单片机第10章 外部设备扩展

1、第10章 AT89S51单片机与输入/输出外设的接口,10.1 LED数码管的显示原理,LED（Light Emitting Diode）发光二极管缩写。LED数码管是由发光二极管构成的。常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。每一段对应一个发光二极管。有共阳极和共阴极两种。,10.1 LED数码管的显示原理,为了使数码管显示不同的符号或数字，要把某些段发光二极管点亮，就要为LED数码管提供段码（字型码）。 LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a”段对应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表10-1所示。,10.1 LED数码管的显示原理,按照表10-2种所示数据点亮

2、对应的字段，就能显示出相应的数字。这种表格也叫做七段数码管的“字码表”。,10.1 LED数码管的显示原理,除“8”字型的LED数码管外，市面上还有“1”型、“米”字型和“点阵”型LED显示器。,10.1.2 LED数码管工作原理,LED数码显示器件有两种常用的驱动方法：静态显示方式和动态显示方式。 1LED静态显示方式 无论多少位LED数码管，同时处于显示状态。,10.1.2 LED数码管工作原理,【程序举例与演示】,#include unsigned char DisTable16= 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80

3、,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e; void main (void) unsigned char temp=0; while(1) P0=DisTabletemp; temp+; if(temp=15) temp=0; ,10.1.2 LED数码管工作原理,静态显示方式接口编程容易，但是占用口线较多。若用I/O口线接口，要占用4个8位I/O口。因此在显示位数较多的情况下，所需的电流比较大，对电源的要求也就随之增高，这时一般都采用动态显示方式。,10.1.2 LED数码管工作原理,2LED动态显示方式 无论在任何时刻只有一个LED数码管处于显示

4、状态，即单片机采用“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。,10.1.2 LED数码管工作原理,在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有显示位的段码线的相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。 虽然这些字符是在不同时刻出现，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，由于余辉和人眼的“视觉暂留”作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成“多位同时亮”的假象，达到同时显示的效果。,10.1.2 LED数码管工作原理,10.1.2 LED数码管工作原理,【程序举例与演示】,#include sbit A1=P20; sbit A2

5、=P21; unsigned char DisTable16= 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e; void main (void) unsigned char temp=0; A1=0; A2=0;,while(1) P0=DisTabletemp; A1=1;/数码管1点亮 temp+; A1=0;/数码管1熄灭 P0=DisTabletemp; A2=1;/数码管2点亮 temp+; A2=0;/数码管2熄灭 if(temp=2)

6、temp=0; ,10.1.2 LED数码管工作原理,动态显示的优点是硬件电路简单，显示器越多，优势越明显。缺点是显示亮度不如静态显示的亮度高。如果“扫描”速率较低，会出现闪烁现象。,10.2 键盘接口原理,10.2.1 键盘输入应解决的问题 1键盘的任务 (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。 2键盘输入的特点 常见键盘：触摸式键盘、薄膜键盘和按键式键盘，最常用的是按键式键盘。,10.2 键盘接口原理,10.2.1 键盘输入应解决的问题 3按键的识别 有系统有不止一个按键时，如何判断哪个按键

7、被按下了，以及用户是否放开了按键（只按了一下按键，还是按着不放手）。 4如何消除按键的抖动 按键去抖动的方法有两种： 软件延时法。 采用专用的键盘/显示器接口芯片，这类芯片中都有自动去抖动的硬件电路。,10.2 键盘接口原理,按键抖动,按键在松开时一瞬间的波形，由低电平跳变至高电平,将上升沿放大后发现“毛刺”信号 容易导致误触发和错误计数,10.2 键盘接口原理,去抖动算法 If（KEY=0）/检测到有按钮被按下 delay(10);/延时一段时间 if（KEY=0）/按钮是不是依然被按着 用户代码; ,10.2 键盘接口原理,键盘可分为两类：非编码键盘和编码键盘。 我们常用的直接把按钮和单片

8、机I/O连接在一起的键盘属于非编码键盘，利用专用控制芯片（后面要介绍到的CH514）的键盘属于编码键盘。 （1）独立式键盘 特点是：一键一线，各键相互独立，每个键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可容易地判断哪个按键被按下，如图10-8所示。,10.2 键盘接口原理,工作过程分析：当没按键按下时，读取P1口，返回的都是0 xFF，当有一个，或者多个按钮按下后，P1口对应的位将变为低电平。 优点：电路简单，各条检测线独立，识别按下按键的软件编写简单。,图10-8 独立式键盘接口电路,10.2 键盘接口原理,【读取过程演示】,11111111,01111111,01101111,

9、1、在没有按钮按下时，由于上拉电阻的作用，P1=0 xFF。 2、当P1.0处按钮被按下后，对应位变成0，P1=0 xFE。 3、如果有多个按钮被同时按下，对应位变成0，P1=0 xF6。,10.2 键盘接口原理,（2）矩阵式键盘 矩阵式（也称行列式）键盘用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。如图10-9所示，一个4x4的行、列结构可以构成一个16个按键键盘。在按键数目较多的场合，要节省较多的I/O口线。,图10-9 矩阵式键盘接口,10.2 键盘接口原理,矩阵键盘的读取有两种常见的方法：扫描法和线反转法。两者的硬件电路有微小差别，请注意区别。, 扫描法读取步骤，

10、以图10-9为例。 第1步，识别键盘有无键按下。先把所有列线均置为0，然后检查各行线电平是否都为高，如果不全为高，说明有键按下，否则无键被按下。 第2步，识别出哪个按键被按下。采用逐列扫描法，在某一时刻只让1条列线处于低电平，其余所有列线处于高电平。,图10-9 矩阵式键盘接口,10.2 键盘接口原理,【读取过程演示】,1,1,1,1,0,1,1,1,第一步：设置P1为0 xEF,读P1口，判断低四位的状态 P1.0，P1.1，P1.2，P1.3均为1 没有按键按下,比如按下6号按钮,第二步：设置P1为0 xDF,第三步：设置P1为0 xBF,读P1口，判断低四位的状态 此时P1.1为0，判断

11、为第2行 第3列的按钮被按下,1,0,0,第四步：设置P1为0 x3F,0,0,10.2 键盘接口原理, 线反转法读取步骤，以图10-10为例,第一步，P1.0P1.3输出全为“0”，然后，读入P1.4P1.7线的状态，结果P1.4=0，而P1.5P1.7均为1，因此，第1行出现电平的变化，说明第1行有键按下； 第二步，让P1.4P1.7输出全为“0”，然后，读入P1.0P1.3位，结果P1.0=0，而P1.1P1.3均为1，因此第4列出现电平的变化，说明第4列有键按下。,图10-10 采用线反转法的矩阵式键盘,10.2 键盘接口原理,【读取过程演示】,第一步，设置P1=0 x0F,1 1 1

12、 1 0 0 0 0,按下按钮6后，P1变成0 x0D 说明第3列有按键按下,第二步，设置P1=0 xF0,由于按钮6一直被按着 所以P1变成0 xD0 说明第2行有按键被按下,综合判断是按钮6,1 0 1 1 0 0 0 0,0 0 0 0 1 1 1 1,0 0 0 0 1 0 1 1,10.2 键盘接口原理,10.2.3 键盘的工作方式 单片机在忙于其他各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，这取决于键盘的工作方式。工作方式选取原则是，既要保证及时响应按键操作，又不过多占用单片机工作时间。键盘工作方式有3种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。,10.2 键盘接口原理,1编程扫描方式 while

13、(1) KeyNumber=ReadKey();/在while循环中不停读取按键状态 2定时扫描方式 void timer0_int() interrupt 1 KeyNumber=ReadKey();/在定时器中断函数中读取按键状态 3中断扫描方式 void EXT0_int() interrupt 0 KeyNumber=ReadKey();/在外中断函数中读取按键状态 ,10.2 键盘接口原理,非编码矩阵式键盘所完成的工作分为3个层次。 （1）单片机如何来监视键盘的输入 体现在键盘的工作方式上就是：编程扫描；定时扫描；中断扫描。 （2）确定按下键的键号 体现在按键的识别方法上就是：扫描法

14、；线反转法。 （3）根据按下键的键号，实现按键的功能，即跳向对应的键处理程序。,10.3 键盘/显示器接口设计实例,常见的键盘显示实现方式： 1. 利用AT89S51串行口实现的键盘/显示器接口 2. 各种专用的键盘/显示器接口芯片 用专用芯片，可省去编写键盘/显示器动态扫描程序以及键盘去抖动程序编写的繁琐工作。目前各种专用接口芯片种类繁多，各有特点，总体趋势是并行接口芯片逐渐退出，串行接口芯片越来越多的得到应用。 早期的较为流行的键盘/显示器芯片8279，目前流行的键盘/显示器接口芯片均采用串行通信方式，占用口线少。常见的芯片有：周立功公司的ZLG7289A、ZLG7290B、MAX7219、南京沁恒公司的CH451、HD7279和BC7281等。,10.3 键盘/显示器接口设计实例,专用接口芯片CH451实现的键盘/显示器控制 1. 基本功能与引脚介绍 内部集成数码管显示驱动和键盘扫描控制的专用键盘/显示器接口芯片。内置RC振荡电路，可以直接动态驱动8位LED数码管(或者64只LED)，可实现显示数字左移、右移、左循环、右循环、各位显示数字独立闪烁等功能。内置大电流驱动级，段电流不小于30mA，字电流不小于160mA，并有16级亮度控制功