1、第10章 AT89S51單片機(jī)與輸入/輸出外設(shè)的接口,10.1 LED數(shù)碼管的顯示原理,LED（Light Emitting Diode）發(fā)光二極管縮寫。LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的。常見的LED數(shù)碼管為“8”字型的，共計8段。每一段對應(yīng)一個發(fā)光二極管。有共陽極和共陰極兩種。,10.1 LED數(shù)碼管的顯示原理,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）。 LED數(shù)碼管共計8段。正好是一個字節(jié)。習(xí)慣上是以“a”段對應(yīng)段碼字節(jié)的最低位。各段與字節(jié)中各位對應(yīng)關(guān)系如表10-1所示。,10.1 LED數(shù)碼管的顯示原理,按照表10-2種所示數(shù)據(jù)點亮

2、對應(yīng)的字段，就能顯示出相應(yīng)的數(shù)字。這種表格也叫做七段數(shù)碼管的“字碼表”。,10.1 LED數(shù)碼管的顯示原理,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。,10.1.2 LED數(shù)碼管工作原理,LED數(shù)碼顯示器件有兩種常用的驅(qū)動方法：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。 1LED靜態(tài)顯示方式 無論多少位LED數(shù)碼管，同時處于顯示狀態(tài)。,10.1.2 LED數(shù)碼管工作原理,【程序舉例與演示】,#include unsigned char DisTable16= 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80

3、,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e; void main (void) unsigned char temp=0; while(1) P0=DisTabletemp; temp+; if(temp=15) temp=0; ,10.1.2 LED數(shù)碼管工作原理,靜態(tài)顯示方式接口編程容易，但是占用口線較多。若用I/O口線接口，要占用4個8位I/O口。因此在顯示位數(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，這時一般都采用動態(tài)顯示方式。,10.1.2 LED數(shù)碼管工作原理,2LED動態(tài)顯示方式 無論在任何時刻只有一個LED數(shù)碼管處于顯示

4、狀態(tài)，即單片機(jī)采用“掃描”方式控制各個數(shù)碼管輪流顯示。,10.1.2 LED數(shù)碼管工作原理,在多位LED顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有顯示位的段碼線的相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，形成各位的分時選通。 雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)，而在同一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，由于余輝和人眼的“視覺暫留”作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成“多位同時亮”的假象，達(dá)到同時顯示的效果。,10.1.2 LED數(shù)碼管工作原理,10.1.2 LED數(shù)碼管工作原理,【程序舉例與演示】,#include sbit A1=P20; sbit A2

5、=P21; unsigned char DisTable16= 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e; void main (void) unsigned char temp=0; A1=0; A2=0;,while(1) P0=DisTabletemp; A1=1;/數(shù)碼管1點亮 temp+; A1=0;/數(shù)碼管1熄滅 P0=DisTabletemp; A2=1;/數(shù)碼管2點亮 temp+; A2=0;/數(shù)碼管2熄滅 if(temp=2)

6、temp=0; ,10.1.2 LED數(shù)碼管工作原理,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。,10.2 鍵盤接口原理,10.2.1 鍵盤輸入應(yīng)解決的問題 1鍵盤的任務(wù) (1) 判別是否有鍵按下？若有，進(jìn)入下一步工作。 (2)識別哪一個鍵被按下，并求出相應(yīng)的鍵值。 (3)根據(jù)鍵值，找到相應(yīng)鍵值的處理程序入口。 2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。,10.2 鍵盤接口原理,10.2.1 鍵盤輸入應(yīng)解決的問題 3按鍵的識別 有系統(tǒng)有不止一個按鍵時，如何判斷哪個按鍵

7、被按下了，以及用戶是否放開了按鍵（只按了一下按鍵，還是按著不放手）。 4如何消除按鍵的抖動 按鍵去抖動的方法有兩種： 軟件延時法。 采用專用的鍵盤/顯示器接口芯片，這類芯片中都有自動去抖動的硬件電路。,10.2 鍵盤接口原理,按鍵抖動,按鍵在松開時一瞬間的波形，由低電平跳變至高電平,將上升沿放大后發(fā)現(xiàn)“毛刺”信號 容易導(dǎo)致誤觸發(fā)和錯誤計數(shù),10.2 鍵盤接口原理,去抖動算法 If（KEY=0）/檢測到有按鈕被按下 delay(10);/延時一段時間 if（KEY=0）/按鈕是不是依然被按著 用戶代碼; ,10.2 鍵盤接口原理,鍵盤可分為兩類：非編碼鍵盤和編碼鍵盤。 我們常用的直接把按鈕和單片

8、機(jī)I/O連接在一起的鍵盤屬于非編碼鍵盤，利用專用控制芯片（后面要介紹到的CH514）的鍵盤屬于編碼鍵盤。 （1）獨立式鍵盤 特點是：一鍵一線，各鍵相互獨立，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，如圖10-8所示。,10.2 鍵盤接口原理,工作過程分析：當(dāng)沒按鍵按下時，讀取P1口，返回的都是0 xFF，當(dāng)有一個，或者多個按鈕按下后，P1口對應(yīng)的位將變?yōu)榈碗娖健?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。,圖10-8 獨立式鍵盤接口電路,10.2 鍵盤接口原理,【讀取過程演示】,11111111,01111111,01101111,

9、1、在沒有按鈕按下時，由于上拉電阻的作用，P1=0 xFF。 2、當(dāng)P1.0處按鈕被按下后，對應(yīng)位變成0，P1=0 xFE。 3、如果有多個按鈕被同時按下，對應(yīng)位變成0，P1=0 xF6。,10.2 鍵盤接口原理,（2）矩陣式鍵盤 矩陣式（也稱行列式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多的場合，由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。如圖10-9所示，一個4x4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個16個按鍵鍵盤。在按鍵數(shù)目較多的場合，要節(jié)省較多的I/O口線。,圖10-9 矩陣式鍵盤接口,10.2 鍵盤接口原理,矩陣鍵盤的讀取有兩種常見的方法：掃描法和線反轉(zhuǎn)法。兩者的硬件電路有微小差別，請注意區(qū)別。, 掃描法讀取步驟，

10、以圖10-9為例。 第1步，識別鍵盤有無鍵按下。先把所有列線均置為0，然后檢查各行線電平是否都為高，如果不全為高，說明有鍵按下，否則無鍵被按下。 第2步，識別出哪個按鍵被按下。采用逐列掃描法，在某一時刻只讓1條列線處于低電平，其余所有列線處于高電平。,圖10-9 矩陣式鍵盤接口,10.2 鍵盤接口原理,【讀取過程演示】,1,1,1,1,0,1,1,1,第一步：設(shè)置P1為0 xEF,讀P1口，判斷低四位的狀態(tài) P1.0，P1.1，P1.2，P1.3均為1 沒有按鍵按下,比如按下6號按鈕,第二步：設(shè)置P1為0 xDF,第三步：設(shè)置P1為0 xBF,讀P1口，判斷低四位的狀態(tài) 此時P1.1為0，判斷

11、為第2行 第3列的按鈕被按下,1,0,0,第四步：設(shè)置P1為0 x3F,0,0,10.2 鍵盤接口原理, 線反轉(zhuǎn)法讀取步驟，以圖10-10為例,第一步，P1.0P1.3輸出全為“0”，然后，讀入P1.4P1.7線的狀態(tài)，結(jié)果P1.4=0，而P1.5P1.7均為1，因此，第1行出現(xiàn)電平的變化，說明第1行有鍵按下； 第二步，讓P1.4P1.7輸出全為“0”，然后，讀入P1.0P1.3位，結(jié)果P1.0=0，而P1.1P1.3均為1，因此第4列出現(xiàn)電平的變化，說明第4列有鍵按下。,圖10-10 采用線反轉(zhuǎn)法的矩陣式鍵盤,10.2 鍵盤接口原理,【讀取過程演示】,第一步，設(shè)置P1=0 x0F,1 1 1

12、 1 0 0 0 0,按下按鈕6后，P1變成0 x0D 說明第3列有按鍵按下,第二步，設(shè)置P1=0 xF0,由于按鈕6一直被按著 所以P1變成0 xD0 說明第2行有按鍵被按下,綜合判斷是按鈕6,1 0 1 1 0 0 0 0,0 0 0 0 1 1 1 1,0 0 0 0 1 0 1 1,10.2 鍵盤接口原理,10.2.3 鍵盤的工作方式 單片機(jī)在忙于其他各項工作任務(wù)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(yīng)按鍵操作，又不過多占用單片機(jī)工作時間。鍵盤工作方式有3種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。,10.2 鍵盤接口原理,1編程掃描方式 while

13、(1) KeyNumber=ReadKey();/在while循環(huán)中不停讀取按鍵狀態(tài) 2定時掃描方式 void timer0_int() interrupt 1 KeyNumber=ReadKey();/在定時器中斷函數(shù)中讀取按鍵狀態(tài) 3中斷掃描方式 void EXT0_int() interrupt 0 KeyNumber=ReadKey();/在外中斷函數(shù)中讀取按鍵狀態(tài) ,10.2 鍵盤接口原理,非編碼矩陣式鍵盤所完成的工作分為3個層次。 （1）單片機(jī)如何來監(jiān)視鍵盤的輸入 體現(xiàn)在鍵盤的工作方式上就是：編程掃描；定時掃描；中斷掃描。 （2）確定按下鍵的鍵號 體現(xiàn)在按鍵的識別方法上就是：掃描法

14、；線反轉(zhuǎn)法。 （3）根據(jù)按下鍵的鍵號，實現(xiàn)按鍵的功能，即跳向?qū)?yīng)的鍵處理程序。,10.3 鍵盤/顯示器接口設(shè)計實例,常見的鍵盤顯示實現(xiàn)方式： 1. 利用AT89S51串行口實現(xiàn)的鍵盤/顯示器接口 2. 各種專用的鍵盤/顯示器接口芯片 用專用芯片，可省去編寫鍵盤/顯示器動態(tài)掃描程序以及鍵盤去抖動程序編寫的繁瑣工作。目前各種專用接口芯片種類繁多，各有特點，總體趨勢是并行接口芯片逐漸退出，串行接口芯片越來越多的得到應(yīng)用。 早期的較為流行的鍵盤/顯示器芯片8279，目前流行的鍵盤/顯示器接口芯片均采用串行通信方式，占用口線少。常見的芯片有：周立功公司的ZLG7289A、ZLG7290B、MAX7219、南京沁恒公司的CH451、HD7279和BC7281等。,10.3 鍵盤/顯示器接口設(shè)計實例,專用接口芯片CH451實現(xiàn)的鍵盤/顯示器控制 1. 基本功能與引腳介紹 內(nèi)部集成數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制的專用鍵盤/顯示器接口芯片。內(nèi)置RC振蕩電路，可以直接動態(tài)驅(qū)動8位LED數(shù)碼管(或者64只LED)，可實現(xiàn)顯示數(shù)字左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)、各位顯示數(shù)字獨立閃爍等功能。內(nèi)置大電流驅(qū)動級，段電流不小于30mA，字電流不小于160mA，并有16級亮度控制功