基于单片机的键盘和LED数码管工作原理

1、基于单片机的键盘和LED数码管工作原理摘要：键盘和显示器是微机最常见的输入输出设备。本文介绍键盘和LED显示器的基本工作原理，并给出在8051基础上的电路结构及C语言代码。关键字：键盘，LED,单片机 键盘是微型计算机系统中最基本、最常见的输入设备。在各种工业过程的计算机控制和监视系统中，广泛应用发光二极管向用户提供提示。由发光二极管可以构成7段/8段LED显示器，用于显示工作状态、参数数值和故障位置。一.键盘的工作原理 键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。（一）键盘的基本介绍1.键盘的功能 键盘接口必须具有4个基本功能：1. 去抖动2. 防串键3

2、. 识别被按键并产生与之对应的键码4. 释放键 而键码产生后如何去实现按键的特定功能，是操作系统和应用程序的任务2.键盘的分类 根据按键开关的排列方式，键盘可分为线性键盘和矩阵键盘。 线性键盘：硬件连接和接口程序都很简单，只适用于按键少的场合，因为线性键盘有多少按键，就需要有多少根连线与微机输入端口相连。 矩阵键盘：将按键排成n行m列，每个按键占据行列的一个交点，需要的外连接线数目是m+n，而容许的最大按键数是m*n，显然可以减少微机接口的连线，是一般微机常采用的键盘结构。3.键盘与单片机的连接方式 矩阵键盘的连接方法有多种。可直接连接于单片机的I/O口线；可利用扩展的并行I/O口连接；也可利

3、用可编程的键盘、显示接口芯片（如8297）进行连接等等。其中，利用扩展的并行I/O口连接方便灵活，在单片机应用系统中比较常用。下图就是通过8255A芯片扩展的并行I/O口连接的矩阵键盘。图 1 微处理器和键盘接口接线示意（二）键盘的工作过程 被按键的识别和键码的产生是键盘接口要解决的主要问题，可以通过软硬结合的方法来解决。通常识别被按键有两种方法：行扫描法和线反转法。 实际微型计算机系统中以行扫描法应用最广，其基本思想是：由程序对键盘进行逐行扫描，通过检测到的列状态来确定闭合键，需要输出端口、输入端口各1个。 下面由以并行接口芯片8255A组成的微机与键盘接口来说明非编码键盘采用行扫描法进行按

4、键识别并产生编码的原理。 设8255的端口地址为：4043H,键盘的行线接在PA0PA3上，列线接在PB0PB3上，接口示意如图1，PA端口定义为输出端口，PB端口定义为输入端口。扫描的步骤如下：（1）快速检查是否有键按下。使PA0PA3输出全为0，读取PB0PB3上数据，只要有一位为0，必定有某键被按下。（2）去抖动。延时20ms左右，等待按键通、断引起的抖动消失，然后再判断具体按下的到底是哪个键。（3）确定被按下的键。从0行开始，顺序逐行扫描，即该行输出0。每扫描一行，读入列线数据，从0列开始，逐列检查，判断是否有输入为0的列，若无，则顺序扫描下一行，并检查各列；若检查到某列线为0，则该行

5、、列交点上的按键为被按下的键。 具体控制程序请见附录1。二.LED数码管显示器的工作原理（一）LED显示器的基本介绍 一般8段LED显示器的内部结构和外部引脚如图2所示。每段都是一个发光二极管，通过点亮不同的字段，可显示09和AF等不同字符。其内部各发光二极管之间的连接方法有共阴极和共阳极两种。如图2所示。图2 LED显示器内部结构（二）LED显示器工作过程 为了达到显示某一波形的目的，需要从接口中输出不同的数码，这些数码称为字形码或段码。采用共阳极接法时，得到低电平信号的引脚对应的段被点亮；采用共阴极接法时，得到高电平信号的引脚对应的段被点亮。所以对于共阴极和共阳极两种不同的接法，为了显示同

6、一个字符，对应的显示段码是不同的。在8段和8位字节数有如下对应关系时，ag分别接数据线D0D5，dp接D7，图3给出了这两种接法的8段LED显示器字符段码表。图3 8段LED显示器字符段码表 比如，为了显示5，采用共阴极接法（1是亮），应该使D7D0=B；采用共阳极接法，D7D0=B。 实际使用的LED数码管LED数码显示器位数较多，为了简化线路，降低成本，对于多位LED数码显示器，通常采用动态扫描显示方法，即逐个地循环点亮各位显示器。这样虽然在任意时刻只有一位显示器被点亮，但是由于人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮的效果基本一样（在亮度上有差别）。图4 8段动态LED显示器接口

7、原理三.键盘和显示器与单片机8051 的连接图5 矩阵键盘与8051芯片连接原理图6 LED显示器与8051连接原理附录1：矩阵键盘与数码管显示控制程序排线连接方法：JP8（P1）与JP4（矩阵键盘接口）连接；P0与JP3(静态数码管)连接。矩阵键盘定义：P1.1-P1.4为列线；P1.4-P1.7为行线；程序：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar dis_buf; /显示缓存uchar temp;uchar key; /键顺序吗void delay0(uchar x); /x*0

8、.14MS#define delayNOP(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/ 此表为 LED 的字模 0 12 3 4 56 78 9 a b cd e funsigned char code LED7Code = 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71;/*/* */* 延时子程序 */* */*/void delay(uchar x) uchar j; while(x-)!=0) for(j=0;j4)|0xF0); if(temp

9、=1) / p1.4 被拉低 key=0; else if(temp=2) / p1.5 被拉低 key=1; else if(temp=4) / p1.6 被拉低 key=2; else if(temp=8) / p1.7 被拉低 key=3; else key=16; P1=0x0F; /低四位输入 列为高电平 行为低电平 delay(1);temp=P1; /读P1口 temp=temp&0x0F; temp=(temp|0xF0); if(temp=2) / p1.1 被拉低 key=key+0; else if(temp=4) / p1.2 被拉低 key=key+4; else i

10、f(temp=8)/ p1.3 被拉低 key=key+8; else key=16; dis_buf = key; /键值入显示缓存 dis_buf = dis_buf & 0x0f; /*/* */*判断键是否按下 */* */*/ void keydown(void) P1=0xF0;if(P1!=0xF0) /判断按键是否按下 如果按钮按下 会拉低P1其中的一个端口 keyscan(); /调用按键扫描程序 /*/* */* 主程序 */* */*/ main() P0=0xFF; /置P0口 P1=0xFF; /置P1口 delay(10); /延时 while(1) keydown

11、(); /调用按键判断检测程序 P0 = LED7Codedis_buf%16&0x7f; /LED7 0x7f为小数点 共阴和共阳此处也是不一样; %16表示输出16进制 /*/ 附录2：8051单片机引脚功能介绍 8051芯片管脚图单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。 电源: VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 P0口有三个功能：1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的