顯示與鍵盤接口技術(shù)

1、第6章 顯示與鍵盤接口技術(shù),本章要點:,LED數(shù)碼管及編碼方式 靜態(tài)顯示方式及其典型應(yīng)用電路 動態(tài)顯示方式及其典型應(yīng)用電路 鍵盤去抖動和連接、控制方式 矩陣式鍵盤及其接口電路 鍵盤、顯示接口電路應(yīng)用舉例,6-1 顯示接口,為了便于人機交互，通常需要用一種顯示器作為單片機的輸出設(shè)備，用來顯示單片機系統(tǒng)的鍵輸入設(shè)定值、中間信息以及系統(tǒng)運行結(jié)果等。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常用的顯示器主要有LED(發(fā)光二極管顯示器)和LCD(液晶顯示器)。這兩種顯示器具有耗電小、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐振動、壽命長等優(yōu)點。,一、LED數(shù)碼管,LED數(shù)碼管分類：,按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為共陰極型和共陽極型。,按顯示顏色也

2、有多種形式，主要有紅色和綠色。,正向壓降一般為1.52V，額定電流為10mA，最大電流為40mA。,按亮度強弱可分為超亮、高亮和普亮。,二、LED數(shù)碼管編碼方式,表5-1 共陰和共陽LED數(shù)碼管幾種八段編碼表,【例】已知要顯示的數(shù)為98，試將其轉(zhuǎn)換為2位共陽字段碼（順序）。 (1)將98除以10，商(9)就是十位數(shù)，余數(shù)(8)就是個位數(shù)。 (2)查表51可得，9的顯示字段碼為0 x90,而8的的顯示字段碼為0 x80。, 從顯示數(shù)中分離出顯示的每一位數(shù)字 方法是將顯示數(shù)除以十進(jìn)制的權(quán),顯示數(shù)轉(zhuǎn)換為顯示字段碼的步驟：, 將分離出的數(shù)字轉(zhuǎn)換為顯示字段碼 方法是采用數(shù)組查表,三、靜態(tài)顯示方式及其典型

3、應(yīng)用電路, 動態(tài)顯示方式，在某一瞬時顯示一位，依次循環(huán)掃描，輪流顯示，由于人的視覺滯留效應(yīng)，人們看到的是多位同時穩(wěn)定顯示。 特點：占用I/O口線少，電路較簡單，編程較復(fù)雜，CPU要定時掃描刷新顯示。一般適用于顯示位數(shù)較多的場合。,LED數(shù)碼管顯示分類：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。, 靜態(tài)顯示方式，每一位字段碼分別從I/O口（或輸出鎖存器）輸出，保持不變直至顯示數(shù)據(jù)更新。 特點：編程較簡單，但占用I/O口線多，一般適用于顯示位數(shù)較少的場合。,1、并行擴展靜態(tài)顯示電路,注意：74LS377為帶輸出允許控制的8位鎖存器，OE端為低電平，且CLK端上升沿時，D端數(shù)據(jù)被鎖存，從相應(yīng)的Q端輸出。,2、BC

4、D碼輸出靜態(tài)顯示電路,注意：CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED 顯示器的BCD碼-鎖存/ 7段譯碼/驅(qū)動器，其輸入為數(shù)字的8421 BCD，輸出為相應(yīng)數(shù)字的顯示字段碼，LE為鎖存控制端，低電平有效。,動態(tài)顯示電路 連結(jié)形式： 顯示各位的所有 相同字段線連在一起， 共8段，由一個8位 I/O口控制。 每一位的公共端 （共陽或共陰COM） 由另一個I/O口控制。,四、動態(tài)顯示方式,多位LED數(shù)碼管有字段碼輸入端a、b、c、d、e、f、g、dp和位碼輸入端com1、com2，只有在相應(yīng)位位碼輸入有效的前提下，相應(yīng)位的字符才可被點亮。 由于在動態(tài)顯示方式下，每位顯示時間比較短，為了達(dá)到足夠的亮度

5、，需要較大的瞬時電流，所以必須加接驅(qū)動電路，如74067407ULN2003A等或用分立元件三極管作為驅(qū)動器。動態(tài)顯示時，一般在每位上持續(xù)點亮12ms，每隔20ms左右重復(fù)點亮一遍，重復(fù)掃描時間不能超過40ms，這樣就可實現(xiàn)穩(wěn)定顯示多位字符。,LED動態(tài)顯示實例,本例是應(yīng)用AT89C51單片機實現(xiàn)秒表功能。設(shè)計要求：采用4位共陽極LED設(shè)計4位數(shù)的LED動態(tài)顯示電路，其功能為0.1秒計時，從0開始，加到999.9秒時，自動歸0，周而復(fù)始循環(huán)計時，具有自動滅零功能。 (一)、參考電路 單片機采用AT89C51，系統(tǒng)時鐘fosc=12MHz，LED顯示器為4位共陽極數(shù)碼管，P0口為字段碼輸出，P2

6、口為位碼輸出，低電平有效，其具體參考電路如下圖所示。,(三)、繪制電路原理圖并仿真,1、用Keil編譯器編譯連接產(chǎn)生調(diào)試文件(.hex文件) 2、打開Proteus Professional軟件。 3、從Proteus元件庫中選取元器件。 AT89C51(單片機) 、 CAP(電容) 、 CRYSTAL(晶振)、CAP-ELEC(電解電容)、RES(電阻)、 RESPACK-8 (排阻)、7406 、7SEG-MPX4-CA (4位共陽極數(shù)碼管) 。 4、放置元器件、電源和地并連線。 5、設(shè)置元器件屬性。按電路所需設(shè)置元器件的屬性值。 6、加載目標(biāo)代碼文件。注意將Clock Frequency

7、欄中的頻率設(shè)為12MHz。 7、單擊仿真啟動按鈕，全速運行程序。 8、觀察并記錄4位數(shù)碼管的計時現(xiàn)象，注意觀察是否能實現(xiàn)所要求的功能。,【分析與練習(xí)】,若將電路中的共陽極數(shù)碼管改成共陰極數(shù)碼管，電路和程序應(yīng)如何修改以實現(xiàn)相同功能？,6-2 鍵盤接口,鍵盤在單片機系統(tǒng)中是一個很重要的部件，它主要用于輸入數(shù)據(jù)、查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，是人工干預(yù)計算機的主要手段。 微機中所用的鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤采用硬件電路來實現(xiàn)鍵盤編碼，每按一個鍵，鍵盤能自動產(chǎn)生按鍵代碼，鍵數(shù)較多，而且還具有多鍵處理和硬件去抖動功能。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)工作狀態(tài)，其他工作由軟件完成，這種鍵盤鍵數(shù)較少

8、，硬件簡單，一般在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用 。,1、按鍵開關(guān)去抖動問題,鍵盤的抖動時間一般為510ms，抖動現(xiàn)象會引起CPU對一次鍵操作進(jìn)行多次處理，從而可能產(chǎn)生錯誤。,一、鍵盤接口概述, 硬件去抖動,消除抖動不良后果的方法：,其中RC濾波電路去抖動電路簡單實用，效果較好。, 軟件去抖動 檢測到按鍵按下后，執(zhí)行延時10ms子程序后再確認(rèn)該鍵是否確實按下，消除抖動影響。,2、按鍵連接方式, 獨立式按鍵 獨立式按鍵是每個按鍵占用一根I/O端線。 特點： 各按鍵相互獨立，電路配置靈活； 按鍵數(shù)量較多時，I/O端線耗費較多，電路結(jié)構(gòu)繁雜； 軟件結(jié)構(gòu)簡單。 適用于按鍵數(shù)量較少的場合。 矩陣式鍵盤 I/O

9、端線分為行線和列線，按鍵跨接在行線和列線上，按鍵按下時，行線與列線發(fā)生短路。 特點： 占用I/O端線較少； 軟件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 適用于按鍵較多的場合。,3、鍵盤掃描控制方式 程序控制掃描方式 利用CPU在完成其他工作的空余，由主程序調(diào)用鍵盤掃描子程序來實現(xiàn)按鍵輸入。 特點：對CPU工作影響小，但應(yīng)考慮鍵掃描間隔周期不能太長，否則會影響對鍵輸入響應(yīng)的及時性。 定時控制掃描方式 利用定時/計數(shù)器每隔一段時間產(chǎn)生定時中斷，CPU響應(yīng)中斷后調(diào)用鍵盤掃描子程序來實現(xiàn)按鍵輸入。 特點：與程序控制掃描方式的區(qū)別是，在掃描間隔時間內(nèi)，前者用CPU工作程序填充，后者用定時/計數(shù)器定時控制。注意定時時間不能太長，否

10、則會影響對鍵輸入響應(yīng)的及時性。 中斷控制方式 中斷控制方式是利用外部中斷源，響應(yīng)鍵輸入信號。 特點：克服了前兩種控制方式可能產(chǎn)生的空掃描和不能及時響應(yīng)鍵輸入的缺點，既能及時處理鍵輸入，又能提高CPU運行效率，但要占用一個寶貴的中斷資源。,二、獨立式按鍵及其接口電路,單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，若使用按鍵較多時，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。由圖可知，一個44的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有16個按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時，矩陣式鍵盤較之獨立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多I/O口線。,三、矩陣式鍵盤及其接口電路,1、矩陣式鍵盤及其接口

11、電路,注意：按鍵編號=行編號4+列編號,矩陣式鍵盤掃描程序一般應(yīng)包括以下內(nèi)容： (1) 判別有無鍵按下。 (2) 鍵盤掃描取得閉合鍵的鍵值。 (3) 用計算法或查表法得到閉合鍵的鍵號。 (4) 判斷閉合鍵是否釋放，如沒釋放則繼續(xù)等待。 (5) 將閉合鍵鍵號保存，同時轉(zhuǎn)去執(zhí)行該閉合鍵的功能。,2、編制鍵盤掃描程序,鍵盤、顯示接口電路實例,本例是應(yīng)用AT89C51單片機設(shè)計一個44矩陣式鍵盤與單片機的接口電路，并編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序，以實現(xiàn)按鍵的識別。設(shè)計要求：該鍵盤共有16個按鍵，編號從116，剛開始時LED上顯示P-，然后每按一個按鍵，該鍵的鍵號在LED數(shù)碼管上顯示出來。 (一)、參考電路 單片

12、機采用AT89C51，P1口作為矩陣式鍵盤的接口，其中P1.0P1.3為行線，P1.4P1.7為列線； P0口和P2口分別作為數(shù)碼管的段碼接口和位碼接口，系統(tǒng)時鐘fosc=12MHz，其具體參考電路如下圖所示。,(三)、繪制電路原理圖并仿真,1、用Keil編譯器編譯連接產(chǎn)生調(diào)試文件(.hex文件) 2、打開Proteus Professional軟件。 3、從Proteus元件庫中選取元器件。 AT89C51(單片機) , CAP(電容) , CRYSTAL(晶振), RES(電阻), 7406, CAP-ELEC(電解電容), RESPACK-8 (排阻), 7SEG-MPX4-CA (共陽極數(shù)碼管) ,BUTTON(按鍵)。 4、放置元器件、電源和地并連線。 5、設(shè)置元器件屬性。按電路所需設(shè)置元器件的屬性值。 6、加載目標(biāo)代碼文件。注意將Clock Frequency欄中的頻率設(shè)為 12MHz。 7、單擊仿真啟動按鈕，全速運行程序。 8、觀察并