9键盘显示器接口技术
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《单片机应用技术》000-9(周君芝)课件 项目四 显示器与键盘接口技术的应用
单片机应用技术
（第 2 版）
目录
项目1 项目2 项目3 项目4 项目5 项目6 项目7
C语言基础知识 单片机开发软件及硬件系统的认识
中断系统与定时/计数器的应用 显示器与键盘接口技术的应用
串行接口技术的应用 A/D与D/A转换技术的应用
单片机综合实践
显示器与键盘接口技术 的应用
项目导读
单片机应用系统在运行时需要与外部设备交换 信息，其中显示器与键盘是实现人机交互不可或 缺的设备。
共阳极LED数码管显示器的结构 原理如图所示，由于所有段的阳 极均连接高电平，因此在使用时， 需要在相应段上加低电平，才能 使其发光。
bit 变量名 = 变量值;
4.1.1 LED数码管显示器
如果说我们国家是块闪闪发光的显示器，那么我们 每个人都是属于这块显示器的一个“数码管”，是 这块显示器不可缺少的部分。所谓“天生我材必有 用”，随着国家的蓬勃发展，各行各业都亟须专业 人才。我们作为新时代的青年，应当正视自己，发 挥自己的优势，学成一技之长，为祖国的发展贡献 自己的力量。
4.1.1 LED数码管显示器
2．LED数码管显示器的字形码
LED数码管显示器只要控制LED段的亮与灭即可显示相应的字符。当LED数码管显 示器的连接方式确定时，若要显示某一特定字符，其控制字形是固定不变的。控制字 形控制的是LED数码管显示器上要显示的字符形状，称为字形代码，简称为字形码。
LED数码管显示器八段的各代码位与显示段的对应关系如表所示。
【确定方法】
➢ 在共阴极连接中，要点亮的段为高电平， 不点亮的段为低电平，则各显示段的状态 如表所示。
显示段 dp g f e d c b a 各段状态 0 1 1 1 1 1 0 1
（第 2 版）
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项目1 项目2 项目3 项目4 项目5 项目6 项目7
C语言基础知识 单片机开发软件及硬件系统的认识
中断系统与定时/计数器的应用 显示器与键盘接口技术的应用
串行接口技术的应用 A/D与D/A转换技术的应用
单片机综合实践
显示器与键盘接口技术 的应用
项目导读
单片机应用系统在运行时需要与外部设备交换 信息，其中显示器与键盘是实现人机交互不可或 缺的设备。
共阳极LED数码管显示器的结构 原理如图所示，由于所有段的阳 极均连接高电平，因此在使用时， 需要在相应段上加低电平，才能 使其发光。
bit 变量名 = 变量值;
4.1.1 LED数码管显示器
如果说我们国家是块闪闪发光的显示器，那么我们 每个人都是属于这块显示器的一个“数码管”，是 这块显示器不可缺少的部分。所谓“天生我材必有 用”，随着国家的蓬勃发展，各行各业都亟须专业 人才。我们作为新时代的青年，应当正视自己，发 挥自己的优势，学成一技之长，为祖国的发展贡献 自己的力量。
4.1.1 LED数码管显示器
2．LED数码管显示器的字形码
LED数码管显示器只要控制LED段的亮与灭即可显示相应的字符。当LED数码管显 示器的连接方式确定时，若要显示某一特定字符，其控制字形是固定不变的。控制字 形控制的是LED数码管显示器上要显示的字符形状，称为字形代码，简称为字形码。
LED数码管显示器八段的各代码位与显示段的对应关系如表所示。
【确定方法】
➢ 在共阴极连接中，要点亮的段为高电平， 不点亮的段为低电平，则各显示段的状态 如表所示。
显示段 dp g f e d c b a 各段状态 0 1 1 1 1 1 0 1
8279的资料
第九节键盘与LED显示电路应用设计键盘与显示器是机电一体化系统中典型的人-机接口。
通过键盘，操作者可向控制系统发出指令或输入数据，系统的各种信息又可通过显示设备反馈给操作者。
键盘与显示器是实现人-机交互的关键部件。
键盘主要有独立式和矩阵式两种，显示器主要有LED、LCD和CRT等。
本节主要介绍矩阵式键盘与LED显示器。
2．软件设计Intel公司的8279芯片就显示出了其独特的优点。
Intel 8279是一种通用的可编程键盘、显示器接口芯片，它能完成键盘输入和显示控制两种功能。
键盘部分提供扫描工作方式，可与64个按键的矩阵键盘进行连接，能对键盘实行不间断的自动扫描，自动消除抖动，自动识别按键并给出键值。
显示部分为发光二极管、荧光管等显示器件提供了按扫描方式工作的接口电路，它为显示器提供多路复用信号，可显示多达16位的字符。
1.8279的引脚功能8279的引脚按其功能可分为三部分：第一部分面向CPU，第二部分面向键盘，第三部分面向显示器，如图5-63所示。
2．8279的键盘管理（1）SL3～SL0采用译码扫描当设定8279的扫描线SL3～SL0工作在译码扫描方式时，SL3～SL0四个引脚轮流输出负脉冲。
组成矩阵键盘时可将这四根输出线作为行扫描线，如图5-64所示。
采用译码扫描时，提供的行线最多只有4根，与8根列线相交，只能得到32个按键，键的个数不多。
在图5-64中，矩阵键盘由4行6列组成，共有24个键，键值计算如下：其中：CNTL=SHIFT=0（图中已将此二引脚接地）；NNN表示行的位置，其值为SL i=0时的标号i，即NNN=i（写成二进制）；KKK表示列的位置，其值为RL j=0时的标号j，即KKK=j （写成二进制）。
图5-65 8279扫描线编码扫描管理键盘3．8279的显示管理8279可用来管理16位×8段的LED或荧光管。
它的内部有专门用于存储显示数据的RAM区（显示RAM），共有16个字节，地址排列从00H到0FH。
键盘接口原理与设计
矩阵键盘的接口实例
8051单片机的P1口作为键盘I/O
口，键盘的列线接到P1口的低4位，
键盘的行线接到P1口的高4位。列线 P1.0～P1.3分别接有4个上拉电阻到 正电源+5V，并把列线P1.0～P1.3设 置为输入线，行线P1.4～P.17设置为
输出线。4根行线和4根列线形成16
个相交点。
矩阵键盘的接口实例
总结：
无论以何种方式编码，均应以处理问题方便为原则， 而最基本的就是键所处的物理位置即行号和列号，它是各 种编码之间相互转换的基础，编码相互转换可通过计算或 查表的方法实现。
键盘扫描方式
编程扫描方式
定时扫描方式
中断扫描方式
编程扫描方式
编程扫描方式是利用CPU完成其他工作的空余调用键 盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程 序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键 盘为止。
（6）显示RAM和显示寄存器。
I/O控制及数据缓冲器
数据缓冲器是双向缓冲器，连接内外 总线，用于传送CPU和8279之间的命令或 数据，对应的引脚为数据总线D0～D7。 I/O控制线是CPU对8279进行控制的引
线，对应的引脚为数据选择线A0；片选线；
读、写信号线。
控制与定时寄存器
控制与定时寄存器用来寄存键盘及显示工
消抖----软件方法
不过一般情况下，通常不对按键释放的 后沿进行处理，实践证明，也能满足一 定的要求。当然，在实际应用中，对按 键的要求也是千差万别的，要根据不同 的需要来编制处理程序，但以上是消除 按键抖动的原则。
简单键盘接口
简单键盘的工作原理
简单键盘的接口电路与编程
实践与思考
简单键盘的工作原理
第三章 人机接口技术
无显示
39H 5FH 79H 71H BFH 86H DBH CFH E6H … FFH 00H
C6H A1H 86H 84H 40H 79H 24H 30H 19H … 00H FFH
七 段 字 符 的 段 选 码
2 3 4 5 6 7 8 9 A B
(二)LED接口技术
LED显示器有静态显示和动态显示两种方式. 1.LED静态显示方式 N位静态显示器要求有N×8根I/O口,占 有I/O资源较多,故在位数较多时往往采 用动态显示方式。
2、计算机控制系统的人机交互通道
2.1人机接口的功能和类型
2.2人机交互通道的特点
1、人机接口的功能和类型
计算机控制中,人对系统状态的了解、掌握和指挥 依赖于人机通道中数据的传递，这里包括人对系 统的了解和干预、控制参数的输入、系统状态的 打印汇报等等内容。人机交互通道的主要形式如 图3-1所示。 按键键盘
a b c d e f g dp
COM
显示字符
共阴极段选码
共阳极段选码
显示字符
共阴极段选码
共阳极段选码
0 1
3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 7CH
C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H 88H 83H
C D E F 0． 1． 2． 3． 4． … 8．
dp g f e d c b a
dp g f e d c b a
dp g f e d c b a
dp g f e d c b a
LED 1 COM
LED 2 COM
LED 3 COM
LED 4 COM
图 6-5 LED静态显示硬件译码接口电路
39H 5FH 79H 71H BFH 86H DBH CFH E6H … FFH 00H
C6H A1H 86H 84H 40H 79H 24H 30H 19H … 00H FFH
七 段 字 符 的 段 选 码
2 3 4 5 6 7 8 9 A B
(二)LED接口技术
LED显示器有静态显示和动态显示两种方式. 1.LED静态显示方式 N位静态显示器要求有N×8根I/O口,占 有I/O资源较多,故在位数较多时往往采 用动态显示方式。
2、计算机控制系统的人机交互通道
2.1人机接口的功能和类型
2.2人机交互通道的特点
1、人机接口的功能和类型
计算机控制中,人对系统状态的了解、掌握和指挥 依赖于人机通道中数据的传递，这里包括人对系 统的了解和干预、控制参数的输入、系统状态的 打印汇报等等内容。人机交互通道的主要形式如 图3-1所示。 按键键盘
a b c d e f g dp
COM
显示字符
共阴极段选码
共阳极段选码
显示字符
共阴极段选码
共阳极段选码
0 1
3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 7CH
C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H 88H 83H
C D E F 0． 1． 2． 3． 4． … 8．
dp g f e d c b a
dp g f e d c b a
dp g f e d c b a
dp g f e d c b a
LED 1 COM
LED 2 COM
LED 3 COM
LED 4 COM
图 6-5 LED静态显示硬件译码接口电路
计算机接口技术
现代阶段
随着互联网和物联网技术的发展，接口技术已经越来越智能化和自动化 ，同时出现了许多新型的接口形式，如无线充电、蓝牙等，这些接口形 式具有更高的灵活性和便利性。
02
硬件接口技术
并行接口技术
并行接口的定义
并行接口是一种数据传输方式，它以 并行的方式传输数据，数据在多个通 道上同时传输，具有传输速度快、可 靠性高的优点。
医疗设备领域
• 总结词：高安全性、高可靠性、实时性 • 详细描述：医疗设备领域是计算机接口技术的重要应用场景之一。在这个领域中，计算机接口技术被广泛应用
于医疗诊断、治疗和监测等方面。例如，在医疗诊断方面，计算机接口技术可以实现医学影像的分析和处理， 帮助医生更准确地诊断病情；在治疗方面，计算机接口技术可以实现医疗器械的精确控制和自动化操作，提高 治疗效果和减轻患者痛苦；在监测方面，计算机接口技术可以实现患者生命体征的实时监测和数据分析，为医 生提供更加全面的患者信息。此外，医疗设备领域的计算机接口技术还需要具备高安全性和高可靠性，确保患 者的安全和数据的准确性。
性能和稳定性
接口技术的性能和稳定性对于整个系统的运行至 关重要。优化算法、提高硬件性能、降低延迟等 措施有助于提高接口技术的性能和稳定性。
可靠性和容错性
在复杂的应用场景中，接口技术需要具备高可靠 性和容错性以应对各种异常情况。采用冗余设计 、引入故障检测和恢复机制等措施可以提高接口 技术的可靠性和容错性。
智能家居领域
总结词：家庭智能化、舒适便捷、节能环保
详细描述：智能家居领域是计算机接口技术的另一个重 要应用场景。通过将家用电器、照明、安全系统等设备 与互联网相连，实现远程控制和自动化管理。这为家庭 生活带来了极大的舒适和便捷，如智能照明系统可以根 据人的活动自动调整亮度和时间，智能安防系统可以实 时监控家庭安全状况并报警，智能家电可以远程控制和 定时开关机等。此外，智能家居领域还可以实现能源管 理和节能环保，如智能空调可以根据室内温度自动调整 功率和运行时间，减少能源浪费。
随着互联网和物联网技术的发展，接口技术已经越来越智能化和自动化 ，同时出现了许多新型的接口形式，如无线充电、蓝牙等，这些接口形 式具有更高的灵活性和便利性。
02
硬件接口技术
并行接口技术
并行接口的定义
并行接口是一种数据传输方式，它以 并行的方式传输数据，数据在多个通 道上同时传输，具有传输速度快、可 靠性高的优点。
医疗设备领域
• 总结词：高安全性、高可靠性、实时性 • 详细描述：医疗设备领域是计算机接口技术的重要应用场景之一。在这个领域中，计算机接口技术被广泛应用
于医疗诊断、治疗和监测等方面。例如，在医疗诊断方面，计算机接口技术可以实现医学影像的分析和处理， 帮助医生更准确地诊断病情；在治疗方面，计算机接口技术可以实现医疗器械的精确控制和自动化操作，提高 治疗效果和减轻患者痛苦；在监测方面，计算机接口技术可以实现患者生命体征的实时监测和数据分析，为医 生提供更加全面的患者信息。此外，医疗设备领域的计算机接口技术还需要具备高安全性和高可靠性，确保患 者的安全和数据的准确性。
性能和稳定性
接口技术的性能和稳定性对于整个系统的运行至 关重要。优化算法、提高硬件性能、降低延迟等 措施有助于提高接口技术的性能和稳定性。
可靠性和容错性
在复杂的应用场景中，接口技术需要具备高可靠 性和容错性以应对各种异常情况。采用冗余设计 、引入故障检测和恢复机制等措施可以提高接口 技术的可靠性和容错性。
智能家居领域
总结词：家庭智能化、舒适便捷、节能环保
详细描述：智能家居领域是计算机接口技术的另一个重 要应用场景。通过将家用电器、照明、安全系统等设备 与互联网相连，实现远程控制和自动化管理。这为家庭 生活带来了极大的舒适和便捷，如智能照明系统可以根 据人的活动自动调整亮度和时间，智能安防系统可以实 时监控家庭安全状况并报警，智能家电可以远程控制和 定时开关机等。此外，智能家居领域还可以实现能源管 理和节能环保，如智能空调可以根据室内温度自动调整 功率和运行时间，减少能源浪费。
微型计算机原理及应用第9章输入输出和接口技术
8 7 Q6Q5Q4Q3Q2 Q1 Q0
CLK & IOW PS
gf e dcba
COM
35
3.2 数据输入三态缓冲器
外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲 器经数据总线传送给微处理器。 74LS244三态总线驱动器
74LS244可以用作无条 件传送的输入接口电路。
36
3.2 数据输入三态缓冲器
8
1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位， 按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话 网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行 数据传送比并行数据传送控制复杂。
9
1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
微型计算机原理及应用
1
输入输出和接口技术
1 2 3
接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码 简单的I/O接口
2
输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换， 即通信(communication)。微型计算机与外界的通信， 是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微 型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接 口。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设 备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及 到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备， 实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连 接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3
状态设臵和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 协调动作的。 数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 工作。 7
CLK & IOW PS
gf e dcba
COM
35
3.2 数据输入三态缓冲器
外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲 器经数据总线传送给微处理器。 74LS244三态总线驱动器
74LS244可以用作无条 件传送的输入接口电路。
36
3.2 数据输入三态缓冲器
8
1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位， 按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话 网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行 数据传送比并行数据传送控制复杂。
9
1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
微型计算机原理及应用
1
输入输出和接口技术
1 2 3
接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码 简单的I/O接口
2
输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换， 即通信(communication)。微型计算机与外界的通信， 是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微 型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接 口。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设 备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及 到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备， 实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连 接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3
状态设臵和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 协调动作的。 数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 工作。 7
键盘显示器及功率接口
6.1.4 BCD码拨盘接口
BCD码十进制拨盘是向单片机应用系统输入数据的设 备，是一种硬件设置数据的设备。使用拨盘输入的数据具 有不可变性，却又易于修改。十进制输入，BCD输出的拨 盘是最常使用的一种。图6-7所示是一个4位BCD码拨盘组 结构和连接示意图。每位拨盘有0～9十个拨动位置，每个 位置有相应的数字表示，分别代表拨盘输入的十进制数。 所以，一位拨盘可以代表一位十进制数，可以根据设计的 需要，用多位BCD码拨盘组成多位十进制数。
判断是否有键下的方法是，查询哪一根接按键的I/O线为 低电平时，便知此键按下。独立式非编码键盘的优点是电路结 构简单。缺点是当键数较多时，占用的I/O口线多。例如编写 图6-4所示的键处理程序如下：
图 6-4 独立式非编码键盘
程序清单 START：MOV A，#0FFH ； 输入时先置P1口为全1 MOV P1，A MOV A，P1 ；键状态输入 JNB ACC.0，P0F ；0号键按下转POF标号地址 JNB ACC.1，P1F ；1号键按下转P1F标号地址 JNB ACC.2，P2F ；2号键按下转P2F标号地址 JNB ACC.3，P3F ；3号键按下转P3F标号地址 JNB ACC.4，P4F ；4号键按下转P4F标号地址 JNB ACC.5，P5F ；5号键按下转P5F标号地址 JNB ACC.6，P6F ；6号键按下转P6F标号地址 JNB ACC.7，P7F ；7号键按下转P7F标号地址 SJMP START ；无键按下返回
图 6-7 4位BCD码拨盘结构和连接
BCD码盘有一个输入控制线A，4个BCD码输出信号线。拨盘的各个 不同的位置，使输入控制线A分别与4根BCD码输出线中的某几根接通， 使BCD码输出线的状态与拨盘所显示的值一致，并使该编码信号输入单 片机的CPU。BCD码拨盘的输入输出状态如表6-2所示。
微机原理与接口技术课件全 (9)
（2）键的识别 通常有两种方法可识别被按之键：一种是“行扫描”法； 一种是“反转”法。 1）行扫描法 依次对每一行进行扫描，选使被扫描的行为低电平，其它 所有的行均为高电平，接着检测各列线的状态（称为“列”）。 若各列码均为高电平（即列码为全1），则被按之键不在这行。 继续扫描下一行；若列线不全为高电平（即列码为非全1），则 被按之在此行。根据行扫描码及列码就可知被按之键的坐标值 （即位置码）。再根据位置码通过查表可得到它的键值。查表 法的扫描子程序流程图如图7-6所示。
四、输入/输出寻址方式
当主机执行I/O操作时，应先对I/O接口中的端口进行寻址， 其寻址方式有如下两种： 此时，I/O端口单独编址。CPU指令系统中有专门用于I/O操 作的指令——I/O指令，CPU访问I/O端口时发出I/O读命令或写 命令，访问内存时发存储器读或写命令。因此，端口地址与存 储单元地址可重叠。此时，I/O端口不占用存储空间且与访问 I/O设备指令有别。 这种寻址方式中，将I/O端口与存储单元统一编址，即CPU 把I/O端口作为存储单元对待，I/O端口占用一定的存储空间。 采用这种寻址方式的CPU指令系统中没有专门的I/O指令，
微型机中常外设有LED显示器、CRT显示器、键盘、打印机、软 磁盘存储器等。单片机应用系统中常设置LED显示器、拔盘、键 盘、点阵式打印机等外设。
§8-2 键盘及其接口
返回
在微型机系统中，键盘是最常用的输入设备，键盘通常由 数字键和功能键组成，其规模取决于系统的要求。
键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种，前者有检测键闭 合，去抖动及产生相应键编码的硬件电路，而后者则没有这些 硬件，上述功能在有少量的硬件支持下由软件来完成。由此可 见编码键盘产生键编码的速度快且基本上不占用CPU时间，但硬 件开销大，电路复杂，成本高；非编码键盘则硬件开销省，电 路简单，成本低，但占用CPU时间较长。