7.3单片机的显示与键盘*单片机应用系统通常都需要进行人-机对话。其中包括人-机应用系统的干预与数据输入，应用系统状态与运行结果的显示等。键盘与显示器是单片机应用系统中最常用的人-机交互技术。LED数码管显示器键盘接口技术7.3.1LED数码管显示器*与单片机应用系统接口的显示器主要是LED显示器和LCD（LiquidCrystalDisplay）显示器。LED(LightEmitingDiode)是发光二极管显示器的缩写。LED显示器由于结构简单、价格便宜、体积小、亮度高、电压低、可靠性高、寿命长、响应速度快、配置灵活等特点，与单片机接口方便而得到广泛的应用。1)数码管结构数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字09、字符AF、H、L、P、R、U、Y、符号“”及小数点“”数码管又分为共阴极和共阳极两种结构2)数码管工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，2、七段LED的段选码*为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码（或称字形码）。正好是一个字节（8段）。各段与字节中各位对应关系一般如下：字型及段码由
设计
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者自行设定，习惯上还是以“a”段对应段码的最低位。如使用共阳极数码管，数据为0
表
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示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。七段LED的段选码*3、LED显示器工作原理*4位LED显示器的结构原理图：N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。或称“字线”或称“位线”控制显示的字型。控制该显示位的亮或暗。有静态显示和动态显示两种显示方式。（1）静态显示方式*各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地或接正电源。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。静态显示的特点是每个数码管必须接一个8位锁存器用来锁存待显示的字形码。送入一次字形码显示字形一直保持，直到送入新字形码为止。这种
方法
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的优点是占用CPU时间少，较小的电流即可获得较高的亮度，程序也十分的简洁，显示便于监测和控制。缺点是这种显示方法占用的I/O端口较多，硬件电路复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。应用举例例共阴数码管静态显示0123ORG0000HMAIN:MOVP0，#3FHMOVP1，#06HMOVP2，#5BHMOVP3，#4FHSJMP$END（2）动态显示方式*所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。2）LED动态显示动态扫描方式*段码线的多路复用，公共端分时选通。只能点亮其中一个。动态扫描显示的分时控制方法：动态显示时，首先将位选的最低位置为低，选中第一位数码管，然后由段代码数据输出0段代码，即可在第一位上显示0这个数字，这时可将位选信号第2位置低，选中第二位数码管，然后再由段代码数据线输出1的代码，第3位和第4位也同样处理，如果每位的显示时间恰当，则看到4位一起点亮的效果。人眼的视觉暂留时间为0.1秒，设计时，要注意每位显示的间隔时间，由于一位7段LED的熄灭时间不能超过100ms，也就是说点亮其它位所用的时间不能超过100ms，这样当有N位的7段LED用来显示时，每一位间隔的时间t就必须符合下面的式子：t≦100ms/(N-1)比如，现在使用4位，也就是N＝4，则由式子可以算出t≦33ms，就是每一位的间隔时间不能超过33ms。当然时间可以也设得短一些，比如5ms或1ms。软件延时扫描定时中断扫描（推荐）设置显示缓冲区，定时从缓冲区中取出要显示的字符。例：动态显示方式6位动态显示器接口DIR：MOVR0，#79H；置缓冲器指针初值MOVR3，#01HMOVA，R3LD0：MOVDPTR，#7F01H；模式→8155AMOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，@R0；取显示数据ADDA，#0DH；加查表修正量MOVCA，@A+PC；查表取段数据DIR1：MOVX@DPTR，A；段数据→8155B口LCALLDL1；延迟1msINCR0MOVA，R3JBACC.5，LD0RLAMOVR3，ASJMPLD0显示子程序：DSEG：3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH；段数据表DSEG1：7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CH；段数据表DSEG2：39H，5EH，79H，71H，73H，3EH；段数据表DSEG3：31H，6EH，1CH，23H，40H，03H；段数据表DSEG4：18H，00，00，00C语言例程8位数码管显示0，1，…7#include
dofly[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//显示段码值01234567unsignedcharcodeseg[]={0,1,2,3,4,5,6,7};//分别对应相应的数码管点亮,即位码voiddelay(unsignedintcnt)延时子程序(省略)main(){unsignedchari;while(1){P0=dofly[i];//取显示数据，段码P2=seg[i];//取位码delay(2000);//扫描间隙延时i++;if(8==i)//检测8位扫描完全？i=0;}}*LED大屏幕显示无论是单个LED（发光二极管）还是LED七段码显示器（数码管），都不能显示字符（含汉字）及更为复杂的图形信息，这主要是因为它们没有足够的信息显示单位。LED点阵显示是把很多的LED按矩阵方式排列在一起，通过对各LED发光与不发光的控制来完成各种字符或图形的显示。最常见的LED点阵显示模块有5×7（5列7行），7×9，8×8结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种可用于大型电子显示屏的基本组建单元。LED点阵由一个一个的点（LED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。1．8×8LED点阵简介8×8LED点阵的外观及引脚图和等效电路图如图所示。图中只要各LED处于正偏（Y方向为1，X方向为0），则对应的LED发光。如Y7（0）=1，X7（H）=0时，则其对应的右下角的LED会发光。各LED还需接上限流电阻，实际应用时，限流电阻即可接在X轴，也可接在Y轴。图7.228×8点阵的等效电路7.3键盘接口在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，将该键号送入累加器ACC，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。1．按键的分类按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。按照接口原理分类（区别是识别键符及给出相应键码的方法）：编码键盘：用硬件来实现对键的识别，硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵非编码键盘：只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。3．按键结构与特点微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供
标准
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的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510ms。*常用软件来消除按键抖动。基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时10ms后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。如何消除按键的抖动（硬件法、软件法）当键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为高，说明按键已松开。采取以上
措施
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，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。一组按键或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。二、键盘接口的工作原理独立式按键接口和行列式键盘接口。7.3.2独立式按键单片机控制系统中，往往只要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。1.独立式按键结构独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。在此电路中，按键输入都采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。2.独立式按键的软件结构独立式按键的软件常采用查询式结构或中断式结构。查询方式、中断方式的独立式键盘*例：用三态缓冲器扩展的I/O口的按键接口*独立式键盘编程，软件消抖，查询方式检测键的状态。仅有一键按下时才有效才处理。*KEYIN:MOVDPTR,#0BFFFH；键盘端口地址BFFFHMOVXA,@DPTR；读键盘状态ANLA,#1FH；屏蔽高三位MOVR3,A；保存键盘状态值LCALLDELAY10；延时10ms去键盘抖动MOVXA,@DPTR；再读键盘状态ANLA,#1FH；屏蔽高三位CJNEA,R3,RETURN；两次不同，抖动引起转RETURNCJNEA,#1EH,KEY2；相等，有键按下，不等转KEY2程序-续*LCALLPKEY1;是S1键按下，转PKEY1键处理；子程序PKEY1KEY2:CJNEA,#1DH,KEY3;S2键未按下，转KEY3LCALLPKEY2;S2键按下，转PKEY2处理KEY3:CJNEA,#1BH,KEY4;S3未按下，转KEY4LCALLPKEY3;S3按下，转PKEY3处理KEY4:CJNEA,#17H,KEY5;S4键未按下，转KEY5LCALLPKEY4;S4按下，转PKEY4处理KEY5:CJNEA,#0FH,RETURN;S5未按下，转RETURNLCALLPKEY5;S5按下，转PKEY5处理RETURN:RET;重键或无键按下，从子程序返回识别和编程简单，用在按键数较少的场合。7.1.3矩阵式按键 单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。1.矩阵式键盘的结构及原理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，其结构如图所示。由图可知，一个4×4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。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，列线通过上拉电阻接到＋5V上。当无键按下时，列线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，列线电平将由与此列线相连的行线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。按键的识别方法----a.扫描法*图中3号键被按下为例，来说明此键时如何被识别出来的。识别键盘有无键被按下的方法，分两步进行：第1步：识别键盘有无键按下；第2步：如有键被按下，识别出具体的按键。把所有列线置0，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。上述方法称为扫描法，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，可确定此行列交叉点处的按键被按下。按键的识别方法----b.线反转法*只需两步便能获得此按键所在的行列值，线反转法的原理如下图。第1步：列线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所在行为按键所在行。第2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。结合上述两步，可确定按键所在行和列。三、键盘的工作方式*单片机在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。原则：即要保证能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘工作方式有3种，即：编程扫描、定时扫描中断扫描。1.编程扫描方式*只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，扫描键盘。工作过程：（1）在键盘扫描子程序中，先判断有无键按下。方法：PA口8位输出全0，读PC口低4位状态，若PC0～PC3为全1，则说明键盘无键按下；若不全为1，则说明键盘可能有键按下。（2）用软件来消除按键抖动的影响。如有键按下，则进行下一步。（3）求按下键的键号。（4）等待按键释放后，再进行按键功能的处理操作。定时扫描和中断扫描*2.定时扫描工作方式利用单片机内的定时器，产生10ms的定时中断，对键盘进行扫描。3.中断工作方式只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序，如无键按下，单片机将不理睬键盘。总结：键盘所做的工作可分为三个层次。键盘所做的工作可分为三个层次*第1层：单片机如何来监视键盘的输入。三种工作方式：①编程扫描②定时扫描③中断扫描。第2层：确定具体按键的键号。体现在按键的识别方法上就是：①扫描法；②线反转法。第3层：执行键处理程序。
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