显示与键盘接口技术

1、第6章 显示与键盘接口技术,本章要点:,LED数码管及编码方式 静态显示方式及其典型应用电路 动态显示方式及其典型应用电路 键盘去抖动和连接、控制方式 矩阵式键盘及其接口电路 键盘、显示接口电路应用举例,6-1 显示接口,为了便于人机交互，通常需要用一种显示器作为单片机的输出设备，用来显示单片机系统的键输入设定值、中间信息以及系统运行结果等。 单片机应用系统中，常用的显示器主要有LED(发光二极管显示器)和LCD(液晶显示器)。这两种显示器具有耗电小、配置灵活、线路简单、安装方便、耐振动、寿命长等优点。,一、LED数码管,LED数码管分类：,按其内部结构可分为共阴极型和共阳极型。,按显示颜色也

2、有多种形式，主要有红色和绿色。,正向压降一般为1.52V，额定电流为10mA，最大电流为40mA。,按亮度强弱可分为超亮、高亮和普亮。,二、LED数码管编码方式,表5-1 共阴和共阳LED数码管几种八段编码表,【例】已知要显示的数为98，试将其转换为2位共阳字段码（顺序）。 (1)将98除以10，商(9)就是十位数，余数(8)就是个位数。 (2)查表51可得，9的显示字段码为0 x90,而8的的显示字段码为0 x80。, 从显示数中分离出显示的每一位数字 方法是将显示数除以十进制的权,显示数转换为显示字段码的步骤：, 将分离出的数字转换为显示字段码 方法是采用数组查表,三、静态显示方式及其典型

3、应用电路, 动态显示方式，在某一瞬时显示一位，依次循环扫描，轮流显示，由于人的视觉滞留效应，人们看到的是多位同时稳定显示。 特点：占用I/O口线少，电路较简单，编程较复杂，CPU要定时扫描刷新显示。一般适用于显示位数较多的场合。,LED数码管显示分类：静态显示方式和动态显示方式。, 静态显示方式，每一位字段码分别从I/O口（或输出锁存器）输出，保持不变直至显示数据更新。 特点：编程较简单，但占用I/O口线多，一般适用于显示位数较少的场合。,1、并行扩展静态显示电路,注意：74LS377为带输出允许控制的8位锁存器，OE端为低电平，且CLK端上升沿时，D端数据被锁存，从相应的Q端输出。,2、BC

4、D码输出静态显示电路,注意：CD4511是一个用于驱动共阴极 LED 显示器的BCD码-锁存/ 7段译码/驱动器，其输入为数字的8421 BCD，输出为相应数字的显示字段码，LE为锁存控制端，低电平有效。,动态显示电路 连结形式： 显示各位的所有 相同字段线连在一起， 共8段，由一个8位 I/O口控制。 每一位的公共端 （共阳或共阴COM） 由另一个I/O口控制。,四、动态显示方式,多位LED数码管有字段码输入端a、b、c、d、e、f、g、dp和位码输入端com1、com2，只有在相应位位码输入有效的前提下，相应位的字符才可被点亮。 由于在动态显示方式下，每位显示时间比较短，为了达到足够的亮度

5、，需要较大的瞬时电流，所以必须加接驱动电路，如74067407ULN2003A等或用分立元件三极管作为驱动器。动态显示时，一般在每位上持续点亮12ms，每隔20ms左右重复点亮一遍，重复扫描时间不能超过40ms，这样就可实现稳定显示多位字符。,LED动态显示实例,本例是应用AT89C51单片机实现秒表功能。设计要求：采用4位共阳极LED设计4位数的LED动态显示电路，其功能为0.1秒计时，从0开始，加到999.9秒时，自动归0，周而复始循环计时，具有自动灭零功能。 (一)、参考电路 单片机采用AT89C51，系统时钟fosc=12MHz，LED显示器为4位共阳极数码管，P0口为字段码输出，P2

6、口为位码输出，低电平有效，其具体参考电路如下图所示。,(三)、绘制电路原理图并仿真,1、用Keil编译器编译连接产生调试文件(.hex文件) 2、打开Proteus Professional软件。 3、从Proteus元件库中选取元器件。 AT89C51(单片机) 、 CAP(电容) 、 CRYSTAL(晶振)、CAP-ELEC(电解电容)、RES(电阻)、 RESPACK-8 (排阻)、7406 、7SEG-MPX4-CA (4位共阳极数码管) 。 4、放置元器件、电源和地并连线。 5、设置元器件属性。按电路所需设置元器件的属性值。 6、加载目标代码文件。注意将Clock Frequency

7、栏中的频率设为12MHz。 7、单击仿真启动按钮，全速运行程序。 8、观察并记录4位数码管的计时现象，注意观察是否能实现所要求的功能。,【分析与练习】,若将电路中的共阳极数码管改成共阴极数码管，电路和程序应如何修改以实现相同功能？,6-2 键盘接口,键盘在单片机系统中是一个很重要的部件，它主要用于输入数据、查询和控制系统的工作状态，是人工干预计算机的主要手段。 微机中所用的键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种。编码键盘采用硬件电路来实现键盘编码，每按一个键，键盘能自动产生按键代码，键数较多，而且还具有多键处理和硬件去抖动功能。非编码键盘仅提供按键开关工作状态，其他工作由软件完成，这种键盘键数较少

8、，硬件简单，一般在单片机应用系统中广泛使用 。,1、按键开关去抖动问题,键盘的抖动时间一般为510ms，抖动现象会引起CPU对一次键操作进行多次处理，从而可能产生错误。,一、键盘接口概述, 硬件去抖动,消除抖动不良后果的方法：,其中RC滤波电路去抖动电路简单实用，效果较好。, 软件去抖动 检测到按键按下后，执行延时10ms子程序后再确认该键是否确实按下，消除抖动影响。,2、按键连接方式, 独立式按键 独立式按键是每个按键占用一根I/O端线。 特点： 各按键相互独立，电路配置灵活； 按键数量较多时，I/O端线耗费较多，电路结构繁杂； 软件结构简单。 适用于按键数量较少的场合。 矩阵式键盘 I/O

9、端线分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，按键按下时，行线与列线发生短路。 特点： 占用I/O端线较少； 软件结构较复杂。 适用于按键较多的场合。,3、键盘扫描控制方式 程序控制扫描方式 利用CPU在完成其他工作的空余，由主程序调用键盘扫描子程序来实现按键输入。 特点：对CPU工作影响小，但应考虑键扫描间隔周期不能太长，否则会影响对键输入响应的及时性。 定时控制扫描方式 利用定时/计数器每隔一段时间产生定时中断，CPU响应中断后调用键盘扫描子程序来实现按键输入。 特点：与程序控制扫描方式的区别是，在扫描间隔时间内，前者用CPU工作程序填充，后者用定时/计数器定时控制。注意定时时间不能太长，否

10、则会影响对键输入响应的及时性。 中断控制方式 中断控制方式是利用外部中断源，响应键输入信号。 特点：克服了前两种控制方式可能产生的空扫描和不能及时响应键输入的缺点，既能及时处理键输入，又能提高CPU运行效率，但要占用一个宝贵的中断资源。,二、独立式按键及其接口电路,单片机应用系统中，若使用按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如下图所示。由图可知，一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口线。,三、矩阵式键盘及其接口电路,1、矩阵式键盘及其接口

11、电路,注意：按键编号=行编号4+列编号,矩阵式键盘扫描程序一般应包括以下内容： (1) 判别有无键按下。 (2) 键盘扫描取得闭合键的键值。 (3) 用计算法或查表法得到闭合键的键号。 (4) 判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。 (5) 将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。,2、编制键盘扫描程序,键盘、显示接口电路实例,本例是应用AT89C51单片机设计一个44矩阵式键盘与单片机的接口电路，并编写相应的应用程序，以实现按键的识别。设计要求：该键盘共有16个按键，编号从116，刚开始时LED上显示P-，然后每按一个按键，该键的键号在LED数码管上显示出来。 (一)、参考电路 单片

12、机采用AT89C51，P1口作为矩阵式键盘的接口，其中P1.0P1.3为行线，P1.4P1.7为列线； P0口和P2口分别作为数码管的段码接口和位码接口，系统时钟fosc=12MHz，其具体参考电路如下图所示。,(三)、绘制电路原理图并仿真,1、用Keil编译器编译连接产生调试文件(.hex文件) 2、打开Proteus Professional软件。 3、从Proteus元件库中选取元器件。 AT89C51(单片机) , CAP(电容) , CRYSTAL(晶振), RES(电阻), 7406, CAP-ELEC(电解电容), RESPACK-8 (排阻), 7SEG-MPX4-CA (共阳极数码管) ,BUTTON(按键)。 4、放置元器件、电源和地并连线。 5、设置元器件属性。按电路所需设置元器件的属性值。 6、加载目标代码文件。注意将Clock Frequency栏中的频率设为 12MHz。 7、单击仿真启动按钮，全速运行程序。 8、观察并