7.5 MCS-51与键盘、显示器的接口设计输入外设：键盘 输出外设：LED显示器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”。1.1 LED显示器的结构常用的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。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：按上述格式，8段LED的段码如表10-1所示。显示字符共阴极 段码共阳极 段码显示字符共阴极 段码共阳极 段码03FHC0Hc39HC6H106HF9Hd5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7HA77FH88H“灭”00HFFHb7CH83H表10-1 LED段码（8段）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”段对应段码的最低位。N个LED显示块有N位位选线和8N根段码线。 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。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（adp）分别与一个8位的锁存器 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。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。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。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位稳定的同时显示的字符。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。2. 按键的确认检测行线电平高电平：断开；低电平：闭合，常用软件来消除按键抖动。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。3.如何消除按键的抖动当键松开时，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。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。图10-8为8255A扩展I/O口的独立式按键接口电路。图10-9用三态缓冲器扩展的I/O口的按键接口电 路。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BFFFHMOVX A,DPTR；读键盘状态ANL A,#1FH；屏蔽高三位MOV R3,A；保存键盘状态值LCALL DELAY10；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RETURNCJNE A,#1EH,KEY2 ；相等，有键按下，不等转KEY2LJMP PKEY1;是K1键按下，转K1键处理；子程序PKEY1KEY2: CJNE A,#1DH,KEY3 ;S2键未按下，转KEY3LJMP PKEY2 ;S2键按下，转PKEY2处理KEY3: CJNE A,#1BH,KEY4 ;S3未按下，转KEY4LJMP PKEY3 ;S3按下，转PKEY3处理KEY4: CJNE A,#17H,KEY5 ;S4键未按下，转KEY5LJMP PKEY4 ;S4按下，转PKEY4处理KEY5: CJNE A,#0FH,PASS ;S5未按下，转RETURNLJMP PKEY5 ;S5按下，转PKEY5处理RETURN:RET ;重键或无键按下，从子程序返回识别和编程简单，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， 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。（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。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。上述方法称为扫描法，即先把某一列置低电平， 其余各列为高电平，检查各行线电平的变化，如果某 行线电平为低，可确定此行列交叉点处的按键被按 下。b. 线反转法 只需两步便能获得此按键所在的行列值，线反转 法的原理如图10-11。第1步：列线输出为全低电平，则行线中电平由高变低 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 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。（3）键盘的编码根据实际需要灵活编码。2.3 键盘的工作方式单片机在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘的输 入，取决于键盘的工作方式。原则：即要保证能及时响应按键操作，又不要过多占 用CPU的工作时间。通常，键盘工作方式有3种，即编程扫描、定时扫 描和中断扫描。1. 编程扫描方式只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序， 扫描键盘。工作过程：（1）在键盘扫描子程序中，先判断有无键按下。方法：PA口8位输出全0，读PC口低4位状态，若PC0 PC3为全1，则说明键盘无键按下；若不全为1，则说明 键盘可能有键按下。（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。键盘所做的工作分为三个层次，如图10-13。第1层：单片机如何来监视键盘的输入。三种工作方式：编程扫描定时扫描中断扫描。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：扫描法；线反转法。第3层：执行键处理程序。3 键盘/显示器接口设计实例一般把键盘和显示器放在一起考虑。3.1 利用并行I/O芯片实现键盘/显示器接口图10-14：8031用扩展I/O接口芯片8155H实现的 6位LED显示和32键的键盘/显示器接口电路。图中 8155H也可用8255A来替代。8031外扩一片8155H。RAM地址：7E00H7EFFH。 I/O口地址：7F00H7F05H。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：79H7EH，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 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R3MOV A,R3LD0： MOV DPTR,7F01H；位选码PA口（PA.0位） ；最左边LED亮 MOVX DPTR,AINC DPTR ；数据指针指向PB口MOV A,R0 ；显示数据AADD A,0DH ；加偏移量（下条指令到表首间；所有指令占的单元数）MOVC A,APC ；根据显示数据来查表取段码DIR1： MOVX DPTR,A ；段码8155HPB口 ACALL DL1ms ；该位显示1ms INC R0 ；指针指向下一个数据单元MOV A,R3 ；位选码送入A中 JB Acc.5,LD1 ；判断是否扫描到最右边的 ； LED，如到最右边则返回 RL A ；位选码向左移一位，准备让; 右边的下一位LED亮MOV R3,A ；位选码送R3中保存 AJMP LD0 ;LD1： RET ; DSEG： DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH ；共阴极段码表DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CHDB 39H,5EH,79H,71H,73H,3EHDB 31H,6EH,1CH,23H,40H,03H DB 18H,00HDL1ms： MOV R7,02H；延时1ms子程序 DL： MOV R6,0FFH DL6： DJNZ R6,DL6 DJNZ R7,DL RET 2键盘程序设计 （1）判别键盘上有无键闭合 （2）去除键的机械抖动 （3）判别闭合键的键号 （4）使CPU对键的一次闭合仅作一次处理键盘程序的流程如图10-16。键盘子程序如下： KEYI：ACALL KS1 ；调用判有无键闭合子程序JNZ LK1 ；有键闭合，跳LK1NI： ACALL DIR ；无键闭合，调用显示子程序,延；迟6ms后，跳KEYI AJMP KEYI LK1： ACALL DIR ；可能有键闭合，软件延迟12ms去抖 ACALL DIR ACALL KS1 ；调用判有无键闭合子程序 JNZ LK2 ；经去抖，判键确实闭合，跳LK2 ACALL DIR；调用显示子程序延迟6ms AJMP KEYI；抖动引起，跳KEYI LK2： MOV R2,0FEH ；列选码R2 MOV R4,00H；R4为列号计数器LK4： MOV DPTR,7F01H ；列选码8155H的PA口 MOV A,R2 ; MOVX DPTR,A ; INC DPTR ；数据指针增2，指向PC口 INC DPTR ; MOVX A,DPTR ；读8155H PC口 JB A