第7章AT89C51人机交互通道接口技术

7.1单片机与数码管动态显示的接口技术7.1.1基础知识1．LED数码管动态显示方式数码管静态显示稳定，但占用单片机I/O口线多。在多位数码管显示的情况下，为节省口线，简化电路，将所有数码管段选线一一对应，并联在一起，由（有时要通过驱动元件）单片机同一个8位I/O口控制；而位选线独立，分别（一般要通过驱动元件）由各I/O口线控制。本项目采用四联（位）共阳数码管。其实物照片、结构示意如图7-1所示。图7-2为单片机控制四联（位）数码管动态显示的典型电路原理图。4个数码管的段码共用一个I/O口P2，在每个瞬间，数码管的段码相同。要达到多位显示的目的，就要在每一瞬间只有一位数码管com端有效，即只选通一位数码管，四位数码管依次轮流选通，每位显示本位的字符，并延时一段时间，以适应视觉暂留的效果。2.延时时间的估算延时可由人眼视觉暂留时间来估算。一般来说，1s内对4位数码管扫描24次，就可看到不闪烁的显示，即扫描一次时间约42ms。由此可以计算出，对应于每位数码管显示延时约为11ms。经实验证实，每位延时超过18ms，则可以观察到明显闪烁。本例中选择每位数码管延时时间为10ms。3．数码管LED限流（保护）电阻的估算数码管由LED发光管组成。一般数码管的压降（VLED）为1.8V左右。若电源电压为5V，数码管每段LED的电流为10mA，则估算的限流电阻阻值为R=(VVLED)/0.010=320。本例取为300。7.1.2“数码管动态显示装置”电路设计和程序设计1.电路设计2.汇编语言程序设计、汇编ORG 00HSJMP STARORG 30HSTAR: MOV P1,#0FFH ;关闭位选口

MOV P2,#0FFH ;关闭段选口ST1: MOV R0,#0 ;（R0）=0 MOV R1,#0FEH ;选通P1.0控制的显示器ST2: MOV A,R0 LCALL SEG7 ;将R0中数字转换为显示码，从P2口输出CPL A ;取反，将阴码变为阳码 MOVP2,A ;通过R0得到的显示段码送P2口 MOV A,R1 ;位选通数据送P1 MOV P1,A LCALL DLY ;延时10ms MOV P1,#0FFH ;关闭位选通 INC R0 ;计数+1 CJNE R0,#4H,ST3 ;4位是否扫描完 SJMP ST1 ;0～3扫描完，重新开始ST3: MOV A,R1 ;0～3依次显示 RL A ;更新选通位 MOV R1,A SJMP ST2 ;循环，显示下一位DLY: MOV R7,#20 ;延时10ms MOV R6,#0DLY1: DJNZ R6,$ DJNZ R7,DLY1 RETSEG7: INC A ;将数字转换为显示码 MOVC A,@A+PC RET DB 3FH,6,5BH,4FH ;共阴极段码：0,1,2,3 DB 66H,6DH,7DH,7 ;4,5,6,7 DB 7FH,6FH,77H,7CH ;8,9,A,B DB 39H,5EH,79H,71H ;C,D,E,F END7.2单片机与LCD液晶显示器的接口技术7.2.1基础知识1.LCD液晶显示器优点和分类在单片机应用系统中，LCD液晶显示器因具有微功耗、小体积、使用灵活等优点而得到了广泛应用。LCD可分笔段型、点阵字符型和点阵图符型。各类型都有与之配套的控制、驱动芯片。本项目以“字符型LCD液晶显示装置”（简称“字符型液晶显示装置”）为例讲解单片机与LED显示器的接口技术。该装置使用点阵字符型（简称字符型）1602C。首先熟悉有关字符型LCD液晶显示器等的基础知识。2.字符型LCD液晶显示器字符型LCD液晶显示器是专用于显示字母、数字、符号等的点阵式LCD。它们多与HD44780控制驱动器集成在一起，构成字符型LCD液晶显示模块，用LCM（LiquidCrystalDisplayModule）表示，有16×1、16×2、20×2、40×2等产品。图7-4是16×2（可显示两行16个字符）的1602型字符液晶模块JM1602CLCM实物照片。3.液晶显示模块LCM液晶显示模块LCM由字符型LCD液晶显示器和HD44780控制驱动器构成。HD44780由DDRAM、CGROM、IR、DR、BF、AC等大规模集成电路组成，具有简单且功能较强的指令集，可实现字符移动、闪烁等显示效果。（1）引脚定义（2）数据显示RAM：DDRAM数据显示RAM（DataDisplayRAM，DDRAM）用以存放要显示的字符码，只要将标准的ASCII码放入DDRAM中，内部控制线路就会自动将数据传送到显示器上，并显示出该ASCII码对应的字符。（3）指令寄存器IR、数据寄存器DRLCD内有两个寄存器：一个是指令寄存器（InstructionRegister，IR），另一个是数据寄存器（DataRegister，DR）。IR用来存放由CPU送来的指令代码，如光标复位、清屏、CGRAM、DDRAM地址信息等；DR则用来存放要显示的数据。字符型LCD寄存器选择如表7-2所示。（4）忙碌标志BF当BF=1时，LCM正忙于处理内部数据，执行完当前指令后，系统会自动清除BF。写指令前必须先检查BF标志，当BF=0时，才可将指令写入LCM控制器。（5）显示器地址①地址计数器AC。AC根据指令对DDRAM或CGRAM指派地址。当指令地址写入IR时，地址信息也由IR送入AC中。执行将数据写入DDRAM或CGRAM（或由此读出）命令后，AC的内容会自动加1或减1。当读命令寄存器IR时（RS=0、R/=1），AC的内容输出到DB0～DB6。由此得到当前字符显示地址，判断是否需要换行。②字符在LCD上的显示地址如表7-3所示。DB7=1（DB6～DB0），第一行为80H、81H…8FH，第二行为C0H、C1H…CFH。（6）LCD字库HD44780内置了192个常用字符，存于字符产生器CGROM（CharacterGeneratorROM）中。另外，还有由用户自定义的字符产生RAM，称为CGRAM（CharacterGeneratorRAM）。用户可以通过编程将字符图案写入CGRAM中，可写8个5×8点阵或4个5×10点阵的字符图案。字库中的0x00～0x0F为用户自定义CGRAM，0x20～0x7F为标准的ASCII码，0xA0～0xFF为日文字符和希腊文字符，其余字符码（0x10～0x1F及0x80～0x9F）没有定义。（7）指令组表表7-4列出了LCM指令组表，说明如下。①清除显示屏，即将20H（空格的ASCII码）填入所有的DDRAM，使LCD显示器全部清除，地址计数器清零，光标移到原点。②光标回原点（屏幕左上角），DDRAM中的数据库不变。③CGRAM地址设定。此命令用来设定CGRAM地址，由A5～A0位决定，范围为0～3FH。地址存放在地址计数器AC中。写入本指令后，随后必须是数据写入/读取CGRAM的指令。④DDRAM地址设定。由A6～A0来决定地址，并存放于AC中，写入本指令后，随后必须是数据写入/读取DDRAM的指令。⑤读取BF/地址计数器。读取数据前可检查BF，BF=1，不可存取LCD，直到BF=0。而地址计数器的内容则为DDRAM或CGRAMＭ的地址。⑥写入CGRAM或DDRAM。在地址设定指令后，本指令把字符码写入DDRAM内，以便显示相应的字符，或把自创的字符码存入CGRAM中。⑦读取CGRAM或DDRAM中的数据。在地址设定指令后，用来读取CGRAM或DDRAM中的数据。7.2.2“字符型液晶显示装置”电路设计和程序设计1.电路设计单片机与16×2字符型LCM的接口电路如图7-5所示，图左下方为所用元件列表。图中的16×2LCD采用1602。2.汇编语言程序设计、汇编ORG 00HRS EQUP3.5 ;位定义RW EQUP3.6E EQUP3.7MOV P3,#0FFHMOV P1,#01H ;清除屏幕ACALL ENABLEMOV P1,#38H ;8位、两行、5×7点阵ACALL ENABLEMOV P1,#0FH ;开显示ACALL ENABLEMOV P1,#06H ;移动光标ACALL ENABLEMOV P1,#80H ;显示位置ACALL ENABLEL3: MOV P1,#01HACALL ENABLEMOV DPTR,#TAB1 ;送第一字符CALL WRITE1MOV P1,#0C0H ;写入显示起始地址（第二行第一个位置）ACALL ENABLE ;调用写入命令子程序MOV DPTR,#TAB2 ;送第二字符CALL WRITE1CALL DELAYCALL DELAYCALL DELAYJMP L3ENABLE: ;送命令，LCD使能CLR RSCLR RWCLR EACALL DELAYSETB ERETWRITE1: ;送字符串MOV R1,#00HA1: MOV A,R1MOVC A,@A+DPTRCALL WRITE2INC R1CJNE A,#00H,A1 ;以00H做字符串结束标志RETWRITE2: ;送单个字符MOV P1,ASETB RSCLR RWCLR ECALL DELAYSETB ERETDELAY: ;延时子程序MOV R7,#255D1: MOV R6,#255D2: DJNZ R6,D2DJNZ R7,D1RET;以下每个表格都是一行字符，以00H作为结尾。TAB1: DB'^_^TOLCD',00TAB2: DB'Gladtoseeyou',00END7.3单片机与矩阵式键盘的接口技术7.3.1基础知识1.键的可靠输入机械型按键的开、关分别是机械触点的合、断作用。按键的电波形如图7-7所示（设按键口平时接高电平，有键按下时为低电平）。由于机械触点的弹性作用，在闭合及断开的瞬间均有抖动过程，会出现一系列电脉冲。抖动时间长短，与开关的机械特性、按键动作等因素有关，一般为5～10ms。按键的键稳定时间，由操作者的按键动作决定，一般大于0.1s。为保证单片机对键的一次闭合仅做一次键输入处理，必须去除抖动影响。通常可用硬件或软件方法去除抖动影响。硬件消抖可采用R-S触发器或单稳态电路，软件消抖可用延时法。单片机在检测到有键按下时，执行约10ms的延时程序，以消除前沿抖动影响。接着检查该键是否仍保持键闭合状态电平，若保持闭合状态电平，则确认该键按下。再检测按键是否弹起，一旦检测到按键弹起，再延时约10ms，消除后沿抖动影响。完成一个完整的确认按键的过程。2.独立式按键独立式按键是指直接用I/O口线构成的单个按键电路，如图7-8所示。3.矩阵式键盘矩阵式键盘又称行列式键盘。用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。N条口线最多可构造N2个按键。4×4的行列结构可构成16个键的键盘，如图7-9中部所示。无按键时各行、列线彼此相交而不相连。当有键按下时，如按下“F”键，则与“F”相连的行线P2.3、列线P2.7相连。由行、列线的电平状态可以识别唯一与之相连的按键，此识别过程称为读键。7.3.2“矩阵式键盘接口装置”电路设计和程序设计1.电路设计2.汇编语言程序设计、汇编程序功能：按0-F任意一个键，数码管就显示该键的码号。反转读键法的程序设计ORG 00HSJMP STARORG 30HSTAR: ACALL DE100 ;调用延时KEY: MOV P2,#0FH ;查键开始，行定义输入，列定义输出为0 MOV A,P2 ;读入P2的值 CPL A ANL A,#0FH ;确保低4位 JZ KEY ;无键按下，返回 MOV R5,A ;有键按下，暂存 MOV P2,#0F0H ;列定义输入，行定义输出为0 MOV A,P2 CPL A ANL A,#0F0H JZ KEY MOV R4,A ;暂存高4位输入 LCALL DE10 ;消抖动KEY1: MOV A,P2 ;等待键松开 CPL A ANL A,#0F0H JNZ KEY1 ;按键没松开，等待 LCALL DE10 MOV A,R4 ;取列值 ORL A,R5 ;与行值相或为组合键值 MOV B,A ;结果暂存于B中 MOV R1,#0 ;键值寄存器R1赋初值=0 MOV DPTR,#TAB ;取键码表首址到DPTRVAL0: MOV A,R1 MOVC A,@A+DPTR ;查键码表 CJNE A,B,VAL ;非当前按键码，继续查找 ACALL KEYV ;以按键码查显示码 MOV P1,A ;查找到显示码送P1二极管显示 SJMP KEY ;下一次按键输入，循环VAL: I