单片机实验.docx
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单片机实验
第七章键盘及其接口
§7.1单片机与键盘接口
教学目的:
1、熟悉键盘接口的特点及应用
2、掌握键盘的结构
3、掌握扫描法检测按键的编程方法
教学重点：
键盘的结构
教学难点:
扫描法检测按键
教学过程：
组织教学：
授课课时：
（2课时）
扳书课题：
§7.1单片机与键盘接口
知识回顾：
1、可编程并行接口芯片8255有几个I/O口？
2、几种工作方式？
由谁来确定？
引入新课：
一、按键操作存在的问题——键抖动
键在电路中的连接如图8-15所示。
当操作键时．其一对触点闭合或断开，引起A点电压的变化。
A点电压就用来向单片机输入键的通断状态。
由于机械触点的弹性作用，触点在闭合和断开瞬间的电接触情况不稳定，造成了电压信号的抖动现象，如图8-15所示。
键的抖动时间一般为5~10ms。
这种现象会引起单片机对于一次键操作进行多次处理，因此须设法消除键接通或断时的抖动现象。
去抖动的方法有硬件和软件两种。
硬件去抖动和软件去抖动。
1、硬件消除抖动
2、软件去抖动
采用软件去抖动的方法是在单片机检测到有键按下时执行一个10～20ms的延时程序后再次检查该键电平是否仍保持闭合状态．如保持闭合状态，则确认为有键按下，否则从头检测。
这样就能消除键的抖动影响。
二、按键分类
1、独立式键盘的结构
独立式键盘的结构如图l所示，这是最简单的键盘结构形式，每个按键的电路是独立的，都有单独一根数据线输出键的通断状态。
单片机一条I/O口线对应一个按键。
图1独立式键盘的结构
2、矩阵式键盘
若干I/O口线作行线；若干I/O口线作列线，在每个行列交点设置按键组成。
如图2所示。
图2矩阵式键盘结构
三、按键监测方法
1、监测有无键按下
2、按键的识别（哪一个键被按下）
扫描法——有键按下时，读入行或列值，则为0值的行列交点的键便是。
下面以图2为例讲解扫描法的程序。
小结：
（略）
思考题:
1、键盘的特点及健的消抖动方法
2、按键的种类及扫描方式
3、按键的监测。
§7.2键盘的扩展方法
教学目的:
1、熟悉键盘接口
2、掌握串行口扩展按键的方法
3、掌握并行口扩展按键的方法
4、掌握扫描法检测按键的编程方法
教学重点：
行列式键盘扩展
教学难点:
扩展按键的工作原理及程序编写
教学过程：
组织教学：
授课课时：
（2课时）
扳书课题：
§7.2键盘的扩展方法
知识回顾：
1、可编程并行接口芯片8255有几个I/O口？
2、键盘接口的基本方法是什么？
引入新课：
键盘接口的扩展
在第七章我们已经了解到，通过串行口和可编程控制芯片可以扩展I/O口，同样键盘接口也可通过扩展的I/O口连接，举例说明如下。
一、串行口扩展键盘接口
图8-7是通过串行口扩展的行列式键盘接口。
不过需注意的是，采用串口扩展键盘接口时，需要用到串-并转换器件，图中采用的是串行输入、并行输出TTL器件74HC164芯片。
本图中，串行输出数据为按键扫描信号（列信号），扫描时，扫描信号按先低位后高位从串口输出，低位对应74HC164的Q7位，高位对应Q0位；P1.0、P1.1为行输入信号。
键值由列和行共同决定，因不在同一I/O口，故不能用8位数据表示。
若把P1.0线上的8个按键编码为：
00H、01H、02H、03H、04H、05H、06H、07H，P1.1线上的8个按键编码为08H、09H、0AH、0BH、0CH、0DH、0EH、0FH，识别键盘编码的程序（结果存R5中）如下：
图8-7串行口扩展的行列式键盘接口电路
ORG0000H
JMPMAIN
ORG0050H
MAIN：
MOVSCON，#00H；串行口方式0
MOVR4，#00H；列计数
MOVA，#00H；初始化扫描线
MOVSBUF，A；发送
JNBTI，$
CLRTI
FIND：
JNBP1.0，KEY1；P1.0=0，P1.0线上有键按下
JNBP1.1，KEY1；P1.1=0，P1.1线上有键按下
JMPFIND；无键按下，继续查找
KEY1：
CALLD10MS；迟时10ms，消除抖动
JNBP1.0，KEY2
JNBP1.1，KEY2
JMPFIND
KEY2：
MOVR2，#7FH；首列扫描字，Q0输出为0
MOVA，R2
KEY6：
MOVSBUF，A；发送列扫描字
JNBTI，$
CLRTI
JBP1.0，KEY3；检查P1.0线上有无按键按下
MOVR5，#00H；P1.0线上首个按键编码
JMPKEY4；确定键号
KEY3：
JBP1.1，KEY5；检查P1.1线上有无按键按下
MOVR5，#08H；P1.0线上首个按键编码
KEY4：
ADDA，R4；首键号加列号得键编码
MOVR5，A；编码保存至R5
；键处理程序略
KEY5：
INCR4；指向下一列
MOVA，R2；取扫描字
JNBACC.0，KEY7；判断是否扫描完
RRA；扫描下一列
MOVR2，A；暂存扫描字
JMPKEY6
KEY7：
JMPFIND；扫描完成，继续下一次按键扫描
D10MS：
；延时10ms程序略
RET
END
二、并行口扩展键盘接口
图8-8是利用可编程控制器8255扩展的行列式键盘接口电路。
该图利用8255的两个端口PA和PB，PB作为扫描信号输出口，PA作为信号接收口（回扫信号输入口）扩展的32个按键接口电路。
当PB口输出全部为低电平时，若无键按下，则PA口输入都是高电平；若有键按下，PA口必有一个输入为低电平。
按键的识别采用逐列扫描键盘方法，即让PB0先为低，PB1到PA3为高，检测PA口输入是否有为低电平的。
如果有，则闭合键在第一列上，如果无，则再使PB1为低，PB口其它输出线均为高，依次扫描下去，找到按键所在的列，同时根据检测到的PA口输入数据判断哪一位为低，便可知道键在哪一行上。
根据图中的连接，可得知PA口的地址为7CFFH，PB口的地址为7DFFH，控制口的地址为7FFFH，下面给出识别按键的子程序。
图8-88255扩展I/O口组成的行列式键盘
程序设计思路：
首先判断是否有键按下，如果有，延时一段时间，再判断是否有键按下，其目的是为了消除电路抖动和消除干扰信号。
一般按键的时间至少有十几毫秒，而干扰信号的时间都很短。
只有两次判断都有键按下，才认为是真有键按下。
当确认有键按下后，再逐列扫描判断按键的位置。
按键识别子程序如下（键号存入R5）：
KEY：
ACALL
KS
；有键按下吗？
JZ
NK
；无键按下返回
ACALL
D10MS
；调用延时程序，消除抖动
ACALL
KS
；再次判断是否有键按下
JZ
NK
；无键按下返回
MOV
A，#0FEH
；列扫描信号，从PB0开始
MOV
R4，#00H
；列计数器
MOV
R5，#00H
；键号初值
K1：
MOV
R2，A
；列扫描控制字暂存R2
ACALL
KS
；扫描键盘
JNZ
FIND
；找到键转移
INC
R4
；列计数器加1，指向下一列
MOV
A，R2
；取列扫描控制字
RL
A
；列扫描信号左移一位
CJNE
A，#0EFH，K1
；4列扫描完？
CLR
F0
；置没找到标志
SJMP
NK
FIND：
CLR
C
；有键按下，求出键编码
K2：
RRC
A
；判断该列键位置
INC
R5
JNC
K2
MOV
A，R4
；列号送A，然后乘8
RL
A
RL
A
RL
A
ADD
A，R5
；键编码值
MOV
R5，A
；保存在R5
NK：
RET
；判断是否有键按下子程序
KS：
MOV
DPTR，#7FFFH
；控制口地址送DPTR
MOV
A，#90H
；A口方式0输入，B口方式0输出
MOVX
@DPTR，A
MOV
DPTR，#7DFFH
；B口地址送DPTR
MOV
A，#00H
MOVX
@DPTR，A
；送列扫描信号，PB0～PB3为0
MOV
DPTR，#7CFFH
；A口地址送DPTR
MOVX
A，@DPTR
；读行回扫信号
CPL
A
；求反，A=0，无键，否则有键按下
RET
小结：
（略）
思考题:
1、键盘扩展有几种方法？
2、串行扩展与并行扩展键盘的主要区别是什么
3、扩展键盘如何编写程序
§7.2单片机与显示器接口
教学目的:
1、熟悉发光二极管、LED、数码LED、点阵LED、LCM、LCD显示原理
2、掌握数码LED与单片机的接口方式
3、掌握静态显示方式与动态显示方式
3、掌握显示扫描的编程方法
教学重点：
LED的静态显示和动态显示方式
教学难点:
显示程序的编写
教学过程：
组织教学：
授课课时：
（2课时）
扳书课题：
§7.2单片机与显示器接口
引入新课
一、常用的显示器件
1、CRT显示器
2、LCD显示器
3、LED显示器
二、LED显示器件
1、单个发光二极管
2、七段数码管
三、LED显示方式
有共阴极和共阳极两种。
1）字形码表的产生，P192表8-1
2）显示方式：
静态显示
在静态显示方式下，每一位显示器的字段控制线是独立的。
当显示某一字时，该位的各字段线和字位线的电平不变，也就是各字段的亮灭状态不变。
静态显示方式下LED显示器的电路连接方法是：
每位LED的字位控制线门共阴极点或共阳极点连在一起，接地或接＋SV；其字段控制线（a～dP）分别接到一个8位口。
动态显示
利用人眼的视觉暂留效应。
分时显示不同的数码管。
四、LED显示器接口方法
1、硬件译码法
举例：
现要求将单片机内存30H-33H中存放的四个数分高低位分别用8个数码管显示出来。
采用4线---7线译码芯片MC14495实现单片机与数码管之间的连接。
如图1所示。
1）硬件连接
2）控制软件
2、软件译码法
举例1
利用8255A实现静态显示方式将8031单片机内部RAM区30H—32H内的三个数在数码管中显示出来。
（1）硬件连接如图2所示。
图2
（2）控制软件
现要求利用图84所示电路编一程序，将8031片内存储器30H、3lH、32H单元的数值（十六进制数0～F之间）分别显示于0#、1#、2#LED显示器上。
所编程序采用查表法。
将对应于0～F这16个数码的字段码依次存放在以TABLE为起始地址的存储单元中。
然后根据地址指针RI的内容查表得到对应的字段码，送相应的UO口输出。
图2中8255作于方式0输出，A口、B口、C口和控制口的地址为7F00H～7F03H。
程序如下：
举例2
利用8155实现动态显示方式，显示2005年5月16日。
（1）硬件设计
连接如图3所示。
图中采用了8155作为单片机与数码管的接口芯片。
同时考虑到有八个数码管，故采用了两片7406和三片75452作为驱动。
图3
（2）软件设计
小结：
（略）
思考题:
1、8155有哪些功能？
有几个并行I/O口？
2、如何去除按键抖动？
按键查询有几种方法？
§7.3可编程8279显示芯片应用
教学目的:
1、熟悉8279的特点
2、掌握8279的功能及引脚
3、掌握8279的显示方式及可编程控制
4、掌握8279的初始化编程
教学重点：
8279的显示方式及编程控制
教学难点:
8279的命令及控制方法
教学过程：
组织教学：
授课课时：
（2课时）
扳书课题：
§7.3可编程8279显示芯片应用
知识回顾：
1、静态显示方式与动态显示方式的区别？
2、静态显示方式的优缺点、动态显示方式的优缺点？
引入新课：
一、可编程键盘/显示并行接口芯片8279
INTEL8279芯片是一种通用可编程的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘输入和LED自动显示控制两种功能。
内含8个字符的键盘输入FIFO，16个字节的显示RAM。
键盘部分提供的扫描方式，可以和具有64个按键或传感器的阵列相连。
能自动清除开关抖动以及N键同时按下的保护。
显示部分按扫描方式工作，可以显示8或16位LED数码管。
1、8279的引脚及功能
8279芯片采用双列直插式封装，各引脚排列如图8-22。
其中：
A0：
地址输入线，A0=0为数据口地址，A0=1为命令/状态口地址。
D7～D0：
双向数据线，三态，用于与CPU之间的命令和数据传送。
CLK：
时钟输入线，用于8279的时钟输入，以产生内部定时的时钟脉冲，其工作频率为100kHz，一般由CPU的ALE信号分频得到。
RST：
复位输入线，高电平有效。
：
片选输入线，低电平有效。
：
读信号输入控制线，低电平有效。
：
写信号输入控制线，低电平有效。
INT：
中断请求输出线，高电平有效。
在键盘工作方式下，当FIFO/传感器RAM中有数据时，输出高电平，在FIFO/传感器RAM每次读出时，下降为低电平，若在RAM中还有信息，则又变为高电平。
在传感器工作方式中，每当探测到传感器信号变化时，中断线就变为高电平。
SL0～SL3：
扫描输出线，用来扫描按键开关、传感器阵列和显示。
RL0～RL7：
回送输入线，按键或传感器扫描时，回送扫描状态。
其内部有上拉电阻，使之保持为高电平，当有按键闭合时，对应的回送输入线变为低电平。
SHIFT：
换档输入线，高电平有效，用于键盘上下档功能设置。
在传感器方式时，输入无效。
CNTL：
在键盘方式时，常用来扩展键开关的控制功能。
OA3～OA0及OB3～OB0：
A组显示输出线和B组显示输出线，输出与扫描线SL0～SL3同步，可被独立控制输出，也可看成一个8位端口控制输出。
：
消隐信号输出线，低电平有效,在显示信息切换时，不使切换信息输出至LED上显示。
VCC：
＋5V电源输入线。
VSS：
地线输入线。
2、命令及命令格式
8279有三种工作方式：
键盘工作方式、显示工作方式和传感器工作方式。
键盘工作方式：
双键互锁和N键轮回。
双键互锁是指当有两个以上按键同时按下时，只能识别最后一个被释放的按键，并把其键值送入内部FIFORAM中。
N键轮回是指当有多个按键同时按下时，所有按键的键值均可按扫描顺序依次存入FIFORAM中。
显示工作方式：
是指CPU输入至8279内部FIFORAM的数据的输出格式，有8个字符左端入口显示、16个字符左端入口显示、8个字符右端入口显示、16个字符右端入口显示四种方式。
传感器方式：
是指扫描传感器阵列时，一旦发现传感器的状态发生变化就置位INT向CPU申请中断。
选择不同的工作方式均是通过CPU对8279送入命令来进行控制。
8279共有8种命令，命令寄存器为8位，其中D7～D5为命令特征位，D4～D0为命令的控制位。
CPU对8279写入的命令数据为命令字，读出的数据为状态字。
8279共有八条命令，其功能及命令字格式分述如下。
（1）键盘/显示方式设置命令字
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
000DDKKK
其中：
D7、D6、D5=000为方式设置命令特征位。
DD（D4、D3）：
用来设定显示方式，如表8-5所示。
表8-5显示方式选择
D4
D3
显示方式
0
0
8个字符显示，左端入口
0
1
16个字符显示，左端入口
1
0
8个字符显示，右端入口
1
0
16个字符显示，右入口
所谓左入口，即显示位置从最左一位（最高位）开始，以后逐次输入的显示字符逐个向右顺序排列；所谓右入口，则是显示位置从最右一位（最低位）开始，以后逐次输入显示字符时，已有的显示字符依次向左移动。
KKK（D2、D1、D0）：
用来设定七种键盘/显示扫描方式，如表8-6所示。
表8-6键盘/显示扫描方式
D2
D1
D0
键盘/显示扫描方式
0
0
0
编码扫描键盘，双键锁定
0
0
1
译码扫描键盘，双键锁定
0
1
0
编码扫描键盘，N键轮回
0
1
1
译码扫描键盘，N键轮回
1
0
0
编码扫描传感器矩阵
1
0
1
译码扫描传感器矩阵
1
1
0
选通输入，编码显示扫描
1
1
1
选通输入，译码显示扫描
（2）时钟编程命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
001PPPPP
其中：
D7、D6、D5=001为时钟命令特征位。
PPPPP（D4、D3、D2、D1、D0）用来设定外部输入CLK时钟脉冲的分频系数N。
N取值范围为2～31。
如CLK输入时钟频率为2MHZ，PPPPP应被置为10100（N=20），才可获得8279内部要求的100KHZ的时钟频率。
（3）读FIFO/传感器RAM命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
010AIXAAA
其中：
D7、D6、D5=010为读FIFO/传感器RAM命令特征位。
该命令字只在传感器方式时使用。
在CPU读传感器RAM之前，必须用这条命令来设定所读传感器RAM中的地址。
AAA（D2、D1、D0）为传感器RAM中的八个字节地址。
AI（D4）为自动增量特征位。
当AI=1时，每次读出传感器RAM后地址自动加1使地址指向下一个存储单元。
这样，下一个数据便从下一个地址读出，而不必重新设置读FIFO/传感器RAM命令。
在键盘工作方式中，由于读出操作严格按照先入先出顺序，因此，不需使用这条命令。
（4）读显示RAM命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
011AIAAAA
其中：
D7、D6、D5=011为读显示RAM命令字的特征位。
该命令字用来设定将要读出的显示RAM地址。
AAAA（D3、D2、D1、D0）用来寻址显示RAM中的存储单元。
由于位显示RAM中有16个字节单元，故需要4位寻址。
AI（D4）为自动增量特征位。
AI=1时，每次读出后地址自动加1，指向下一地址。
（5）写显示RAM命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
100AIAAAA
其中：
D7、D6、D5=100为写显示RAM命令字的特征位。
在写显示RAM之前用这个命令字来设定将要写入的显示RAM地址。
AAAA（D3、D2、D1、D0）为将要写入的显示RAM中的存储单元地址。
AI（D4）为自动增量特征位。
AI=1时，每次写入后地址自动加1，指向下一次写入地址。
（6）显示禁止写入/消隐命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
101XIW/AIW/BBL/ABL/B
其中：
D7、D6、D5=101为显示禁止写入/消隐命令特征位。
IW/A、IW/B（D3、D2）为A、B组显示RAM写入屏蔽位。
当A组的屏蔽位D3=1时，A组的显示RAM禁止写入。
因此，从CPU写入显示器RAM数据时，不会影响A的显示。
这种情况通常在采用双4位显示器时使用。
因为两个四位显示器是相互独立的。
为了给其中一个四位显示器输入数据而又不影响另一个四位显示器，因此必须对另一组的输入实行屏蔽。
BL/A、BL/B（D1、D0）为消隐设置位。
用于对两组显示输出消隐。
若BL=1，对应组的显示输出被消隐。
当BL=0，则恢复显示。
（7）清除命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
110CDCDCDCFCA
其中：
D7、D6、D5=110为清除命令特征位。
清除显示RAM方式如表8-7所示。
表8-7显示RAM清除方式
D4
D3
D2
清除方式
1
0
×
将全部显示RAM清为00H
1
1
0
将全部显示RAM置为20H，A组输出0010，B组输出0000
1
1
1
将全部显示RAM置为FFH
0
×
×
D0=0不清除，D0=1按上述方法清除
CF（D1）用来置空FIFO存储器，当CF=1时，执行清除命令后，FIFORAM被置空，使INT输出线复位。
同时，传感器RAM的读出地址也被置为0。
CA（D0）为总清的特征位。
它兼有CD和CF的联合效能。
在CF=1时，对显示的清除方式由D3、D2的编码决定。
显示RAM清除时间约需160us。
在此期间状态字的最高位Du=1，表示显示无效。
CPU不能向显示RAM写入数据。
（8）结束中断/错误方式设置命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
111EXXXX
其中：
D7、D6、D5=111为该命令的特征位。
此命令有两种不同的作用。
①作为结束中断命令。
在传感器工作方式中使用。
每当传感器状态出现变化时，扫描检测电路就将其状态写入传感器RAM，并启动中断逻辑，使INT变高，向CPU请求中断，并且禁止写入传感器RAM。
此时，若传感器RAM读出地址的自动递增特性没有置位（AI=0），则中断请求INT在CPU第一次从传感器RAM读出数据时就被清除。
若自动递增特征已置位（AI=1），则CPU对传感器RAM的读出并不能清除INT，而必须通过给8279写入结束中断/错误方式设置命令才能使INT变低。
因此，在传感器工作方式中，此命令用来结束传感器RAM的中断请求。
②作为特定错误方式设置命令。
在8279已被设定为键盘扫描N键轮回方式以后，如果CPU给8279又写入结束中断/错误方式设置命令（E=1），则8279将以一种特定的错误方式工作。
这种方式的特点是：
在8279的消抖周期内，如果发现多个按键同时按下，则FIFO状态字中的错误特征位S/E将置1，并产生中断请求信号和禁止写入FIFORAM。
上述八种用于确定8279操作方式的命令字皆由D7D6D5特征位确定，输入8279后能自动寻址相应的命令寄存器。
因此，写入命令字时唯一的要求是使数据选择信号A0=1。
3、状态字与状态格式
8279的FIFO状态字，主要用于键盘和选通工作方式，以指示FIFORAM中的字符数和有无错误发生。
其格式为：
D7D6D5D4D3D2D1D0
DUS/EOUFNNN
其中：
Du（D7）为显示无效特征位。
当Du=1表示显示无效。
当显示RAM由于清除显示或全清命令尚未完成时，Du=1，此时不能对显示RAM写入。
S/E（D6）为传感器信号结束/错误特征位。
该特征位在读出FIFO状态字时被读出。
而在执行CF=1的清除命令时被复位。
当8279工作在传感器工作方式时，若S/E=1，表示传感器的最后一个传感器信号已进入传感器RAM；而当8279工作在特殊错误方式时，若S/E=1则表示出现了多键同时按下错误。
O
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