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