单片机原理与应用课件 第6章 人机交互通道配置与接口.ppt

1,第6章 人机交互通道配置与接口,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、微型打印机等。介绍了多种实用方案和设计技巧。 重点：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：使用动态方法进行键盘和显示的硬件及软件设计。,2,第6章 人机交互通道配置与接口,6.1 mcs-51单片机与键盘的接口技术 6.2 mcs-51单片机与显示器的接口技术 6.3 mcs-51单片机键盘和显示器接口设计实例,3,6.1 mcs-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：按键组连接方式可分为独立连接式键盘与矩阵连接式键盘。,4,6.1.1 键盘结构, 独立式按键 独立式按键是每个按键占用一根i/o端线。,各按键相互独立，电路配置灵活； 按键数量较多时，i/o端线耗费较多，电路结构繁杂； 软件结构简单。 适用于按键数量较少的场合。,5,6.1.1 键盘结构, 行列式(矩阵式)键盘 i/o端线分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，按键按下时，行线与列线发生短路。,占用i/o端线较少； 软件结构教复杂。 适用于按键较多的场合。,6,6.1.2 使用键盘时必须解决的问题,键盘去抖动问题：,键盘的抖动时间一般为520ms，抖动现象会引起cpu对一次键操作进行多次处理，从而可能产生错误。,7,6.1.3 键盘接口,对键盘上所按下的键进行识别。, 程序控制扫描方式 键处理程序固定在主程序的某个程序段。 定时控制扫描方式 利用定时/计数器每隔一段时间产生定时中断，cpu响应中断后对键盘进行扫描。 中断方式 当键盘上有键闭合时，向cpu申请中断，cpu响应中断后对键盘进行扫描。,8,6.1.3 键盘接口,键扫描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,9,独立式键盘接口扫描方式,10,keyb:orl p1,#07h ;置p1.0p1.2为输入态 mov a,p1 ;读键值,键闭合相应位为1 anl a,#00000111b ;屏蔽高5位,保留有键值信息的低3位 jz gret ;全0,无键闭合,返回 lcall dy10ms ;非全0,有键闭合,延时10ms,软件去抖动 mov a,p1 ;重读键值,键闭合相应位为1 anl a,#00000111b ;屏蔽高5位,保留有键值信息的低3位 jz gret ;全0,无键闭合,返回;非全0,确认有键闭合 jb acc.0,kb0 ;转0#键功能程序 jb acc.1,kb1 ;转1#键功能程序 jb acc.2,kb2 ;转2#键功能程序 gret:ret kb0: lcall work0 ;执行0#键功能子程序 ret kb1: lcall work1 ;执行1#键功能子程序 ret kb2: lcall work2 ;执行2#键功能子程序 ret,11,独立式键盘接口扫描方式,12,独立式键盘接口扫描方式,主程序如下： org 0000h ljmp main org 0003h ; 外部中断0中断服务入口地址 ljmp inti ; 转中断服务 org 0100h main: setb ea ; 开总中断允许 setb ex0 ; 开int0中断 setb it0 ; 下降沿有效 中断服务程序清单如下： inti： call d20 ; 延时去抖动 mov p1, #0ffh ; p1口送全1值 mov a, p1 ; 读p1口各引脚 cjne a, #0ffh，close ; 验证是否确实有键闭合 ajmp int0 ; 无键按下,13,独立式键盘接口扫描方式,close: jnb acc.7, key 7 ; 查询7号键 jnb acc.6, key 6 ; 查询6号键 jnb acc.5, key5 ; 查询5号键 jnb acc.4, key4 ; 查询4号键 jnb acc.3, key 3 ; 查询3号键 jnb acc.2, key 2 ; 查询2号键 jnb acc.1, key 1 ; 查询1号键 jnb acc.0，key 0 ; 查询0号键 int0: reti key 7: ; 7号键处理程序 key 71: mov a, p1 ; 再读p1口各引脚 jnb acc.7, func71 ; 确认键是否释放 reti key 6: ; 其他键处理程序 d20: ; 20ms延时子程序 ret end,14,矩阵式键盘接口行反转法,15,矩阵式键盘接口行反转法,16,矩阵式键盘接口行动态扫描方法,17,矩阵式键盘接口行动态扫描方法,18,矩阵式键盘接口行动态扫描方法,19,矩阵式键盘接口行动态扫描方法,20,矩阵式键盘接口行动态扫描方法,键号、行数m、列数n 扫描初值初始化,输出扫描初值,读列值,是否有 为0列？,扫描初值左移， 键号+n，计数器-1,m行扫描完？,n,n,y,y,后续处理,列值循环右移1位,进位位为0？,键盘处理命令,21,通过串行口扩展键盘接口,其中，p1.0和p1.1作为行线。键盘的编码为： p1.0线上的8个键分别为00h07h，p1.1线上的8个键分别为080fh。,22,org 1000h serkey:mov scon，#00h ; 设置串行 mov a， #00h ; 键盘初始化，送00h到列线上 lcall varto ; 发送数据 chk: jnb p1.0，chk0 ; 检查是否有键按下 jnb p1.1， chk0 ; 检查是否有键按下 ajmp back ; 无键按下，继续查找 chk0: lcall dly1 ; 调用10ms延时子程序，去抖 jnb p1.0，chen ; 确实有键按下，转chen jnb p1.1，chen ajmp back ; 无键按下，继续查找 chen: mov r2，#0feh ; 首列扫描字送r2， mov r4，#00h ; 首列偏移值 chkn: mov a，r2 ; 发送列扫描字 lcall varto jb p1.0，ch1 ; 检查p1.0有无键按下；若无转ch1 mov a，#0 ; 第一行首列值送a，00h+(r4) ajmp ckey ; 转求键号,23,ch1: jb p1.1, next ; 检查p1.1有无键按下；若无，转next mov a, #8h ; 第二行首列值送a ckey: add a, r4 ; 求键号，并入栈保 ret next: inc r4 ; 指向下一列 mov a, r2 ; 取出原扫描字 jnb acc.7，kend; 是否已检查完8列？ rl a ; 8列未完，指向下一列 mov r2, a ; 列扫描字送r2 ajmp chkn ; 8列未完，检查下一列 kend: ajmp serkey ; 8列查完，未查到有键按下，等待 varto: mov sbuf, a ; 发送a中数据 jnb ti, $ ; 发送等待 clr ti ; 清除 back: ret dly1: ; 延时10ms子程序（略） end ; 结束,24,通过串行口扩展键盘接口,25,6.2 mcs-51单片机与显示器的接口技术,单片机应用系统中使用的显示器主要有: 发光二极管显示器，简称led(light emitting diode)； 液晶显示器，简称lcd(liquid crystal display)；,26,6.2.1 led显示器及其接口,发光二极管简称led（light emitting diode）。led显示器从外观可分为 “8”字形的七段数码管、米字形数码管、点阵块、矩形平面显示器、数字笔划显示器等。,共阳极,共阴极,27,6.2.1 led显示器及其接口,28,6.2.1 led显示器及其接口,led点阵模块显示器：,29,led的驱动接口,30,led显示器显示与驱动方式,led显示器有静态显示和动态显示两种方式。,静态显示就是当led显示器显示某个字符时，相应的段(发光二极管)恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止。,31,静态显示方式,32,静态显示方式,33,org 1000h dsp8255: mov dptr, #7fffh mov a, #80h ; 8255a工作方式设置 movx dptr, a,mov r0, #40h mov r1, #3 mov dptr, #7ffch loop: mov a, r0 add a, #06h movc a, a+pc movx dptr, a inc r0 inc dptr djnz r3, loop ret tab: db 0c0h, 0f9h, 0a4h, 0b0h,99h, 92h, 82h, 0f8h db 80h, 90h, 88h, 83h, 0c6h, 0a1h, 86h, 8eh end,34,静态显示方式,35,静态显示方式,36,dispser: mov r5, #03h ; 显示3个字符 mov r1, #40h ; 40h42h存放要显示的数据 setb p1.0 dl0: mov a, r1 ; 取出要显示的数据 mov dptr, #tab ; 指向段数据表 movc a, a+dptr ; 查表取字形数据 mov sbuf, a ; 送出数据，进行显示 jnb t1, $ ; 输出完否？ clr t1 ; 输出完，清中断标志 dec r1 ; 再取下一个数据 djnz r5, dl0 ; 循环3次 clr p1.0 ret ; 返回 tab: db 0c0h, 0f9h, 0a4h, 0b0h; 段数据表（共阳极） db end,37,动态显示方式,在多位led显示时，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位i/o口控制。而每位led的共阴(或共阳)极公共端分别由相应的i/o线控制，实现各位的分时选通。,38,动态显示方式,p1.0,p1.3,p0.0,p0.7,39,p1.0,p1.3,p0.0,p0.7,connection to anodes,1,0,0,0,1001111,40,p1.0,p1.3,p0.0,p0.7,connection to anodes,0,1,0,0,0001111,41,p1.0,p1.3,p0.0,p0.7,connection to anodes,0,0,1,0,0000000,42,p1.0,p1.3,p0.0,p0.7,connection to anodes,0,0,0,1,0000001,43,p1.0,p1.3,p0.0,p0.7,connection to anodes,display 3,display 2,display 1,display 0,7-segment to display 1780,44,动态显示方式,45,动态显示方式,46,47,动态显示方式,48,6.2.2 lcd显示器及其接口,笔段式和点阵式（可分为字符型和图像型）。,笔段式lcd显示器：类似于led数码管显示器。每个显示器的段电极包括a, b, c, d, e, f, g七个笔划（段）和一个背电极bp（或com）。可以显示数字和简单的字符。 点阵式lcd显示器：段电极与背电极呈正交带状分布，液晶位于正交的带状电极间。点阵式lcd的控制一般采用行扫描方式，如图右所示为显示字符“a”的情况。,49,6.2.2 lcd显示器及其接口,在实际应用中，用户很少直接设计lcd显示器驱动接口，一般是直接使用专用的lcd显示驱动器或lcd显示模块lcm 。 lcm是把lcd显示屏、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件构造成一个整体，作为一个独立部件使用。其特点是功能较强、易于控制、接口简单，在单片机系统中应用较多。lcm一般带有内部显示ram和字符发生器，只要输入ascii码就可以进行显示。,50,hd44780液晶显示模块,51,hd44780液晶显示模块,52,lcd display module,hitachi hd44780u controller 控制器,rs rw e,data,53,内部结构,54,内部结构,ddram:ddram的内容与显示屏的物理位置一一对应。给ddram某一单元写入欲显示字符的ascii码时，就会在显示屏对应位置显示该字符。,ddram地址与显示位置的对应关系,55,hd44780液晶显示模块,lcd实验模块的连接管脚,56,引脚排列,vss: +5v电源管脚(vcc) vdd: 地管脚(gnd) vo: 液晶显示驱动电源(0v5v),57,引脚排列,db0db7：数据线，可以用8位连接，也可以只用高4位连接。,58,引脚排列,a：背光控制正电源 k：背光控制地,59,引脚排列,rs：数据和指令选择控制端，rs=0:命令/状态；rs=1:数据 r/w：读写控制线，r/w=0:写操作；r/w=1:读操作 e：数据读写操作控制位，通过e端向lcd模块发送一个脉冲，lcd模块与单片机之间将进行一次数据交换,60,基本操作,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,vss,vdd,vo,rs,r/w,e,db0,db1,a,db3,db2,db5,db4,db7,db6,k,lcd模块,单片机与lcd模块之间有四种基本操作： 写命令 读状态 写显示数据 读显示数据,61,基本操作,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,vss,vdd,vo,rs,r/w,e,db0,db1,a,db3,db2,db5,db4,db7,db6,k,lcd模块,62,lcd控制指令,63,lcd控制指令,64,lcd控制指令,因此第一行首地址命令字为：80h 第二行首地址命令字为：c0h,65,lcd控制指令,66,lcd接口程序设计,程序设计 功能设置 写命令子程序 lcd初始化：按一定顺序写命令字 如：写清屏命令字、写ddram光标定位地址命令字 显示数据 写数据子程序 读入状态字读状态子程序,67,68,lcd接口程序设计,69,查寻忙碌位（bf）子程序,查寻忙碌位（bf）子程序： busy: push dpl push dph bf: mov dptr,#8501h ;读bf及ac movx a,dptr jb acc.7,bf ;读bf位，bf=1，忙碌 pop dph pop dpl ret,70,写命令字,采用查询方式：先读入状态字，判断lcd不忙，再向8500h地址写入命令字。,71,写命令字,写控制指令的子程序：r2中存放控制指令代码。 wrc: push dpl ;保护现场 push dph acall busy ;先查寻bf位 mov a,r2 mov dptr,#8500h movx dptr,a pop dph pop dpl ret,72,初始化lcd,液晶显示模块初始化程序要求：选择8位数据总线，显示二行，5*7点阵，ac自动加1，开显示，关光标，清除ddram，置ac=0，字符不闪烁。,命令字1： 00111000b,73,初始化lcd,液晶显示模块初始化程序要求：选择8位数据总线，显示二行，5*7点阵，ac自动加1，开显示，关光标，清除ddram，置ac=0，字符不闪烁。,命令字2： 00000001b,74,初始化lcd,液晶显示模块初始化程序要求：选择8位数据总线，显示二行，5*7点阵，a