第6章 人机接口技术

1、 人机界面（Human-Computer Interface）: 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。 6.1 键盘接口技术键盘接口技术 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术 6.3 打印机接口技术打印机接口技术 6.4 拨码盘及语音接口技术拨码盘及语音接口技术 6.1 键盘接口技术键盘接口技术键盘：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。 无论是按键或键盘都是利用机械触点的合、断作用。一个电压信号通过机械触点的闭合、断开过程,

2、其波形如图所示。由于机械触点的弹性作用,在闭合及断开瞬间均有抖动过程,会出现一系列负脉冲。抖动时间,与开关的机械特性有关,一般为510ms。键按下键稳定前沿抖动后沿抖动键闭合及断开时的电压抖动 6.1 键盘接口技术键盘接口技术通常去抖动影响的措施有硬、软件两种。下图是用R-S触发器或单稳态电路构成的硬件去抖动电路。采用软件除去抖动影响的办法是在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若保持闭合状态电平则确认为是真正的键按下状态，从而消除了抖动影响。 去抖动开关电路 74121I/O口+5V+5V闭合断开输出a）R-S触发器b）单稳态电路116.1 键

3、盘接口技术键盘接口技术一、独立式键盘 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。适用于键数少的场合。 通常按键输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按键断开,I/O口线有确定的高电平。当I/O口内部有上拉电阻时，外电路可以不配置上拉电阻。如图是查询方式。通常按键输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按键断开时I/O口线有确定的高电平。IO口内部有上拉电阻时，外电路可以不配置上拉电阻。6.1 键盘接口技术键盘接口技术1.独立式按键结构I/OAT89S5

4、1INT0INT1+5V 一、独立式键盘如图是中断方式。每个按键单独占一根I/O口线；I/O口内部无上拉电阻时，应上拉至+5v；所有I/O口线相与后送中断口。1.独立式按键结构AT89S51+5vAT89S51P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0 6.1 键盘接口技术键盘接口技术一、独立式键盘二、行列式键盘1.工作原理 又叫矩阵式键盘。用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。例如用2X2的行、列结构可构成4个键的键盘。在按键数量较多时，可以节省I/O口线。 按键设置在行、列线交点处，行、列线分别连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接+5V时，被钳位在

5、高电平状态。6.1 键盘接口技术键盘接口技术+5V5k*4D7D6D5D4AT89S51D3D2D1D0 键盘中有无按键按下有无按键按下是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的。其方法是： 给列线的所有IO线均置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器A中。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入不全为1。 键盘中哪一个键按下哪一个键按下是由列线逐列置低电平后,检查行输入状态。其方法是： 依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下之键不在此列。如果不全为l，则所按下的键必在此列，而且是在与低电平行线相交的交点上的那个键。 1.工作原理二、行列式键盘6.1

6、 键盘接口技术键盘接口技术 键盘上的每个键都有一个键值。键值赋值的最直接办法是将行、列线按二进制顺序排列，当某一键按下时，键盘扫描程序执行到给该列置0电平，读出各行状态为非全1状态，这时的行、列数据组合成键值。上页图中键盘键值从左到右、从上至下依次是77，7B，7D，7E；B7，BB，BD，BE；E7，EB，ED，EE。 这种负逻辑表示往往不够直观，因而采取行、列线加反相器或软件求反方法把键盘改成正逻辑，这时键值依次为88，84，82，81；48，44，42，41；：18，14，12，11。 以上键值表示方式分散度大且不等距，用于散转指令不太方便。对于不是4X4或8X4、8X8的键盘使用不容易

7、。故可采用依次排列的键值的方法，这时的键值与键号相一致。 二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术1.工作原理 应用系统中，键盘扫描只是CPU工作的内容之一。CPU既要忙于各项工作任务，又要兼顾键盘扫描；既保证不失时机的响应键操作，又不过多占用CPU时间。因此，根据系统中CPU的忙、闲情况，键盘的工作方式有编程编程扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式三种。(1)编程扫描工作方式 编程扫描工作方式是利用CPU在完成其它工作的空余，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求。下图8155扩展IO口组成的行列式键盘为例

8、，介绍编程扫描工作方式的工作过程与键盘扫描子程序。2.键盘工作方式二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术2.键盘工作方式 在该键盘中，键值与键号相一致，依次排列为0-31，共32个键，由1个8位口和1个4位口组成4X8的行列式键盘。二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术+5V1k01234567+5VPA7PA0CEWRRDALED0D7PC0PC3PC2PC1P2.7P2.0WRRDALEP0AT89S515.1k4881C55MIO/RESET 891011121314151718192021222325262728293031 162481C55扩展I/O组成的键盘 (1

9、)编程扫描工作方式(1)编程扫描工作方式 在键盘扫描子程序中完成下述几个功能：a.判断键盘上有无键按下。其方法为，PA口输出全扫描字00H，读PC口状态，若PC03为全l则键盘无键按下，若不全为1则有键按下。b.去键的机械抖动影响。其方法为，在判断有键按下后，软件延时一段时间再判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一个确定的键按下，否则按键抖动处理。c.求按下键的键号。键号如图所示，观察发现，把行首键号与列号相加处理后可得到各键键号。其中每行的行首键号依次为0，8，16，24，列号依列线顺序为07。2.键盘工作方式二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术按照行列式键盘工作原理，图中

10、32个键的键值应对应作如下分布(按PA，PC口二进制码，X为任意值)：FEXE FDXE FBXE F7XE EFXE DFXE BFXE 7FXB FEXD FDXD FBXD F7XD EFXD DFXD BFXD 7FXD FEXB FDXB FBXB F7XB EFXB DFXB BFXB 7FXBFEX7 FDX7 FBX7 F7X7 EFX7 DFX7 BFX7 7FX7在上述键值中，从零电平对应的位可以找出行首键号与相应的列号。 2.键盘工作方式二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术(1)编程扫描工作方式d.键闭合一次仅进行一次键功能操作。其方法为，等待键释放以后再将键号

11、送入累加器A中。图为键扫描子程序框图。键号扫描子程序清单(8155的初始化，置PA口为基本输出口、Pc为基本输入口，放在主程序中)：2.键盘工作方式(1)编程扫描工作方式二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术(2)定时扫描工作方式 定时扫描工作方式在本质上是中断方式。其软件框图如图所示。照程序要求，在单片机的片内RAM位寻址区设置去抖动标志KM和处理标志KP两个标志位。 当键盘中无键按下，KM、KP置零，返回。由于定时开始后一般不会立即有键按下，故相当于KM、KP初始化置零。 2.键盘工作方式二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术定时扫描工作方式 (2)定时扫描工作方式 当键盘

12、中有键按下时，先检查KM标志，KM0时，表示尚未作去抖动影响处理，此时中断返回同时KM置1。因为中断返回后要经10ms才可能再次中断，相当于实现了10ms延时效果，因而程序中不需要延时。当再次定时中断后检查KP标志，由于开始时KP0，程序入查找键号，并使KP置1，执行键功能程序，然后返回。在KM,KP均为1时，表示键处完毕，再次定时中断时，都返回原来CPU状态。2.键盘工作方式二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术（3）中断工作方式 应用系统工作时，并不经常需要键输入，因此，编程方式或定时方式，经常处于空扫描状态。为了进一步提CPU效率，可以采用中断扫描工作方式。即在键盘有键按下时，才

13、执行键盘扫描，执行该键功能程序。中断扫描工作方式的键盘接口如图。 2.键盘工作方式二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术中断扫描工作方式 2.键盘工作方式（3）中断工作方式 该键盘直接由8031的P1口的高、低字节构成4X4行列式键盘。 P1.4-P17作键输入线，P1.0-P1.3作扫描输出线。初始时，使P1.0-P13置零。当有键按下时，INT0INT1端为低电平，向CPU发出中断申请，若CPU开放外部中断，则响应中断请求，进入中断服务程序。在中断服务程序中除完成键识别、键功能处理外，还须有消除键抖动影响、多次重复执行键功能操作等措施。 二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技

14、术当有键按下时，要对键盘进行扫描，以判定是哪一个按键按下。通常扫描法和反转法两种扫描方式。（1）扫描法扫描法是在判定有键按下后逐列(或行)置低电平，同时读入行(或列)状态，如果行(或列)状态出现非全1状态，这时0状态的行、列交点的键就是所按下的键。扫描法的特点就是逐行(或行)扫描查询，扫描时间较长。当所按下的键在最后行(列)，则要经过多次扫描才能获得键值键号。3.键盘扫描方式二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术反转法时，只要经过两个步骤即可获得键值。3.键盘扫描方式（2）反转法 二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术+5V+5V11100000INT0/INT174LS21A

15、T89S51输入I/O口输出D0D1D2D3D4D5D6D711110011AT89S51输出I/O口输入D0D1D2D3D4D5D6D7a）线反转法第一步 b） 线反转法第二步 反转法工作原理 一个8位I/O口构成4*4键盘，硬件采用中断工作方式。反转法的两个步骤如下： 第一步第一步。将D3D0编程为列输入线，D7D4编程为行输出线，并使IO输出数据为0XH(即保证行输出信号D7D4为0000)。若有键按下，与门输出低电平，向CPU申请中断。同时，D3D0的数据送内存某一单元(N)中存放，其中“0”对应的是被按下键的列位置。 第二步第二步。将第一步中的传送方向反转过来，即将D7D4编程为输入

16、线，D3D0编程为输出线。使IO口输出数据为N单元中的数(即D3Do为按下键的列位置)，然后读入I/O数据，并送入内存N+1单元中存放，该数据的D7D4位中0电平对应的位是按下键的行位置。最后，N中D3D0与N+1中D7D4拼接起来就是按键键值。3.键盘扫描方式二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术（2）反转法 数据采集系统中，任何I/O口或扩展I/O口均可构成行列式键盘。MCS-51单片机系统扩展时，可提供用户直接使用的I/O口线很少，故多用扩展I/O口来构成行列式键盘。典型的键盘接口有通用通用I/OI/O扩展口；串行扩展口；串行I/OI/O扩展口、键盘芯片扩展口、键盘芯片构成的行列

17、式键盘。可把行列式键盘与显示器电路做在一个接口电路中。a.通用并行扩展I/O口键盘接口 这种键盘一般通过通用I/O扩展芯片的I/O口线构成行列式结构。如8155、8255，由8155扩展I/O口构成的4*8的行列式键盘接口与8255扩展口键盘电路接口以及键盘扫描子程序结构完全相似。4.行列式键盘接口二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术b.89C51串行口I/O口扩展的键盘接口 89C51的串行口在方式0工作状态下，可以方便地通过移位寄存器扩展并行输出口。因此，可以将这些并行口线作为列线，与P3口的行线构成行列式键盘。如下页图所示，图中为2*8键盘。每占用一根P3口线可增加八个按键。用

18、户根据需要增减。4.行列式键盘接口二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术4.行列式键盘接口+5V5k*2D0D7D6D5D4D3D2D174HC164812345610111213AT89S51P3.4P3.5RXDTXD AT89S51串行I/O扩展的行列式键盘工作原理6.1 键盘接口技术键盘接口技术二、行列式键盘6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 1、键盘的分类 1）按键的形式分类 键盘按其按键的结构形式来分一般有机械式、电容式、电感式、磁感式、薄膜式和橡胶垫式等。其中最常用的是机械式和电容式键盘。其按键结构原理如图所示。ccV机械触点上拉电阻列（读出信号）行扫描

19、ccV上拉电阻列（读出信号）行扫描（a）机械式键盘（b）电容式键盘按钮结构（c）电容式键盘 键盘按键结构示意图 6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 1、键盘的分类 2）按插口方式分类按照键盘插口方式，键盘可分为串口（AT）键盘（大口）、并口（即PS/2）键盘（小口）及USB接口三类。其接口引脚及功能说明如图所示。键盘插座示意图及各引脚功能 1423514235614USB说明1、KBD DATA 2、保留 3、GND 4、+5V 5、KDB CLK 6、保留1:VCC 2:Data3:DATA+ 4:GND(a)(b)6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 1、

20、键盘的分类 3）按键盘编码方式分类 l 分为编码键盘和非编码键盘。l 编码键盘是键盘电路在某个键被按下后，能提供该键所代表的信息代码，并以并行或串行信号输给CPU。l 非编码键盘是一种便宜而广泛用于微机系统的输入设备。这种键盘内部有一个扫描电路，不断地扫描键盘是否有键被按下。此键所代表的键盘信息代码，则由键盘接口及键盘处理软件根据键盘送来的位置信息产生，然后再送给CPU。6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 2、PC键盘的工作原理1）键盘电路的组成 （1）微处理器 （2）译码器 （3）键盘矩阵 键盘矩阵微控制器译码器键盘插座 Vcc 8049 Vcc NumLock CapsL

21、ock ScrollLock 状态指示灯 74LS154 A B C D Vcc -Vcc 07 KDB DATA 07 KDB CLK GND X1 DB0 X2 键盘微控制器 P10 DB7 P11 P20 P12 P23 P13 P24 P14 P25 T0 P26 INT P27 416 译 码 器 键盘阵列 13 行18 列 电阻排 晶体 振荡 电路 键盘电路组成示意图 键盘控制电路 6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 2、PC键盘的工作原理2）键盘的支持逻辑键盘的扫描主要包含四项任务：（1）扫描键盘 （2）读取键盘 （3）去除抖动 （4）组成串行扫描码（如图所示）

22、：KBD CLK波形 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 KBD DATA波形 S 0 0 0 0 0 P 1 1 1 ST “h”键的键码23的串行数据 6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 2、PC键盘的工作原理3）扫描码扫描码的结构一般分成四类：（1）ASCII字符的扫描码即ASCII码+键码。（2）扩充的ASCII字符的扫描码即00+扩充ASCII码。（3）袖珍键盘即ASCII码+键码或ASCII码+E0。（4）增加键即E0+键码，若与袖珍键重复的键则为00+键码。键的动作扫描码信息也分为4种情况：（1）接通码：0+扫描码。（2）断开码：XT键盘的情况为1+

23、扫描码。 AT键盘的情况为：F0+扫描码。（3）组合键扫描码：F0+键Ctrl/Alt/Shift的扫描码+正常键的接通码。 （4）重复动作码：F0+接通码+接通码+（除了Pause键）。6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 2、PC键盘的工作原理4）键盘工作原理键盘扫描码的发送完全按串行异步通信格式进行，其格式如下：0/100111101D7D6D5D4D3D2D1D0 起始位键盘扫描码（如“A” 键）键盘扫描码的发送完全按串行异步通信格式进行，其格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0键盘扫描码（如“A” ）停 止奇 偶0/10011100起 始6.1 键盘接口技术键盘接

24、口技术三、PC键盘接口技术 2、PC键盘的工作原理8048和键盘接口的连接图 6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 3、PC扩展键盘接口1）扩展键盘接口的功能（1）8042芯片的引脚定义12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940TEST0XTAL1XTAL2RESETSSCSEAD7D3A0SYNCP12D2D6WRRDD4D5VSSVCCTEST1P27/DACKP26/DRQP24/OBFP17P16P15P14P13P2.0P2.1P2.2P2.3PROGVDDP10P11

25、D0D1IBFP25/UPI-41AHUPI-42AH Intel 8042外形结构图 Intel 8042各引脚功能表6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 3、PC扩展键盘接口（2）键盘接口电路连接及接口信号（如图所示）l主机系统的接口信号l键盘的接口信号（1）接收键盘输出的键盘扫描码（2）缓冲器满产生键盘中断（3）提供键盘中断程序读取系统扫描码（4）对键盘数据进行正确性检查（5）向键盘传送命令并等待接收键盘响应（6）通过键盘锁定开关封锁按键的扫描码（7）接受一些硬件配置开关状态（8）控制系统复位动作（9）选通地址线A20V CCV DDSSPROGV SSEAD0D7A 0

26、双 向 数 据A 2RDWRCSIORIOW8042CSRESETRESETXTALT1XTALT0OCOCPCLKPCLKTEST0TEST18042键 盘控 制 器P10P13P14P15P16P17NCP20P21P22P23P245VNCNCNCRA M SEL跨 接 器 开 关显 示 器 类 型 开 关键 盘 锁 定 开 关RC（ 系 统 复 位 ）A 20选 项NCNCOPTB U FFU LL(IRQ1)P25P26P27NCOCOC键 盘 时 钟键 盘 数 据键盘控制器接口逻辑电路 6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 3、PC扩展键盘接口2）键盘接口工作原理及

27、其编程控制8042作为键盘接口控制器，其内部功能如图所示。8位CPU地址、读写控制逻辑部件输入缓冲寄存器06XH状态寄存器064H输出缓冲寄存器060HROM测试输出端口输入端口RAMA0WRRDCS数据总线T1T0P14P15P16P17微机系统板RAM跨接器安装显示器类型键盘锁定P20 系统复位P21 A20选通P24 输出缓冲器满(IRQ)P25 输入缓冲器空(未用)P26 键盘时钟(双向)P27 键盘数据(双向)键盘接口功能框图 6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 3、PC扩展键盘接口 端口寄存器及其作用 各个端口寄存器的作用如下： 状态寄存器：是一个8位寄存器，它包

28、含有键盘控制器和接口方面的信息，它在任何时候均可被CPU读取。 输出缓冲器：其I/O端口地址为060H，是一个8位的只读寄存器。键盘控制器通过输出缓冲器向系统传送由键盘送来的扫描码和命令响应。输入缓冲器：其I/O端口地址为060H或064H，输入缓冲器也是一个8位的只读寄存器，当CPU对地址060H进行写入时设置一个标志，表示写入一个数据；对地址064H写入时设置一个标志，表示写入一个命令。详情参阅表6-2、6-3、6-4。2）键盘接口工作原理及其编程控制6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 3、PC扩展键盘接口2）键盘接口工作原理及其编程控制*表示命令后跟一参数（写到60H为

29、止）8042寄存器端口分配及读写控制表 键盘控制器命令 6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 3、PC扩展键盘接口2）键盘接口工作原理及其编程控制键盘命令列表 * 表示命令后跟一参数（写到60H为止）6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 3、PC扩展键盘接口6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 4、键盘中断与键盘I/O1）BIOS键盘缓冲区 （1）键盘缓冲区的作用BIOS在内存低端的BIOS数据存储区开设一个键盘缓冲区，其作用如下：l可以满足键盘实时输入要求。l适应随机访问的应用要求。l能容纳快速键盘输入要求。（2）键盘缓冲区的结构及操作 l队列

30、初始化l元素进队列l元素出队列（如图所示）键盘缓冲区的媒介作用示意图 6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 4、键盘中断与键盘I/O2）键盘的接口功能l对某些键或键的组合定义为单字节的ASCII码。l对某些键或键的组合定义为双字节的扩展码。l对某些键仅设置变量，反映其被按下或释放的状态。l对某些键或键的组合产生特殊操作。6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 4、键盘中断与键盘I/O3）INT 09H键盘中断 INT 09H的中断服务功能：当扫描码进入INT 09H，中断服务程序首先对其进行识别分类。分别为中断动作、状态标志及数据信息三类。如图所示。INT 09H

31、的入口是硬件信号IRQ1和DB0DB7。 键盘8049串行扫描码键盘接口8042INT09H中断请求并行扫描码键盘状态单元键盘缓冲区Ctrl+Alt+DelPrint+ScreenPause/Break键盘信号的传递转换示意图6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 4、键盘中断与键盘I/O3）INT 09H键盘中断下表列出了缓冲区的键盘状态单元内容。6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 4、键盘中断与键盘I/O4）INT 16H键盘服务功能INT 16H的各标志位和功能描述如表所示。6.1 键盘接口技术键盘接口技术三、PC键盘接口技术 4、键盘中断与键盘I/O4）

32、INT 16H键盘服务功能键盘的基本和扩展服务功能如表所示。6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术 单片机应用系统中，使用的显示器主要有LED(发光二极管)和LCD(液晶显示器)。这两种显示器成本低廉，配置灵活，与单片机接口方便。近年来也开始配置简易形式的CRT接口，可以较方便地进行图形显示。一、LED显示及显示器接口 LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。通常的七段LED显示块中有八个发光二极管，故也有人叫做八段显示器。其中七个光二极管构成七笔字形“8”，一个发光二极管构成小数点。 这种显示块有共阴极与共阳极两种。共阴极LED显示块

33、的发光二级管阴极共地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。一、LED显示及显示器接口 七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码。gf GND abed GND c dpabcdefgdpR8abcdefgdp共阴极R8abcdefgdp共阳极+5V数码管结构图6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术七段LED的段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码03

34、FHCOHC39HC6H106HF9HD5EHAH25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHCIH67DH82HF3IHCEH707HF8HY6EH9IH87FH80H8FFH00H96FH90H“灭”00HFFHA77H88H.B7CH83H.一、LED显示及显示器接口6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术 用LED显示块构成N位LED显示器。N位LED显示器有N根位选线和8XN根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮、暗。abcdefgdpI/O口段选控制I/

35、O口段选控制图21N位LED显示器abcdefgpabcdefpabcdefpabcdefpgdddggd二、 LED显示器与显示方式6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1LED静态显示方式 LED显示器工作在静态显示方式下，共阴极或共阳极连接在一起接地或+Vcc；每位的段选线(adp)与一个8位并行口相连。I/O(1)I/O(2)I/O(3)I/O(4)GN/+5vGN/+5vGN/+5vGN/+5vGN/+5v图22 四位LED静态显示器电路二、 LED显示器与显示方式6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1LED静态显示方式 二、 LED显示器与显示方式 电路每一位

36、可独立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。由于每一位由一个8位输出口控制段选码，故在同一时间里每一位显示的字符可以各不相同。 N位静态显示器要求有Nx8根IO口线，占用IO资源较多。故在位数较多时往往采用动态显示方式。6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术 2LED动态显示方式 在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位IO口控制，而共阴极点或共阳极点分别由相应的IO口线控制。D0D4D3D2D1D7D6D5段码图2-3 8位LED动态显示电路二、 LED显示器与显示方式6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路

37、接口技术 2LED动态显示方式 八位LED动态显示电路只需两个8位I/O口。其中一个控制段选码，另一个控制位选。由于所有位的段选码皆由一个I/O口控制，所以，在每个瞬间，8位LED只可能显示相同的字。要想每位显示不同的字符，必须采用扫描方式，在某一瞬间只显示某一位。二、 LED显示器与显示方式6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、BCD7段译码器 其功能是输入BCD码，输出7段显示器的字型码。如MC14558，其引脚如图，其中A、B、C、D为BCD码输入端，a、b、c、d、e、f、g为显示器段输出端，En为使能端，RBI为消隐输入，RBO为消隐输出。123546789101112

38、13141516BCCbdagfeDAVDDvssRB1RB0EnMC14558abcdgfo7段显示三、硬件译码显示器接口6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术2、BCD7段译码驱动器 输入BCD码，输出7段显示器的字型码，内带段输出驱动器。如MCl4547，其引脚如图，其中A、B、C、D为BCD码输入端，a、b、c、d、e、f、g为显示器段输出端。三、硬件译码显示器接口12354678910111213141516BCCbdagfeDAVDDvssBINC) M C14547NC6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、BCD7段译码器2、BCD7段译码驱动器三、硬件译

39、码显示器接口 上述两接口芯片无输入锁存能力，因此常用于动态扫描显示电路中。用于静态显示时，其前应加锁存器。 利用MC14558的8位动态扫描显示电路如下页图。AT89C51的P1.0P1.3输出BCD码，与MCl4558的BCD码输入端相连，译码出的字型码经段驱动输出到7段LED显示器中。P1.4P1.6经译码器，得到8根位选线Y0,Y1,.，Y7，分别与8位LED显示器的各位相连，以控制各位的选通。P1.7与38译码器的s1端相连，以控制其选通，从而决定整个8位显示器是显示还是熄灭，当P1.7置为高电平时，显示器显示；当P1.7置为低电平时，显示器熄灭；如果要显示小数点，可再增加一根口线如P

40、3.1，与各显示块的dp端相连。6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术A段驱动位驱动77777P3.1P1.0P1.1P1.2P1.3BCDagP1.4P1.5P1.6P1.7A0A1A2S1S2S3GNDAT89C51U1MC14668Y7Y8Y074LS138图3-2 由MC14558构成的8位动态LED显示电路 输入BCD码，经锁存、译码后，输出7段显示器的字型码，并带段输出驱动器，如MCl4513，其引脚及原理框图如图。123546789101112131415161718MC14513BCCbdagfeDALTBILERBiGNDRBOVDD4 BIT锁存器ABCDBCD7

41、驱动器abfcdeg段码译器(a)(b)图3-4 MC14513引脚图及原理框图3、BCD7段锁存/译码/驱动器三、硬件译码显示器接口6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术 有关引脚说明如下：lLT：测试输入端。为低电平时，与输入无关，使各段全亮。lLE：锁存允许端。为高电平时，锁存输入的BCD码。lBI：灭灯输入端。为低电平时，各段全灭。lRBI：高位零消隐输入端。当其有效时，如果BCD码为0，则产生消隐，即高位零不显示。lRBO：高位零消隐输出端。当高位零发生消隐时，产生此信号，作多位显示消隐之用。3、BCD7段锁存/译码/驱动器三、硬件译码显示器接口6.2 6.2 显示电路接口

42、技术显示电路接口技术 下图为利用MCl4513的三位数字显示器，为静态工作方式，对高位零进行自动消隐，当三位数均为零时，只显示个位零，而十和百位的零不显示，被消隐。消隐原理是将百位的消隐输入RBI接高电平，让其有效，并将百位的消隐输出RBO接至十位的消隐输入端。这样，当百位为零时，产生消隐，零不被显示，同时百位的消隐输出RBO=1,进而十位的消隐输入端RBI=1高电平有效，对十位进行消隐，当十位为零时，此零也不被显示。结果000只显示出个位的零，十、百位的零不显示。如果数字是101，则三位照常显示，如果数字是090，则只显示90，百位零消隐。3、BCD7段锁存/译码/驱动器三、硬件译码显示器接

43、口6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术AP1.0P1.1P1.2P1.3BCDgP1.4P1.5P1.6AT89S51U1LERBOaRB1ABCDgU2LERB1aABCDgU3LEa+5v777MC14513图 3-5 3位 静 态 显 示 器 此三位静态显示器能显示0999之间的任何整数。编程比较简单，其中P1.0P1.3输出显示数字的BCD码，P1.4P1.6产生BCD码输入锁存信号。当BCD码被锁存后，经7段译码，相应位将产生出应有的显示。下面的程序将使显示器显示出123。3、BCD7段锁存/译码/驱动器三、硬件译码显示器接口6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技

44、术四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 （1）ZLG7289 的主要特性l很宽的工作电压范围：2.76V；l直接驱动8位共阴式数码管（1 inch以下）或64只独立的LED；l能够管理多达64个按键，自动消除抖动；l段电流可达15mA 以上，字电流可达100mA；l利用功率电路可以方便地驱动1 inch以上的大型数码管；l具有左移、右移、闪烁、消隐、段点亮等强大功能；l图6-34 ZLG7289管脚图l要显示的数据提供有两种不同的译码方式（也可以选择不译码）；l不接数码管而仅使用键盘管理功能时，工作

45、电流可降至3mA；l与微控制器之间采用SPI 串行总线接口，操作方便，占用I/O资源少；l工作温度范围：4085；l封装：SOP-28，DIP-28。如图所示。12345678910111213141516171819202122232425262728CLKKC3/DIG3DIOSG/KR0SF/KR1SE/KR2SD/KR3SC/KR4KR5/SBKR6/SAKR7/DPKC1/DIG1KC0/DIG0KC2/DIG2OSC2OSC1KC6/DIG6KC5/DIG5KC7/DIG7KC4/DIG4NCGNDNCVCCRTCCZLG7289CSINTRSTZLG7289管脚 四、专用显示与键

46、盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 （2）引脚说明表 ZLG7289的引脚说明 四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 （3）控制指令ZLG7289 的控制指令分为纯指令和带有数据的指令两类。纯指令：纯指令： 1）复位清除指令 当ZLG 7289收到复位清除指令后将所有的显示清除，所有设置的字符消隐闪烁等属性也被一起清除，执行该指令后芯片所处的状态与系统上电后所处的状态一样。2）测试指令四、专用显示与键盘管理芯片 6.2

47、 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 3）左移指令 左移指令使所有的显示自右向左（从第1位向第8位移动）一位（包括处于消隐状态的显示位），但对各位所设置的消隐及闪烁属性不变。移动后，最右侧一位为空（无显示）。例如原显示为：其中第2位“2” 和第4位“4”为闪烁显示执行了左移指令后显示变为：第2位“3”和第4位“5”为闪烁显示。四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 4）右移指令 右移指令与左移指令类似，但所做移动为自左向右（从第8位向第1位

48、移动），移动后最左边一位为空。 5）循环左移指令与左移指令类似，不同之处在于移动后原最左侧一位（第8 位）的内容显示于最右位（第1位）在上例中执行完循环左移指令后的显示为：第2位“3”和第4位“5”为闪烁显示。四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 6）循环右移指令与循环左移指令类似，但移动方向相反。 带有数据的指令：带有数据的指令：1）下载数据且按方式0 译码： （=无影响）第2位“3”和第4位“5”为闪烁显示。四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7

49、289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 命令由两个字节组成，前半部分为指令，其中a2，a1，a0 为位地址，具体分配如下。(显示位编号请参阅典型应用电路图)： 四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 d0d3为数据，收到此指令时，ZLG7289按以下规则（译码方式0）进行译码，如下表所示。 四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 2）下载数据且按方式1译码：（=无影响）四、专用显示与键盘管理芯片 6.2

50、 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件此指令与上一条指令基本相同，所不同的是译码方式，该指令的译码按表 进行。四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件3）下载数据但不译码： 其中a2，a1，a0 为位地址，（参见“下载数据且译码”指令），AG和DP为显示数据，分别对应7段LED 数码管的各段。当相应的数据位为1时该段点亮，否则不亮。四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数

51、码管及键盘管理器件 4）闪烁控制： 此命令控制各个数码管的消隐属性。d1d8 分别对应数码管18，0=闪烁，1=不闪烁。开机后，默认状态为各位均不闪烁。 四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 5）消隐控制： 此命令控制各个数码管的消隐属性。d1d8 分别对应数码管18，1=显示，0=消隐。当某一位被赋予了消隐属性后，ZLG7289在扫描时将跳过该位，因此在这种情况下无论对该位写入何值，均不会被显示。但写入的值将被保留，在将该位重新设为显示状态后，最后一次写入的数据将被显示出来。当无需用到全部8个数码

52、管显示的时候，将不用的位设为消隐属性，可以提高显示的亮度。 注意：至少应有一位保持显示状态，如果消隐控制指令中d1d8 全部为0， 该指令将不被接受，ZLG7289保持原来的消隐状态不变。四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 6）段点亮指令： 此为段寻址指令，作用为点亮数码管中某一指定的段，或LED 矩阵中某一指定的LED。 指令中=无影响；d0d5段地址范围为00H3FH，具体分配为：第1个数码管的G段地址为00H，F段为01H， ，A 段为06H，小数点DP为07H，第2个数码管的G段为08H，

53、F段为09H， ，依此类推直至第8个数码管的小数点DP地址为3FH。四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 7）段关闭指令： 段寻址命令，作用为关闭（熄灭）数码管中的某一段，指令结构与段点亮指令相同。四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件 8）读键盘数据指令： 该指令从ZLG7289读出当前的按键代码 ，此命令的前一个字节0001010B 为微控制器传送到ZLG7289的指令，而后一个字节d0d7则为ZLG7

54、289返回的按键代码，其范围是03FH（无键按下时为0 xFF）。 此指令的前半段，ZLG7289的DATA 引脚处于高阻输入状态，以接收来自微处理器的指令；在指令的后半段，DATA引脚从输入状态转为输出状态，输出键盘代码的值。故微处理器连接到DATA 引脚的I/O口应有一从输出态到输入态的转换过程。 ZLG7289检测到有效的按键时，KEY引脚从高电平变为低电平，并一直保持到按键结束。在此期间，如果ZLG7289接收到“读键盘数据指令”，则输出当前按键的键盘代码；如果在收到“读键盘指令”时没有有效按键，ZLG7289将输出FFH（11111111B）。四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.

55、2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件（4）SPI 串行接口 1）SPI 串行接口信号 ZLG7289与微控制器的接口采用三线制SPI串行总线，由CS、CLK和DIO这三根信号线组成。CS和CLK是输入信号，由微控制器提供。DIO信号是双向的，必须接到微控制器上具有双向功能的I/O上。SPI信号线的具体意义请参见表。四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件（4）SPI 串行接口 2）SPI总线时序图CSCLKDATAT2T1T31. 纯指令a）纯指令

56、时序图（单字节命令）四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件（4）SPI 串行接口 2）SPI总线时序图 b)带数据指令时序图（命令字在前，输入数据在后） CSCLK-DATA-T42. 带数据指令8位指令（高位在前）8位数据（高位在前）四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件（4）SPI 串行接口 2）SPI总线时序图c)键盘指令时序图（命令字在前，键值在后）CSCLK-DATA-T5T7T6T83.读键盘指令

57、读键盘指令（8位，高位在前）ZLG7289输出的键盘代码（8位，高位在前）四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件（4）SPI 串行接口 3）应用原理图ZLG7289的应用说明图k1KC7/SG15/KR0RTCCVCCNCGNDNCCSCLKDIOINTSFSESDSCRSTRCCLK0DIG7DIG6DIG5DIG4DIG3DIG2DIG1DIG0DPSASBVCC1234567891011121314161718192021222324252627281243J14PINC31100nFVCC15

58、pF15pF12MHzR9R10R11R12R13R14R15R16100k100k270R17R18R19R20R21R22R23R24R1R2R3R4R5R6R7R8R910kSADPSBSCSDSESFSGKC6/KC5/KC4/KC3/KC2/KC1/KC0/KR1/KR2/KR3/KR4KR5/KR6/KR7/k8k9k16k17k24k32k40k48k56k64k25k33k41k49CLKCSDIOINT100k100k100k100k100k270270270270270270270 k57 四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZL

59、G7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件（4）SPI 串行接口 4）电路简析 U1就是ZLG7289。为了使电源更加稳定，一般要在VCC到GND之间接入47470F的电解电容。J1 是ZLG7289与微控制器的接口。晶振Y1取416MHz，调节电容C3和C4通常取值在10pF左右。复位信号是低电平有效，一般只需外接简单的RC复位电路，也可以通过直接拉低RST引脚的方法进行复位。数码管必须是共阴式的，不能直接使用共阳式的。DPY1 和DPY2 是4 位联体式数码管， 共同组成完整的8 位，当然还可以采用其他的组合方式，如4 只双联体式数码管。数码管在工作时要消耗较大的电流，R9R16 是

60、限流电阻，典型值是270。如果要增大数码管的亮度，可以适当减小电阻值，最低200。 64 只按键中，左下角是K0，右上角是K63。为了使键盘扫描得以正常进行，下拉电阻R1R8 和位选电阻R17R24 是必须的。它们之间还要遵从一定的比例关系，比值在5:1到50:1 之间，典型值是10:1。 四、专用显示与键盘管理芯片 6.2 6.2 显示电路接口技术显示电路接口技术1、ZLG7289 串行接口LED 数码管及键盘管理器件（4）SPI 串行接口 4）电路简析下拉电阻取值范围在10100k，位选电阻取值范围在110k。在多数应用当中可能用不到太多的按键，建议按列减少键盘，则相应列的位选电阻可以省略