[信息与通信]第六章 at89s51 单片机并行接口扩展技术

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1、第六章AT89S51单片机并行接口扩展技术    本章主要讨论了单片机系统的各种并行接口扩展技术，包括扩展键盘/显示器接口、8155接口、以及A/D、D/A接口等。6.1键盘/显示器接口扩展   键盘和显示器是单片机系统的中最重要的组成部分，键盘为输入设备，通过键盘可以设置系统的参数或输命令；显示器则为输出设备，单片机通过显示器显示采集的数据或处理结果。本节首先介绍单片机系统扩展键盘和LED显示技术。6.1.1 键盘的工作原理 （1）按键的去抖动处理。键盘是一组按钮开关矩阵，通常情况下，按钮开关处于断开状态，当按下键时它们才闭合(短路)，

2、如图6.1所示。按照识别按键的方法不同，键盘可分为编码键盘和非编码键盘。按键的识别由专用的硬件实现，并能产生键值的称为编码键盘，自编软件识别的键盘称为非编码键盘。由于采用非编码键盘可以降低成本，在单片机系统中，当按键数量不多时，大家更喜欢采用非编码键盘。    通常情况下，当按下和松开按钮开关K1时，由于机械触点的弹性作用，图6.1中O点的电压变化如图6.2所示。没按键时，O点为高电平（t1）；按下的瞬间，O点的电压处于一种不稳定（抖动）状态（t2）；然后，进入闭合期，O点电压为低电平（t3）；当松开的瞬间，O点的电压再一次处于抖动状态（

3、t4）；最后，O点电压恢复为高电平（t5）。按一次键要经过两个抖动期t1和t2，每次抖动的时间大约在5~10ms之间。由于单片机工作在微秒数量级，必须进行去抖动处理，否则，按键一次会造成单片机的多次响应。常用的去抖动方法有两种，一种是采用硬件电路如滤波电路、双稳态电路等实现去抖；另一种是通过软件实现，即发现有键按下时，延时10~20ms再查询一次，若仍为低电平说明确实有键被按下，然后，等待按键的释放，即查询到图6.1中的O点为高电平时，还要延时10~20ms，当O点仍为高电平时，才为一次按键结束。如果不检测按键的释放，当按键时间很长时，同

4、样可能一次按键造成单片机的多次处理。  （2）键盘的结构与工作原理。非编码键盘按照结构的不同可分为：独立式键盘和行列式键盘。独立式键盘的处理程序简单，适合于键数较少的场合，行列式键盘处理程序稍复杂点，适合于键数较多的场合。   1）独立式键盘及其工作原理。独立式键盘是各按键互相独立，分别接一条输入数据线，各按键的状态互不影响，结构如图6.3所示。    当没有键被按下时，由于外边有上拉电阻，读得P1口的值为0FFH，当有键被按下时，如K4被按下，则读得P1口的值为0F7H。只要读得数据口的值即可知道是否有键被按下，或按下了哪个键。   2

5、）行列式键盘的结构与工作原理。键数较多时，独立式键盘结构需要占用很多I/O口线，会浪费许多资源，这时，常采用行列式键盘结构，即将键盘排列成行、列矩阵式，如图6.4所示。   图6.4中，每一水平线(行线)与垂直线(列线)的交叉处连接一个按钮开关，即开关的两端分别接在行线和列线上，N个行线和M个列线可组成M×N个按键的键盘。工作原理为所有行线输出为高电平，所有列线输出为低电平，读行线，若有键闭合，读回的行线值不全为高。   对按键的识别方法如下：   第一步：确定是否有键被按下。具体方法为所有的行线输出高电平，所有的列线输出低电平，读行线，

6、若行线中有低电平，延时20ms再读一次行线（去抖动），若仍为低电平说明有键闭合，把读到的四位行线状态保存起来；   第二步：当确认有键闭合时，使所有的行线输出低电平，所有的列线输出高电平，然后，读列线状态；   第三步：将第一次读得的四位行线值作为低4位，第二次读得的4位列线值做为高4位组成一个字节，然后，将该字节取反得到的值称为键值。   键值和键号是两个不同的概念，键值即当有键按下时，单片机读得的值，键号是印在键帽上的值，两者存在一一对应的关系。如在图6.4中，设键号为“6”的键闭合，则第一次读的行线P1.3、P1.2、P1.1、P1

7、.0的状态为1101；第二次的列线P1.7、P1.6、P1.5、P1.4的状态为1011，列、行状态组合后为10111101B，取反后为01000010B，以十六进数计为42H，即键号为“6”的键对应的键值为42H。同理可以求出图6.4中的其它键号与键值的对应关系如表6.1所示：   表6.1中的键值由两位16进制数组成，高位和低位分别为闭合键所在列号和行号，1、2、4、8分别表示第1、2、3、4行或列，如果需要可以通过软件将键值转成键号。  【例6.1】设某单片机系统的键盘电路如图6.4所示，编写程序当有键闭合时，将闭合键的键号存于键盘

8、缓冲KEYBUFF单元，并将按键标志KPRESSED置1。   解：设键盘缓冲KEYBUFF为30H单元，按键标志KPRESSED的位地址为00H，系统的晶体振荡器频率为6MHz，子程序段如下