数码管与键盘接口课件

第10章 51单片机与I/O设备的接口,安徽工业大学 测控系,2019/4/19,2,引言,单片机应用系统通常都需要配置输入外设和输出外设。实现对应用系统的人工干预与数据输入、应用系统状态与运行结果的显示等。 常用的输入外设有键盘、BCD码拨盘等；常用的输出外设有LED数码管、LCD显示器、打印机等。 键盘与显示器是单片机应用系统中最常用的人-机交互技术。,2019/4/19,3,10.1 LED数码管显示器及接口,与单片机应用系统接口的显示器主要是LED显示器和LCD （Liquid Crystal Display）显示器。,LED (Light Emiting Diode)是发光二极管显示器的缩写。LED显示器由于结构简单、价格便宜、体积小、亮度高、电压低、可靠性高、寿命长、响应速度快、配置灵活等特点，与单片机接口方便而得到广泛的应用。 常用的LED显示器为8段“8”字型（或7段，8段比7段多了一个小数点“dp”段）。 有共阳极和共阴极两种。,2019/4/19,4,1、LED显示器结构,2019/4/19,5,LED显示器结构：共阴极、共阳极,共阴极:发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。当阳极为高电平时，发光二极管点亮。 共阳极:发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极1，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。 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数码管提供段码（字型码）。 LED数码管共计8段，正好是一个字节。,2019/4/19,6,LED的字型码（段码）,为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码（或称字型码）。正好是一个字节（8段）。,各段与字节中各位对应关系一般如下：,字型及段码由设计者自行设定，习惯上还是以“a” 段对应段码的最低位。,2019/4/19,7,表10-2 LED段码（8段）,2019/4/19,8,其他字型的LED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10-2所示。本章均以“8”字型的LED数码管为例。,图10-2 其他各种的LED显示器,2019/4/19,9,2 、 LED数码管工作原理,4位 LED显示器的结构原理图：,N个LED显示块有N根位选线和8×N根段码线。,或称“字线”,或称“位线”,控制显示的字型。,控制该显示位的亮或暗。,有静态显示和动态显示两种显示方式。,2019/4/19,10,（1）静态显示方式,各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。 每位的段码线（adp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。,2019/4/19,11,静态显示方式,优点：显示无闪烁，亮度高；各位可独立显示，软件控制编程容易 。 缺点：占用口线较多。在显示位数较多的情况下，所需的电流比较大。,2019/4/19,12,（2）动态显示方式,无论在任何时刻只有一个LED数码管处于显示状态，即单片机采用“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。,2019/4/19,13,动态显示方式-原理,所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O 口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由 相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。,2019/4/19,14,动态扫描分时控制方法,动态扫描显示的分时控制方法：,软件延时扫描。 定时中断扫描（推荐）。 设置显示缓冲区，定时从缓冲区中取出要显示的字符。,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符的段码。,2019/4/19,15,8位LED动态显示过程和结果,动态显示的优点是硬件电路简单，显示器越多，优势越明显。缺点是显示亮度不如静态显示的亮度高。如果“扫描”速率较低，会出现闪烁现象。,图10-6 8位LED动态显示过程和结果,2019/4/19,16,10. 2 键盘接口技术,键盘具有向单片机输入数据、命令等功能，是人与单片机对话的主要手段。,键盘：一组按键开关的集合。,1键盘的任务 任务有三项： (1) 判别是否有键按下？若有，进入下一步工作。 (2)识别哪一个键被按下，并求出相应的键值。 (3)根据键值，找到相应键值的处理程序入口。,2019/4/19,17,2. 键盘输入的特点,行线电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合， 输出波形见下图。,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。,2019/4/19,18,3. 按键的确认,检测行线电平 高电平：断开；低电平：闭合.,常用软件来消除按键抖动。,基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软 件延时10ms后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。,4.如何消除按键的抖动（硬件法、软件法）,当键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为 高，说明按键已松开。,采取以上措施，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。,2019/4/19,19,二、键盘接口的工作原理,键盘可分为两类：非编码键盘和编码键盘。 非编码键盘是利用按键直接与单片机相连接而成，这种键盘通常使用在按键数量较少的场合。使用这种键盘，系统功能通常比较简单，需要处理的任务较少，但是可以降低成本、简化电路设计。按键的信息通过软件来获取。,1非编码键盘 常见的为两种结构：独立式键盘和矩阵式键盘。,2019/4/19,20,1. 独立式键盘接口,各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检 测输入线的电平状态可很容易判断哪个键被按下。,此种接口适于键数较少或操作速度较高的场合。,中断方式的独立式键盘,查询方式的独立式键盘,判别哪一条I/O输入线为低电平，很容易识别哪个键被按下。,2019/4/19,21,查询方式、中断方式的独立式键盘,2019/4/19,22,独立式键盘-特点优缺点,优点：电路简单，各条检测线独立，识别按下按键的软件编写简单。适用于键盘按键数目较少的场合，不适用于键盘按键数目较多的场合，因为将占用较多的I/O口线。,特点是：一键一线，各键相互独立。,2019/4/19,23,例：用三态缓冲器扩展的I/O口的按键接口,键盘端口地址？,BFFFH,2019/4/19,24,独立式键盘编程，软件消抖，查询方式检测键的状态。仅有一键按下时才有效才处理。,KEYIN:MOV DPTR,#0BFFFH；键盘端口地址BFFFH MOVX A,DPTR ；读键盘状态 ANL A,#1FH ；屏蔽高三位,MOV R3,A ；保存键盘状态值 LCALL DELAY10 ；延时10ms去键盘抖动 MOVX A,DPTR ；再读键盘状态,ANL A,#1FH ；屏蔽高三位,CJNE A,R3,RETURN ；两次不同，抖动引起转RETURN,CJNE A,#1EH,KEY2 ；相等，有键按下，不等转KEY2,2019/4/19,25,程序-续,LCALL PKEY1 ;是S1键按下，转PKEY1键处理 ；子程序PKEY1 KEY2: CJNE A,#1DH,KEY3 ;S2键未按下，转KEY3 LCALL PKEY2 ;S2键按下，转PKEY2处理 KEY3: CJNE A,#1BH,KEY4 ;S3未按下，转KEY4 LCALL PKEY3 ;S3按下，转PKEY3处理 KEY4: CJNE A,#17H,KEY5 ;S4键未按下，转KEY5 LCALL PKEY4 ;S4按下，转PKEY4处理 KEY5: CJNE A,#0FH, RETURN ;S5未按下，转RETURN LCALL PKEY5 ;S5按下，转PKEY5处理 RETURN:RET ;重键或无键按下，从子程序返回,识别和编程简单，用在按键数较少的场合。,2019/4/19,26,2. 行列式(矩阵式)键盘接口,用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成， 按键位于行、列的交叉点上。如下图所示。,按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘 相比，要节省很多的I/O口线。,2019/4/19,27,行列式(矩阵式)键盘,（1）行列式键盘工作原理,无键按下，该行线为高电平，当有键按下时，行线电平由列线的电平来决定。,由于行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发 生影响，必须将行、列线信号配合起来并作适当的处 理，才能确定闭合键的位置。,a. 扫描法,（2）按键的识别方法,b. 线反转法,（3）键盘的编码,根据实际需要灵活编码。,2019/4/19,28,按键的识别方法-a.扫描法,图中3号键被按下为例，来说明此键是如何被识别出来的。,识别键盘有无键被按下的方法，分两步进行：,第1步：识别键盘有无键按下；,第2步：如有键被按下，识别出具体的按键。,把所有列线置0，检查各行线电平是否有变化，如有变化，说明有键按下，如无变化，则无键按下。,上述方法称为扫描法，即先把某一列置低电平，其余各列为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平为低，可确定此行列交叉点处的按键被按下。,2019/4/19,29,按键的识别方法- b. 线反转法,只需两步便能获得此按键所在的行列值，线反转法的原理如下图。,第1步：列线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所在行为按键所在行。,第2步：行线输出为全低电平，则列线中电平由高变低所在列为按键所在列。,结合上述两步，可确定按键所在行和列。,2019/4/19,30,三、键盘的工作方式,单片机在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘的输 入，取决于键盘的工作方式。,原则：即要保证能及时响应按键操作，又不要过多占 用CPU的工作时间。,通常，键盘工作方式有3种，即： 编程扫描、 定时扫描 中断扫描。,2019/4/19,31,1. 编程扫描方式,只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，扫描键盘。,也称查询方式，利用单片机空闲时，调用键盘扫描子程序，反复扫描键盘。 查询的频率如何确定？ 如果单片机的查询的频率过高，虽能及时响应键盘的输入，但也会影响其他任务的进行。查询的频率过低，可能会键盘输入漏判。 所以要根据单片机系统的繁忙程度和键盘的操作频率，来调整键盘扫描的频率。,2019/4/19,32,定时扫描,2. 定时扫描工作方式,每隔一定的时间对键盘扫描一次。在这种方式中，通常利用单片机内的定时器产生的定时中断，进入中断子程序来对键盘进行扫描，在有键按下时识别出该键，并执行相应键的处理程序。为了不漏判有效的按键，定时中断的周期一般应小于100ms。,2019/4/19,33,中断扫描,3.中断工作方式,总结：键盘所做的工作可分为三个层次。,为提高单片机扫描键盘的工作效率，可采用中断扫描方式。 只有在键盘有按键按下时，发出中断请求信号，单片机响应中断，执行键盘扫描程序中断服务子程序。如无键按下，单片机将不理睬键盘。 优点是：只有按键按下时，才进行处理，所以其实时性强，工作效率高。,2019/4/19,34,键盘所做的工作可分为三个层次,第1层：单片机如何来监视键盘的输入。三种工作方 式：编程扫描定时扫描中断扫描。,第2层：确定具体按键的键号。体现在按键的识别方法上就是：扫描法；线反转法。,第3层：执行键处理程序。,2019/4/19,35,键盘所做的工作可分为三个层次,2019/4/19,36,键盘所做的工作可分为三个层次,2019/4/19,37,键盘所做的工作可分为三个层次,2019/4/19,38,消隐,楼主要先弄清楚什么是消隐，为什么要消隐啊。 数码管在刷新下一个数据之前，上次的数据留有余晖； 你的数码管是共阳数码管，所以要先写P0 = 0Xff来对数码管之前的数据关掉再去显示最新的数据，从而达到消隐的目的。 分三个步骤 :关位选- 送段选 -开位选。,2019/4/19,39,谢谢! Thank you for your a