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第10章 MCS-51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计75987培训资料

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单片机第10章89C51与键盘显示器接口教材课程

单片机第10章89C51与键盘显示器接口教材课程
2020/8/6
2020/8/6
图10-7
图10-8为82C55扩展I/O口的独立式按键接口电路。
2020/8/6
图10-8
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。如图10-9所示。
图10-9 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。
2020/8/6
图10-11
89C51外扩一片8155H。RAM地址： 7E00H～7EFFH。 I/O口地址：7F00H～7F05H。
PA口为输出口，控制键盘列线的扫描，同时又是6位共阴极 显示器的位扫描口。
PB口作为显示器段码输出口，PC口作为键盘的行线状态的 输入口。
75452：反相驱动器，7407：同相驱动器。
利用单片机内的定时器，产生10ms的定时中断，对键盘进行 扫描。 3.中断工作方式
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。
键盘所做的工作分为三个层次。
2020/8/6
第1层：单片机如何来监视键盘的输入。三种工作方式：①编 程扫描②定时扫描③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：①扫描法；②线反转法。
1．动态显示程序设计 内部RAM 6个显示缓冲单元：79H～7EH，存放要显示的6位数
据。 81C55的PB口输出相应位的段码，依次改变PA口输出为高的位使
某一位显示某一字符，其它位为暗。动态地显示出由缓冲区 中显示数据所确定的字符。
2020/8/6
参考程序：
DIR： MOV R0,＃79H ；置缓冲器指针初值
方法:对键盘的列线进行逐列扫描，扫描口PA0～PA7依次输 出下列编码，即只有一列为低电平，其余各列为高电平：

第10章 MCS-51与键盘、显示器的接口设计

第10章 MCS-51与键盘、显示器的接口设计

扩展键盘接口
二. 键盘接口原理
1.键盘 原理
P.230
单片机系统中完成控制参数输入及修改的基本输 入设备，是人工干预系统的重要手段。 单片机与计算机在键盘规模/键符设置等方面差别 很大。
列 线
列线的电平决 定行线电平,
行线 输出
＋5V
即 行线电平 为按键闭合的 判断依据
二. 键盘接口原理
入 口
接高电平
公共阳极
P.226
＠ 单片机系统扩展LED数码管
时多用共阳LED:
b c h
h g f …… a
f e
a g d
共阳数码管每个段笔画是 用低电平(“0”)点亮的,要求驱
动功率很小；
而共阴数码管段笔画是用 高电平(“0”)点亮的，要求驱
低电平点亮
h g f e d c b a
D7 D6
D5 D4 D3 D2 D1 D0
第10章
MCS-51的键盘、显示器、拨盘
打印机的接口设计
学习内容： 数码管显示方法(动态/静态) 键盘的设计与控制 键盘扫描法和线反转法

学习目的： 掌握数码管显示方法(重点) 掌握独立按键的判别方法(重点) 了解键盘扫描和线反转法的基本实现方法

学习难点： 数码管动态显示方法 键盘的行扫描法和线反转法的编程实现
显示器显示状态(微观) 0 1
以8位LED 动态显示
2003.10.10 0
1
3FH
06H
为例
0
1
BFH
06H
3.
0
CFH
3FH
人 2 0 0 3. 1 0. 1 0 眼 0 看 1 到 的 3. 结 果

第10章AT89C51单片机与键盘显示器等的接口设计

第10章AT89C51单片机与键盘显示器等的接口设计

COM2=0 十位
COM1=0 个位
（b）
送显示位扫描信号： COM4=0 COM3=1 COM2=0 COM1=0 个位 十位 百位 千位 g 送 2 的显示段码： hgfedcba =10100100 f e d c b a COM3=0 百位 COM2=1 COM1=0 个位 十位
（c）
只要扫描信号的频率足够 快，加上LED数码显示器发光 的余晖效应和人的视觉暂留现 象，人们感觉到的好像是各位 同时显示的效果，而无闪烁现 象。 一般每个LED数码显示器 的显示时间为1～5ms。
b. 线反转法
第1步：列线输出为全低电平， 则行线中电平由高变低（或由 低变高）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（或由 低变高）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。
编程说明：


在单片机应用系统中，键盘扫描只是系统的部分程序。进 行软件系统编程时，一般作为子程序调用或中断服务程序 使用。该子程序入口参数为无，出口参数为键码值，一般 存于A。因此，其调用十分简单，但一定要注意返回的键码 值所对应的键在键盘的哪个位臵，即要掌握键码分配表。 矩阵式键盘尽管比独立式键盘复杂。但有了上述子程序后， 只要学会调用，你甚至不需要知道键盘扫描程序是如何编 写的，COPY即可，编程也就变得十分简单了。从这可以看 出平时注意查阅资料，收集实用子程序，掌握子程序的调 用，对提高编程效率是多么重要。
DELY10MS
JAN1 ANJ JAN1_PRG JAN1
;P1.0=0键被按下,延时消抖
;P1.0是否仍为低电平,否则重 新查询 ;按键有效,等待键释放 ;调用键功能程序 ;返回继续查询
P1.0

MCS-51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计

MCS-51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计
输出为高的位使某一位显示某一字符，其它位为暗。 动态地显示出由缓冲区中显示数据所确定的字符。程 序流程如图10-15 。
参考程序：
DIR： MOV R0,＃79H ；置缓冲器指针初值
MOV R3,＃01H ；位选码的初值送R3
MOV A,R3
LD0： MOV DPTR,＃7F01H；位选码→PA口（PA.0位）
LJMP PKEY3
;S3按下，转PKEY3处理
KEY4: CJNE A,#17H,KEY5 ;S4键未按下，转KEY5
LJMP PKEY4
;S4按下，转PKEY4处理
KEY5: CJNE A,#0FH,PASS ;S5未按下，转RETURN
LJMP PKEY5
;S5按下，转PKEY5处理
RETURN:RET
（2）用软件来消除按键抖动的影响。如有键按下，则 进行下一步。 （3）求按下键的键号。 （4）等待按键释放后，再进行按键功能的处理操作。 2. 定时扫描工作方式
利用单片机内的定时器，产生10ms的定时中断，对 键盘进行扫描。
3.中断工作方式 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。
PA口为输出口，控制键盘列线的扫描，同时又是6 位共阴极显示器的位扫描口。
PB口作为显示器段码输出口，PC口作为键盘的行 线状态的输入口。
75452：反相驱动器，7407：同相驱动器。
1．动态显示程序设计 8031内部RAM 6个显示缓冲单元：79H～7EH，存
放要显示的6位数据。 8155H的PB口输出相应位的段码，依次改变PA口
表10-1 LED段码（8段）
显示字符 共阴极 共阳极 显示字符 共阴极 共阳极
段码 段码

第10章 MCS-51与键盘、显示器的接口设计

第10章 MCS-51与键盘、显示器的接口设计

2.去抖动措施： 2.去抖动措施： 去抖动措施 软件去抖动：执行一段延时10ms的子程序 软件去抖动：执行一段延时10ms的子程序 10ms 硬件去抖动： 硬件去抖动：如双稳态消抖电路
10.2.1 键盘接口的工作原理 10.2.1 1.独立式键盘接口 1.独立式键盘接口
含义： 含义： 各键相互独立，一个按键－－一根输入口线。 各键相互独立，一个按键－－一根输入口线。 －－一根输入口线 式和查询方式2种 式和查询方式2 适用场合： 适用场合：适用于按键数较少或操作速度较高的场合
注：10－8和10－9,按键为外部RAM单元，MOVX
设计软件：请以 － 为电路 为电路， 设计软件：请以10－9为电路，采用软件去抖 动的方法，以查询方式检测， 动的方法，以查询方式检测，当且仅当有 一键按下时才予以识别， 一键按下时才予以识别，如有多键按下讲 不予处理。 不予处理。
此子程序如下： 此子程序如下：
按键未按下，输出为高 按键按下，输出为0 抖动时间一般为5～10ms
故确认一个按键是否按下的基本思想为： 故确认一个按键是否按下的基本思想为： ★在第一次检测到输出为低电平时，执行一段延时10ms 在第一次检测到输出为低电平时，执行一段延时10ms 10 的子程序后（去抖动）， ），再次确任该行线电平是否仍为 的子程序后（去抖动），再次确任该行线电平是否仍为 低电平，仍为低，则确认有键按下，否则视为干扰。 低电平，仍为低，则确认有键按下，否则视为干扰。 确认键是否释放则同样须防抖动。 确认键是否释放则同样须防抖动。
为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码 为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码 LED显示不同的符号或数字 LED提供 （或称字型码）。 或称字型码）。 字型和段码可由设计者自行设计，习惯排序如下： 字型和段码可由设计者自行设计，习惯排序如下： 排序如下

51单片机第10章dpj

51单片机第10章dpj

3．键盘的编码
按照各按键所在的行线、列线值为0，其它线为1，这
样每个键唯一对应一个编码。 4．行列式键盘工作原理和编程方法 首先需要对键盘按规定进行编码， 然后对行、列线逐次分析，准确识别按键的位置， 最后与键盘编码进行比对，识别出按键。
(1) 逐行扫描法 行扫描法又称为逐行(或逐列)扫描键盘查询法，是一 种最常用的按键识别方法，图10-7所示4×4行列式 键盘。查键过程如下：
(2) 单片机与键盘接口电路设计和编程；
(3) 静态、动态、专用芯片和液晶屏显示
的工作原理、接口电路设计和编程；
(4) 单片机与ZLG7290键盘显示专用器件
的接口电路设计和编程。
10.1 单片机与键盘的接口
键盘是由若干按键组成的开关阵列。
键盘有编码键盘和非编码键盘之分。单片机系 统中通常采用非编码键盘，非编码键盘主要由 软件来识别闭合键，具有结构简单、使用灵活 等特点，因此被广泛应用于单片机系统。
入为低电平。通过对连接按键的I/O端口的电平
检测，就能识别出K1键是否被按下。
3．按键抖动的消除方法 有两种：硬件去抖和软件延时去抖。 硬件去抖电路如图10-2所示。
10.1.2 键盘的接口方式 单片机系统中采用非编码键盘，非编码键盘分为独立式键盘和 行列式矩阵键盘。
1．独立式键盘接口
按键处理子程序： ORG LJMP ORG LJMP MAIN: MOV SETB SETB SETB 0000 MAIN 0013H KPINT1 SP,#6FH IT EX1 EA
① 判断键盘中有无键按下 ② 判断按键所在位置 ③ 求特征码 ④ 求键码(值) 查键处理程序见课本
(2) 线反转法
反转法的工作原理和查键步骤如下：

MCS-51单片机的人机接口


1.2 LED显示接口
显示接口是应用系统实时自动地向操作人员提供必要状态信息 的手段和途径之一，能使操作人员及时地观察到系统的运行情 况和对操作命令的响应结果
基于运行环境、可靠性、体积、功耗、成本等综合因素考虑， 发光二极管LED和数码管使用最为广泛，LCD以其显示信息丰 富也有较多应用
1.2.1 单个LED接口
所有情况
行反转法
可加快按键的识别速度 行线和列线所连接的并行端口都应是双向端口 先让连接行线的并行口工作在输出方式，让连接列线的并行口
工作在输入方式。通过程序向行线上全部送0，然后读入所有列 线的值。若有某键按下，必定某位列线值为0 之后，程序重新设置两个并行口的数据传输方向，并将刚才读 得的列线数据从列线所接并行口输出，然后读入所有行线的值
会自动增1或减1
状态标志位：指示LCD是否忙 光标/闪烁控制：用于控制光标是否显示和闪烁频率
1.3.2 LCD模块的CPU接口
LCD模块引线定义
引线号
符号
1 2 3 4 5 6 7～14
VSS VDD VEE RS R/W# E DB0~DB7
名称
功能
地 电源 液晶驱动电压 寄存器选择 读/写选择 片选
单片机原理与应用
人机接口
要了解系统的运行状态、适时干预系统处理过程 最常见的人机接口是键盘和显示器
键盘和显示电路通常由开发人员自行设计
1.1 键盘接口
利用按键可以向单片机输入数据和命令、选择系统功能 是人工操作介入单片机程序运行的主要手段 一组按键称为键盘 硬件上需要解决键盘与单片机的接口电路 软件则要实现对不同按键输入的识别解释功能
动态显示
将所有的段选线并联在一起，由一个8位输出口控制，而每位的 共阴极或共阳极点分别由单独的I/O口线控制

1与键盘、显示器的接口设计


+5V V
MCS51
PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7
74LS07
1008 +5V
8155
共阴极 显示器
COM5 COM4 COM3 COM2 COM1 COM0
PC1
12 11 10 9 8 7
+5V
PC0
65
74LS06
43
2
1 4.7k2
PA5
PA4
PA3
X1
输入口，列线接单片机的输出口，X0405 16 2
7 3
则可在单片机的控制下，先使
Y0 Y1 Y2 Y3
44行列式未编码键盘结构图
列线Y0为低电平，其它列线为高电平，读行线状态， 如所有行线均为高电平，则表明Y0这一列没有键闭合；如读 出的行线状态不全为高电平，则为低电平的行线和Y0相交的 键闭合。依次类推可获得与其它列线相交的闭合键。
键按下 闭合稳定 键释放
释放稳定
前沿抖动
后沿抖动
图27 按键时的抖动
消除键抖动可用硬件和软
件两种方法
Vcc （ +5V ）
A
输
出
B
Vcc（+5V） RS触发器消抖电路
一、独立式未编码键盘接口及处理程序
独立式键盘是各按 键相互独立地接通一条 输入数据线 。
MCS51 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 独立式未编码键盘
+5V
START： MOV MOV
K0： K1：
K7：
MOV JNB JNB JNB JNB JNB JNB JNB JNB JMP LJMP LJMP … LJMP

LED显示器接口原理

10k
X1
CRYSTAL
U2
19 XTAL1
18 XTAL2
9 RST
C3
1uF
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
AT89C51
RP1
10K
+5V
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
21 22 23 24 25 26 27 28
10 RXD 11 TXD 12 13 14 15 16 17
1 2 3 4 5 6 7 8 9
VCC VCC
P0
WR
80C51
P2.7 P2.6 P2.5 CBA
74LS138
Y0 Y1 Y2
≥1 ≥1 ≥1
D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 D4 Q4 D5 Q5 D6 Q6 D7 Q7 D8 G Q8
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
39 38 37 36 35 34 33 32
10.1 LED显示器接口原理
10.1.1 LED显示器的结构 LED(Light Emitting Diode) 常用的LED显示器为8段（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。 为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码(或称七 段码、字型码）。一个字节（8段）。各段与字节中各位对 应关系如下（习惯上还是以“a” 段对应段码的最低位）：

MCS-51第10章MCS-51与键盘和显示器的接口设计 (2)

① 扫描法。第1步，识别键盘有无键按下；第2步，如有 键被按下，识别出具体的键位。
下面以图10-9所示的键3被按下为例，说明识别过程。
第1步，识别键盘有无键按下。先把所有列线均置为0， 然后检查各行线电平是否都为高，如果不全为高，说明有键 按下，否则无键被按下。
例如，当键3按下时，第1行线为低，还不能确定是键3 被按下，因为如果同一行的键2、1或0之一被按下，行线也 为低电平。只能得出第1行有键被按下的结论。
；调用延时子程序，软件去键抖动
MOV A，P1
；再一次读入8个按键的状态
CJNE A，R3，RETURN；两次键值比较，不同， ；是抖动引起，转RETURN
KEY0： MOV C，P1.0；有键按下，读P1.0的按键状态 JC KEY1 ；P1.0为高，该键未按下，跳KEY1， ；判下一个键 LJMP PKEY0 ；P1.0的键按下，跳PKEY0处理
机对话的主要手段。 10.2.1 键盘输入应解决的问题 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。
2．键盘输入的特点 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。如图10-7 （a）所示，按键开关的两端分别连接在行线和列线上，通 过键盘开关机械触点的断开、闭合，其行线电压输出波形如 图10-7（b）所示。
单片机采用“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。
图10-4 4位LED静态显示电路
在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有显示 位的段码线的相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，而 各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各位的 分时选通。
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；屏蔽高三位 ；保存键盘状态值 ；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
2020/8/15
LJMP PKEY1
2020/8/15
图10-4：4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一 个8位I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。
2020/8/15
图10-5为8位LED动态显示2003.10.10的过程。 图（a)是显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通
显示，其余位则是熄灭的； 图（b)是实际显示结果，人眼看到的是8位稳定的
LJMP PKEY4
;S4按下，转PKH,PASS ;S5未按下，转RETURN
LJMP PKEY5
;S5按下，转PKEY5处理
RETURN:RET
;重键或无键按下，从子程序返回
2020/8识/15别和编程简单，用在按键数较少的场合。
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，
段对应段码的最低位。
2020/8/15
10.1.2 LED显示器工作原理 图10-2是4位 LED显示器的结构原理图。
N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。 2020/8/15
段码线控制显示的字型，
位选线控制该显示位的亮或暗。
静态显示和动态显示两种显示方式。
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（a～dp）分别与一个8位的锁存器
按上述格式，8段LED的段码如表10-1所示。
2020/8/15
表10-1只列出了部分段码，可根据实际情况选用。 另外，段码是相对的，它由各字段在字节中所处的
位决定。例如表10-1中8段LED段码是按格式：
而形成的， “0”的段码为3FH（共阴）。反之，如 将格式改为下列格式：
则 “0”的段码为7EH（共阴）。 字型及段码由设计者自行设定，习惯上还是以“a”
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。
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。
2020/8/15
10.2.2 键盘接口的工作原理
独立式按键接口和行列式键盘接口。 1.独立式键盘接口
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。显示的亮度高。 图10-3: 4位静态LED显示器电路。该电路各位
可独立显示。
2020/8/15
2. 动态显示方式
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。
2020/8/15
图10-9用三态缓冲器扩展的I/O口的按键接口电
路。
2020/8/15
对图10-9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 MOV R3,A LCALL DELAY10
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。
此种接口适于键数较少或操作速度较高的场合。 图10-7（a）为中断方式的独立式键盘工作电路
图10-7（b）为查询方式的独立式键盘工作电路。
2020/8/15
2020/8/15
图10-8为8255A扩展I/O口的独立式按键接口电路。
a. 扫描法
图10-10（b）中3号键被按下为例，来说明此键 时如何被识别出来的。
2020/8/15
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。
按键位于行、列的交叉点上。如图10-10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。
2020/8/15
（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。 （2）按键的识别方法
第10章 MCS-51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接 口设计
输入外设：键盘、BCD码拨盘等； 输出外设：LED显示器、LCD显示器、打印机等。
10.1 LED显示器接口原理 LED(Light Emitting Diode):发光二极管的缩写。
显示器前面冠以“LED”。
10.1.1 LED显示器的结构
;是K1键按下，转K1键处理 ；子程序PKEY1
KEY2: CJNE A,#1DH,KEY3 ;S2键未按下，转KEY3
LJMP PKEY2
;S2键按下，转PKEY2处理
KEY3: CJNE A,#1BH,KEY4 ;S3未按下，转KEY4
LJMP PKEY3
;S3按下，转PKEY3处理
KEY4: CJNE A,#17H,KEY5 ;S4键未按下，转KEY5
同时显示的字符。
2020/8/15
10.2 键盘接口原理 1. 键盘输入的特点
键盘：一组按键开关的集合。 行线电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合， 输出波形如图10-6。
2020/8/15
2. 按键的确认
检测行线电平 高电平：断开；低电平：闭合，
3.如何消除按键的抖动 常用软件来消除按键抖动。
常用的LED显示器为8段（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。如图10-1所示。
2020/8/15
2020/8/15
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）。
提供给LED显示器的段码（字型码）正好是一个字 节（8段）。各段与字节中各位对应关系如下：