键盘、显示、打印机及其它接口

第四章键盘、显示等接口,4.1按键、键盘及其接口4.2LED显示及显示器接口4.3LCD显示及显示器接口4.4微型打印机接口4.5语音接口技术4.6其它接口,4.1.1键输入过程与软件结构,MCS51单片机键输入过程,4.1按键、键盘及其接口,4.1.2键盘接口和键输入软件中应解决的几个问题,1消除键抖动,2键编码及键值,3键盘的监测方法,4.1.3独立式按键,1独立式按键接口结构,2独立式按键的软件结构,4.1.4行列式键盘,1行列式键盘的接口,2键盘工作原理,1)查询工作方式,2)定时扫描工作方式,3)中断工作方式,1、键盘的分类键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘.而靠软件编程来识别的称为非编码键盘；在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。也有用到编码键盘的。,非编码键盘有分为：独立键盘和行列式（又称为矩阵式）键盘。,4.1.1键输入过程与软件结构,MCS51单片机键输入过程,4.1按键、键盘及其接口,有否键按下？,是哪个键按下？,根据键值散转,对于计算机应用系统，键盘扫描只是CPU工作的一部分，键盘处理只是在有键按下时才有意义。对是否有键按下的信息输入方式有中断方式与查询方式两种。,3键盘的监测方法,1独立式按键接口结构,独立式按键的接口电路示意图(a)中断方式；(b)查询方式,4.1.2独立式按键,一般用排阻进行上拉。,下面是查询方式的键盘程序。K0K7为功能程序入口地址标号，PROM0PROM7分别为每个按键的功能程序。设按键从P1口输入。,START：MOVA，#0FFH；MOVP1，A；置P1口为输入状态MOVA，P1；键状态输入JNBACC.0，K0；检测0号键是否按下，按下转JNBACC.1，K1；检测1号键是否按下，按下转,2独立式按键的软件结构,JNBACC.2，K2；检测2号键是否按下，按下转JNBACC.3，K3；检测3号键是否按下，按下转JNBACC.4，K4；检测4号键是否按下，按下转JNBACC.5，K5；检测5号键是否按下，按下转JNBACC.6，K6；检测6号键是否按下，按下转JNBACC.7，K7；检测7号键是否按下，按下转AJMPSTART；无键按下返回，再顺次检测K0：AJMPPROM0K1：AJMPPROM1K7：AJIMPPROM7,；入口地址表,START：MOVA，#0FFH；MOVP1，A；置P1口为输入状态MOVA，P1；键状态输入JNBACC.0，K0；检测0号键是否按下，按下转JNBACC.1，K1；检测1号键是否按下，按下转JNBACC.6，K6；检测6号键是否按下，按下转JNBACC.7，K7；检测7号键是否按下，按下转AJMPSTART；无键按下返回，再顺次检测K0：AJMPPROM0K1：AJMPPROM1K7：AJMPPROM7PROM0：；0号键功能程序LJMPSTART；0号键功能程序执行完返回PROM1：；1号键功能程序LJMPSTARTPROM7：；7号键功能程序LJMPSTART,；入口地址表,独立式按键的软件结构,行列式键盘又叫矩阵式键盘。用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。例如44的行列结构可组成16个键的键盘。因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。,4.1.4行列式键盘,行列式键盘的接口方法有许多，例如直接接口于单片机的I/O口上；利用扩展的并行I/O接口；用串行口扩展并行I/O口接口；利用一种可编程的键盘、显示接口芯片8279进行接口等。其中，利用扩展的并行I/O接口方法方便灵活，在单片机应用系统中比较常用。,1行列式键盘的接口,(1)用键盘连接的I/O线的二进制组合表示键码例如用4行、4列线构成的16个键的键盘，可使用一个8位I/O口线的高、低4位口线的二进制数的组合表示16个键的编码。,2键编码及键值,如图所示，各键相应的键值为：88H、84H、82H、81H、48H、44H、42H、41H、28H、24H、22H、21H、18H、14H、12H、11H。这种键值编码软件较为简单直观，但离散性大，不便安排散转程序的入口地址。,(2)顺序排列键编码如图所示，这种方法键值的形成要根据I/O线的状态作相应的程序处理。键码可按下式形成：键码=行首键码+列号,D4：0行0000D5：1行0100D6：2行1000D7：3行1100,D0：0列0000D1：1列0001D2：2列0010D3：3列0011,行,列,键码,0000,0001,0010,00110100,0101,0110,01111000,1001,1010,10111100,1101,1110,1111,0行,3行,0列,3列,行首键码,列号,0行:000001行:010002行:100003行:11000,行首键码,列号,000111,键码=行首键码+列号,键码:,0行:00000001111行:01000011112行:10000101113行:1100011111,8155扩展I/O口组成的行列式键盘共32个键,PA口每位依次送出0，如有某键按下，则在PC口能读到相应的值，结合PA口的信息，则能确定键值。,按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接+5V，被箝位在高电平状态。对键盘的工作过程可分两步：第一步是CPU首先检测键盘上是否有键按下；第二步是再识别是哪一个键按下。检测键盘上有无键按下可采用查询工作方式、定时扫描工作方式和中断工作方式。,2行列式键盘工作原理,判断有无键按下是由列线送入全扫描字，读入行线状态来判别的。其方法是：PA口输出00H，即所有列线置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器A中。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入状态不全为1。判断哪一个键按下是由列线逐列置低电平后，检查行输入状态，称为逐列扫描。其方法是：从PA0开始，依次输出0，置对应的列线为低电平，然后从PC口读入行线状态，如果全为1，则所按下之键不在此列；如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是与0电平行线相交的交点上的那个键。为求取键码，在逐列扫描时，可用计数器记录下当前扫描列的列号，然后用行线值为0的行首键码加列号的办法计算。,1)查询工作方式,0行:000001行:010002行:100003行:11000,行首键码,如12号键按下,列扫描号为0100,PC口读入时PC1=0,可确定行首键码为01000,故键值为:01000+0100=01100,1消除键抖动,键合、键断时的电压抖动,4.1.3键盘接口和键输入软件中应解决的几个问题,硬件：采用消除键抖动电路,原理：基本RS触发器，/S0，Q1/R0，Q0抖动时，/R=/S=1,Q不变。,软件：采用延时判别程序,（具体程序后叙）,键盘扫描子程序流程框图,键盘扫描子程序如下：KEY1:ACALLTM6；调6ms延时子程序ACALLKS1；调用判断有无键按下子程序JNZLK1；有键按下时，(A)0转消抖延时AJMPKEY1；无键按下返回LK1:ACALLTM12；调12ms延时子程序ACALLKS1；查有无键按下，若有则真有键按下JNZLK2；键(A)0逐列扫描AJMPKEY1；不是真有键按下，返回,转逐列扫描,LK2:MOVR2，#0FEH；初始列扫描字(0列)送入R2MOVR4，#00H；初始列(0列)号送入R4LK4:MOVDPTR，#7F01H；DPTR指向8155PA口MOVA，R2；列扫描字送至8155PA口MOVXDPTR，AINCDPTRINCDPTR；DPTR指向8155PC口MOVXA，DPTR；从8155PC口读入行状态JBACC.0，L_ONE；查第0行无键按下，转查第1行MOVA，#00H；第0行有键按下，行首键码#00HAAJMPLKP；转求键码L_ONE:JBACC.1，L_TWO；查第1行无键按下，转查第2行MOVA，#08H；第1行有键按下，行首键码#08HAAJMPLKP；转求键码,；逐列扫描,R2,L_TWO:JBACC.2，L_THR；查第2行无键按下，转查第3行MOVA，#10H；第2行有键按下，行首键码#10HAAJMPLKP；转求键码L_THR:JBACC.3，NEXT；查第3行无键按下，转向查下一列MOVA，#18H；第3行有键按下，行首键码#18HA,LKP:ADDA，R4；求键码，键码=行首键码+列号PUSHACC；键码进栈保护LK3:ACALLKS1；等待键释放JNZLK3；键未释放，等待POPACC；键释放，键码ARET；键扫描结束，出口状态(A)=键码,;开始求键码,；逐列扫描（续）,NEXT:INCR4；准备扫描下一列，列号加1MOVA，R2；取列号送累加器AJNBACC.7，KEND；判断8列扫描否？扫描完返回RLA；扫描字左移一位,变为下一列扫描字MOVR2，A；扫描字送入R2AJMPLK4；转下一列扫描KEND:AJMPKEY1；从新开始键扫描。,;准备扫描下一列,；逐列扫描（续）,R2,扫描第0列,第1列,第7列,KS1:MOVDPTR，#7F01H；DPTR指向8155PA口MOVA，#00H；全扫描字AMOVXDPTR，A；全扫描字送往8155PA口INCDPTR；DPTR指向8155PC口INCDPTRMOVXA，DPTR；读入PC口行状态CPLA；以高电平表示有键按下ANLA，#0FH；屏蔽高4位，只保留低4位行线值RET；出口状态：(A)0时有键按下,TM12：MOVR7，#18H；延时12ms子程序TM6：MOVR6，#0FFHTM61：DJNZR6，TM61DJNZR7，TM6RET,;判有无键按下,2)定时扫描工作方式,定时扫描方式程序框图,思路：CPU每隔一定时间对键盘进行一次扫描，并将结果置成不同标志。,KM,KP：标志位无按键:0KM，0KP第一次读到键：1KM第二次读到键：查询键码,1KP。如KMKP1，表示已查询过的按键没释放，不再继续查询。,计算机应用系统工作时，并不经常需要键输入。但无论是查询工作方式还是定时扫描工作方式，CPU经常处于空扫描状态。为了提高CPU的效率，可采用中断工作方式。这种工作方式是当键盘上有键按下时，向CPU发一个中断请求信号，CPU响应中断后，在中断服务程序中扫描键盘，执行键功能程序。中断服务程序中应完成键识别、消除抖动、排除多次执行键功能操作等功能，可参考查询工作方式键盘程序。,3)中断工作方式,1MCS-51与显示器的接口为方便人们观察和监视单片机的运行，通常需要用一种显示器作为单片机的输出设备，用来显示单片机的键输入值、中间信息及运算结果。单片机系统中常用的显示器主要有LED(发光二极管)和LCD(液晶显示器)。两种显示器具有耗电省、配置灵活、线路简单、安装方便、耐振动、寿命长等优点。两者相比，LED价格更低廉，结构更简单；LCD功耗更低，显示清晰度更高。,一.MCS-51对LED的接口1.LED的种类LED(Light-EmittingDiode)是发光二极管的简称。LED有七段和八段之分，也有共阴和共阳两种。,(a)共阴LED结构(b)共阴LED(c)共阳LED,a,b,c,d,e,f,g,sp,a,b,c,d,e,f,g,sp,G,G,a,c,d,e,f,b,g,a,b,sp,2.LED数码显示管原理数码管发光原理分两种情况：共阳极型a,b,c,d,e,f,g各引脚哪个输入低电平，哪个二极管发亮；共阴极型a-g哪个为高电平，哪个二极管亮。每个二极管为段，不同的发光段亮，可组成不同字形。对于共阴LED，显示“3”，需要在8个管脚上施加控制电平04FH-(字型码)，04FH是按照h，g，f，e，d，c，b，aD7D6D5D4D3D2D1D001001111对于共阳LED，显示“3”字型码是h，g，f，e，d，c，b，aD7D6D5D4D3D2D1D010110000,七段LED的段选码,3.MCS-51对LED的显示MCS-51对LED的显示分为静态和动态两种。静态显示的特点是：每个数码管能稳定地同时显示各自字形；即工作过程中加在每一个LED上的信号始终同时存在。各位的显示字符一旦确定，加在每一块显示器上的信号维持不变，直到显示另一个字符为止。优点：各显示模块相互独立，显示亮度高，编程简单。缺点：需占用较多的硬件资源。单片机系统中，常采用74LS47、MC14495等芯片作为LED的静态显示接口。,4.2.2LED显示器与显示方式,1LED静态显示方式,N位静态显示器要求有N8根I/O口线,1硬件译码显示器接口,MC14495内部逻辑与引脚图,4.2.3LED显示器接口,锁存/译码/驱动器,74LS48，4511，4543，14495等,4位静态LED显示器接口,译码器,1#MC14495,abcdefg,G,2#MC14495,abcdefg,G,3#MC14495,abcdefg,G,4#MC14495,abcdefg,G,LE,LE,LE,LE,8031,GAB,Y1,Y0,Y2,Y3,P1.7,P1.6,P1.5,P1.4,P1.2,P1.1,P1.0,MC14495芯片的作用是输入被显示字符的二进制码（或BCD码），并把它自动转换成相应字形码，送给LED显示。,P1.7-P1.4用于输出欲显示字符的二进制码(BCD码)；P1.2控制二四译码器工作；P1.1和P1.0经译码输出后控制MC14495中哪一个接收欲显示的代码。,使用MC14495的8位LED静态显示接口,显示方式：静态。口线占用：8根。,使用芯片：3/8译码器1片。MC14495显示译码器8片。,动态显示动态显示是指各LED轮流地一遍一遍显示各自字符；人们因为视觉器官惰性而看到的是各LED似乎在同时显示不同字形。特点是所有LED的段选线并联在一起，而每个LED对应一根位选线位选线控制哪一位接收字段码。采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示：各位共用一个字形口，利用相应的字位选择轮流向各位送出字形码。优点：硬件开销小。缺点：显示的亮度比静态显示差些，位数越多，在动态显示时亮度越低，同时需要CPU用于显示刷新的频率越高。软件编程较复杂；其实质是：以牺牲CPU的时间换取系统的低功耗，节省了系统资源但使显示亮度降低。为了保证显示效果，动态显示位数不能太多，一般不超过8位。,8位LED动态显示器电路,2LED动态显示方式,N位动态显示器要求有N8根I/O口线。,P272例7.7,8031,G,ALE,EA,P0.0,P0.7,WR,RD,P2.7,RESET,ALE,RD,WR,RESET,AD7,AD0,CE,IO/M,PB7PB6,PB5PB4,PB3PB2,PB1PB0,PC5PC4,PC3PC2,PC1PC0,8155,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0,8003H,8002H,G,G,G,G,G,共阳,请根据上图编出能在LED5LED0上显示1995.6的动态显示子程序。,例,解：设显示缓冲区放在CPU内部RAM中，始址为70H，显示缓冲区中被显示字符的字形码表的地址偏移量应预先放入。如下图所示：,06H13H05H09H09H01H,DS0DS1DS2DS3DS4DS5,70H71H72H73H74H75H76H,ORG0600HDISPLY：MOVA，#06H；方式控制字06H送AMOVDPTR，#8000HMOVXDPTR，A；方式控制字送8155命令口DISPLY1：MOVR0，#70H；显示缓冲区始址送R0MOVR3，#0FEH；字位码始值送R3MOVA，R3LD