显示器及键盘接口.doc

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§10.1 显示器接口
一.LED原理简述
LED显示块是用发光二极管显示字段，单片机应用系统常用的是七段LED，如下图，它有其阴极和共阳极两种：

+5V

a

f b

g

e c

d h ·

a a
b
b
c c
d
d
e e
f
f
g g

h h

共阴极 共阳极
例如，要显示‘0’字符，对于共阴极管应输出段码：
h g f e d c b a a
0 0 1 1 1 1 1 1
3 F H f b
g
e c

对于共阳极管则应输出段码： d h.
h g f e d c b a
1 1 0 0 0 0 0 0 C 0 H
共阳极管和共阴极管的段码是互为补码的。
二.动态显示的七段LED基本用法：
1. 动态显示的七段LED与单片机的硬件接口
扩展显示器接口实质是输出口的扩展，例如设计一个6位的数码管显示系统，它需要扩充两个8位输出口，一个输出8段码，一个输出位选码。如下图：

输出段码 +5V
1D 1Q

8D 8Q
1#377
CLK E

8

8 8 8 8 8 8

A0
FEH
WR
FDH
A1
CLK E
1D 1Q
2#377
8D 8Q

+5V

8

由图可知，要显示哪个字符，该字符的段码从1#377输出，要使1#377输出只要A0 = 0即可，因此1#377的地址为FEH。该段码输出到6个数码管上是相同的，要哪个管亮，必须使该管的相应段二极管导通，则由2#377输出的位码控制，对应哪个管为0，则该管可以亮。要使2#377输出只要A1 = 0，2#377的地址为FDH。
在软件设计上将6个LED管轮流点亮，每管延时约1Ms，利用人的视觉残留，则可以看成持续点亮。

2. 动态显示的软件设计：
要点：①代码转换：直接驱动7段LED发光的是段码，而我们习惯的是字符0、1、2、…F等，因此软件中必须将待显示的字符转换成段码。
②每次只能输出同样的段码，因此要使某管亮，必须用软件保证逐位轮流点亮并适当延时，给人的眼睛产生持续发光的效果。

程序中使用的显示缓冲区示意图：

01 02 03 04 05 06

79H 7AH 7BH 7CH 7DH 7EH
显示缓冲区共6个单元，自左至右一一对应6个数码管，其中存放待显示字符在段码表中的查表偏移量。
程序如下：

ORG 8100H
DISUP: MOV R0 , #79H ;置显示缓冲区首地址
MOV R2 , #0DFH ;11011111 位码初值，最左面管亮
DSP1: MOV A , @R0
MOV DPTR , #TABL
MOVC A , @A+DPTR ;查表求段码
MOV R1 , #0FEH ;选1#377
MOVX @R1 , A ;送段码
MOV R1 , #0FDH ;选2#377
MOV A , R2
MOVX @R1 , A ;输出位码，最左面管亮
LCALL D1ms ;延时
1NC R0 ;指向显示缓冲区的下一地址
MOV A , R2
RR A ;位码右移一位
MOV R2 , A
XRL A , #7FH ;位码右移6次后为7FH时6管全显示完
JNZ DSP1 ;不为7FH则未显示完，返回送下一个LED
RET
TABL: 段码转换表略
D1ms: 延时子程序略

三.LED静态显示
在静态显示方式中，数码管的共阴极或共阳极接地或十5V，每一个数码管的8段码需扩展一个8位输出口与之相连接，输出口可将令该管显示某字符的段码锁存，同一时间里，每一位的段码均可不同，即显示不同字符。如图：

8 8 8 8
4#377
3#377
2#377
1#377

8 8 8 8

静态显示方式中，有N位数码管则需扩展N个8位输出口，占用I/O资源较多。它的优点是软件不必动态扫描，送出段码后可锁存，直到需更改显示字符，软件简单，同时由于始终保持显示而亮度较好。
P160页中的串行口扩展也可用于静态显示的扩展。
§10.2 按键、键盘及其接口

在单片机应用系统中，为了控制系统的工作状态，或向系统内部输入数据，常设有按键或键盘，使用这些键的开关状态来设置控制功能或输入数据。
键盘的扩展实质是输入口的扩展。
一.键输入过程及软件结构：
当所设置的数字键或功能键按下的时候，单片机应用系统应能完成该键所设定的功能。因此，键输入的信息与软件结构密切相关。不少应用系统键扫描程序是应用程序的核心部分。键输入程序的软件框图大致如下：

键 扫 描

NO
有 键 按 下？

YES
判 哪 一 键 按 下
求键值 A

(A)=00H (A)=01H
1#键处理程序
0#键处理程序

…

CPU通过查讯或中断方式扫描有无键按下及哪一键按下，将键号送入A，根据A的内容跳转到该键所应完成的功能的程序中去，键处理完毕后再回到键扫描程序，查找有无另一键按下。

二.键输入接口与软件应解决的问题：
1. 保证键开关状态的可靠输入
键是一种常开式按钮开关，按键和键盘都是利用机械触点的闭合和断开来输入电平信号的，在键的闭合和断开的瞬间的有抖动过程，会出现一系列负脉冲，一般为5～10ms ，为了保证CPU对键的一次闭合只进行一次键处理，必须消除抖动的影响。
通常去抖动措施可分别采用硬件和软件两种方法来解决，硬件的方法是在按键的硬件电路上增加RS触发器或单稳态电路，这需要增加硬件开销。较为方便的软件去抖措施是当检测到有键按下时，执行一个延时10ms的子程序，而后再检测该键是否仍保持闭合状态，若仍闭合才确认为该键按下。

2. 对所有按键进行编码，确定键值或直接确定键号。
给每一按键确定一个键值或编号，当CPU扫描键盘时，可根据接收到的键输入信息确定是哪一个键按下。

3. 选择键盘监测方法：
在应用系统软件中，键扫描程序、键处理程序只是应用程序的一部分，在程序运行过程中什么时候查询键输入的情况，可有查询方式和中断方式两种：
① 查询方式
在程序中以一定的时间间隔扫描键盘输入的情况，无键按下则可执行其它程序，有键按下则执行键处理程序。
② 中断方式
中断方式是当有键按下时引起中断，在中断服务程序中进行键处理，无键按下时CPU不必顾及键盘的工作情况。一般在键盘使用不多的情况采用中断方式。
4. 编制好键盘处理程序：
它应解决如下问题：
① 扫描有无键按下。
② 有键按下时，若无硬件去抖措施应以软件延时去抖动。
③ 有可靠的逻辑处理，保证一次只处理一个键，一次键按下只进行一次键处理。
④ 输出确定的键号，一个键按下后能准确跳转到该键的处理程序，处理结束后再返回键扫描。
三.独立式按键结构：
指直接用I/O线构成的单个按键电路。每一键互相独立地各自接通一条输入线，每根I/O线上的按键工作状态不影响其它I/O线的工作状态，此亦称非编码键盘结构。如下图：
+5V

P1.0
P1.1
P1.2
P1.3

8031

K3

K2

K1

K0
（a）查询式电路
查询I/O输入线0有效
即为0者该线上键闭合 地
+5V

P1.0
P1.1
P1.2
P1.3

INT0
8031

K3

多输入与门
K2

K1

K0
（b）中断式电路
任一键按下则INT0触发中断 地
在中断服务程序中查询哪一键按下
独立式按键结构的优点是配置灵活，软件简单，缺点是使用I/O口线多，适于按键数量不多时使用。
独立式按键的软件结构：
STRAT：MOV A，#0FFH
MOV P1 ， A ；置P1口输入方式
MOV A ， P1 ；键状态输入
JNB ACC.0 , P0 ;0号键按下转
JNB ACC.1 , P1
JNB ACC.2 , P2
JNB ACC.3 , P3
LJMP START
键处理程序略
注：该程序中未包括软件去抖措施，实际应用中应考虑去抖动处理。

四.行列式键盘结构：
1. 键盘工作原理：如图

3 2 1 0 0行 +5V
P1.7

P1.6 7 6 5 4 1行

B A 9 8 2行
P1.5

F E D C 3行
P1.4
3列
P1.3 2列
P1.2
1列
P1.1 0列
P1.0

用I/O口线组成行列式结构，按键设置在行列的交叉点上，2×2的键盘结构可构成4个键的键盘，4×4的键盘结构可构成16个键的键盘。
键扫描的过程：
① 判断有无键按下
列线输出全0码(D0～D3)，将行线状态读入累加器A(D4～D7)，若读入状态不全为1则有键按下，否则无键按下。
② 当有键按下时，判断哪一键按下：
由列线逐列置0，检查行输入状态。例如列线输出D3～D0为1110，即D0=0，读入行线状态D7～D4，若为0111，即D7=0，则可判断为0键按下，若此时读出行线状态为全1，则本列无键按下，即0、4、8、C均未按下。接着再将下一列线置0输出，检查下一列键是否有键按下……，直到每一列均查完为止。
键盘上每一个键均有一个唯一的键值，一般用直接赋值方法定义键值，每个键的键值为当它按下时，键扫描程序的列码和行码按一定顺序由二进制数排列。
例如当0键按下时，键扫描程序输出的列码为1110，读入的行码为0111，将它们按D7～D0的顺序排列为：01111110，则0键的键值定义为7EH。类似的方法可得到：
1键的键值为7DH
4键的键值为BEH
F键的键值为E7H
键扫描程序中只要将列码输出，再读入行码，然后将行列码拼接，与键值比较，即可确定为哪一键按下。
键扫描的方式可采取编程扫描、定时扫描或中断方式。
2.行列式键盘接口：
典型用法是用8155或8255。见140页例。

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