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8.1 键盘接口技术

8.1 键盘接口技术. 8.1.1 行列式非编码键盘的工作原理 行列式键盘又叫矩阵键盘，如图 8-1 所示，按键设置在行列的交叉点上，如用 2×2 的行列结构可构成四个键的键盘， 4×4 的行列结构可构成 16 个键的键盘。在按键数量较多时，矩阵键盘可节省 I/O 口线。. 图 8-1 矩阵键盘与 AT89C51 接口连接图. 图 8-2 键闭合及断开时的电压抖动. 综上所述，对于非编码键盘，按键处理程序应具有如下四个功能： (1) 判断键盘上有无键按下。 (2) 去除键的机械抖动。 (3) 求按下键的键码。

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  1. 8.1 键盘接口技术 • 8.1.1 行列式非编码键盘的工作原理 • 行列式键盘又叫矩阵键盘，如图8-1所示，按键设置在行列的交叉点上，如用2×2的行列结构可构成四个键的键盘，4×4的行列结构可构成16个键的键盘。在按键数量较多时，矩阵键盘可节省I/O口线。

  2. 图8-1 矩阵键盘与AT89C51接口连接图

  3. 图8-2 键闭合及断开时的电压抖动

  4. 综上所述，对于非编码键盘，按键处理程序应具有如下四个功能： • (1) 判断键盘上有无键按下。 • (2) 去除键的机械抖动。 • (3) 求按下键的键码。 • (4) 闭合一次，只进行一次键功能操作。 • 8.1.2 单片机对非编码键盘的控制方式 • 1. 查询方式 • 这种方式是指在单片机完成其它工作后的空余时间，调用键盘扫描子程序，来响应键盘输入的要求，在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求。

  5. [例8.1] 用查询法按图8-1读取行列键盘键码，并将键码存入内部RAM 32H单元。 • 图中P1.4～P1.7用于控制行线，P1.0～P1.3用于控制列线。行、列线通过上拉电阻接+5 V，没有键按下时，被钳在高电平状态。通过发送扫描字确定键码，具体方法如下： • (1) 由列线输出0，然后读入P1口的值存入内部RAM 30H单元。

  6. (2) 由行线输出0，然后读入P1口的值存入内部RAM 31H单元。 • (3) 把30H的低4位与31H的高4位的值相加存入累加器A。 • (4) 最后判断累加器A的值，如果累加器A的数据全为1，说明无键按下，否则说明有键按下，且累加器A的数据就是被按下键的键值(程序中对累加器A取反，目的是用JNZ指令判断是否有键按下)。如图中圆圈所指键的键值为10111110B。

  7. 键扫描程序如下: • BOAD：LCALL BOADD • JNZ BOAD1 ；无键按下转BOAD • LCALL DELAY ；调延时子程序 • AJMP BOAD ；继续扫描键盘 • BOAD1：LCALL DELAY ；消除键抖动(延时子程序略) • LCALL BOADD ；确认是否有键按下 • JNZ BOAD2 • LCALL DELAY • SJMP BOAD ；转键扫描

  8. BOAD2： CPL A • MOV 32H，A ；取键值 • BOAD3： LCALL DELAY • LCALL BOADD • JNZ BOAD3 ；等待键松开 • B2： RET ；返回 • ；获取键值子程序

  9. BOADD： MOV P1，#0FH ；置行线为0 • MOV A，P1 • MOV 30H，A • MOV P1，#0F0H ；置列线为0 • MOV A，P1 • MOV 31H，A • ANL 30H，#0FH ；取列值

  10. MOV A，30H • ANL 31H，#0F0H ；取行值 • ADD A，31H ；行值加列值 • CPL A ；A全0无键按下 • RET

  11. 2. 定时扫描工作方式 • 定时扫描工作方式是利用单片机内部定时器产生定时中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描，当有键按下时，转入键功能的处理程序。 • 定时扫描在本质上是中断方式，只不过是定时扫描键盘，以中断的方式处理键盘，它的硬件电路与编程扫描工作方式相同。 • 3. 中断工作方式 • 单片机应用系统工作时，并不经常需要键输入。因此，无论是编程工作方式或是定时工作方式，CPU经常处于空扫描状态。 • 图8-3是AT89C51利用中断扫描方式实现的一个2×8矩阵式键盘的硬件接口电路。

  12. 图8-3 利用中断扩展2×8键盘电路图

  13. 通过前面的原理分析可知，完成键盘管理的程序主要有主程序和中断服务程序，主程序主要完成初始化和键值处理任务，中断服务程序主要完成键盘扫描和键值读入任务。对应的程序流程图如图8-4所示(INT1中断流程图与INT0类似，略)。通过前面的原理分析可知，完成键盘管理的程序主要有主程序和中断服务程序，主程序主要完成初始化和键值处理任务，中断服务程序主要完成键盘扫描和键值读入任务。对应的程序流程图如图8-4所示(INT1中断流程图与INT0类似，略)。

  14. 程序如下： • ORG 0000H • LJMP BEGIN ；转主程序 • ORG 0003H • LJMP WZD0 ；转外中断0程序 • ORG 0013H • LJMP WZD1 ；转外中断1程序

  15. BEGIN： ORG 0100H • MOV SP，#60H ；设置堆栈 • MOV R1，#00H ；R1存放键值 • SETB IT1 ；设INT0、INT1为边沿触发 • SETB IT0 • SETB EA ；开中断 • SETB EX0 • SETB EX1 • MOV P1，#00H

  16. 键值处理程序(略) • 其它主程序(略) • WZD0： PUSH PSW ；保护现场 • PUSH A • CLR EX0 ；关中断INT0 • LCALL DELAY ；调延时程序去抖动 • JNB P3.2，WZD01 • ；再次确认是INT0中断吗

  17. SETB EX0 ；不是，则恢复现场退出中断 • POP A • POP PSW • RETI • WZD01： MOV A，#01H ；置S1键的键值为1 • MOV P1，#0FEH ；扫描P1.0 • JNB P3.2，KEYR1 ；是S1键则转移

  18. INC A ；不是S1键，键值加1 • MOV P1，#0FDH ；扫描P1.1，以下同P1.0类似 • JNB P3.2，KEYR1 • INC A • MOV P1，#0FBH • JNB P3.2，KEYR1 • INC A • MOV P1，#0F7H • JNB P3.2，KEYR1 • INC A

  19. MOV P1，#0EFH • JNB P3.2，KEYR1 • INC A • MOV P1，#0DFH • JNB P3.2，KEYR1 • INC A • MOV P1，#0BFH • JNB P3.2，KEYR1 • INC A • MOV P1，#7FH

  20. JNB P3.2，KEYR1 • LJMP KEYR2 • KEYR1：MOV R1，A ；将键值存入R1中 • KEYR2：CLR IE0 ；清中断标志(因扫描中可能使IE0置位) • SETB EX0 ；开中断INT0 • POP A ；恢复现场 • POP PSW • RETI ；中断返回 • WZD1： …；外中断1程序与中断0相似(略) • DELAY： …；延时程序(略)

  21. 图8-4 中断方式扩展键盘流程图 (a) 主程序流程图；(b)  INT0中断服务程序流程图

  22. 8.2 LED显示器接口技术 • 8.2.1 LED显示器的结构原理 • LED显示器用发光二极管显示字段，分为共阴极和共阳极两种。图8-5给出了八段LED数码显示器的结构图和原理图。图8-5(a)是八段共阴极LED显示器，它将八个发光二极管阴极共地。当某发光二极管要点亮时，只需在该发光二极管的阳极加高电平即可。图8-5(b)是八段共阳极LED显示器，它的操作与共阴极相反。LED显示器也有七段的，它只比八段LED少一只发光二极管DP，其它结构与八段LED完全相同。

  23. 图8-5 七段LED显示器 (a) 共阴性；(b) 共阳性；(c) 管脚配置

  24. 字形码 3F 06 5B 4F 66 6D 7D 07 7F 6F 显示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 • 表8-1 共阴极LED数码管字形码表 图8-6 字形码数据格式

  25. 8.2.2 LED显示器的显示方式 • 1．静态显示方式 • 在静态显示方式中，各位的共阴或共阳极连接在一起接地或接+5 V，每位的段选线(a～dp)与一个8位并行口相连。如图8-7所示，它是一个4位的静态显示电路，之所以称之为静态显示电路，是由于显示器的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。

  26. 图8-7 4位LED静态显示电路图

  27. 2. 动态方式 • 为了克服静态显示方式的缺点，节省I/O口线，人们常常使用动态显示方式。它将所有数码管的a、b、c、d、e、f、g、sp引线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而公共端由另一个I/O口控制。应用时，轮流送入每个LED的字形码与位选码，利用人的视觉暂留现象来显示各位的字符。图8-8是一个8位LED动态显示电路图.

  28. 图8-8 8位LED动态显示电路图

  29. [例8.2] 根据图8-9编写程序显示内部RAM 50H～57H单元中的数据。 图8-9 AT89C51与动态显示LED接口连接图

  30. 图8-9是用8255A对8位动态显示器的接口电路。图中LED为八段共阴数码管，A口输出字形码，B口输出位选码，片选端直接接地。根据图中连接可知，8255A的A口地址为FFFCH，B口地址为FFFDH，控制口地址为FFFFH，由于A、B口均为输出，因此控制字为80H。下面是一个动态显示内部RAM 50H～57H单元数据的子程序。

  31. DIR：MOV A，#10000000B • ；设置8255的工作方式，A、B口为输出 • MOV DPTR，#0FFFFH • ；8255的命令口地址送DPTR • MOVX @DPTR，A • MOV R0，#50H ；50H～57H为显示缓冲区 • MOV R3，#7FH ；第一位的位选码 • MOV A，R3

  32. SCAN： MOV DPTR，#0FFFDH ；指向B口 • MOVX @DPTR，A ；位选码送B口 • MOV A，@R0 ；取显示数据 • MOV DPTR，#TAB ；取字形码表首址 • MOVC A，@A+DPTR ；取字形码 • MOV DPTR，#0FFFCH ；指向A口

  33. MOVX @DPTR，A ；字形码送A口 • ACALL DL1ms ；调延时1 ms子程序 • INC R0 ；指向下一显示数据单元 • MOV A，R3 • JNB ACC.0，ED ；8位显示完，退出 • RR A ；指向下一位 • MOV R3，A • AJMP SCAN ；继续显示下一位

  34. ED：RET • TAB：DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H • ；共阴0～F的字型码表 • DB 6DH，7DH，07H，7FH，6FH • DL1ms： MOV R7，#01H ；延时1 ms子程序 • DL0： MOV R6，#0FFH • DL1： DJNZ R6，DLI • DJNZ R7，DLO • RET

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