第10章 鍵盤顯示器接口

第10章AT89S51單片機與輸入/輸出

外設(shè)的接口12

第10章目錄10.1LED數(shù)碼管的顯示原理

10.1.1LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)

10.1.2LED數(shù)碼管工作原理10.2鍵盤接口原理

10.2.1鍵盤輸入應解決的問題

10.2.2鍵盤的工作原理

10.2.3鍵盤的工作方式10.3鍵盤/顯示器接口設(shè)計實例

10.3.1利用AT89S51單片機串行口實現(xiàn)的鍵盤/顯示器接口

10.3.2各種專用的鍵盤/顯示器接口芯片簡介

10.3.3專用接口芯片CH451實現(xiàn)的鍵盤/顯示器控制

10.3.4專用接口芯片HD7279實現(xiàn)的鍵盤/顯示器控制10.4AT89S51單片機與液晶顯示器（LCD）的接口

10.4.1LCD顯示器的分類

10.4.2點陣字符型液晶顯示模塊介紹

10.4.3AT89S51單片機與LCD的接口及軟件編程10.5AT89S51單片機與微型打印機TPP-40A/16A的接口10.6AT89S51單片機與BCD碼撥盤的接口設(shè)計310.1LED數(shù)碼管的顯示原理10.1.1LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)組成：一個LED數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管構(gòu)成的；常見類型：“8”字型的，共計8段。每一段對應一個發(fā)光二極管。4共陽極發(fā)光二極管：

所有二極管的陽極接在一起，需外接高電平；陰極作為控制端，低電平點亮相應的段二極管；共陰極發(fā)光二極管：

所有二極管的陰極接在一起，需外接低電平；陽極作為控制端，高電平點亮相應的段二極管；5數(shù)碼管的顯示：

為了使數(shù)碼管顯示不同的符號或數(shù)字，要把某些段發(fā)光二極管點亮，就要為LED數(shù)碼管提供段碼（字型碼）。

問題：要確定顯示的符號或數(shù)字與段碼的關(guān)系，需要考慮哪些問題？1)LED數(shù)碼管的顯示類型。除常見的“8”字型外，還有米字型等其他顯示類型的數(shù)碼管。

2）硬件設(shè)計上，數(shù)據(jù)線與各段控制線的連接關(guān)系。習慣上是以“a”段對應段碼字節(jié)的最低位。67顯示數(shù)字：6

顯示類型：共陰數(shù)碼管段碼：7DH

111111008其他顯示類型的數(shù)碼管：除“8”字型的LED數(shù)碼管外，市面上還有“±1”型、“米”字型和“點陣”型LED顯示器.

圖10-2

其他各種字型的LED顯示器910.1.2LED數(shù)碼管工作原理結(jié)構(gòu)原理:

10圖10-34位LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)原理圖段碼由此輸入數(shù)碼管的選通或禁止，其實就是數(shù)碼管的共陰/共陽端LED數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。1．LED靜態(tài)顯示方式硬件連接：1）每位數(shù)碼管的位選線固定接電源或低（固定選通）；2）每位數(shù)碼管的段碼線（a～dp）分別與一個8位的I/O口鎖存器輸出相連。（如果單片機的I/O不夠用呢？）顯示特征：1）一旦向I/O口寫入段碼，則數(shù)碼管持續(xù)顯示相應字符，直

到下次再寫入為止；2）靜態(tài)顯示方式的顯示無閃爍，亮度都較高，軟件控制比較容易。11不足：1）占用口線較多，硬件資源占用多；2）在顯示位數(shù)較多的情況下，所需的電流比較大，對電源的要求也就隨之增高。圖10-44位LED靜態(tài)顯示電路122．LED動態(tài)顯示方式硬件連接：

1）所有顯示位的段碼線的相應段并聯(lián)在一起，由一個8位

I/O口控制；

2）各位的位選線分別由相應的I/O線控制，形成各位的分時選通。軟件控制：

1）對要顯示的位，先控制位選使能，然后發(fā)出段碼；（同時應保證其他位選無效）

2）為了能得到多位數(shù)碼管同時顯示的效果，以一定的時間間隔，一次驅(qū)動每一位數(shù)碼管顯示；

1314圖10-54位8段LED動態(tài)顯示電路顯示原理及特點：1）在同一時刻，只有一位數(shù)碼管顯示，其他各位熄滅；2）由于控制了掃描的間隔時間，利用數(shù)碼管的余輝和人眼的“視覺暫留”作用，可以造成“多位同時亮”的假象，達到同時顯示的效果。3）顯示位數(shù)多，會占大量的單片機時間，因此動態(tài)顯示的實質(zhì)是以犧牲單片機時間來換取I/O端口的減少。4）動態(tài)顯示的優(yōu)點是硬件電路簡單，顯示器越多，優(yōu)勢越明顯。缺點是顯示亮度不如靜態(tài)顯示的亮度高。如果“掃描”速率較低，會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。15圖10-68位LED動態(tài)顯示過程和結(jié)果16例：8位LED（共陰極）動態(tài)顯示2009.10.10的過程。10.2鍵盤接口原理鍵盤的分類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。10.2.1鍵盤輸入應解決的問題1．鍵盤的任務任務有三項：(1)判別是否有鍵按下？若有，進入下一步工作。(2)識別哪一個鍵被按下，并求出相應的鍵值。(3)根據(jù)鍵值，找到相應鍵值的處理程序入口。172．鍵盤輸入的特點常見鍵盤：觸摸式鍵盤、薄膜鍵盤和按鍵式鍵盤，最常用的是按鍵式鍵盤。

圖10-7

鍵盤開關(guān)及其行線波形184．按鍵的消抖軟件消抖：在檢測到有鍵按下（行線低電平）時，先執(zhí)行一段延時10ms的子程序后，若該行線仍為低電平，則確認該行確實有鍵按下，再做其他處理。當按鍵松開時，行線的低電平變?yōu)楦唠娖?，?zhí)行一段延時10ms的子程序后，檢測該行線為高電平，說明按鍵確實已經(jīng)松開。硬件消抖：采用專用的鍵盤/顯示器接口芯片；設(shè)計消抖電路；1910.2.2鍵盤的工作原理鍵盤可分為兩類：非編碼鍵盤和編碼鍵盤。1．非編碼鍵盤常見的為兩種結(jié)構(gòu)：獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。（1）獨立式鍵盤

原理：每個鍵各接一條I/O口線，通過檢測I/O輸入線的電平狀態(tài)，可容易地判斷哪個按鍵被按下;優(yōu)點：電路簡單，各條檢測線獨立，識別按下按鍵的軟件編寫簡單。用途：適用于鍵盤按鍵數(shù)目較少的場合，不適用于鍵盤按鍵數(shù)目較多的場合，因為將占用較多的I/O口線。20圖10-8獨立式鍵盤接口電路21（2）矩陣式鍵盤用途：用于按鍵數(shù)目較多的場合，可節(jié)省較多的I/O口線。22圖10-9

矩陣式鍵盤接口①掃描法。第1步：識別鍵盤有無鍵按下（行位置）；

第2步：如有鍵被按下，識別出具體的鍵位(列位置)。

23所有列線均置為0，讀行線的狀態(tài)確定按下的鍵在哪一行依次將各個列線置為0，然后讀取行線的狀態(tài)確定按下的鍵在哪一列24圖10-10

采用線反轉(zhuǎn)法的矩陣式鍵盤②線反轉(zhuǎn)法。P1.0～P1.3輸出全為“0”讀入P1.4～P1.7線則P1.4=0，確定按下的鍵在第一行P1.4～P1.7輸出全為“0”讀入P1.0～P1.3線則P1.0=0，確定按下的鍵在第4列第1行第4列按下，因此按下的鍵為3鍵10.2.3鍵盤的工作方式單片機在忙于其他各項工作任務時，如何兼顧鍵盤的輸入，這取決于鍵盤的工作方式。工作方式選取原則是，既要保證及時響應按鍵操作，又不過多占用單片機工作時間。1．編程掃描方式利用單片機空閑時間，調(diào)用鍵盤掃描子程序，反復掃描鍵盤。

注意：如果單片機的查詢的頻率過高，雖能及時響應鍵盤的輸入，但也會影響其他任務的進行。查詢的頻率過低，可能會鍵盤輸入漏判。所以要根據(jù)單片機系統(tǒng)的繁忙程度和鍵盤的操作頻率，來調(diào)整鍵盤掃描的頻率。252．定時掃描方式每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。

間隔時間實現(xiàn)：利用單片機內(nèi)的定時器產(chǎn)生的定時中斷，進入中斷子程序來對鍵盤進行掃描，在有鍵按下時識別出該鍵，并執(zhí)行相應鍵的處理程序

間隔時間要求：為了不漏判有效的按鍵，定時中斷的周期一般應小于100ms。263．中斷掃描方式

原理：

1）只有在鍵盤有按鍵按下時，發(fā)出中斷請求信號，單片機響應中斷，執(zhí)行鍵盤掃描程序中斷服務子程序。

2）無鍵按下，單片機將不理睬鍵盤。

優(yōu)點：，只有按鍵按下時，才進行處理，所以其實時性強，工作效率高。2710.4AT89S51單片機與液晶顯示器（LCD）的接口10.4.1LCD顯示器的分類28（1）字段型。以長條狀組成字符顯示。主要用于數(shù)字、英文、字符的顯示，如計算器的顯示屏（2）點陣字符型。以57或510的點陣為單位顯示字符。專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等。廣泛應用在各類單片機應用系統(tǒng)中。（3）點陣圖形型。以平板上的矩陣式的晶格點來做顯示。廣泛應用于圖形顯示，如用于筆記本電腦、彩色電視和

游戲機等。10.4.2點陣字符型液晶顯示模塊介紹1）嵌入式設(shè)計面對的對象

不是單獨的點陣字符型LCD顯示器，而是由LCD顯示器，

LCD控制器、驅(qū)動器，RAM和ROM構(gòu)成的液晶顯示模塊（LCdModule，LCM）。2）學習了解的對象液晶顯示模塊中相關(guān)控制電路的端口配置和使用。而不必了解液晶顯示器本身的工作原理。3）單片機對LCM的控制

單片機控制LCM時，只要向LCM送入相應的命令和數(shù)據(jù)就可顯示需要的內(nèi)容。291．基本結(jié)構(gòu)與特性（1）液晶顯示板在液晶顯示板上排列著若干57或510點陣的字符顯示位，從規(guī)格上分為每行8、16、20、24、32、40位，有1行、2行及4行等，根據(jù)需要，選擇購買。（2）模塊電路框圖

所示為字符型LCD模塊的電路框圖，它由日立公司生產(chǎn)的控制器HD44780、驅(qū)動器HD44100及幾個電阻和電容組成。HD44100是擴展顯示字符位用的（例如，16字符1行模塊就可不用HD44100，16字符2行模塊就要用一片HD44100）。30

圖10-20

字符型LCD模塊的電路框圖31（3）1602字符型LCM的特性①內(nèi)部具有字符發(fā)生器ROM（CGROM）,即字符庫。

可顯示192個57點陣字符。字符庫中某個位置的值對應在液晶顯示器上顯示什么內(nèi)容，這個對應關(guān)系在模塊設(shè)計之初就定下來了。所以要顯示什么內(nèi)容，向LCM送入這個內(nèi)容在ROM中的位置就行了。由該字符庫可看出LCM顯示的數(shù)字和字母部分的位置代碼值，恰好與ASCII碼表中的數(shù)字和字母相同。所以在顯示數(shù)字和字母時，只需向LCM送入對應的ASCII

碼即可。32②模塊內(nèi)有64字節(jié)的自定義字符RAM(CGRAM),用戶可自行定義8個57點陣字符。③模塊內(nèi)有80字節(jié)的數(shù)據(jù)顯示存儲器（DDRAM）。3334圖10-21ROM字符庫的內(nèi)容2.LCM的引腳16個引腳，也有少數(shù)的LCM為14個引腳，其中包括8條數(shù)據(jù)線、3條控制線和3條電源線，見表10-15。通過單片機寫入模塊的命令和數(shù)據(jù)，就可對顯示方式和顯示內(nèi)容做出選擇。353．命令格式及功能說明（HD44780

的端口）（1）內(nèi)部寄存器控制器HD44780內(nèi)有多個寄存器，寄存器的選擇如表10-16所示。RS位和R/腳上的電平?jīng)Q定對寄存器的選擇和讀/寫，而DB7～DB0決定命令功能。36選擇命令/狀態(tài)寄存器選擇數(shù)據(jù)端口進行讀寫（2）命令功能說明下面介紹可寫入命令寄存器的11個命令。①清屏。格式如下：功能：清除屏幕顯示，并給地址計數(shù)器AC置“0”。②返回。格式如下：功能：置DDRAM（顯示數(shù)據(jù)RAM）及顯示RAM的地址為“0”，顯示返回到原始位置。37③輸入方式設(shè)置。格式如下：功能：設(shè)置光標的移動方向，并指定整體顯示是否移動。

I/D=1，AC為自動加1計數(shù)器,操作數(shù)據(jù)后AC自動加1；I/D=0，AC為自動減1計數(shù)器,操作數(shù)據(jù)后AC自動減1；

S=1，表示顯示字符時，允許光標/畫面自動移位（AC自動變化）；

S=0，表示顯示字符時，不允許光標/畫面自動移位（AC自動變化).④顯示開關(guān)控制。格式如下：38功能：D位（DB2）控制整體顯示的開與關(guān)，

D=1，開顯示；D=0，則關(guān)顯示。C位（DB1）控制光標的開與關(guān)，

C=1，光標開；C=0，則光標關(guān)。B位（DB0）控制光標處字符閃爍，

B=1，字符閃爍；B=0，字符不閃爍。⑤光標移位。格式如下：功能：移動光標或整體顯示，DDRAM中內(nèi)容不變。其中：39S/C=1時，顯示移位；S/C=0時，光標移位。R/L=1時，向右移位，R/L=0時，向左移位。⑥功能設(shè)置。命令格式如下：