第10章 键盘显示器接口

第10章AT89S51单片机与输入/输出

外设的接口12

第10章目录10.1LED数码管的显示原理

10.1.1LED数码管的结构

10.1.2LED数码管工作原理10.2键盘接口原理

10.2.1键盘输入应解决的问题

10.2.2键盘的工作原理

10.2.3键盘的工作方式10.3键盘/显示器接口设计实例

10.3.1利用AT89S51单片机串行口实现的键盘/显示器接口

10.3.2各种专用的键盘/显示器接口芯片简介

10.3.3专用接口芯片CH451实现的键盘/显示器控制

10.3.4专用接口芯片HD7279实现的键盘/显示器控制10.4AT89S51单片机与液晶显示器（LCD）的接口

10.4.1LCD显示器的分类

10.4.2点阵字符型液晶显示模块介绍

10.4.3AT89S51单片机与LCD的接口及软件编程10.5AT89S51单片机与微型打印机TPP-40A/16A的接口10.6AT89S51单片机与BCD码拨盘的接口设计310.1LED数码管的显示原理10.1.1LED数码管的结构组成：一个LED数码管是由多个发光二极管构成的；常见类型：“8”字型的，共计8段。每一段对应一个发光二极管。4共阳极发光二极管：

所有二极管的阳极接在一起，需外接高电平；阴极作为控制端，低电平点亮相应的段二极管；共阴极发光二极管：

所有二极管的阴极接在一起，需外接低电平；阳极作为控制端，高电平点亮相应的段二极管；5数码管的显示：

为了使数码管显示不同的符号或数字，要把某些段发光二极管点亮，就要为LED数码管提供段码（字型码）。

问题：要确定显示的符号或数字与段码的关系，需要考虑哪些问题？1)LED数码管的显示类型。除常见的“8”字型外，还有米字型等其他显示类型的数码管。

2）硬件设计上，数据线与各段控制线的连接关系。习惯上是以“a”段对应段码字节的最低位。67显示数字：6

显示类型：共阴数码管段码：7DH

111111008其他显示类型的数码管：除“8”字型的LED数码管外，市面上还有“±1”型、“米”字型和“点阵”型LED显示器.

图10-2

其他各种字型的LED显示器910.1.2LED数码管工作原理结构原理:

10图10-34位LED数码管的结构原理图段码由此输入数码管的选通或禁止，其实就是数码管的共阴/共阳端LED数码管有静态显示和动态显示两种显示方式。1．LED静态显示方式硬件连接：1）每位数码管的位选线固定接电源或低（固定选通）；2）每位数码管的段码线（a～dp）分别与一个8位的I/O口锁存器输出相连。（如果单片机的I/O不够用呢？）显示特征：1）一旦向I/O口写入段码，则数码管持续显示相应字符，直

到下次再写入为止；2）静态显示方式的显示无闪烁，亮度都较高，软件控制比较容易。11不足：1）占用口线较多，硬件资源占用多；2）在显示位数较多的情况下，所需的电流比较大，对电源的要求也就随之增高。图10-44位LED静态显示电路122．LED动态显示方式硬件连接：

1）所有显示位的段码线的相应段并联在一起，由一个8位

I/O口控制；

2）各位的位选线分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。软件控制：

1）对要显示的位，先控制位选使能，然后发出段码；（同时应保证其他位选无效）

2）为了能得到多位数码管同时显示的效果，以一定的时间间隔，一次驱动每一位数码管显示；

1314图10-54位8段LED动态显示电路显示原理及特点：1）在同一时刻，只有一位数码管显示，其他各位熄灭；2）由于控制了扫描的间隔时间，利用数码管的余辉和人眼的“视觉暂留”作用，可以造成“多位同时亮”的假象，达到同时显示的效果。3）显示位数多，会占大量的单片机时间，因此动态显示的实质是以牺牲单片机时间来换取I/O端口的减少。4）动态显示的优点是硬件电路简单，显示器越多，优势越明显。缺点是显示亮度不如静态显示的亮度高。如果“扫描”速率较低，会出现闪烁现象。15图10-68位LED动态显示过程和结果16例：8位LED（共阴极）动态显示2009.10.10的过程。10.2键盘接口原理键盘的分类：编码键盘和非编码键盘。10.2.1键盘输入应解决的问题1．键盘的任务任务有三项：(1)判别是否有键按下？若有，进入下一步工作。(2)识别哪一个键被按下，并求出相应的键值。(3)根据键值，找到相应键值的处理程序入口。172．键盘输入的特点常见键盘：触摸式键盘、薄膜键盘和按键式键盘，最常用的是按键式键盘。

图10-7

键盘开关及其行线波形184．按键的消抖软件消抖：在检测到有键按下（行线低电平）时，先执行一段延时10ms的子程序后，若该行线仍为低电平，则确认该行确实有键按下，再做其他处理。当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时10ms的子程序后，检测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。硬件消抖：采用专用的键盘/显示器接口芯片；设计消抖电路；1910.2.2键盘的工作原理键盘可分为两类：非编码键盘和编码键盘。1．非编码键盘常见的为两种结构：独立式键盘和矩阵式键盘。（1）独立式键盘

原理：每个键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可容易地判断哪个按键被按下;优点：电路简单，各条检测线独立，识别按下按键的软件编写简单。用途：适用于键盘按键数目较少的场合，不适用于键盘按键数目较多的场合，因为将占用较多的I/O口线。20图10-8独立式键盘接口电路21（2）矩阵式键盘用途：用于按键数目较多的场合，可节省较多的I/O口线。22图10-9

矩阵式键盘接口①扫描法。第1步：识别键盘有无键按下（行位置）；

第2步：如有键被按下，识别出具体的键位(列位置)。

23所有列线均置为0，读行线的状态确定按下的键在哪一行依次将各个列线置为0，然后读取行线的状态确定按下的键在哪一列24图10-10

采用线反转法的矩阵式键盘②线反转法。P1.0～P1.3输出全为“0”读入P1.4～P1.7线则P1.4=0，确定按下的键在第一行P1.4～P1.7输出全为“0”读入P1.0～P1.3线则P1.0=0，确定按下的键在第4列第1行第4列按下，因此按下的键为3键10.2.3键盘的工作方式单片机在忙于其他各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，这取决于键盘的工作方式。工作方式选取原则是，既要保证及时响应按键操作，又不过多占用单片机工作时间。1．编程扫描方式利用单片机空闲时间，调用键盘扫描子程序，反复扫描键盘。

注意：如果单片机的查询的频率过高，虽能及时响应键盘的输入，但也会影响其他任务的进行。查询的频率过低，可能会键盘输入漏判。所以要根据单片机系统的繁忙程度和键盘的操作频率，来调整键盘扫描的频率。252．定时扫描方式每隔一定的时间对键盘扫描一次。

间隔时间实现：利用单片机内的定时器产生的定时中断，进入中断子程序来对键盘进行扫描，在有键按下时识别出该键，并执行相应键的处理程序

间隔时间要求：为了不漏判有效的按键，定时中断的周期一般应小于100ms。263．中断扫描方式

原理：

1）只有在键盘有按键按下时，发出中断请求信号，单片机响应中断，执行键盘扫描程序中断服务子程序。

2）无键按下，单片机将不理睬键盘。

优点：，只有按键按下时，才进行处理，所以其实时性强，工作效率高。2710.4AT89S51单片机与液晶显示器（LCD）的接口10.4.1LCD显示器的分类28（1）字段型。以长条状组成字符显示。主要用于数字、英文、字符的显示，如计算器的显示屏（2）点阵字符型。以57或510的点阵为单位显示字符。专门用于显示字母、数字、符号等。广泛应用在各类单片机应用系统中。（3）点阵图形型。以平板上的矩阵式的晶格点来做显示。广泛应用于图形显示，如用于笔记本电脑、彩色电视和

游戏机等。10.4.2点阵字符型液晶显示模块介绍1）嵌入式设计面对的对象

不是单独的点阵字符型LCD显示器，而是由LCD显示器，

LCD控制器、驱动器，RAM和ROM构成的液晶显示模块（LCdModule，LCM）。2）学习了解的对象液晶显示模块中相关控制电路的端口配置和使用。而不必了解液晶显示器本身的工作原理。3）单片机对LCM的控制

单片机控制LCM时，只要向LCM送入相应的命令和数据就可显示需要的内容。291．基本结构与特性（1）液晶显示板在液晶显示板上排列着若干57或510点阵的字符显示位，从规格上分为每行8、16、20、24、32、40位，有1行、2行及4行等，根据需要，选择购买。（2）模块电路框图

所示为字符型LCD模块的电路框图，它由日立公司生产的控制器HD44780、驱动器HD44100及几个电阻和电容组成。HD44100是扩展显示字符位用的（例如，16字符1行模块就可不用HD44100，16字符2行模块就要用一片HD44100）。30

图10-20

字符型LCD模块的电路框图31（3）1602字符型LCM的特性①内部具有字符发生器ROM（CGROM）,即字符库。

可显示192个57点阵字符。字符库中某个位置的值对应在液晶显示器上显示什么内容，这个对应关系在模块设计之初就定下来了。所以要显示什么内容，向LCM送入这个内容在ROM中的位置就行了。由该字符库可看出LCM显示的数字和字母部分的位置代码值，恰好与ASCII码表中的数字和字母相同。所以在显示数字和字母时，只需向LCM送入对应的ASCII

码即可。32②模块内有64字节的自定义字符RAM(CGRAM),用户可自行定义8个57点阵字符。③模块内有80字节的数据显示存储器（DDRAM）。3334图10-21ROM字符库的内容2.LCM的引脚16个引脚，也有少数的LCM为14个引脚，其中包括8条数据线、3条控制线和3条电源线，见表10-15。通过单片机写入模块的命令和数据，就可对显示方式和显示内容做出选择。353．命令格式及功能说明（HD44780

的端口）（1）内部寄存器控制器HD44780内有多个寄存器，寄存器的选择如表10-16所示。RS位和R/脚上的电平决定对寄存器的选择和读/写，而DB7～DB0决定命令功能。36选择命令/状态寄存器选择数据端口进行读写（2）命令功能说明下面介绍可写入命令寄存器的11个命令。①清屏。格式如下：功能：清除屏幕显示，并给地址计数器AC置“0”。②返回。格式如下：功能：置DDRAM（显示数据RAM）及显示RAM的地址为“0”，显示返回到原始位置。37③输入方式设置。格式如下：功能：设置光标的移动方向，并指定整体显示是否移动。

I/D=1，AC为自动加1计数器,操作数据后AC自动加1；I/D=0，AC为自动减1计数器,操作数据后AC自动减1；

S=1，表示显示字符时，允许光标/画面自动移位（AC自动变化）；

S=0，表示显示字符时，不允许光标/画面自动移位（AC自动变化).④显示开关控制。格式如下：38功能：D位（DB2）控制整体显示的开与关，

D=1，开显示；D=0，则关显示。C位（DB1）控制光标的开与关，

C=1，光标开；C=0，则光标关。B位（DB0）控制光标处字符闪烁，

B=1，字符闪烁；B=0，字符不闪烁。⑤光标移位。格式如下：功能：移动光标或整体显示，DDRAM中内容不变。其中：39S/C=1时，显示移位；S/C=0时，光标移位。R/L=1时，向右移位，R/L=0时，向左移位。⑥功能设置。命令格式如下：