《单片机原理与接口技术》第10章 人机接口技术.ppt

高等职业教育计算机类课程规划教材 单片机原理与接口技术 大连理工大学出版社 第10章人机接口技术 10 1键盘接口10 2显示接口 10 1 1按键与去抖1 键盘的分类 1 独立连接式键盘独立连接式键盘是一种最简单的键盘 每个键独立地接入一根数据输入线 独立连接式键盘如图10 1所示 这种键盘的优点是结构简单 使用方便 但随着键数的增加 被占用的I O口线也将增加 2 矩阵式键盘矩阵式键盘是指由若干个按键组成的开关矩阵 10 1键盘接口 图10 14个独立按键 4行4列矩阵式键盘如图10 2所示 这种键盘的优点是使用较少的I O口线可以实现对较多键的控制 图10 24行4列矩阵式键盘 2 按键的抖动处理对于图10 2所示的键盘来说 如果Y1为低电平 按下和释放1号键的过程中 X0上的电压波形如图10 3所示 去除抖动可以采用硬件和软件两种方法 硬件方法 就是在按键输入通道上加硬件去抖动电路 从根本上避免电压抖动的产生 软件方法 则采用时间延迟 躲过抖动 待电压稳定之后 再进行状态输入 由于人的按键速度与单片机的运行速度相比要慢很多 所以 软件延时的方法从技术上完全可行 而且经济上更加实惠 因而被越来越多地采用 图10 3键按下和释放时的行线电压波形 10 1 2键盘接口键盘接口的主要功能是对键盘上所按的键进行识别 使用专用的硬件进行识别的键盘称为编码键盘 使用软件进行识别的键盘称为非编码键盘 1 键盘接口的工作原理以如图10 2所示的4行4列的矩阵式键盘为例 图中键盘的行线X0 X3通过电阻接 5V 当键盘上没有键闭合时 所有的扫描线和回送线都断开 无论扫描线处于何种状态 回送线都呈高电平 当键盘上某一键闭合时 则该键所对应的扫描线和回送线被短路 CPU对键盘扫描可以采取以下方式 1 程序控制的随机方式 2 定时控制方式 3 中断方式 2 键输入程序设计方法对于非编码键盘而言 仅有键盘的接口电路是不够的 还需要编制相应的键输入程序 实现对键盘输入内容的识别 键输入程序的功能包括以下五部分 1 判断键盘上是否有键闭合 2 去除键的机械抖动 3 确定闭合键的物理位置 4 得到闭合键的编号 5 确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理3 键盘接口方式 1 独立按键接口 静态方式 在单片机系统中所需按键数量较少时 采用独立式键盘 这种键盘结构简单 每个按键接单片机的一条I O线 或接TTL扩展并行输入口 通过对输入线的查询 可以识别每个按键的状态 例10 1 见教材P208页 2 行反转法矩阵式键盘接口如果在单片机系统中需要安排较多的按键时 通常把键排列成矩阵形式 这样可以更合理地利用硬件资源 矩阵按键可以采用行反转法和扫描法进行识别 行反转法识别按键时采取以下步骤 第一步输出 将与键阵相连的两组I O口线中的一组设置为输入线 接收线 另一组设置为输出线 扫描线 输入线的初值为全1 输出线的初值为全0 当有键被按下时 输入线至少有一位为0 说明该输入线上至少有一个键闭合 并将输入线数据保存 MCS 51单片机可以采取两种方法判断是否有键闭合 一种方法是将所有输入线逻辑与后接MCS 51的外部中断输入 通过中断法进行识别 另一种方法是逐条查询输入线是否出现低电平 第二步行反转 将原有输入线和输出线的功能互换 即扫描线设定为输入 初值为全1 接收线设定为输出 其初值为经第一步保存的值 然后读取输入口的状态并保存 第三步判定 第一步保存值中为0的位只是被按下键所在的接收线 第二步保存值中为0的位只是被按下键所在的扫描线 根据扫描线和接收线得出被按键的具体位置 例10 2 见教材P210页 3 动态扫描法矩阵式键盘接口行反转法是一种有效的键盘接口方法 不仅节省I O口线 编程实现也较容易 在只需要扩展键阵的情况下是一种很好的方案 但是 多数单片机应用系统中 不仅需要扩展键阵 同时还要扩展LED数码管显示器 此时 行反转法将不能满足要求 下面介绍另一种常用的键盘接口方法 动态扫描法 动态扫描法不仅可以扫描键阵 也可以实现显示 是目前应用十分广泛的一种方法 例10 3 见教材P212页 4 通过串行口扩展键盘接口MCS 51系列单片机的串行口与并行I O引脚配合可用来扩展键盘接口 在使用串口扩展键盘接口时 还需用到串 并转换器件 例如使用串行输入 并行输出的74LS164芯片 例10 4 见教材P215页 10 2 1LED显示与驱动发光二极管简称LED 由LED组成的显示器 是单片机系统中常用的输出设备 LED显示器件的种类很多 但都是由单个的LED发光二极管组成 1 LED数码管显示器如果要显示十进制或十六进制数字及某些简单字符 可选用数码管显示器 这种显示器能显示的字符较少 形状有些失真 但控制简单 使用方便 2 LED点阵模块显示器 10 2显示接口 LED点阵模块显示器是指由发光二极管排成一个n m的点阵 每个发光二极管构成点阵中的一个点 这种显示器显示的字形逼真 能显示的字符比较多 但控制比较复杂 常用的点阵模块显示器有7行5列 8行5列 8行8列等类型 单个LED点阵显示器可以显示各种字母 数字和常用的符号 图10 10为由7行5列共35个LED构成的显示器显示字母 A 的情况 用多个点阵式LED模块显示器可以组成更大的LED显示器 用于显示汉字 图形和表格 3 LED的驱动接口单个LED实际上是一个压降为1 2 1 5V的发光二极管 相同型号的LED显示管的压降基本相同 通过LED的电流决定了它的发光强度 图10 10LED点阵模块显示字母 A 的情况 图10 11为单个LED的驱动接口电路 10 2 2LED数码管的显示与驱动1 静态显示方式静态显示方式是指当显示器显示某一字符时 发光二极管的位选恒定地选中 例如显示字符 0 时 显示器的a b c d e f导通 g截止 在这种显示方式下 每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制 由于单片机本身提供的I O口有限 在实际使用中通常通过扩展I O口的形式解决输出口数量不足的问题 例10 5 见教材P218页 静态显示的优点 显示稳定 在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大 图10 11单个LED的驱动接口电路 系统运行过程中 在需要更新显示内容时 CPU才去执行显示更新子程序 这样节约了CPU的时间 提高了CPU的工作效率 2 动态显示方式动态显示方式是指逐位轮流点亮每位显示器 称为扫描 即每个数码管的位选被轮流选中 多个数码管公用一组段选 段选数据仅对位选选中的数码管有效 对于每一位显示器来说 每隔一段时间点亮一次 显