第6章51单片机的接口与应用

键盘接口需要解决的问题
按键识别：
是否有键按下 求键号 键抖动及消除： 机械按键抖动时间在 5ms～10ms之间 消除方法： 硬件方案——双稳态去抖电路 软件方案——延时10ms～20ms后再次判断
• 键盘中每个按键都是一个常开开关电路，如图所 示。 • 当按键K未被按下时，P1.0输入为高电平；当K闭 合时，P1.0输入为低电平。
键盘接口原理
• 键盘分编码键盘和非编码键盘。 • 键盘上闭合键的识别由专用的硬件 译码器实现，并产生键编号或键值 的称为编码键盘，如BCD码键盘、 ASCII码键盘等；靠软件识别的称为 非编码键盘。
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6.1 按键、键盘及其接口
6.1.1 键输入过程与软件结构
图6.1 MCS–51单片机键输入过程
下。当检测到按键释放后，也要给5～10 ms的延时，待后沿抖动
消失后，才能转入该键的处理程序。
1. 键盘输入的特点 键盘：一组按键开关的集合。行线电压信号通过键盘开关机 械触点的断开、闭合，其输出波形如图。
2. 按键的确认 检测行线电平 高电平：断开；低电平：闭合， 3.如何消除按键的抖动 常用软件来消除按键抖动。 基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时 10ms后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。 当键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为高，说 明按键已松开。 采取以上措施，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。
独立连接式非编码键盘
此种接口适于键数较少或操作速度较高的场合。 图6-5（a）为中断方式的独立式键盘工作电路
图6-5（b）为查询方式的独立式键盘工作电路。
6.1.3 独立式按键 1．独立式按键接口结构
图6.5 独立式按键的接口电路示意图 (a) 中断方式；(b) 查询方式 特点：一 51单片机的接口与应用
6.1 按键、键盘及其接口 6.2 显示及显示器接口 6.3 A/D转换器接口 6.4 D/A转换器接口 6.5 行程开关、晶闸管、 继电器与单片机的接口
本章概述
本章主要介绍AT89C51单片机与 各种输入外设、输出外设的接 口电路设计以及软件编程。
常用的输入外设：键盘、BCD码拨盘等； 常用的输出外设：LED显示器、LCD显示器、打印机等。
单片机应用系统中使用的显示器主要有: • 发光二极管显示器，简称LED(Light Emitting Diode)； • 液晶显示器，简称LCD(Liquid Crystal Display)； • CRT显示器 (学名为“阴极射线显像管”)是这样 一种装置，它主要由电子枪(Electron gun)、偏转 线圈(Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、高压 石墨电极和荧光粉涂层(phosphor)和玻璃外壳五部 分组成。
图 按键时的抖动
• 键抖动会引起一次按键被误读多次。为了确保CPU对键的一次闭 合仅做一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时，读取键的 可用硬件或软件两种方法消除。
状态，并且必须判别；在键释放稳定后，再作处理。按键的抖动，
• 如果按键较多，常用软件方法去抖动，即检测出键闭合后执行一
个延时程序，产生5～10 ms的延时；让前沿抖动消失后，再一次 检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按
电平为低电平，但不能确认是键3被按下，
因为如果同一行的键2、1或0之一被按下，
行线也为低电平。所以，只能得出第一行有
按键被按下的结论。
第2步：如有键被按下，识别出具体的按键
• 采用扫描法，在某一时刻只让一条列线处于 低电平，其余所有列线处于高电平。当第一 列为低电平，其余各列为高电平时，因为是 键3按下，所以第一列的行线仍处于高电平状 态；而当第二列为低电平时，其余各列为高 电平，同样也会发现第一列的行线仍处于高 电平状态；直到让第四列为低电平，其余各 列为高电平时，此时第一行的行线电平变为 低电平，据此，可判断第一行第四列交叉点 处的按键，即3号键按下。
6.1.2 键盘接口和键输入软件中应解决的几个问题
1．消除键抖动
键按下
键稳定
前沿抖动 前沿抖动
图6.2 键合断时的电压抖动
图6.3 消除键抖动电路
2．键编码及键值
(1) 用键盘连接的I/O线的二进制组合表示键码。例如用4行、
4列线构成的16个键的键盘，可使用一个8位I/O口线的高、低4 位口线的二进制数的组合表示16个键的编码，如图6.4(a)所示。 各键相应的键值为88H、84H、82H、81H、48H、44H、42H、 41H、28H、24H、22H、21H、18H、14H、12H、11H。这种 键值编码软件较为简单直观，但离散性大，不便安排散转程序 的入口地址。
下图为82C55扩展I/O口的独立式按键接口电路。
82C55是Intel公司生产的可编程的并行I/O 接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口，3 种工作方式，可作为单片机与多种外围设 备连接时的中间接口电路。
2．独立式按键的软件结构 下面是查询方式的键盘程序。K0~K7为功能程序入口地址 标号，其地址间隔应能容纳JMP指令字节，PROM0~PROM7分 别为每个按键的功能程序。设I/O为P1口。 START：MOV A，#0FFH ； MOV P1，A MOV A，P1 JNB ACC.0，K0 JNB ACC.1，K1 ；置P1口为输入状态 ；键状态输入 ；检测0号键是否按下，按下转 ；检测1号键是否按下，按下转
(2) 顺序排列键编码。如图6.4(b)所示。这种方法，键值的
形成要根据I/O线的状态作相应处理。键码可按下式形成：
键码=行首键码+列号
图6.4 行列式键盘的编码与键值
(a) 二进制组合编码；(b) 顺序排列编码
3．键盘的监测方法 对于计算机应用系统，键盘扫描只是CPU工作的一部分， 键盘处理只是在有键按下时才有意义。对是否有键按下的信息
JMP START K0：AJMP PROM0 K1：AJMP PROM1 …
；检测7号键是否按下，按下转
；无键按下返回，再顺次检测
；入口地址表
K7：AJIMP PROM7
PROM0：………………………
……………………… JMP START PROM1：……………………… ………………………
；0号键功能程序
2．键盘工作原理
单片机在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，取
决于键盘的工作方式。
按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键
开关的两端。行线通过上拉电阻接+5 V，被箝位在高电平状态。
对键盘的工作过程可分两步：第一步是CPU首先检测键盘
上是否有键按下；第二步是再识别是哪一个键按下。
检测键盘上有无键按下可采用查询工作方式、定时
输入方式有中断方式与查询方式两种。
键盘接口的工作原理 独立式按键接口和行列式键盘接口。
6.1.3 独立式键盘接口
• 独立式按键是指各按键相互独立地 接通一条输入数据线，通过检测输 入线的电平状态,可很容易判断那个 键被按下。如图所示。这是最简单 的键盘结构，该电路为查询方式电 路。
• 当任何一个键按下时,与之相连的输 入数据线即被清0(低电平),而平时该 线为1(高电平)。要判别是否有键按 下,用单片机的位处理指令十分方便. • 这种键盘结构的优点是电路简单； 缺点是当键数较多时，要占用较多 的Ｉ／Ｏ线。
为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平为低，可
确定此行列交叉点处的按键被按下。 b. 线反转法 只需两步便能获得此按键所在的行列值，线反转法的原 理如图所示。
扫描法要逐行扫描查询，当被按下的键处于最后一列时，则要经过多次 扫描才能最后获得此按键所处的行列值。而线反转法则很简练，无论被按键 是处于第一列或最后一列，均只需要经过两步便能获得此按键所在的的行列 值，线反转法的原理图如下图所示。
（1）行列式键盘工作原理 按键设在行、列线的交点上。行线通过上拉电阻接到+5v 上。无键按下，该行线为高电平，当有键按下时，行线电平 由列线的电平来决定。 列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果
为高，则行线电平也为高，这一点是识别行列式键盘按键是否
按下的关键所在。 由于行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发生影响，
图
线反转法
第1步：列线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所在
行为按键所在行。
第2步：行线输出为全低电平，则列线中电平由高变低所在列为 按键所在列。 结合上述两步，可确定按键所在行和列，从而识别出所按 的键。 假设3号键被按下。 第一步：P1.0—P1.3输出全为“0”，然后，读入P1.4—P1.7线的 状态，结果P1.4=0，而P1.5—P1.7均为1，因此，第一行出现电平 的变化，说明第一行有键按下； 第二步：让P1.4—P1.7输出全为“0”，然后，读入P1.0—P1.3位， 结果P1.0=0，而P1.1—P1.3均为1，因此第四列出现电平的变化， 说明第四列有键按下。 综合上述分析，即第一行第四列按键被按下，此按键即是3 号键。因此，线反转法非常简单适用。当然实际编程中还要考虑 消除抖动处理。
统中比较常用。
图6.6 8155扩展I/O口组成的行列式键盘
行列式(矩阵式)键盘接口
用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成，按键位于
行、列的交叉点上。如图所示。
按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比， 要节省很多的I/O口线。
接口电路：
矩 阵 式 按 键
关键：如何 判断键号？
P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
JNB ACC.2，K2 JNB ACC.3，K3 JNB ACC.4，K4 JNB ACC.5，K5 JNB ACC.6，K6
；检测2号键是否按下，按下转 ；检测3号键是否按下，按下转 ；检测4号键是否按下，按下转 ；检测5号键是否按下，按下转 ；检测6号键是否按下，按下转