第10章 MCS-51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计
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第10章 MCS-51与键盘、显示器的接口设计
扩展键盘接口
二. 键盘接口原理
1.键盘 原理
P.230
单片机系统中完成控制参数输入及修改的基本输 入设备，是人工干预系统的重要手段。 单片机与计算机在键盘规模/键符设置等方面差别 很大。
列 线
列线的电平决 定行线电平,
行线 输出
＋5V
即 行线电平 为按键闭合的 判断依据
二. 键盘接口原理
入 口
接高电平
公共阳极
P.226
＠ 单片机系统扩展LED数码管
时多用共阳LED:
b c h
h g f …… a
f e
a g d
共阳数码管每个段笔画是 用低电平(“0”)点亮的,要求驱
动功率很小；
而共阴数码管段笔画是用 高电平(“0”)点亮的，要求驱
低电平点亮
h g f e d c b a
D7 D6
D5 D4 D3 D2 D1 D0
第10章
MCS-51的键盘、显示器、拨盘
打印机的接口设计
学习内容： 数码管显示方法(动态/静态) 键盘的设计与控制 键盘扫描法和线反转法
学习目的： 掌握数码管显示方法(重点) 掌握独立按键的判别方法(重点) 了解键盘扫描和线反转法的基本实现方法
学习难点： 数码管动态显示方法 键盘的行扫描法和线反转法的编程实现
显示器显示状态(微观) 0 1
以8位LED 动态显示
2003.10.10 0
1
3FH
06H
为例
0
1
BFH
06H
3.
0
CFH
3FH
人 2 0 0 3. 1 0. 1 0 眼 0 看 1 到 的 3. 结 果
【2019年整理】MCS-51第10章MCS-51与键盘和显示器的接口设计
DELAY: MOV D2: MOV D1: MOV
DJNZ DJNZ DJNZ RET
R5, #5 R6, #200 R7, #250 R7, $ R6, D1 R5, D2
SEG01: DB DB DB END
0C0H,0F9H,0A4H 0B0H,99H,92H 82H,0F8H,80H,90H
图10-6所示为8位LED动态显示2009.10.10的过程。图 10-6（a）所示为显示过程，某一时刻，只有一位LED被选 通显示，其余位则是熄灭的；图10-6（b）所示为实际的显 示结果，人眼看到的是8位稳定的同时显示的字符。
图10-6 8位LED动态显示过程和结果
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。
① 扫描法。第1步，识别键盘有无键按下；第2步，如有 键被按下，识别出具体的键位。
下面以图10-9所示的键3被按下为例，说明识别过程。
第1步，识别键盘有无键按下。先把所有列线均置为0， 然Байду номын сангаас检查各行线电平是否都为高，如果不全为高，说明有键 按下，否则无键被按下。
例如，当键3按下时，第1行线为低，还不能确定是键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。只能得出第1行有键被按下的结论。
4．如何消除按键的抖动
按键去抖动的方法有两种：
一种软件延时，本思想是：在检测到有键按下时，该键 所对应的行线为低电平，执行一段延时10ms的子程序后， 确认该行线电平是否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认 该行确实有键按下。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。采取本措施，可消除两个抖动期t1 和t3的影响。
C51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计幻灯片
LD0： MOV DPTR,＃7F01H ;位选码→PA口
MOVX @DPTR,A ;(PA.0位)最左边LED亮
INC DPTR
;数据指针指向PB口
MOV A,@R0
;显示数据→A
ADD A,＃0DH ;加偏移量
MOVC A,@A＋PC ;根据显示数据来查表取段码
DIR1：MOVX @DPTR,A
2. 定时扫描工作方式 利用单片机内的定时器，产生10ms的定时中断，对键盘进
行扫描。
3.中断工作方式 只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序，如无键按下，
单片机将不理睬键盘。
键盘所做的工作分为三个层次。 第1层：单片机如何来监视键盘的输入。三种工作方式：①
编程扫描；②定时扫描；③中断扫描。 第2层：确定具体按键的键号。体现在按键的识别方法上就
10.2.2 键盘接口的工作原理 独立式按键接口和行列式键盘接口。 1.独立式键盘接口
各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的 电平状态可很容易判断那个键被按下。
此种接口适于键数较少或操作速度较高的场合。 图10-7（a）为中断方式的独立式键盘工作电路。只要有一个 键按下，与门的输出即为低电平，并向89C51发出中断请求，在 中断服务程序中，对按下的键进行识别。 图10-7（b）为查询方式的独立式键盘工作电路。按键直接与 89C51的IO口线相连，通过读IO口，判断各IO口线的电平的状 态，即可以识别出按下的键。
DL：
MOV R6,＃0FFH
DL6：
DJNZ R6,DL6
DJNZ R7,DL
RET
2．键盘程序设计 （1）判别键盘上有无键闭合
方法为扫描口PA0~PA7输出全0，读PC口的状态，若 PC0~PC3全为1（键盘上的行线全为高电平），则键盘上没有 键闭合，若PC0~PC3不全为1，则有键处于闭合状态。 （2）去除键的机械抖动
第10章 MCS-51与键盘、显示器的接口设计
第10章
MCS-51与键盘、显示器、打印机接口设计
矩阵式键盘接口—行动态扫描方法
+5V P1.0 P1.1
0 1
0 4 8 C
1 5 9 D
2 6 A E
3
第0行
7
第1行
B
89C51
1 P1.2
P1.3 1 P1.4 P1.5
第2行
F
第3行 第3列 第2列 第1列 第0列
38
1 1
1 P1.6 P1.7 1
29
第10章 MCS-51与键盘、显示器、打印机接口设计 KEYIN:MOV DPTR,#0BFFFH ；键盘端口地址BFFFH
MOVX A,@DPTR ANL A,#1FH MOV R3,A LCALL DELAY10 MOVX A,@DPTR ANL A,#1FH CJNE A,R3,RETURN CJNE A,#1EH,KEY2 LJMP KEY1 KEY2: CJNE A,#1DH,KEY3 LJMP KEY2 KEY3: CJNE A,#1BH,KEY4 LJMP KEY3 KEY4: CJNE A,#17H,KEY5 LJMP KEY4 KEY5: CJNE A,#0FH,PASS LJMP KEY5 RETURN: RET
第10章
MCS-51与键盘、显示器、打印机接口设计
矩阵式键盘接口—行动态扫描方法
+5V P1.0 P1.1
0 0
0 4 8 C
1 5 9 D
2 6 A E
3
第0行
7
第1行
B
89C51
0 P1.2
P1.3 0 P1.4 P1.5
第2行
F
第3行 第3列 第2列 第1列 第0列
第10章 MCS-51与键盘、显示器的接口设计
2.去抖动措施： 2.去抖动措施： 去抖动措施 软件去抖动：执行一段延时10ms的子程序 软件去抖动：执行一段延时10ms的子程序 10ms 硬件去抖动： 硬件去抖动：如双稳态消抖电路
10.2.1 键盘接口的工作原理 10.2.1 1.独立式键盘接口 1.独立式键盘接口
含义： 含义： 各键相互独立，一个按键－－一根输入口线。 各键相互独立，一个按键－－一根输入口线。 －－一根输入口线 式和查询方式2种 式和查询方式2 适用场合： 适用场合：适用于按键数较少或操作速度较高的场合
注：10－8和10－9,按键为外部RAM单元，MOVX
设计软件：请以 － 为电路 为电路， 设计软件：请以10－9为电路，采用软件去抖 动的方法，以查询方式检测， 动的方法，以查询方式检测，当且仅当有 一键按下时才予以识别， 一键按下时才予以识别，如有多键按下讲 不予处理。 不予处理。
此子程序如下： 此子程序如下：
按键未按下，输出为高 按键按下，输出为0 抖动时间一般为5～10ms
故确认一个按键是否按下的基本思想为： 故确认一个按键是否按下的基本思想为： ★在第一次检测到输出为低电平时，执行一段延时10ms 在第一次检测到输出为低电平时，执行一段延时10ms 10 的子程序后（去抖动）， ），再次确任该行线电平是否仍为 的子程序后（去抖动），再次确任该行线电平是否仍为 低电平，仍为低，则确认有键按下，否则视为干扰。 低电平，仍为低，则确认有键按下，否则视为干扰。 确认键是否释放则同样须防抖动。 确认键是否释放则同样须防抖动。
为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码 为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码 LED显示不同的符号或数字 LED提供 （或称字型码）。 或称字型码）。 字型和段码可由设计者自行设计，习惯排序如下： 字型和段码可由设计者自行设计，习惯排序如下： 排序如下
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；屏蔽高三位 ；保存键盘状态值 ；延时10ms去键盘抖动
MOVX A,@DPTR ；再读键盘状态
ANL A,#1FH
；屏蔽高三位
CJNE A,R3,RETURN ；两次不同，抖动引起转RETURN
CJNE A,#1EH,KEY2 ；相等，有键按下，不等转KEY2
2020/8/15
LJMP PKEY1
2020/8/15
图10-4：4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一 个8位I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。
2020/8/15
图10-5为8位LED动态显示2003.10.10的过程。 图（a)是显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通
显示，其余位则是熄灭的； 图（b)是实际显示结果，人眼看到的是8位稳定的
LJMP PKEY4
;S4按下，转PKH,PASS ;S5未按下，转RETURN
LJMP PKEY5
;S5按下，转PKEY5处理
RETURN:RET
;重键或无键按下，从子程序返回
2020/8识/15别和编程简单，用在按键数较少的场合。
2. 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，
段对应段码的最低位。
2020/8/15
10.1.2 LED显示器工作原理 图10-2是4位 LED显示器的结构原理图。
N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。 2020/8/15
段码线控制显示的字型，
位选线控制该显示位的亮或暗。
静态显示和动态显示两种显示方式。
1. 静态显示方式
各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。 每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器
按上述格式，8段LED的段码如表10-1所示。
单片机第10章89C51与键盘显示器接口教材课程
2020/8/6
2020/8/6
图10-7
图10-8为82C55扩展I/O口的独立式按键接口电路。
2020/8/6
图10-8
2. 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10-9所示。
图10-9 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。
2020/8/6
图10-11
89C51外扩一片8155H。RAM地址： 7E00H～7EFFH。 I/O口地址：7F00H～7F05H。
PA口为输出口，控制键盘列线的扫描，同时又是6位共阴极 显示器的位扫描口。
PB口作为显示器段码输出口，PC口作为键盘的行线状态的 输入口。
75452：反相驱动器，7407：同相驱动器。
利用单片机内的定时器，产生10ms的定时中断，对键盘进行 扫描。 3.中断工作方式
只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序，如无键按 下，单片机将不理睬键盘。
键盘所做的工作分为三个层次。
2020/8/6
第1层：单片机如何来监视键盘的输入。三种工作方式：①编 程扫描②定时扫描③中断扫描。
第2层：确定具体按键的键号。体现在按键的识别方法上就 是：①扫描法；②线反转法。
1．动态显示程序设计 内部RAM 6个显示缓冲单元：79H～7EH，存放要显示的6位数
据。 81C55的PB口输出相应位的段码，依次改变PA口输出为高的位使
某一位显示某一字符，其它位为暗。动态地显示出由缓冲区 中显示数据所确定的字符。
2020/8/6
参考程序：
DIR： MOV R0,＃79H ；置缓冲器指针初值
方法:对键盘的列线进行逐列扫描，扫描口PA0～PA7依次输 出下列编码，即只有一列为低电平，其余各列为高电平：
2020/8/6
图10-7
图10-8为82C55扩展I/O口的独立式按键接口电路。
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图10-8
2. 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10-9所示。
图10-9 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。
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图10-11
89C51外扩一片8155H。RAM地址： 7E00H～7EFFH。 I/O口地址：7F00H～7F05H。
PA口为输出口，控制键盘列线的扫描，同时又是6位共阴极 显示器的位扫描口。
PB口作为显示器段码输出口，PC口作为键盘的行线状态的 输入口。
75452：反相驱动器，7407：同相驱动器。
利用单片机内的定时器，产生10ms的定时中断，对键盘进行 扫描。 3.中断工作方式
只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序，如无键按 下，单片机将不理睬键盘。
键盘所做的工作分为三个层次。
2020/8/6
第1层：单片机如何来监视键盘的输入。三种工作方式：①编 程扫描②定时扫描③中断扫描。
第2层：确定具体按键的键号。体现在按键的识别方法上就 是：①扫描法；②线反转法。
1．动态显示程序设计 内部RAM 6个显示缓冲单元：79H～7EH，存放要显示的6位数
据。 81C55的PB口输出相应位的段码，依次改变PA口输出为高的位使
某一位显示某一字符，其它位为暗。动态地显示出由缓冲区 中显示数据所确定的字符。
2020/8/6
参考程序：
DIR： MOV R0,＃79H ；置缓冲器指针初值
方法:对键盘的列线进行逐列扫描，扫描口PA0～PA7依次输 出下列编码，即只有一列为低电平，其余各列为高电平：
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LCALL DELAY10
A,#1FH ；屏蔽高三位 A,R3,RETURN ；两次不同，抖动引起转RETURN 两次不同，抖动引起转RETURN A,#1EH,KEY2 相等，有键按下，不等转KEY2 A,#1EH,KEY2 ；相等，有键按下，不等转KEY2
图 4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一个8位I/O 口，而位选线占用一个4位I/O口。
例子：显示1 例子：显示1、2、3、4
首先扫描 最后扫描
必须注意：扫描周期必须控制在视觉停顿时间内， 必须注意：扫描周期必须控制在视觉停顿时间内，一般 以内， 在20ms以内，否则会出现闪烁或跳动现象。 以内 否则会出现闪烁或跳动现象。
330*8
1 2 3 4 5 6 7 8
a b c d e f g dp
9
VCC a f e g d b c dp
330*8
LED 1 2 3 4 5 6 7 8
GND
9
LED
共阴数码管
共阳数码管
共阴极接法 COM 0 1 2 0 0 0 dp 0 0 0 g 0 0 1 f 1 0 0 e 1 0 1 d 1 0 1 c 1 1 0 b 1 1 1 a 1 0 1 段码 3FH 06H 5BH
静态显示和动态显示两种显示方式。 静态显示和动态显示两种显示方式。 两种显示方式 1. 静态显示方式 各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。 各位的公共端连接在一起（接地或+5V +5
每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。 显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变， 直到送入另一个段码为止。显示的亮度高。
静态显示和动态显示两种显示方式。 静态显示和动态显示两种显示方式。 两种显示方式 1. 静态显示方式 各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。 各位的公共端连接在一起（接地或+5V +5
每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。 显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变， 直到送入另一个段码为止。显示的亮度高。
图10-7（a）为中断方式的独立式键盘工作电路。 10中断方式的独立式键盘工作电路。 键盘工作电路 10查询方式的独立式键盘工作电路 图10-7（b）为查询方式的独立式键盘工作电路。
图10-8为8255A扩展I/O口的独立式按键接口电路。 108255A扩展I/O口 独立式按键接口电路。 I/O 按键接口电路
显示0？
数码管段码的编码： 数码管段码的编码：
8段正好是一个字节，通常采用如下编码方式。（这种 段正好是一个字节，通常采用如下编码方式。（这种 。（ 编码需单片机数据总线的D0..D7分别和数码管的a D0..D7分别和数码管的 编码需单片机数据总线的D0..D7分别和数码管的a、b、 dp对应相连 c、…dp对应相连。如图所示 dp对应相连。
图10-9用三态缓冲பைடு நூலகம்扩展的I/O口的按键接口电路。
如何读取键盘的状态？ （1）读键盘端口的状态；（2）调用延时再次读键盘端 口的状态；（3） 如何区分S1、S2、S3 、S4、S5。
读键盘端口的状态
MOV DPTR,#0BFFFH；键盘端口地址BFFFH MOVX A,@DPTR ；读键盘状态
与键盘、 第10章 MCS-51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接 10章 MCS-51与键盘 显示器、拨盘、 口设计 输入外设：键盘、BCD码拨盘等； 输入外设：键盘、BCD码拨盘等； 码拨盘等 输出外设：LED显示器 LCD显示器 打印机等。 显示器、 显示器、 输出外设：LED显示器、LCD显示器、打印机等。 LED显示器接口原理 10.1 LED显示器接口原理 LED(Light Diode):发光二极管的缩写。 LED(Light Emitting Diode):发光二极管的缩写。 显示器前面冠以“LED”。 显示器前面冠以“LED”。 LED显示器的结构 10.1.1 LED显示器的结构 常用的LED显示器为8段（或7段，8段比7段多了一 常用的LED显示器为8 段比7 LED显示器为 个小数点“dp”段 个小数点“dp 段）。 有共阳极和共阴极两种。如图10-1所示。 共阳极和共阴极两种。如图10- 所示。 两种 10
对图10- 独立式键盘编程，软件消抖， 对图10-9独立式键盘编程，软件消抖，查询方式检 10 测键的状态。仅有一键按下时才有效才处理。 测键的状态。仅有一键按下时才有效才处理。
KEYIN:MOV MOVX ANL MOV MOVX ANL CJNE CJNE DPTR,#0BFFFH；键盘端口地址BFFFH DPTR,#0BFFFH；键盘端口地址BFFFH A,@DPTR A,#1FH R3,A A,@DPTR ；读键盘状态 ；屏蔽高三位 ；保存键盘状态值 ；延时10ms去键盘抖动 延时10ms去键盘抖动 10ms ；再读键盘状态
LED显示器工作原理 10.1.2 LED显示器工作原理 图10-2是4位 LED显示器的结构原理图。 10LED显示器的结构原理图。 显示器的结构原理图
N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。 LED显示块有N位位选线和 显示块有 根段码线。 段码线控制显示的字型， 控制显示的字型 段码线控制显示的字型， 位选线控制该显示位的亮或暗。 控制该显示位的亮或暗 位选线控制该显示位的亮或暗。
2. 按键的确认 检测行线电平 检测行线电平 行线 高电平：断开；低电平：闭合， 高电平：断开；低电平：闭合，
3.如何消除按键的抖动 3.如何消除按键的抖动 常用软件来消除按键抖动 软件来消除按键抖动。 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， 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。 10ms 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 当键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为 10ms 说明按键已松开。 高，说明按键已松开。 采取以上措施，躲开了两个抖动期t1 t3的影响 t1和 的影响。 采取以上措施，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。
图10-5为8位LED动态显示2003.10.10的过程。 10LED动态显示2003.10.10的过程。 动态显示2003.10.10的过程 图（a)是显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通 a)是显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通 是显示过程 LED 显示，其余位则是熄灭的； 显示，其余位则是熄灭的； 图（b)是实际显示结果，人眼看到的是8位稳定的 b)是实际显示结果，人眼看到的是8位稳定的 是实际显示结果 同时显示的字符 的字符。 同时显示的字符。
2. 动态显示方式 所有位的段码线相应段并在一起，由一个8 所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O 相应段并在一起 口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由 口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由 段码线的多路复用 公共端 相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。 相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。 I/O线控制 分时选通
c d E F P U T y H L “灭” …
39H 39H 5EH 79H 79H 71H 71H 73H 73H 3EH 31H 31H 6EH 76H 76H 38H 38H 00H 00H …
C6H A1H 86H 86H 8EH 8CH C1H CEH 91H 91H 89H 89H C7H FFH …
LED数码显示器是由若干个发光二极管组成的，当发光 数码显示器是由若干个发光二极管组成的， 数码显示器是由若干个发光二极管组成的 二极管导通时，相应的点或线段发光， 二极管导通时，相应的点或线段发光，将这些二极管排成一 定图形，控制不同组合的二极管导通， 定图形，控制不同组合的二极管导通，就可以显示出不同的 字形。 字形。
最高 位
dp
g
f
e
d
c
b
a
VCC
最低 位
U1 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 8051
a b c d e f g dp
a f e g d GND b c dp
U1 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 8051
静态显示和动态显示两种显示方式。 静态显示和动态显示两种显示方式。 两种显示方式 1. 静态显示方式 各位的公共端连接在一起（接地或+5V 各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。 +5 每位的段码线（ dp）分别与一个 与一个8 每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器 输出相连。 输出相连。 显示字符一确定， 显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持 不变，直到送入另一个段码为止。显示的亮度高。 不变，直到送入另一个段码为止。显示的亮度高。 位静态LED显示器电路。 LED显示器电路 图10-3: 4位静态LED显示器电路。该电路各位 10可独立显示。 可独立显示。
复 习
9.5
用MCS-51的串行口扩展并行口 MCS-51的串行口扩展并行口
74LS165扩展并行输入口 实现的功能？） 9.5.1 用74LS165扩展并行输入口（实现的功能？）
的引脚；(2)74ls165并行置入数 一：（1）74ls165 的引脚；(2)74ls165并行置入数 ：（1 ;(3)允许串行移位 允许串行移位； 单片机如何接收74ls165 74ls165的 据;(3)允许串行移位；二：单片机如何接收74ls165的 数据？ 数据？
共阳极接法 COM 0 1 2 1 1 1 dp 1 1 1 g 1 1 0 f 0 1 1 e 0 1 0 d 0 1 0 c 0 0 1 b 0 0 0 a 0 1 0 段码 C0H F9H A4H
段码（ 表10-1 LED段码（8段） 10- LED段码