《单片机（微控制器）原理及应用》第10章接口技术

第10章

接口技术

教学目的：了解80C51系列单片机与键盘、显示器、功率器件及打印机等外设连接的技术。教学重点：1.键盘接口的工作原理及应用；

2.LED显示器接口的工作原理及应用。

3.打印机的接口及应用。教学难点：1.液晶显示器的原理及应用

2.键盘接口的工作原理。

10.1键盘接口

键盘电路的设计应使CPU不仅能识别是否有键按下，还要能识别是哪一个键按下，而且能把此键所代表的信息翻译成计算机所能接收的形式。 在单片机应用系统中多采用非编码键盘，其分为独立式键盘和矩阵式键盘，硬件上此类键盘只提供通、断两种状态，其它工作都靠软件来完成。

10.1.1键盘工作原理1．键输入原理2．键输入接口与软件应解决的问题（l）键开关状态的可靠输入通常去抖动影响的方法有硬、软件两种。

图10-1键闭合及断开时的电压波动

(a)按键电路(b)按键时电压的抖动

（2）对按键进行编码以给定键值或直接给出键号

①监测有无键按下；

②有键按下后，在无硬件去抖动电路时，应用软件延时方法除去抖动影响；

③有可靠的逻辑处理办法；

④输出确定的键号以满足散转指令要求。10.1.2独立式按键

1．独立式按键结构

在此电路中，按键输入都设置为低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。

图10-2独立式按键电路2．独立式按键的软件编制

START：MOVA，＃0FFH ；置输入方式

MOVP1，AL1:MOVA，P1；输入键状态

CJNEA,#0FFH,L3；有键按下转L3LCALLDELAY；延时5mS，省略

SJMPL1L3:LCALLDELLAY；延时5mSLCALLDELLAY ；延时5mSMOVA,P1 ；再读P1口

CJNEA,#0FFH,L2；确实有键按下转L2SJMPL1；误读键，返回L2：JNBACC.0,TAB0 ；为0转0号键首地址

JNBACC.1,TAB1；为1转1号键首地址

JNBACC.2,TAB2；为2转2号键首地址

JNBACC.3,TAB3；为3转3号键首地址

JNBACC.4,TAB4 ；为4转4号键首地址JNBACC.5,TAB5 ；为5转5号键首地址JNBACC.6,TAB6 ；为6转6号键首地址JNBACC.7,TAB7 ；为7转7号键首地址SJMPL1；再次读入键状态TAB0：LJMPOPR0 ；转向0号键功能程序TAB1：LJMPOPR1……..

TAB7：LJMPOPR7……..

OPR0：…….. ；0号键功能程序 LJMPSTART ；0号键程序执行完返回

……0PR7：……..；7号键功能程序……. LJMPSTART；7号键程序执行完返回

10.1.3行列式键盘1．行列式键盘电路的结构及原理

图10-3单片机I／O口组成的行列式键盘

2．键盘的工作方式（l）循环扫描方式键盘扫描程序一般应具备下述几个功能：判断键盘上有无键按下;去除键的抖动影响;扫描键盘，得到按下键的键号;判别闭合的键是否释放。图8-3中32个键的键值从左上角的数字“0”键对应为如下分布:00H，01H，02H，03H，04H，05H，06H，07H08H，09H，0AH，0BH，0CH，0DH，0EH，0FH10H，11H，12H，13H，14H，15H，16H，17H18H，19H，1AH，1BH，1CH，1DH，1EH，1FH行线P2.0～P2.3处于输入状态，列线P1.0～P1.7为输出状态。按键设置在行、列线交点上，当某个键闭合时，则对应的行线和列线短路，行线输入即为列线输出。获取这32个键值时，P1口和P2口输出与输入的相应值为如下分布:

012345670FE×EFD×EFB×EF7×EEF×EDF×EBF×E7F×E8FE×DFD×DFB×DF7×DEF×DDF×DBF×D7F×D10FE×BFD×BFB×BF7×BEF×BDF×BBF×B7F×B18FE×7FD×7FB×7F7×7EF×7DF×7BF×77F×7

由以上分布可以总结出：闭合键的键号值＝行首键号＋列号例如，当P1口的输出为F7H（11110111B），即其第3列有输出，读出P2口低4位的值为0DH（1101B），说明是第1行与第3列相交的键闭合，则键号＝8＋3＝11。读键盘程序如下：KEY：LCALLKS ；调用KS判别有键按下吗？JNZK1 ；有键按下转移

LCALLDELAY；无键按下，调延时子程序

LJMP KEYK1：LCALLDELAY；加长延时时间，消除键抖动

LCALLDELAYLCALLKS；调用KS子程序再次判别有无键闭合JNZK2 ；键按下，转逐列扫描LJMPKEY；误读键，返回K2：MOVR2，＃0FEH；首列扫描字送R2MOVR4，＃00H ；首列号送R4K3：MOVA，R2 MOVP1，A；列扫描字送P1口MOVA，P2；读取行扫描值JBACC.0，L1 ；第0行无键按下，转查第1行MOVA，＃00H ；第0行有键按下，该行的行首键号＃0H送ALJMPLK ；转求键号L1：JBACC.1，L2；第1行无键按下，转查第2行MOVA，＃08H ；第1行有键按下，该行行首键号＃08H送ALJMPLK ；转求键号L2：JBACC.2，L3；第2行无键按下，转查第3行MOVA，#l0H ；第2行有键按下，该行的行首键号＃l0H送ALJMPLK ；转求键号L3：JBACC.3，NEXT；第3行无键按下，改查下一列

MOVA，＃18H ；第3行有键按下，该行的行首键号 ；＃l8H送ALK：ADDA，R4；形成键码送入APUSHACC ；键码入栈保护K4： LCALLDELAYLCALLKS ；等待键释放

JNZK4；未释放，等待

POPACC；键释放，弹栈送ACCRET；键扫描结束，返回NEXT：INCR4；修改列号,指向下一列MOVA，R2JNBACC.7，KEY；第7位为0，已扫描完最高列转KEYRLA ；未扫描完，扫描字左移一 位，变为下列扫描字MOVR2，A ；扫描字暂存R2LJMPK3；转下列扫描KS：MOVA，＃0 MOVP1,A ；全扫描字＃00H送P1口MOVA，P2；读入P2口行状态CPLA；变正逻辑，以高电平表示有键按下ANLA，＃0FH ；屏蔽高4位RET ；出口状态：A

0时有键按下

（2）中断工作方式

采用中断扫描工作方式可提高CPU的工作效率。一种简易键盘接口如图8-5所示。图10-5中断方式键盘电路由于P1口为双向I/O口，可以采用“线路反转”法识别键值。步骤如下：（1）P1.0～P1.3输出0，由P1.4～P1.7输入并保存数据到A中；（2）P1.4～P1.7输出0，由P1.0～P1.3输入并保存数据到B中；（3）A的高四位与B的低四位相或成为键码值；（4）查表求得键号。线路反转程序如下：

ORG0000H LJMPSTART ORG0003 LJMPFZH；转读键值程序

ORG 0030HSTART: MOVSP,#50HMOVP1,#0FH MOVIE,#81H；CPU和外部中断0开中断

… SJMP$ ORG0080H；读键值中断程序FZH：SETBRS0；选择第1组工作寄存器

MOVP1,#0F0H；设P1.0～P1.3输出0 MOVA,P1；读P1口

ANLA,#0F0H；屏蔽低4位，保留高4位

MOVB,A；P1.4～P1.7的值存B

MOVP1,#0FH；反转设置，设P1.4～P1.7输出0MOVA,P1 ANLA,#0FH；屏蔽高4位，保留低4位

ORLA,B；与P1.4～P1.7的值相或，形成键码

MOVB,A MOVR0,#00H；置键号初值

MOVDPTR,#TAB;LOOP:MOVA,R0 MOVCA,@A+DPTR；取键码值

CJNEA,B,NEXT2；与按键值相比较，不相等，继续

SJMPRR0；相等返回，键码值在A中NEXT2:INCR0；键值加1 CJNER0,#10H,LOOP；是否到最后一个键RR0: CLRRS0；恢复第0组工作寄存器

RETI TAB:DB0EEH,0EDH,0EBH,0E7H；0，1，2，3的键码值

DB0DEH,0DDH,0DBH,0D7H；4，5，6，7的键码值

DB0BEH,0BDH,0BBH,0B7H；8，9，10，11的键码值

DB07EH,07DH,07BH,077H；12，13，14，15的键码值

10.2显示器接口

10.2.1LED显示器的结构与原理图10-6“8”字型数码管下面以共阴极数码管为例说明字形与字形码的关系。对照图10-6（a）字段，字形码各位定义如下：D7D6D5D4D3D2D1D0DPGfedcba数据位D0与a字段对应，D1与b字段对应……，依此类推。参考图10-6（a）和（b）可以看出，如要显示“1”字形，b、c两字段应点亮，所以对应的字形码为00000110B。10.2.2LED静态显示方式

图10-7静态显示电路

显示子程序如下：功能：把数据从显示缓冲区送到数码管。入口：要显示的数放在以DIS0为首的8个单元中。出口：把预置的数输出以更新原有的显示。DIR：SETBRS0 ；保护第0组工作寄存器

PUSHACC ；保护现场

PUSHDPHPUSHDPLMOVR2，＃08H ；显示8个数码管

MOVR0，＃DIS7 ；显示缓冲区末地址送入R0DL0：MOVA，＠R0 ；取要显示的数作查表偏移量

MOVDPTR，＃TAB ；指向字形表首

MOVCA，＠A＋DPTR；查表得字形码

MOVSBUF，A ；发送显示DL1：JNBTI，DL1 ；等待发送完一帧

CLRTI ；清中断标志，准备继续发送

DECRO ；更新显示单元

DJNZR2，DL0 ；重复显示所有数码管

CLRRS0 ；恢复使用第0组工作寄存器

POPDPL ；恢复现场

POPDPHPOPACCRETTAB：DB0COH，0F9H，0A4H，0BOH，99H；0，1，2，3，4DB92H，82H，0F8H，80H，90H；5，6，7，8，9DB88H，83H，0C6H，0A1H，86H；A，B，C，D，EDB8EH，0BFH，8CH，0FFH；F，－，P，暗10.2.3LED动态显示方式

图10-8扫描式显示电路这种工作方式是分时轮流选通数码管的公共端，使得各个数码管轮流导通，即各数码管是由脉冲电流导电的（循环扫描一次的时间一般为10ms）。当所有数码管依次显示一遍后，软件控制循环，使每位显示器分时点亮。例如，如果要显示“123DEF”时，位选码、段选码扫描一遍的相应显示状态如表8-2所示。

本段程序中，设CWR为8255控制口地址，POA为A口地址，POC为C口地址。DIS0～DIS5是片外显示缓冲区，共6个单元对应6个数码管。

程序清单如下：MOD：PUSHACC ；保护现场

PUSHDPHPUSHDPLMOVR0，＃CWR ；指向8255控制口

MOVA，＃82H ；设置8255工作方式字

MOVX＠R0，A ；设A口、C口为基本输出方式DIR：MOVR0，＃DIS5 ；指向显示缓冲区首单元

MOVR6，＃20H ；选中最左数码管

MOVR7，＃00H ；设定显示时间

MOVDPTR，＃TAB ；指向字形表首地址DIR1：MOVA，＃00HMOVR1，＃POC ；指向8255C口（位选口）

MOVX＠R1，A ；关断显示

MOVXA，＠R0 ；取要显示的数

MOVCA，＠A＋DPTR ；查表得字形码。

MOVR1，＃POA ；指向8255A口（字形口）

MOVX＠R1，A ；送字形码

MOVA，R6 ；取位选字

MOVR1，＃POC ；指向位选口

MOV＠R1，A；送位选字HERE：DJNZR7，HERE ；延时

INCR0 ；更新显示缓冲单元

CLRCMOVA，R6RRCA ；位选字右移

MOVR6，AJNCDIR1 ；未扫描完继续循环

POPDPL；恢复现场

POPDPHPOPACCRETTAB：DB3FH，06，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07；0～7DB7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H；8～0FH10．2．4液晶显示器概述

1．段码型液晶模块2．点阵字符液晶模块3．点阵图形液晶模块本节将介绍一种较容易学习，使用也较广泛的字符型液晶显示模块LCM。

10．2．5字符型液晶显示模块LCM的组成及原理与指令控制有关的主要部件如下：1.地址指针计数器AC：AC是显示数据寄存器DDRAM和字符发生器CGRAM共同的地址指针计数器。2.DDRAM显示数据存储器存放LCD当前要显示的数据。3.CGROM字符产生器ROMCGROM字符产生器的ROM中存放已经固化好的字符库。4.CGRAM字符产生器RAMCGRAM字符产生器的RAM可存放8个用户设计的5×8点阵图型。5.忙碌标志触发器BFBF指示LCD是否正在作内部处理工作，在写指令前，必须先检查BF标志。10．2．6液晶显示模块LCM引脚及说明

一个典型LCM各引脚的名称及功能如下。1脚VSS－电源地；2脚VCC－＋5V；3脚VO－液晶电源（调节显示对比度）；4脚RS－寄存器选择端，当RS为0，选择指令寄存器；当RS为1，选择数据寄存器；5脚R/W－读写控制信号，当R/W为0，选择写操作；当R/W为1，选择读操作；由RS和R/W控制读写操作的格式如表10－4所示。表10－4RS和R/W控制读写操作的格式RSR/W操作00写指令寄存器01读忙标志位BF和地址计数器AC到D0～D710写数据寄存器11读数据寄存器6脚E－使能控制端，E是正脉冲信号（脉冲宽度为0.5微妙左右），下降沿有效；7脚～14脚DB0～DB7－8位数据总线；不同厂家15和16脚的设置不同，具体设置情况，要查看型号说明书。10．2．7LCM的指令

表10－5LCM指令一览表指令名称控制信号控制代码

RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除屏幕0000000001归位000000001*输入方式00000001I/DS显示状态0000001DCB光标/画面移位000001S/CR/L**工作方式00001DLNF**CGRAM地址设置0001A5A4A3A2A1A0DDRAM地址设置001A6A5A4A3A2A1A0标志/地址计数器

01BFA6A5A4A3A2A1A0写数据10数据

读数据11数据

10．2．8LCM的复位及初始化

在LCM内部有一个复位电路，上电即可自动复位，复位后默认状态如下：1）清除显示；2）功能设定为：8位数据长度，单行显示，5×7点阵字符；3）显示屏、光标、闪烁功能均为关闭；4）输入模式为：AC地址自动加1，显示屏不移动。 如果采用指令进行热启动，使用LCM的一般操作步骤如下：1）写入指令代码30H或38H；2）延时>4.1ms；3）写入指令代码30H或38H；4）延时>100µS;5）写入指令代码30H或38H:6）读取BF标志位，如果为1则等待，为0执行下一条指令；如果电源符合要求，或者已经用指令进行了热启动，则可直接执行功能初始化指令，通常为如下几步：1）工作方式设置指令，0011NFxx；2）清除显示，01；3）设定输入方式，000001I/DS;4）设置显示状态指令，00001DCB。

10．2．9LCM的接口及应用举例以AT89S51单片机为主机，实现与字符型LCM的接口，编程显示2行字母数字，第一行显示“WELCOMETO”，第二行显示“OURUNIVERSITY”。此例中的LCM为20×2显示模块。主机频率为6MHz，接口电路如图8－12所示。要求设定为2行显示，8位数据长度，5×7点阵字型。图10－11LCM接口电路原理图

图8－12接口电路原理图

编程如下。RSBITP2.0;寄存器选择信号R/WBITP2.1；读写选择信号EBITP2.2；使能控制ORG0000HLJMPMAINORG60HMAIN:MOVSP,#60H；设堆栈指针LCALLINIT；调LCM初始化程序LCALLFIRST；调设定显示地址为第一行第一个位 置的子程序MOVDPTR,#TAB1；设置第一行字符的首地址指针LCALLDISPLAY；调用显示字符程序LCALLSECOND；调设定显示地址为第二行第一个位 置的子程序MOVDPTR,#TAB2；设置第二行字符的首地址指针LCALLDISPLAY；调用显示字符程序SJMP$；LCM初始化程序INIT:LCALLDELAY1；调延时5ms子程序,省略MOVA,#38H；功能设置为2行显示，8位接口，5×7点阵ACALLWRC；判读BF和写命令MOVA,#01H;清除显示ACALLWRCMOVA,#06H；设置输入方式为AC为加1计数器，光标右移ACALLWRCMOVA,#0CH;设置显示状态为开显示，不显示光标，不闪烁ACALLWRCRET

；判读BF和写命令WRC：ACALLBUSY：调判读BF子程序MOVP2,#11111000B；E、RS、R/W为0，准备写命令SETBE；E为高MOVP0,A；写入指令代码CLRE；E为低RETBUSY:PUSHACCW:MOVP2,#11111010B;RS=0,R/W=1,E=0，准备读数据SETBEMOVA,P0;读BF和AC值JBACC.7,W;BF不为0，等待CLREPOPACCRET写显示数据子程序

WRTD:ACALLBUSYMOVP2,#11111100B;RS=1,R/W=0,E=0,准备写数据

SETBEMOVP0,ACLRELCALLDELAY2RET显示字符程序

DISPLAY:MOVR1,#00NEXT: MOVA,R1MOVCA,@A+DPTR；将DPTR所指的字符码逐一送到LCD显示

CJNEA,#21H,DSL；到结束符“！”返回，否则继续显示

RET

DSL:LCALLWRTD；调显示数据子程序

INCR1 SJMPNEXTTAB1:DB“WELCOMETO”；LCD第1行显示的字符串DB“!”；结束码为“!”TAB2:DB“OURUNIVERSITY”；LCD第2行显示的字符串DB“!”；结束码为“!” ENDDB后面的字符码也可以直接写为它的代码形式，例如TAB1也可以如下表示：DB20H,20H,20H,57H,45H,4CH,43H,4FH,4DH,45HDB20H,54H,4FH,20H,20H,21H;20H为空格符，21H为“!”符FIRST: MOVA,#10000000B；DDRAM的地址设为80H，即要显示的字 符从第一行的第一个位置开始

LCALLWRC RETSECOND: MOVA,#11000000B；DDRAM的地址设为C0H，即要显示的字 符从第二行的第一个位置开始

LCALLWRC RETTAB1:DB“WELCOMETO”；LCD第1行显示的字符串

DB“!”；结束码为“!”TAB2:DB“OURUNIVERSITY”；LCD第2行显示的字符串

DB“!”；结束码为“!”END10.3功率开关器件接口

10.3.1输出接口的隔离技术

图10－12光电隔离器原理及接法（a）