第18讲人机接口：键盘与LED

1、河南大学计算机与信息工程学院授课人：金勇2 例如：在工业监控中，要搜集工业设备所在区域的温度、湿度以及其运行状态等信息，通过一台主控器监视并记录这些参数，并在一些意外状况发生的时候能够加以处理。 人机接口是指人与微处理器之间建立联系、交换信息的输入/输出设备的接口。它与人机交互设备一起完成两个任务： 1）信息形式的转换 2）信息传输的控制 2022-4-283 常用的输入外设： 键盘 拨码盘 常用的输出外设： LED数码管 LED显示屏 LCD显示屏 蜂鸣器 2022-4-2842022-4-285h g f e d c b aabcdgefh共阴极abcdgefhh g f ah g f a

2、高电平点亮低电平点亮低电平点亮接地共阳极共阳极接高电平接高电平 共阳数码管每个段笔画是用低电平共阳数码管每个段笔画是用低电平(“0”)点亮的，要求的驱动功率很小；点亮的，要求的驱动功率很小； 共阴数码管段笔画是用高电平共阴数码管段笔画是用高电平(“1”)点亮的，要求的驱动功率较大。点亮的，要求的驱动功率较大。2022-4-286显示字符显示字符共阴极段码共阴极段码共阳极段码共阳极段码显示字符显示字符共阴极段码共阴极段码共阳极段码共阳极段码03FHC0Hc39HC6H106HF9Hd5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3

3、EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7HA77FH88H“灭灭”00HFFHb7CH83H2022-4-287N位位8 N条条控制显示字符的字型。控制显示字符的字型。公共端，控制公共端，控制LED显示显示位的点亮与熄灭。位的点亮与熄灭。2022-4-288v动态显示特点动态显示特点: v有闪烁，用元器件少，占有闪烁，用元器件少，占I/O线少，必须扫描，花费线少，必须扫描，花费CPU时间，编程复杂。时间，编程复杂。(有多个有多个LED时尤为突出）时尤为突出）v静态显示特点静态显示特点: v无闪烁，用元器件多，占无闪

4、烁，用元器件多，占I/O线多，无须扫描，节省线多，无须扫描，节省CPU时间，编程简单。时间，编程简单。v静态显示静态显示: v各数码管在显示过程中持续得到送显信号，与各数码管各数码管在显示过程中持续得到送显信号，与各数码管接口的接口的I/O口线是专用的。口线是专用的。v动态显示动态显示: v各数码管在显示过程中轮流得到送显信号，与各数码管各数码管在显示过程中轮流得到送显信号，与各数码管接口的接口的I/O口线是共用的。口线是共用的。2022-4-289无论多少位LED数码管，同时处于显示状态。各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或接+5V）；每位的段码线（adp）分别与一个8位的I/O口锁

5、存器输出相连。如果送往各个LED数码管所显示字符的段码一经确定，则相应I/O口锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。因此，静态显示方式的显示无闪烁，亮度都较高，软件控制比较容易。2022-4-2810 所有位的段码线所有位的段码线相应段并在一起，相应段并在一起，由一个由一个8位位I/O口控制口控制，形成，形成段码线的段码线的多路复用，多路复用，各位的各位的公共端公共端分别由相应的分别由相应的I/O线控制，形成线控制，形成各位的分时选通各位的分时选通。11本系统采用动态本系统采用动态显示接口，其中显示接口，其中数码管扫描控制数码管扫描控制地址为地址为0 x20007000

6、 ，位位0位位5分别对分别对应一个数码管，应一个数码管，将其中某位清零将其中某位清零选择相应数码管；选择相应数码管；地址地址0 x20006000为数码管的为数码管的数据数据寄存器寄存器，共阳极，共阳极，向该地址写一个向该地址写一个数 据 即 可 控 制数 据 即 可 控 制LED显示。显示。2022-4-2812vLEDLED点阵显示器是把很多点阵显示器是把很多LEDLED发光二极管按矩阵方式排列在一起，发光二极管按矩阵方式排列在一起，通过对每个通过对每个LEDLED进行发光控制，完成各种字符或图形的显示。进行发光控制，完成各种字符或图形的显示。vLEDLED点阵由一个一个的点（点阵由一个一

7、个的点（LEDLED发光二极管）组成，总点数为行数发光二极管）组成，总点数为行数与列数之积，引脚数为行数与列数之和。与列数之积，引脚数为行数与列数之和。2022-4-2813“大大”字显示字型码示意图字显示字型码示意图v显示字符显示字符“大大”的过程如下：的过程如下：v先给第一行送高电平（行高先给第一行送高电平（行高电平有效），同时给电平有效），同时给8 8列送列送1111011111110111（列低电平有效）；（列低电平有效）；然后给第二行送高电平，同时然后给第二行送高电平，同时给给8 8列送列送1111011111110111，最后最后给第八行送高电平，同时给给第八行送高电平，同时给8

8、8列送列送1111111111111111。每行点亮延时。每行点亮延时时间为时间为1ms1ms，第八行结束后再，第八行结束后再从第一行开始循环显示。从第一行开始循环显示。v利用视觉驻留现象，人们看利用视觉驻留现象，人们看到的就是一个稳定的图形。到的就是一个稳定的图形。2022-4-2814u 键盘接口的任务 1) 判别是否有键按下？若有，进入下一步工作。 2) 识别哪一个键被按下，并求出相应的键值。 3) 根据键值，找到相应键值的处理程序入口。2022-4-2815编码键盘编码键盘: 采用专用的编码/译码器件,被按下的键由该器件译码输出相应的键码/键值。 特点：增加了硬件开销，编码因选用器件而

9、异，编码固定，但编程简单。适用于规模大的键盘。非编码键盘非编码键盘: 采用软件编码/译码的方式,通过扫描，对每个被按下的键判别输出相应的键码/键值。 特点：不增加硬件开销，编码灵活，适用于小规模的键盘。但编程较复杂，占CPU时间，还须“消抖”。按键值编码方式按键值编码方式:编码键盘与非编码键盘编码键盘与非编码键盘2022-4-2816按键组连接方式按键组连接方式:独立式键盘与矩阵式键盘独立式键盘与矩阵式键盘: 每键相互独立，各自与一条I/O线相连，CPU可直接读取该I/O线的高/低电平状态。 特点：占I/O口线多，但判键速度快，多用于设置控制键、功能键。适用于键数少的场合。: 键按矩阵排列,各

10、键处于矩阵行/列的结点处,CPU通过对连在行(列)的I/O线送已知电平的信号,然后读取列(行)线的状态信息。逐线扫描,得出键码。 特点：键多时占用I/O口线少,但判键速度慢,多用于设置数字键。适用于键数多的场合。2022-4-2817 软件延时消除按键抖动 （a a）检测按键）检测按键 （b b）释放按键）释放按键 基本思想基本思想：检测到检测到有键按下有键按下，键对应的行线为低，软件延时，键对应的行线为低，软件延时10ms后，后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。行线如仍为低，则确认该行有键按下。 当键松开时当键松开时，行线变高，软件延时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为高，说明按键已

11、后，行线仍为高，说明按键已松开。松开。2022-4-2818应用RS触发器消除按键抖动2022-4-2819应用RS触发器消除按键抖动2022-4-2820应用RS触发器消除按键抖动2022-4-2821应用RS触发器消除按键抖动2022-4-2822应用RS触发器消除按键抖动2022-4-2823应用RS触发器消除按键抖动2022-4-2824 用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行、用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行、列的列的交叉点交叉点上。上。 按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要节

12、省很多的I/O口线。口线。2022-4-2825 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。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。信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。2022-4-2826u 识别键盘有无键被按下的方法，分两步进行：识别键盘有无键被按下的方法，分两步进行：第第1步：识别键盘有无键按下；步：识别键盘有无键按下；第第2步：如有键被按下，

13、识别出具体的按键。步：如有键被按下，识别出具体的按键。 把所有列线置把所有列线置0，检查各行线电平是否有变化：如有变化，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。说明有键按下；如无变化，则无键按下。 上述方法称为上述方法称为扫描法扫描法：即先把某一列置低电平，其余各列为：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。定此行列交叉点处的按键被按下。 扫描法：扫描法：2022-4-2827第第1步：列线输出为全低电平，则行线中电平由高变低步：列线

14、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。的所在行为按键所在行。第第2步：行线输出为全低电平，则列线中电平由高变步：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。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。结合上述两步，可确定按键所在行和列。 线反转法：线反转法：282930JX2440键盘接口电路由一块键盘接口电路由一块74HC273锁存器和锁存器和74LVCH244缓冲器完成键盘识别。在没有按键时，缓冲器完成键盘识别。在没有按键时，ROWIN0ROWIN3通过上拉保持高电平。检测时通过将通过上拉保持高电平。检测时通过将COLOUT0COLOUT

15、3中的某一列输入低电平，若该列没中的某一列输入低电平，若该列没有键按下，通过有键按下，通过244读取到的行值应该为高电平，若该列读取到的行值应该为高电平，若该列某行位置有键按下，那么该行读取到的值应为低电平。某行位置有键按下，那么该行读取到的值应为低电平。因此，采用轮询方式检测键盘的方法为：因此，采用轮询方式检测键盘的方法为：循环往各列输入低电平，然后读取行值，如果为全高，循环往各列输入低电平，然后读取行值，如果为全高，则判断下一列；否则，该行有键按下，此时已经读取到了则判断下一列；否则，该行有键按下，此时已经读取到了该键的行值和列值，然后根据行列值获取键码。该键的行值和列值，然后根据行列值获取键码。31unsigned char*keyboard_port_scan = (unsigned char*)0 x2000C000; 读入键盘值（读入键盘值（R）unsigned char*keyboard_port_value = (unsigned char*)0 x2000C000; 输出键盘扫描值（输出键盘扫描值（W）32开 始将 键 盘 的 第 r o w 行 置 为 低 电 平r o w = 0延 时