第九章 mcs-51与键盘显示器的接口(1)

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1、单片机原理与应用主讲:郑宇第9章MCS-51单片机的人机交互通道(显示、键盘)配置与接口主要内容:从工程应用角度介绍了MCS-51单片机的交互通道配置与接口,主要包括人机界面中的键盘、显示器等。介绍了多种实用方案和设计技巧。重点在于系统概念的形成、各种接口设计方案和设计技巧的掌握,熟悉各种交互设备。难点在于使用动态方法进行键盘和显示的硬件及软件设计。人机界面:是指人与计算机系统进行信息交互的接口,包括信息的输入和输出。9.1MCS-51单片机与键盘的接口技术键盘:单片机系统中完成控制参数输入及修改的基本输入设备,是人工干预系统的重要手段。键盘的分类:按编码方式可分为编码键盘与

2、非编码键盘。按键组连接方式可分为独立连接式键盘与矩阵连接式键盘。9.1.1概述键盘输入的主要对象:各种按键或开关。1.独立连接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。其优点是硬件、软件结构简单,判键速度快,使用方便;缺点是占I/O口线多。适用场合:多用于设置控制键、功能键。适用于键数较少的场合。独立连接式键盘连接图如右图所示。当没有键被按下时,所有的数据输入线都为高电平;当有任意一个键被按下时,与之相连的数据输入线将变为低电平;通过相应指令,可以判断是否有键按下。2.矩阵连接式键盘键按矩阵排列,各键处于矩阵行/列的结点处,CPU

3、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。其特点是键多时占用I/O口线少,硬件资源利用合理,但判键速度慢。适用场合:多用于设置数字键,适用于键数多的场合。4行4列矩阵式键盘连接图如右图所示。这种键盘适合采取动态扫描的方式进行识别。扫描方式:低电平扫描(回送线必须被上拉为高电平)、高电平扫描(回送线需被下拉为低电平)。右图中给出了低电平扫描的电路。3.薄膜开关特点:不需要进行导线与开关间的焊接,结构简单、体积小、防尘、防水、防有害气体侵蚀、寿命长、可靠性高。应用:与按键式键盘类似,多个薄膜开关也可按照独立式或矩阵式设计内部电

4、路,其原理与普通键盘相同。(1)开关状态的可靠输入。必须消除键抖动。可以采用硬件和软件两种方法,硬件方法就是在按键输入通道上添加去抖动电路;软件方法则采用延迟10~20ms(2)键盘状态的监测方法——中断方式还是查询方式。(3)键盘编码方法。(4)键盘控制程序的编制。。9.1.3键盘接口功能:对键盘上所按下的键进行识别。分类:(1)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。其特点是增加了硬件开销,编码固定,但编程简单。适用于规模大的键盘。9.1.2使用键盘时必须解决的问题(2)非编码键盘:采用软件编/译码的方式,通过扫描,对每个被按下的键

5、判别输出相应的键码/键值。其特点是不增加硬件开销,编码灵活,但编程较复杂,占CPU时间。适用于小规模的键盘,特别是单片机系统。键盘。1.键盘接口的工作原理对于矩阵式键盘,如上页图所示,键盘的行线X0~X3通过电阻接+5V,当键盘上没有键闭合时,所有的扫描线和回送线都断开,无论扫描线处于何种状态,回送线都呈高电平。当键盘上某一键闭合时,则该键所对应的扫描线和回送线被短路,可以确定,变为低电平的回送线与扫描线相交处的键闭合。CPU对键盘扫描的方式:程序控制的随机方式(CPU空闲时扫描键盘)、定时控制方式(定时扫描键盘)、中断方式。CPU对键盘上闭合键的键号确定方法:根据扫描线和回

6、送线的状态计算求得,或根据行线和列线的状态查表求得。2.键输入程序的设计方法(1)判断键盘上是否有键闭合;(2)消除键的机械抖动;(3)确定闭合键的物理位置;(4)得到闭合键的编号;(5)确保CPU对键的一次闭合只做一次处理3.键盘接口方式(1)独立式键盘接口(静态方式)特点:结构简单,每个按键接单片机的一条I/O线,通过对输入线的查询,可以识别每个按键的状态。[例题]在MCS-51单片机系统中,设计一个含8个按键的独立式键盘。解:在MCS-51中,含8个按键的独立式键盘的线路连接如下页图所示,8个按键经上拉电阻拉高后分别接到MCS-51单片机P1口的8条I/O线上(P1.0

7、~P1.7)。在无键按下的情况下,P1.0~P1.7线上输入均为高电平。当有键按下时,与被按键相连的I/O线将得到低电平输入,其他位按键的输入线上仍维持高电平输入。P1口8条I/O线经与非门74LS30实现逻辑与非后,再经过1个非门74LS04进行信号变换,然后接至MCS-51的INT0引脚上,可通过中断的方式处理键盘。在中断服务程序中,先延时20ms消除键抖动,再对各键进行查询,找到所按键,并转到相应的处理程序中去。主程序如下:ORG0000HLJMPMAINORG0003H;外部中断0中断服务入口地

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