微机原理与接口技术第8章键盘与显示电路设计

微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 第八章 键盘与显示电路设计 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 一、概述 在计算机系统中，除中央处理机之外的设备都叫做外部设备。外部设备承担着计算机外部各种媒体形式的信息与计算机内部数字信号之间转换的重任。外部设备也是人与计算机沟通与联系的接口，是计算机发挥作用的通道与桥梁。计算机的外部设备多种多样，型号不同、规格不同、性能不同、价格不同，同一设备在结构上、工作原理上、操作方法相差很大，而且在高性能设备上往往采用了最新的科技成果，技术含量越来越大。因此学习一些有关外部设备工作原理、基本结构、使用方法等基础知识，对于计算机的开发和应用、外部设备的维护和设计是非常重要的。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 （ 1）编码键盘 键盘控制电路的功能完全依靠硬件自动完成，这种键盘称为编码键盘，它能自动将按下键的编码信息送入计算机。编码键盘响应速度快，但它以复杂的硬件结构为代价，而且其复杂性随着按键功能的增加而增加。 （ 2）非编码键盘 与编码键盘不同，非编码键盘并不直接提供按键的编码信息，而是用较为简单的硬件和一套专用程序来识别按键的位置。 非编码键盘由软件、硬件配合完成键盘的工作。利用软件驱动下的硬件来完成诸如扫描、编码、传送等功能，这个程序被称之为键盘处理程序。整个键盘处理程序由查询程序、传送程序、译码程序三部分组成。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 键盘工作过程 ： (1)主程序首先调用查询程序，通过查询接口逐行扫描键位矩阵，同时检测行列的输出，由行与列的交连信号确定某闭合键的坐标，即得到被按键对应的扫描码； (2)主程序调用传送程序将得到的扫描码传送给位于主机内的键盘接口电路； (3)主程序调用译码程序将键盘接口内的扫描码翻译为相应键的编码信息； (4)在需要的时候，键盘接口电路把上述编码信息传送给主机。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1、行扫描法 行寄存器列缓冲器1I O P O T P O R 第 0 行第 1 行第 2 行第 3 行第 4 行第 0 列第 1 列第 2 列第 3 列 1微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1、去除抖动 除抖动可用硬件或软件实现。硬件除抖动电路通常由一个 发器或单稳态电路构成。软件除抖动的方法是在检测到有按键按下时，先延迟 10检测键是否仍保持闭合状态。 读键码闭合抖动 释放抖动图 8 . 3 按键抖动波形微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 2、重键 重键是指在同一时刻有两个或多个键同时按下的情况，此时存在着是否给予识别或识别哪一个键的问题。对重键的处理，一般有两种方法。 1）双键锁定 只要检测到有两个或两个以上的键被按下，就不考虑从键盘读键码，只把最后释放的键看做是正确的被按键，并读取其键码。 2） 只考虑按下一个键的情况。当一个键被按下时，在此键未完全释放之前，对其他按键不予理会，只产生最先按下键的键码。这种方法较为常用。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1、程序控制扫描方式 程序控制扫描方式是指单片机在空闲时，才调用键盘扫描子程序，并反复地扫描键盘，直到用户从键盘上输入命令或数据，而在执行键入命令或处理键入数据过程中， 到 2、定时扫描方式 定时扫描方式就是每隔一定时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定的时间的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断， 在有键按下时识别出该键执行响应的键功能程序。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 3、中断扫描方式 键盘工作在程序控制扫描方式时，当无键按下时到有键按下为止。如果种方式将不能适应。定时扫描方式只要时间一到， 作效率有了进一步的提高。但这两种方式常使 中断方式下， 道有键闭合时发出中断申请， 行相应的中断服务程序，才对键盘进行扫描，从而提高了 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1键盘控制电路 键盘矩阵16 88048 ( 或专用控制器( 串行接口8255 A ( 或8042 ( C P F O 缓冲区图 8 . 4 键盘接口示意图称为智能键盘。单片机通过执行固化在 键盘矩阵进行扫描，发现、识别按键的位置，形成与按键位置对应的扫描码，并以串行的方式送给微机主板上的键盘接口电路，供系统使用 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 2键盘接口电路 目前 用的键盘接口有 3 种。 (1) 标准接口。 一般用于早期的 板上，所以也称作 口。标准接口为圆形，比 接口要大，习惯上称之为大口。 (2) 接口。 接口为具有 6 针的圆形插座，目前 一般都具有连接键盘的 接口。 (3) 口。 由于 备具有即插即用，支持热插拔等优点，很多设备都采用了 口，键盘也不例外。选择 口的键盘主要考虑主机上是否具有空余的 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 3、键盘硬件中断服务程序 当 的键盘接口收到一个字节数据后，通过机内 8259 向 求中断， 中断允许的条件下，响应键盘中断，从而转入 键盘中断服务程序，主要功能如下： (1) 从键盘接口读取键盘扫描码，判断是否合法；非法时结束中断，不予处理。 (2) 如果是特殊键 (如 )，将状态存入 据区的键盘标志单元。 (3) 将扫描码转换成 ，判断转换后的 是否合法。 (4) 判断键盘缓冲区是否已满，如果已经存满，则中断结束。键盘缓冲区未满时，将 存入键盘缓冲区，并修改它的指针，结束中断，正常返回。 (5) 对于系统复位组合键 (中止组合键(C 或 暂停 (打印屏幕 (则直接执行，完成其对应的操作功能。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 应用举例 应用举例：用 6H(00H)中断调用，实现从键盘输入 20 个字符。该程序代码 如下： 20 ） ；设置内存缓冲区 ， 00$ S： 20 ；设置初值 1 0 0 1 0 1 100 l 16H ；无输入字符，则结束 0 16H ；把字符存入内存缓冲区 09H 21H ；显示提示信息 4 21H ；返回 机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 e d c 5 V / 地g f a b+ 5 V / 地10 9 7 681 2 4 53be 885 V( a ) 结构和引脚 ( b ) 共阴极接法 ( c ) 共阳极接法微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 七段 应用系统中通常使用的七段显示器。七段显示器由七段构成，每一段是一个发光二极管，排成一个 “ 日 ” 字形，通过控制某几个二极管的导通发光而显示某一字形，如数字 09，字符 A、 B、 C、 D、 E、 图 表 形段码关系表 数字 共阳极段码 共阴极段码 数字 共阳极段码 共阴极段码 0 98H 67H 1 6H A 88H 77H 2 83H 7 9H 4 99H 66H D 92H 6 86H 79H 6 82H 7 81H 7 7H 7F H 80H 8 80H 7. 00H 机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 一、 1、静态显示方式 静态显示方式就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。 显示位的位选线即共阴极点（或共阳极点）连接一起接地（或接 +5V）；各显示位的段选线（ ag）与一个 8位并行口相连。 2、动态显示方式 所谓动态的显示方式，就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描）。对某一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。动态显示动态显示电路中将所有显示位的段选码线并联在一起，由一个 8位 I/位选线（共阴极点或共阳极点）分别由相应的 I/或共阳极点）分别由相应的I/ 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 二、 1、单个 be . 6 单个 C P U 的连接05 I O 清华大学出版社 2013年 4月 24日 2、动态显示接口 图 8 . 7 8 位动态 显示接口锁存器锁存器驱动器驱动器端口 0 清华大学出版社 2013年 4月 24日 I,；指向显示缓冲区首址 0H ；只想左端 0H ；将 00送位码锁存器，关显示 ；取要显示的字符 ；显示字符的段码给 ；将段码送至 ；将位码送 ；保存位码至堆栈 50H ；延时一定时间 1 ；显示至最右端了吗？ ；否，指向下一位要显示的字符 ；位码右移一位，指向下一个数位 B 09H,92H,82H,00H 0H,88H,83H,06H,8 B 02H,00H,00H,05H,10H,00H,05H,10H 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 液晶显示器的基本原理：在电场的作用下 ， 液晶分子从特定的初始排列状态转变为其它排列方式 。 随着分子排列的变化 ， 液晶的光学特性发生变化 ， 从而产生视觉的变化 。 1） 从液晶的物理条件角度 ， 液晶可以分为 热致液晶 和 溶致液晶 两大类 2） 从分子角度看 ， 液晶可分为 层列液晶 、 丝状液晶 和 脂状液晶 ， 3） 按物理结构 ， 常见的液晶显示器分为 扭曲向列型（ 、 超强扭曲向列型 （ 和 彩 色 薄 膜 型 （ 三种 。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 借助外界光线照射液晶材料而实现发光的被动显示器件。液晶分子在导电玻璃电极板之间，由于液晶的四壁效应，彼此正交，按水平方向排列，分子呈 90度扭曲状态。这样的结构能使液晶对光产生旋光作用，使光的偏振方向也旋转 90度。当电极两端加上 3电场的作用下，分子被迫失去扭曲结构，并呈垂直方向排列，从而失去旋光作用。线性偏振光可直接通过液晶投射在反射板上，并被反射板吸收。人们从液晶显示板上看到的某些点或段呈 “ 黑色 ” ，组成字段或点阵图形。 反射板 上偏振片 上电极基板 封接剂 下电极基板 下偏振片 电级 液晶材料 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 3、 透明电极 （ 公用 ） 玻璃板 液晶体 透明电极 背光灯源 红 （ R） 荧光粉 蓝 （ B） 荧光粉 绿 （ G） 荧光粉 可见光 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 在构造上仍有相似之处，只不过把 下层改为共同电极。如图 光源设计上， 背透式 ” 照射方式，即假想的光源路径不是像 是从下而上，这样的做法是在液晶的背部设置类似日光灯灯管，光源照射时通过下偏光板向上透出。在 晶分子的表现如 过遮光和透光来达到显示的目的。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 液晶显示器的驱动是指通过调整施加在液晶显示器电极上的电信号的相位、峰值和频率等，建立驱动电场以实现显示。通常采用交流驱动，这是因为液晶显示器所加直流电压的时间增长后，会产生残像现象，影响液晶对电压的响应速度，使图像质量变差，降低液晶的寿命，所以实际驱动时要加极性交替的交流电压。采用的方法是通过异或门把显示控制信号和显示频率信号合并成交变的驱动信号。当驱动信号的电压值比液晶闭值 (显示门限电压 )高很多时， 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 1静态 (直接 )驱动方式 静态驱动法是最基本的方法。它适用于笔段型液晶显示器的驱动。当多位数字组合时，各位的背电极连接在一起。振荡器的脉冲信号经分频后直接施加在液晶显示器件的背光极板上。段电极的脉冲信号由显示选择信号与时序脉冲通过逻辑异或合成产生。当某位显示像素显示选择时，该显示像素上两电极的脉冲电压相位相差 180度，在显示像素上产生2该显示像素显示特性。当某位显示像素为非显示选择时，该显示像素上两电极的脉冲电压相位相同，在显示像素上合成电压脉冲为 0V，从而实现不显示的效果。为提高显示的对比度，适当的调整脉冲的电压即可。 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2013年 4月 24日 2动态 (时分割 )驱动方式 当液晶显示器件上显示像素众多