描线线处处于于何何种种状状态态,回回送送线线都都呈呈高高电电平平。当当键键盘盘上上某某一一键键闭闭合合时时,则则该该键键所所对对应应的的扫扫描描线线和和回回送送线线被被短短路路,可可以以确确定定,变变为为低低电电平平的的回回送送线线与与扫扫描描线线相相交交处处的的键键闭合。闭合。CPUCPU对键盘扫描描的的方方式式:程程序序控控制制的的随随机机方方式式(CPU空空闲闲时时扫扫描键盘)、定时控制方式(定时扫描键盘)、中断方式。描键盘)、定时控制方式(定时扫描键盘)、中断方式。CPU对键盘上上闭合合键的的键号确定方法:号确定方
10、法:根据扫描线和回送线的根据扫描线和回送线的状态计算求得,或根据行线和列线的状态查表求得。状态计算求得,或根据行线和列线的状态查表求得。2 2键输入程序的设计方法键输入程序的设计方法 (1)判断键盘上是否有键闭合;)判断键盘上是否有键闭合;(2)消除键的机械抖动;)消除键的机械抖动;(3)确定闭合键的物理位置;)确定闭合键的物理位置;(4)得到闭合键的编号;)得到闭合键的编号;(5)确保)确保CPU对键的一次闭合只做一次处理对键的一次闭合只做一次处理3 3键盘接口方式键盘接口方式(1 1)独立式键盘接口(静态方式)独立式键盘接口(静态方式)特特点点:结结构构简简单单,每每个个按按键键接接单单片
11、片机机的的一一条条I/O线线,通通过过对对输输入入线的查询,可以识别每个按键的状态。线的查询,可以识别每个按键的状态。例例题题 在在MCS-51 单单片片机机系系统统中中,设设计计一一个个含含8个个按按键键的的独独立立式式键盘。键盘。解解:在在MCS-51中中,含含8个个按按键键的的独独立立式式键键盘盘的的线线路路连连接接如如下下页页图图所所示示,8个个按按键键经经上上拉拉电电阻阻拉拉高高后后分分别别接接到到MCS-51单单片片机机P1口口的的8条条I/O线上(线上(P1.0P1.7)。)。在无键按下的情况下,在无键按下的情况下,P1.0P1.7线上输入均为高电平。线上输入均为高电平。当有键按
12、下时,与被按键相连的当有键按下时,与被按键相连的I/O线将得到低电平输入,其线将得到低电平输入,其他位按键的输入线上仍维持高电平输入。他位按键的输入线上仍维持高电平输入。P1口口8条条I/O线经与非门线经与非门74LS30实现逻辑与非后,再经实现逻辑与非后,再经过过1个非门个非门74LS04进行信号变进行信号变换,然后接至换,然后接至MCS-51的的INT0 引脚上,可通过中断的方式处引脚上,可通过中断的方式处理键盘。在中断服务程序中,理键盘。在中断服务程序中,先延时先延时20 ms消除键抖动,再消除键抖动,再对各键进行查询,找到所按键,对各键进行查询,找到所按键,并转到相应的处理程序中去。并
13、转到相应的处理程序中去。主程序如下:主程序如下:ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H;外部中断外部中断0中断服务入口地址中断服务入口地址LJMP INT;转中断服务转中断服务ORG 0100H MAIN:SETB EA;开总中断允许开总中断允许SETB EX0;开开INT0中断中断SETB IT0;下降沿有效下降沿有效中断服务程序清单如下:中断服务程序清单如下:INT:LCALL D20ms ;延时去抖动延时去抖动MOV P1,#0FFH;P1口送全口送全1值值MOV A,P1;读读P1口各引脚口各引脚 CJNE A,#0FFH,CLOSE;验证是否确实有键闭合验证是否确实有
14、键闭合 AJMP OUT;无键按下无键按下 CLOSE:JNBACC.7,KEY7;查询查询7号键号键JNBACC.6,KEY6;查询查询6号键号键JNBACC.5,KEY5;查询查询5号键号键JNBACC.4,KEY4;查询查询4号键号键JNBACC.3,KEY3;查询查询3号键号键JNBACC.2,KEY2;查询查询2号键号键JNBACC.1,KEY1;查询查询1号键号键JNBACC.0,KEY0;查询查询0号键号键OUT:LJMPINTRETKEY7:;7号键处理程序号键处理程序KEY71:MOVA,P1;再读再读P1口各引脚口各引脚JNBACC.7,KEY71;确认键是否释放确认键是否
15、释放LJMPINTRETKEY6:;其他键处理程序其他键处理程序KEY0:.INTRET:RETID20ms:略略;20ms延时子程序延时子程序END(2)矩)矩阵式式键盘接口接口行反行反转法法 矩矩阵阵式式键键盘盘按按键键识识别别方方法法有有行行反反转转法法和和扫扫描描法法等等。行行反反转法需要两个双向转法需要两个双向I/O口分别接行、列线。步骤如下:口分别接行、列线。步骤如下:(1)由行线输出全)由行线输出全“1”,读入列线,判有无键按下。,读入列线,判有无键按下。(2)若有键按下)若有键按下,再将读入的列线值输出再将读入的列线值输出,读入行线的值。读入行线的值。(3)第一步读进的列线值与
16、第二步读进的行线值运算,从而)第一步读进的列线值与第二步读进的行线值运算,从而得到代表此键的唯一的特征值。得到代表此键的唯一的特征值。行反转法因输入与输出线反过来用而得名。优点是判键速行反转法因输入与输出线反过来用而得名。优点是判键速度快,两次即可。度快,两次即可。例例题 请为请为8051微处理器设计一个由微处理器设计一个由4行行4列键阵构成的键盘。列键阵构成的键盘。解:解:44矩阵键盘的线路连接如下页图所示。其中矩阵键盘的线路连接如下页图所示。其中P2口的低口的低4位位作为输出线。作为输出线。P1口的低口的低4位作为输入线,输入线通过位作为输入线,输入线通过74LS21进进行逻辑相与后作为行
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