第第9 9章章 键盘和显示器接口设计键盘和显示器接口设计n n键盘接口技术n n显示器接口技术1键盘和显示器接口设计(4)1. 对外设的选择对外设的选择2. 数据传送速度的匹配数据传送速度的匹配3. 数据的缓冲和锁存数据的缓冲和锁存4. 信息转换信息转换I/O接口电路的功能 2键盘和显示器接口设计(4)1. 无条件传送方式无条件传送方式2. 查询方式查询方式3. 中断方式中断方式4. DMA方式方式I/O数据传送的控制方式 3键盘和显示器接口设计(4)键键盘盘结结构构：主主要要有有按按键键式式键键盘盘和和旋旋钮钮式式键键盘盘两类。两类。按按键键式式键键盘盘：是是一一组组按按键键开开关关的的集集合合，包包括括机机械械式式、薄薄膜膜式式（100万万次次） 、电电容容式式（2000万次）和万次）和霍尔效应霍尔效应按键（按键（1亿次）亿次）编编码码键键盘盘：采采用用硬硬件件电电路路来来去去除除键键抖抖动动、实实现现键键的的自自动动编编码码，占占用用CPU时时间间少少，但但电电路路较较复复杂杂，主主要要有有BCD码码键键盘盘和和ASCII码码键盘。键盘。非非编编码码键键盘盘：仅仅提提供供键键的的开开关关状状态态，键键代代码码的产生等需要由软件来完成的产生等需要由软件来完成 键盘接口技术 4键盘和显示器接口设计(4)n n由于机械触点的弹性作用，在闭合及断开的瞬由于机械触点的弹性作用，在闭合及断开的瞬间，电压信号伴随有一定时间的抖动，抖动时间，电压信号伴随有一定时间的抖动，抖动时间与按键的机械特性有关，一般为间与按键的机械特性有关，一般为510ms。n n按键稳定闭合时间的长短则由操作者的按键动按键稳定闭合时间的长短则由操作者的按键动作决定，一般为作决定，一般为零点几秒到几秒零点几秒到几秒的时间。的时间。n n为了保证为了保证CPU确认一次按键动作，既确认一次按键动作，既不重复不重复也也不遗漏不遗漏，必须消除抖动的影响。，必须消除抖动的影响。n n通常采用通常采用软件消除抖动软件消除抖动：在程序执行过程中检：在程序执行过程中检测到有键按下时，先调用一段测到有键按下时，先调用一段延时延时（约（约20ms）子程序，然后判断该按键的电平是否仍保持在子程序，然后判断该按键的电平是否仍保持在闭合状态，如果是，则确认有键按下。闭合状态，如果是，则确认有键按下。 键盘的特点5键盘和显示器接口设计(4)n n独立式按键独立式按键 独立式按键就是各个按键相互独立，分别接独立式按键就是各个按键相互独立，分别接一条输入线，各条输入线上的按键工作状态一条输入线，各条输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线的工作状态。不会影响其它输入线的工作状态。 通过检测输入线的电平状态，判断哪个按通过检测输入线的电平状态，判断哪个按键被按下。键被按下。 独立式按键独立式按键电路配置灵活电路配置灵活，软件设计简单软件设计简单，缺点是每个按键需要一根输入口线，在按键缺点是每个按键需要一根输入口线，在按键数量较多时，数量较多时，占用大量的输入口资源占用大量的输入口资源，只适，只适用于按键较少或操作速度较高的场合。用于按键较少或操作速度较高的场合。键盘的硬件接口 6键盘和显示器接口设计(4)n n矩矩阵阵式式键键盘盘：矩矩阵阵式式键键盘盘由由行行线线和和列列线线组成，按键位于行、列的交叉点上。组成，按键位于行、列的交叉点上。 键盘的硬件接口 7键盘和显示器接口设计(4)n n通过键盘扫描，监视键盘的输入；通过键盘扫描，监视键盘的输入；n n确定具体按键，完成按键编码；确定具体按键，完成按键编码；n n执行与按键相应的功能模块。执行与按键相应的功能模块。 键盘接口的软件设计 8键盘和显示器接口设计(4)查询扫描方式查询扫描方式：CPU对键盘的扫描采取程序对键盘的扫描采取程序控制方式，一旦进入键扫描状态，就反复扫控制方式，一旦进入键扫描状态，就反复扫描键盘，等待键盘上输入命令或数据。描键盘，等待键盘上输入命令或数据。定时扫描方式定时扫描方式：这种方式是利用单片机内部：这种方式是利用单片机内部定时器产生定时中断（例如定时器产生定时中断（例如20ms），），CPU在在中断服务程序中对键盘进行扫描，并在有键中断服务程序中对键盘进行扫描，并在有键按下时识别出该键并执行相应键功能程序。按下时识别出该键并执行相应键功能程序。外部中断方式外部中断方式：在中断方式下，仅在键盘有：在中断方式下，仅在键盘有键按下时，产生外部中断请求，进入中断服键按下时，产生外部中断请求，进入中断服务程序，再执行键盘扫描和按键处理程序。务程序，再执行键盘扫描和按键处理程序。键盘的扫描方式 9键盘和显示器接口设计(4)n n对按键进行编码，是为了保证程序对按键进对按键进行编码，是为了保证程序对按键进行有序处理。行有序处理。n n独立式按键：独立式按键：数目相对较少，可根据实际需数目相对较少，可根据实际需要灵活处理，一般是依次连续编码。要灵活处理，一般是依次连续编码。n n矩阵式键盘：矩阵式键盘：按键的位置由行号和列号唯一按键的位置由行号和列号唯一确定。确定。第一种是对行号和列号分别进行二进制编第一种是对行号和列号分别进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高码，然后将两值合成一个字节，高4位位是行号，低是行号，低4位是列号；位是列号；第二种是依次排列键号，对按键进行连续第二种是依次排列键号，对按键进行连续编码。编码。键盘的编码 10键盘和显示器接口设计(4)n n重复键：重复键：在按键操作中，可能会出现同时按下在按键操作中，可能会出现同时按下两个以上键的情况，需要软件确定有效键。两个以上键的情况，需要软件确定有效键。 处理方法是：处理方法是： a. 多键均视为有效，按扫描顺序，将按键依多键均视为有效，按扫描顺序，将按键依次存入缓冲区中等待处理。次存入缓冲区中等待处理。 b. 继续对按键进行扫描，只判定最先（或最继续对按键进行扫描，只判定最先（或最后）释放的按键为有效，其它按键则无效。后）释放的按键为有效，其它按键则无效。n n连击：连击：连击是指一次较长时间的按键产生多次连击是指一次较长时间的按键产生多次击键的效果。等待按键释放的处理，目的就是击键的效果。等待按键释放的处理，目的就是为了消除连击，对一次按键只执行一次键功能，为了消除连击，对一次按键只执行一次键功能，避免多次重复执行。避免多次重复执行。键盘特殊情况处理方法 11键盘和显示器接口设计(4)查询方式典型电路 12键盘和显示器接口设计(4)中断方式典型电路 13键盘和显示器接口设计(4)独立式按键接口电路设计 14键盘和显示器接口设计(4)独立式按键接口电路设计 KEY: MOV DPTR, #7FFFH ；送按键地址 MOVX A, DPTR ；读键盘状态 ANL A, #0FH ；屏蔽高4位 MOV R2, A ；保存键盘状态值 LCALL DL10MS ；延时10ms消抖 MOVX A, DPTR；再读键盘状态 ANL A, #0FH ；屏蔽高4位 CJNE A, R2, EXIT ；若两次不一样，按键无效 CJNE A, #0EH, TO_2 ；K1键未按下，转TO_2 15键盘和显示器接口设计(4)独立式按键接口电路设计 LJMP KEY1 ；是K1键按下，转键1处理TO_2: CJNE A, #0DH, TO_3；K2键未按下，转TO_3 LJMP KEY2 ；K2按下，转键2处理TO_3: CJNE A, #0BH, TO_4；K3键未按下，转TO_4 LJMP KEY3 ；K3按下，转键3处理TO_4: CJNE A, #07H, EXIT ；K4键未按下，返回 LJMP KEY4 ；K4键按下，转键4处理EXIT: RET ；重键或无键按下，返回16键盘和显示器接口设计(4)n n由于矩阵式键盘中的行、列线为多键共用，由于矩阵式键盘中的行、列线为多键共用，各按键状态的变化都会影响该键所在行和各按键状态的变化都会影响该键所在行和列的电平。列的电平。n n必须将行、列线的电平信号配合起来并作必须将行、列线的电平信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。适当的处理，才能确定闭合键的位置。n n按键的识别方法按键的识别方法 : :扫描法扫描法 、线反转法 n n矩阵键盘接口电路设计及编程矩阵键盘接口电路设计及编程 设计矩阵式键盘接口设计 17键盘和显示器接口设计(4)n n扫扫描描法法：是是最最常常用用的的方方法法，需需要要分分两两步步来来完成：完成：n n第第一一步步，判判断断键键盘盘有有无无键键被被按按下下。方方法法是是将将所所有有列列线线均均置置为为低低电电平平，检检查查各各行行线线电电平平是是否否有有变变化化，如如果果有有变变化化，说说明明有有键键被按下。被按下。n n第第二二步步，确确定定按按键键位位置置。CPU把把各各列列依依次次置置为为低低电电平平，其其余余的的列列置置为为高高电电平平，检检查查各各行行线线电电平平的的变变化化，如如果果某某行行线线电电平平变变为为低低电电平平，则则可可确确定定该该列列与与该该行行交交叉叉点点处处的按键被按下。的按键被按下。按键的识别方法扫描法扫描法 18键盘和显示器接口设计(4)n n1、将行线编程为输入线，列线编程为输出、将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使列线输出低电平，则行线中电平线，并使列线输出低电平，则行线中电平由高到低所在行为按键所在行；由高到低所在行为按键所在行；n n2、与上一步相反，将行线编程为输出线，、与上一步相反，将行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使行线输出为低电列线编程为输入线，并使行线输出为低电平，则列线中电平由高到低所在列为按键平，则列线中电平由高到低所在列为按键所在列，根据按键所在的行和列，即可确所在列，根据按键所在的行和列，即可确定按键所在位置。定按键所在位置。n n采用线反转法的特点是不需要对键盘逐列采用线反转法的特点是不需要对键盘逐列检测，简单实用。检测，简单实用。按键的识别方法线反转法线反转法19键盘和显示器接口设计(4)按键的识别方法线反转法线反转法20键盘和显示器接口设计(4)矩阵式键盘接口硬件设计 21键盘和显示器接口设计(4)矩阵式键盘接口软件设计 程序分为3个模块 ：键盘扫描模块确定按键位置模块按键编码模块 模块都采用子程序结构，在主程序中，按顺序调用各个子模块。 键盘扫描模块中，判断有无键按下时，采用延时10ms子程序进行消除抖处理。 通过设置处理标志来区分闭合键是否已处理过。用计算方法得到键码，高4位代表行，低4位代表列。22键盘和显示器接口设计(4)矩阵式键盘接口扫描程序框图 23键盘和显示器接口设计(4)LED显示器接口设计 LED（Light Emitting Diode）显示器是由若干发光二极管组成的，每个二极管称为一个字段。LED显示器有三种通用格式：可显示数字和十六进制字母的8段显示管（8字型）显示数字和全部英文字母的18段显示管（米字型）点阵显示器8段显示管是最经济和最常用的显示器。LED分为共阴极和共阳极两种结构形式。24键盘和显示器接口设计(4)共阴极7段显示器字型编码 25键盘和显示器接口设计(4)n n静态显示方式：静态显示方式：LED显示器中各位的公共显示器中各位的公共端（共阴极或共阳极）连接在一起，而每端（共阴极或共阳极）连接在一起，而每位的段选线分别与位的段选线分别与8位锁存器输出相连接。位锁存器输出相连接。n n每个显示字符经锁存器输出后，每个显示字符经锁存器输出后，LED即保即保持连续稳定显示，直到输出下一个显示字持连续稳定显示，直到输出下一个显示字符。符。n n采用静态显示方式时，编程比较简单，电采用静态显示方式时，编程比较简单，电流始终流过每个点亮的字段，亮度较高，流始终流过每个点亮的字段，亮度较高，但占用的输出口线较多。但占用的输出口线较多。静态显示方式 26键盘和显示器接口设计(4)n n在多个在多个LED显示时，可采用动态显示，方法显示时，可采用动态显示，方法是将所有位的是将所有位的段选线相应并联段选线相应并联，由一个，由一个8位位I/O口控制，从而形成段选线的多路复用，同口控制，从而形成段选线的多路复用，同时，时，各位的公共端分别由相应的各位的公共端分别由相应的I/O线控制，线控制，实现分时选通。实现分时选通。n n采用采用循环扫描显示循环扫描显示的方法，即在某一时刻，的方法，即在某一时刻，只选通一条位选线，并输出该位的字段码，只选通一条位选线，并输出该位的字段码，其余位则处于关闭状态。由于其余位则处于关闭状态。由于人眼的视觉暂人眼的视觉暂留留以及以及LED的余辉，可以达到同时显示的效的余辉，可以达到同时显示的效果。果。n n采用动态显示时，需要确定采用动态显示时，需要确定LED各位显示的各位显示的保持时间保持时间。动态显示方式 27键盘和显示器接口设计(4)n n应用于单片机的应用于单片机的LED显示接口可分为显示接口可分为并行并行和和串串行行两种。两种。n n常用的并行接口芯片有常用的并行接口芯片有Intel8279通用可编程键通用可编程键盘显示器接口芯片。盘显示器接口芯片。n n集成芯片有集成芯片有BCD/七段译码器七段译码器/驱动器驱动器n n串行接口芯片：串行接口芯片：I2C总线总线LED驱动器驱动器n nLED显示器是电流型控制器件，其工作电流约显示器是电流型控制器件，其工作电流约为为220mA。n n在接口电路设计时，应考察驱动输出是否满足在接口电路设计时，应考察驱动输出是否满足LED工作电流的要求，加适当的限流电阻。工作电流的要求，加适当的限流电阻。LED显示器接口电路设计 28键盘和显示器接口设计(4)n nIntel 8155H/8156HIntel 8155H/8156H是可编程并行是可编程并行I/OI/O接口，片接口，片内有内有256256字节字节RAMRAM，2 2个个8 8位、位、1 1个个6 6位可编程并行位可编程并行I/OI/O口口和和1 1个个1414位定时位定时/ /计数器计数器 n n用用81558155并行扩展口构成的键盘、显示器接口电并行扩展口构成的键盘、显示器接口电路。键盘为路。键盘为4848矩阵键盘矩阵键盘，LEDLED为为8 8位位8 8段共阴段共阴极显示器极显示器n n81558155工作于方式工作于方式0 0，PAPA口提供显示器位选码，口提供显示器位选码，PBPB口提供段选码；键盘列输出由口提供段选码；键盘列输出由PAPA口提供，行口提供，行输入由输入由PC0PC0PC3PC3提供。提供。n nLEDLED的段、位信号均由的段、位信号均由8 8位集电极开路输出的位集电极开路输出的87188718驱动器驱动。驱动器驱动。 8155构成的键盘和显示器接口电路 29键盘和显示器接口设计(4)8155构成的键盘和显示器接口电路 30键盘和显示器接口设计(4)8155构成的键盘和显示器接口电路 动态显示子程序: P209-21031键盘和显示器接口设计(4)n nLCD（Liquid Crystal Display）液晶显示器）液晶显示器n n它它是是在在两两片片玻玻璃璃之之间间夹夹上上1012m薄薄层层液液晶晶流体而制成的。流体而制成的。n nLCD是是一一种种被被动动式式的的显显示示器器，利利用用液液晶晶能能改改变变光线通过方向的特性，来达到显示的目的。光线通过方向的特性，来达到显示的目的。n nLCD的的工工作作电电流流为为A级级，寿寿命命长长，厚厚度度约约为为LED的的1/3，有功耗低。，有功耗低。n n按按显显示示排排列列形形式式，可可分分为为笔笔段段型型、字字符符型型和和点点阵图形型阵图形型 n nLCD驱驱动动信信号号多多是是交交流流电电压压，通通常常为为30150Hz的方波的方波 , ,静态直流电压不能大于静态直流电压不能大于50mV 50mV LCD原理和分类 32键盘和显示器接口设计(4)n nLCD电路工作时，必须有相应的电路工作时，必须有相应的控制器控制器、驱动驱动器器，还需要，还需要存储命令存储命令和和字符的字符的RAM和和ROMn n上述电路设计组合在一块电路板上，称为上述电路设计组合在一块电路板上，称为液晶液晶显示模块显示模块LCM（Liquid Crystal Module）。n nLCM与单片机接口大大简化，只需按照液晶与单片机接口大大简化，只需按照液晶模块的时序，写入命令和显示内容，即可完成模块的时序，写入命令和显示内容，即可完成显示。显示。n nLCM包括包括字符型字符型和和图形型图形型两种。两种。n nLCD与单片机的接口有与单片机的接口有并行并行和和串行串行方式。方式。LCD接口技术 33键盘和显示器接口设计(4)n n1）LCD与单片机的并行接口与单片机的并行接口 硬硬件件接接口口电电路路主主要要包包括括正正确确连连接接其其片片选选控控制制、读读、写写和和并并行行数数据据总总线线。LCD通通常常还还有有亮亮度度调调节等辅助功能节等辅助功能 n n2）LCM与单片机的串行接口与单片机的串行接口 串串行行接接口口的的LCD已已得得到到越越来来越越多多的的应应用用，LCD串行接口的协议有多种串行接口的协议有多种 n nLCD模模块块产产品品非非常常丰丰富富，应应用用方方法法各各有有不不同同，根据实际需要选择。根据实际需要选择。 LCD与单片机的接口 34键盘和显示器接口设计(4)作业P218：3、5 35键盘和显示器接口设计(4)