8MCS-51单片机的人机界面接口技术
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第8章MCS-51单片机接口技术
• 需要注意的是，各位数码管轮流点亮的时 间间隔（扫描间隔）应根据实际情况而定。 发光二极管从导通到发光有一定的延时， 如果点亮时间太短，发光太弱，人眼无法 看清；时间太长，产生闪烁现象，而且此 时间越长，占用单片机时间也越多。
• 8.1.3 LED显示器与单片机的接口 • LED显示器从译码方式上有硬件译码方式和软件译码方式。从显示方 式上有静态显示方式和动态显示方式。在使用时可以把它们组合起来。 在实际应用时，如果数码管个数较少，通常用硬件译码静态显示，在 数码管个数较多时，则通常用软件译码动态显示。 • 1.硬件译码静态显示 • 图8-5是一个两位共阴极数码管硬件译码静态显示的接口电路图。图 中采用两片MC14495硬件译码芯片，它们的输入端并接在一起与P1 中的低4位相连，控制端分别接P1.4和P1.5，MC14495的输出端接数 码管的段选线a～g，数码管的公共端直接接地。操作时，如果使P1.4 为低电平，则左边数码管接收数据，此时通过P1口的低4位输出的数 字，将在左边第一个数码管显示。如果使P1.5为低电平，则右边数码 管接收数据，此时通过P1口的低4位输出的数字，将在右边数码管显 示。
• 为了使LED数码管显示呈现出不同的字符， 就应按需将八段数码管中的某些段点亮， 这种控制发光二极管发光的7位(考虑小数点 时，是8位)二进制编码称为字段码。不同数 字或字符其字段码不一样，对于同一个数 字或字符，共阴极连接和共阳极连接的字 段码也不一样，共阴极和共阳极的字段码 互为反码，常见的数字和字符的共阳极和 共阴极的字段码如表8-1所示
• 2.动态扫描显示方式 • 显示位数较多时，静态显示所占用的I/O口多，为节省I/O 口与驱动电路的数目，常采用动态扫描显示方式。LED动 态显示是将所有LED数码管显示器的段码线的相应段并联 在一起，由一个8位I/O端口控制，而各显示位的公共端分 别由另一单独的I/O端口线控制。 • 图8-4所示为一个4位8段LED数码管动态扫描显示电路的 示意图。4位数码管的段码线并接在一起通过I/O(1)控制， 它们的公共端不直接接地(共阴极)或电源(共阳极)，每个 数码管的公共端与一根I/O线相连，通过I/O(2)控制。设数 码管为共阳极，它的工作过程可分为两步：
MCS-51单片机的人机界面接口技术知识讲解
Y
图
输入键号
A
返回
-
图 8
6 定 时 扫 描 方 式 程 序 框 图
-
图 8
7 中 断 方 式 键 盘 接 口
3．键盘扫描方式 扫描法：在判定有键按下后逐列（或逐行）置 低电平，同时读入行（或列）的状态，如果行 （或列）的状态出现非全1状态，这时0状态的行、 列交点的键就是所按下的键。特点是逐列（或逐 行）扫描查询。这时相应行（或列）应有上拉电 阻接高电平。 反转法：只要经过两个步骤就可获得键值。反 转法原理如图8-8所示。
l 硬件译码器LED显示器接口（如图8-14所示） l 软件译码LED显示器接口（如图8-15 ~8-16所 示）
图8-14 利用硬件译码器的七段LED接口电路
图8-15 通过8155扩展I/O口控制的 8位LED动态显示接口
-
图 8 16 动 态 显 示 子 程 序 流 程 图
返回本节
8.2.2 LCD显示器接口
电路。每根I/O口线上按键的工作状态不会影响 其他I/O口线的工作状态。独立式按键电路如图 8-1所示。 2．独立式按键的软件结构
包括按键查询、键功能程序转移。FP0～FP7 为功能程序入口地址标号，PROM0～PROM7分 别为每个按键的功能程序。
图8-2为使用扩展I/O的独立式按键电路，按键 数量可多可少。
a b c d e f Rdpa b c d e f Rdp a b c d e f Rdp a b c d e f Rdp a b c d e f Rdp
…
3.8
3.8
3.8
3.1 N位LED显示器
I/O（1）
I/O（2）
I/O（3）
I/O（4）
第8章 MCS_51单片机接口技术-8255
D0~D7 RD RD A1 A0 RD RESET
PC4~PC7
B组控制
PB0~PB7
1.
2.
3.
4.
数据总线缓冲器：三态8位双向缓冲器，与系统数据总线 连接的缓冲部件；传送数据、控制字、状态字的通道。 3个8位数据端口(PA、PB、PC)：通常PA口与PB口用作输入 输出的数据端口，PC口用作数据传输或提供联络线的端口。 在方式字的控制下，PC口可以分成两个4位的端口，其中 PC7～PC4同端口A配合使用， PC3～PC0同端口B配合使用。 A组、B组控制电路：这两组控制电路根据CPU发出的方式 选择控制字来控制8255A的工作方式，每个控制组都接收 来自读写控制逻辑的“命令”，接收来自内部数据总线的 “控制字”，并向与其相连的端口发出适当的控制信号。 A组控制电路控制PA口和PC口高4位，B组控制电路控制PB 口和PC口低4位。 读/写控制逻辑：用来管理数据、控制字和状态字的传送， 接收系统总线发来的有关信号，并向A、B两组控制部件发 送命令。
方式2将方式1的选通输入输出功能组合成一个 双向数据端口，可以发送数据和接收数据 只有端口A可以工作于方式2，需要利用端口C的 5个信号线，其作用与方式1相同 方式2的数据输入过程与方式1的输入方式一样 方式2的数据输出过程与方式1的输出方式有一 点不同：数据输出时8255A不是在OBF*有效时向 外设输出数据，而是在外设提供响应信号ACK* 时才送出数据
有效
输出数据 数据有效
tWB
8255A的工作方式——方式1(选通工作方式)
利用一组选通控制信号控制A端口和B端口的数据输入输出。 特点： 1. A、B口作输入或输出口，C口分为两部分，其部分位（6位） 固定用作A口、B口的选通控制信号。 2. C口的剩余位仍可作数据位使用。 3. A口、B口在作为输入和输出时的选通信号不同。 方式1的应用： 主要用于中断控制方式下的输入输出。 说明：C口除部分位用作选通信号外，其余位(2位)可工作在方 式0下，作为输入或输出线，用程序指定其数据传送方向。
第五章 5.4节5.5节 MCS-51单片人机界面接口技术
常见的键盘： 独立式非编码键盘：每一个按键都有一根数据线与CPU相连 独立式编码键盘： 闭合键的识别由专用硬件实现 矩阵式非编码键盘：m+n条数据线 m*n个键 矩阵式编码键盘：
5.5.1 独立式键盘接口
1．独立式按键结构 独立式按键是指直接用I/O口线构成的单 独立式按键 个按键电路。每根I/O口线上按键的工作 状态不会影响其他I/O口线的工作状态。 独立式按键电路如图5-11所示。 2．独立式按键的软件结构 包括按键查询、键功能程序转移。 图5-12为使用扩展I/O的独立式按键电路， 按键数量可多可少。
SUB3: MOV A,@R0 ;显示 显示 ANL A,#0FH ORL A,#40H MOV P1,A RET 百位
延时子程序(1ms或2ms) 延时子程序 或
5.5 键盘及其接口
5.5.1 独立式键盘接口 5.5.2 行列式键盘
在设计键盘接口时，解决以下几个问题：
1)开关状态的可靠输入 开关状态的可靠输入——可设计硬件去抖动电路 硬件去抖动电路 开关状态的可靠输入 硬件去抖动 (RS触发器或单稳态电路）或软件去抖动 触发器或单稳态电路） 去抖动。 触发器或单稳态电路 去抖动 2)键盘状态的监测方法 键盘状态的监测方法——中断方式还是查询方 键盘状态的监测方法 式，不要漏检。 3)键盘编码方法：查出键号 键盘编码方法 4)键盘控制程序的编制 ：快速可靠的转向键处理程序 键盘控制程序的编制
1 2 3 4 5 6 7
1K
10µF +5V
使用8255扩展 的独立式键盘 扩展I/O的独立式键盘 图5-12 使用 扩展
5.5.2 行列式键盘
1．键盘工作原理
行列式键盘电路原理如图5-13所示。按键设置 行列式键盘 在行列式交点上，行列线分别连接到按键开 关的两端。当行线通过上拉电阻接+5伏时， 被钳位在高电平状态。 键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、 行线读入行线状态来判断的。键盘中哪一个 键盘中哪一个 键按下可由列线逐列置低电平后， 键按下可由列线逐列置低电平后 ， 检查行输 入状态来判断。 入状态来判断。
5.5.1 独立式键盘接口
1．独立式按键结构 独立式按键是指直接用I/O口线构成的单 独立式按键 个按键电路。每根I/O口线上按键的工作 状态不会影响其他I/O口线的工作状态。 独立式按键电路如图5-11所示。 2．独立式按键的软件结构 包括按键查询、键功能程序转移。 图5-12为使用扩展I/O的独立式按键电路， 按键数量可多可少。
SUB3: MOV A,@R0 ;显示 显示 ANL A,#0FH ORL A,#40H MOV P1,A RET 百位
延时子程序(1ms或2ms) 延时子程序 或
5.5 键盘及其接口
5.5.1 独立式键盘接口 5.5.2 行列式键盘
在设计键盘接口时，解决以下几个问题：
1)开关状态的可靠输入 开关状态的可靠输入——可设计硬件去抖动电路 硬件去抖动电路 开关状态的可靠输入 硬件去抖动 (RS触发器或单稳态电路）或软件去抖动 触发器或单稳态电路） 去抖动。 触发器或单稳态电路 去抖动 2)键盘状态的监测方法 键盘状态的监测方法——中断方式还是查询方 键盘状态的监测方法 式，不要漏检。 3)键盘编码方法：查出键号 键盘编码方法 4)键盘控制程序的编制 ：快速可靠的转向键处理程序 键盘控制程序的编制
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使用8255扩展 的独立式键盘 扩展I/O的独立式键盘 图5-12 使用 扩展
5.5.2 行列式键盘
1．键盘工作原理
行列式键盘电路原理如图5-13所示。按键设置 行列式键盘 在行列式交点上，行列线分别连接到按键开 关的两端。当行线通过上拉电阻接+5伏时， 被钳位在高电平状态。 键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、 行线读入行线状态来判断的。键盘中哪一个 键盘中哪一个 键按下可由列线逐列置低电平后， 键按下可由列线逐列置低电平后 ， 检查行输 入状态来判断。 入状态来判断。
第15讲：MCS-51单片机系统的人机接口设计
?独立式键盘的硬件与编程?行列式键盘的硬件与编程?七段led的驱动原理与硬软件设计1非编码键盘?若干个按键组成的开关矩阵它是单片机最简单的信息输入装置操作员通过键盘向单片机系统输入数据或命令实现简单的人机通信按键是以开关的状态来设置控制功能和输入数据
单片机与控制技术
电气学院：胡学军
第06章：人机接口设计【教材第8章】
2、LED显示技术
LED显示器用于显示工业控制参数、 过程状态。 1）LED数码管 共阴极LED和共阳极LED 当LED字段引线与数据线连接，每个 显示字形对应一个字形码。
a
b
h
COM D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 h g f e d c b a
LED的字形码(字段码)
显示字符 共阴极 共阳极
本讲小结
1、非编码键盘（独立式、行列式）的硬件与编程 2、七段LED的显示原理（静态显示、动态显示） 3、掌握利用8155扩展键盘和显示器的方法！（教材实例） 4、掌握利用8255扩展键盘和显示器的方法！（课后习题T5）
课后习题：
P252
D1
D2
D3
D4
D5
a f g e c d h
COM COM COM
显示缓冲区 地址 内容
b
7AH 7BH 7CH 7DH 7EH 7FH
D0 D1 D2
显示缓冲区与多位LED对应关系：
显示程序 DIS： MOV R0，#7AH ；指向显示缓冲区起始单元 MOV R3，#01H ；字位码初值→R3 MOV A，R3 ；取字位码 DLP： MOV DPTR，#PAAR；指向字位口 (PA口) MOVX @DPTR，A ；输出字位码，显示其中1位 MOV A，@R0 ；取一个显示数据 ADD A，#0CH ；查表偏移量 MOVC A，@A+PC ；取出字形码 INC DPTR ；指向字段口(PB口) MOVX @DPTR，A ；输出字形码 ACALL DLY1MS ；延时1ms INC R0 ；指向显缓区下一单元 MOV A，R3 ；修改字位码 RL A ；显示下一位 MOV R3，A JNB ACC.6，DLP ；未显示到最右边LED，继续显示 RET ；全部扫描一遍，结束 DTAB：DB 0C0H，0F9H，0A4H ；字形表 DB 0B0H，99H， DLY1MS：… ；延时1ms子程序
单片机与控制技术
电气学院：胡学军
第06章：人机接口设计【教材第8章】
2、LED显示技术
LED显示器用于显示工业控制参数、 过程状态。 1）LED数码管 共阴极LED和共阳极LED 当LED字段引线与数据线连接，每个 显示字形对应一个字形码。
a
b
h
COM D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 h g f e d c b a
LED的字形码(字段码)
显示字符 共阴极 共阳极
本讲小结
1、非编码键盘（独立式、行列式）的硬件与编程 2、七段LED的显示原理（静态显示、动态显示） 3、掌握利用8155扩展键盘和显示器的方法！（教材实例） 4、掌握利用8255扩展键盘和显示器的方法！（课后习题T5）
课后习题：
P252
D1
D2
D3
D4
D5
a f g e c d h
COM COM COM
显示缓冲区 地址 内容
b
7AH 7BH 7CH 7DH 7EH 7FH
D0 D1 D2
显示缓冲区与多位LED对应关系：
显示程序 DIS： MOV R0，#7AH ；指向显示缓冲区起始单元 MOV R3，#01H ；字位码初值→R3 MOV A，R3 ；取字位码 DLP： MOV DPTR，#PAAR；指向字位口 (PA口) MOVX @DPTR，A ；输出字位码，显示其中1位 MOV A，@R0 ；取一个显示数据 ADD A，#0CH ；查表偏移量 MOVC A，@A+PC ；取出字形码 INC DPTR ；指向字段口(PB口) MOVX @DPTR，A ；输出字形码 ACALL DLY1MS ；延时1ms INC R0 ；指向显缓区下一单元 MOV A，R3 ；修改字位码 RL A ；显示下一位 MOV R3，A JNB ACC.6，DLP ；未显示到最右边LED，继续显示 RET ；全部扫描一遍，结束 DTAB：DB 0C0H，0F9H，0A4H ；字形表 DB 0B0H，99H， DLY1MS：… ；延时1ms子程序
MCS-51单片机的人机接口
1.2 LED显示接口
显示接口是应用系统实时自动地向操作人员提供必要状态信息 的手段和途径之一，能使操作人员及时地观察到系统的运行情 况和对操作命令的响应结果
基于运行环境、可靠性、体积、功耗、成本等综合因素考虑， 发光二极管LED和数码管使用最为广泛，LCD以其显示信息丰 富也有较多应用
1.2.1 单个LED接口
所有情况
行反转法
可加快按键的识别速度 行线和列线所连接的并行端口都应是双向端口 先让连接行线的并行口工作在输出方式，让连接列线的并行口
工作在输入方式。通过程序向行线上全部送0，然后读入所有列 线的值。若有某键按下，必定某位列线值为0 之后，程序重新设置两个并行口的数据传输方向，并将刚才读 得的列线数据从列线所接并行口输出，然后读入所有行线的值
会自动增1或减1
状态标志位：指示LCD是否忙 光标/闪烁控制：用于控制光标是否显示和闪烁频率
1.3.2 LCD模块的CPU接口
LCD模块引线定义
引线号
符号
1 2 3 4 5 6 7～14
VSS VDD VEE RS R/W# E DB0~DB7
名称
功能
地 电源 液晶驱动电压 寄存器选择 读/写选择 片选
单片机原理与应用
人机接口
要了解系统的运行状态、适时干预系统处理过程 最常见的人机接口是键盘和显示器
键盘和显示电路通常由开发人员自行设计
1.1 键盘接口
利用按键可以向单片机输入数据和命令、选择系统功能 是人工操作介入单片机程序运行的主要手段 一组按键称为键盘 硬件上需要解决键盘与单片机的接口电路 软件则要实现对不同按键输入的识别解释功能
动态显示
将所有的段选线并联在一起，由一个8位输出口控制，而每位的 共阴极或共阳极点分别由单独的I/O口线控制
MCS-51单片机的人机界面接口技术
PA 0
PA 1
PA 2
PA PA PA PA PA
3 4 5 6 7
8155
P2.7 8031
P2.0
CE
PC PC PC PC
0 1 2 3
IO/M
WR WR
RD RD
ALE ALE
P0 8 D 0
~
PB 0 PB 1 PB 2
D7 +5V 20μF RESET
PB PB PB PB PB
3 4 5 6 7
键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、 行线读入行线状态来判断的。键盘中哪一个键按 下可由列线逐列置低电平后，检查行输入状态来 判断。
图8-3 行列式键盘原理电路
2．键盘工作方式（如图8-4~8-7所示） 键盘的工作方式： 编程扫描方式、定时扫描方式、中断扫描方式
三种。 在键盘扫描子程序中完成下述几个功能。
Cr
B
CP
TXD
P3.3 +5V
&
V CC Cr
CP
Q
74LS164
7
A B Q0
+5
a b
V
c
de
gf
dp
2.7k × 8
+5V V CC Cr
Q7
CP 74LS164
Q0
A B
…
+5V
2.7k × 8
图8-21 串行口扩展的键盘/显示器接口
3．8279键盘/显示器接口 8279是专用键盘/显示器控制芯片，能对显示器
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8.2.1 LED显示器接口
1．LED显示器结构与原理 LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器
单片机原理及其接口技术--第8章 MCS-51单片机系统接口技术
第二步是再识别是哪一个键按下。
键盘中哪一个键按下是由列线逐列置低电平后，检查行输 入状态，称为逐列扫描。其方法是：从列口第0位开始，依次输出
“0”，置对应的列线为低电平，然后读入行线状态，如果全为"1"， 则所按下之键不在此列；如果不全为"1"，则所按下的键必在此列， 而且是与0电平行线相交的交点上的那个键。
除抖动、排除多次执行键功能操作等功
能，可参考查询工作方式键盘程序。
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单片机原理及其接口技术
8.1.4 键盘接口应用实例 例8.1 独立式键盘接口应用实例：电路原 理图如图所示，要求编程实现当按下任一键时，
数码管显示对应的键值。
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下一页
结
束
单片机原理及其接口技术
的办法计算。
主目录
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下一页
结
束
单片机原理及其接口技术 2) 定时扫描工作方式
开 始
定时扫描方式程序框图
键盘上有键闭合否
Y N KM=1 0 → KM 0 → KP Y N
Y 1 → KM
KP=1 N 查询键码 1 → KP
做两次查询，都有 键后进行键码计算。 主目录 上一页
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结
束
3) 中断工作方式 单片机原理及其接口技术
1.独立式按键 2.行列式键盘
主目录
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结
束
1. 独立式按键 单片机原理及其接口技术
（1）．独立式按键接口结 构 一般用排阻进行上拉。
独立式按键的接口电路示意图 主目录 下一页 (b) 查询方式 结 束 (a) 中断方式 上一页
2．独立式按键的软件结构 单片机原理及其接口技术 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 PROM0～PROM7分别为每个按键的功能程序