单片机原理及其接口技术 教学课件 ppt 作者 严洁 主编 第6章 人机交互通道接口技术

1、6.1 显示器接口 6.2 键盘接口 6.3 BCD拨码盘接口,6.1 显示器接口,6.1.1 LED数码显示器接口,一、LED数码显示器的结构与显示段码,字型码 (段选码),共阴极：公共端COM接地,共阳极：公共端COM接Vcc(+5V),例、共阴极显示器，“0”的字型码。,0,0,1,1,1,1,1,1,二、LED数码显示器的显示方法 1、静态显示 静态显示就是多位LED显示器中的显示字符在同一时刻点亮。其显示电路比较简单，将N位显示器的公共端同时接固定的低（共阴极）或高（共阳极）电平，N位显示器的段码线分别接I/O接口的输出端，需N8根线。显示程序只要把欲显示的数的段码依次送各显示输出口即可。这种显示方式，显示亮度高，主程序不必扫描显示器，从而CPU效率高。但这需要较多的显示输出口线。,二、LED数码显示器的显示方法 1、静态显示,采用串并转换寄存器74LS164作为显示输出口，每片74LS164为一位显示器提供段码。其和单片机通信采用串行口方式0，由单片机的TXD（P3.1）接74LS164的CLK，自动送出移位脉冲，单片机的RXD（P3.0）接74LS164的数据A、B，送出

2、段码，只需2根连线。程序执行时，由软件送入串行口寄存器SBUF中的并行8位段码，在时钟脉冲作用下依次经RXD进入74LS164的串行移位数据输入A、B端，从并行输出Q0Q7端送出8位段码，在1位显示器上形成显示字符,2、动态显示 动态显示电路的段码输出线是共用的。8段发光二极管数码显示器需8根线，由8051一个I/O口控制。N位显示器需要N根位选线，由8051另一个I/O口控制。只需8N根连线。 为了使不同的显示器同时显示，每一时刻使一位显示器位选线选通，其他位关闭，然后送该位段码。适当选取扫描频率，轮流选通LED显示器进行显示，使人感觉显示器是同时点亮的。由于在一次循环显示中各显示器通电时间较短，动态扫描显示器亮度不足，需加硬件驱动。一般必须在主程序扫描显示器，CPU效率低，因此也可以在程序运行后关显示。,动态扫描显示子程序,程序说明： （1）显示数据6位，共阴极显示。动态显示从显示器最低位开始选通，每位显示时间约1ms，1ms子程序DELY未给出； （2）显示缓冲区6个字节，存放6个待显示的数据，当需要变更显示内容时，应在主程序更新显示缓冲区内容；,6.1.2 专用LED驱动器MA

3、X7219,MAX7219是MAXIM公司生产的一种串行接口方式8位7段共阴极LED显示驱动器，其片内包含有一个BCD码到二进制码的译码器、多路复用扫描电路、字段和字位驱动器以及存储每个数字的88 RAM。,MAX7219采用串行数据传输方式，由16位数据包发送到DIN引脚的串行数据在每个CLK的上升沿被移入到内部16位移位寄存器中，然后在LOAD的上升沿将数据锁存到数字或控制寄存器中。DIG0 DIG7为8个显示器的位码线，SEGAG和SEG DP是段码码。电路是动态显示方式，由MAX7219控制，CPU只需在更新显示时输出数据。,6.1.3 LED大屏幕显示,LED点阵显示是把很多的LED按矩阵方式排列在一起，通过对各LED发光与不发光的控制来完成各种字符或图形的显示。最常见的LED点阵显示模块有57（5列7行），79，88结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种可用于大型电子显示屏的基本组建单元。,88 LED点阵简介 只要各LED外加正向电压（Y方向为1，X方向为0），则对应的LED发光。如Y7（0）=1，X7（H）=0时，则其对应的右下角的LED会发光。各LED还需接限流

4、电阻，实际应用时，限流电阻即可接在X轴，也可接在Y轴。,6.1.4 LCD显示,一、液晶显示器 液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）以液晶材料为基本组件。液晶是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物，一般最常用的液晶型式为向列液晶，分子形状为细长棒形，长宽约1nm10nm。将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动。整个液晶显示技术的概念是利用液晶的物理特性：通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过，让液晶如闸门般地控制光线透射或遮蔽功能，产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。 液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只需很小能量。,二、液晶显示器与单片机接口 将LCD控制器、驱动器、RAM、ROM和LCD显示器用PCB连接到一起，称为液晶显示模块LCM（LCd Module）。 用户只向LCM送入相应的命令和数据就可实现所需要的显示内容，与单片机接口简单，使用灵活方便。驱动模块具有8位数据总线，外加一些

5、电源接口和控制信号。而且自带显示缓存，只需要将要显示的内容送到显示缓存中就可以实现内容的显示。,6.2 键盘接口,一、键盘的基本概念 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；另一类是无触点式开关按键，如电容式按键，薄膜按键等。按键处理程序需完成下列工作:,1、消抖 机械按键开关在闭合或断开时，会伴随有一连串的抖动，一般约为510ms。为了保证CPU对按键的一次闭合只作一次处理，必须消除抖动。常见消抖的方法有： （1）RS触发器消抖电路 按键尚未按下，a点为0，在按键按下后，a点为1。按键抖动时，利用双稳态电路的互锁特性，a端输出可维持不变，消除了按键的抖动。 （2）RC滤波消抖电路 在按键输出端到地接RC滤波电路。选择合适的滤波电路时间常数，抖动信号可通过滤波电路滤除。 （3）软件延时消抖。 软件消抖是在第一次检测到按键按下的信号后，延时一段时间，待键闭合稳定后，可再次检测键入信号，若两次检测到的开关状态相同则认为有效。延时时间应大于抖动时间，一般延迟1020ms。,2、按键的编码 多个按键构成的键盘中，不同的按键动作引起不同程序段的执行，以完成不同的工作。如何

6、识别动作的按键，并使其正确地方便地转入相应的处理程序，需要编码。 （1）编码键盘 键盘内部能自动检测被按下的键，并提供与被按键功能对应的键码（如ASCII码），以并行或串行方式送给CPU。键码完全由硬件提供，结构复杂。如PC机，键盘使用专门的单片机编码。 （2）非编码键盘 只简单地提供按键的位置，而按键的识别和键码的确定等功能均由软件完成。非编码键盘的硬件接口简单，但是要占用较多的CPU时间。 二、键盘的输入方式 1、编程方式 只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序扫描键盘。如工业控制系统开机时，在程序未执行之前，进行参数设定，一旦程序运行不理会键盘。 2、定时方式 利用单片机内的定时器，产生定时中断，对键盘进行扫描。也可以利用工业控制系统本身的定时中断对键盘进行扫描。 3、中断方式 只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序，如无键按下，单片机将不理睬键盘。硬件要有一定安排以产生外中断请求信号。,6.2.2 键盘的工作原理,一、独立式按键 独立式按键各键相互独立，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那个键被按下，识别简单。适于键数较少的场合。,工作过程： 1、

7、先判断有无键按下。如有键按下，则进行下一步；无键按下返回 2、调用延时10ms的子程序， 3、重键处理 4、键的识别和处理,二、矩阵式按键 按键数目较多的场合，为了节省I/O线，通常将按键开关组成矩阵结构，由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。某矩阵式键盘4根行线和4根列线，共有16个按键，称44矩阵键盘。,1、扫描法 行线接P1.0P1.3输出；列线接P1.4P1.7输入。全部行线发出低电平信号，如果所有键都没有按下的话，则列线所连接的输入得到的是全“1”信号；如果有键按下的话，则得到的是非全“1”信号,2、线反转法 需要双向输入/输出端口，通过行列颠倒扫描来识别闭合键。第1步，行线输出为全低电平，读列线，列线中电平为低的列为按键所在列。第2步，列线输出为全低电平，读行线，行线中电平为低的行为按键所在行。 根据按键所在行列号即可计算出对应键号，键号应能方便地使程序转入正确的位置执行。任何一个闭合键的键号是这样计算出来的： 键号行首号 + 列号,6.3 BCD拨码盘接口,系统有时需输入一些控制参数，使用最方便的是十进制输入，BCD码输出的BCD码拨盘。,一、BCD码拨码开关 四片BCD拨码开关构成的拨盘。每片开关正面具有可以选择的09十个数字，拨码开关内部有一可转动圆盘，具有“09”十个位置，可以通过“+、-”按钮进行位置选择，对应每个位置，前面窗口有数字提示，每个数字都会产生相应的8421BCD码，从开关后面的BCD码输出线输出。A为公共端。 如A端接5V，当拨拨码开关至数字6时，相应的8、4、2、1端输出0、1、1、0，输出为8421BCD码。 当A端接地，8、4、2、1输出端输出1、0、0、1，输出为8421BCD码的反码。,二、单片BCD码拨盘与单片机的接口 8、4、2、1输出端接单片机的P1.3、P1.2、P1.1、P1.0，并通过4个电阻接地。 从图中可以看出，一片拨盘占用4根I/O口线，8031可以通过P1口直接读取拨盘数据。,

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