鍵盤與顯示器接口技術(shù)課件

鍵盤與顯示器接口鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。編碼鍵盤能夠由硬件自動提供與被按鍵對應(yīng)的ASCII碼或其它編碼。但是它要求采用較多的硬件，價格昂貴。非編碼鍵盤則僅提供行和列的矩陣，其硬件邏輯與按鍵編碼不存在嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，而要由所用的程序來確定。非編碼鍵盤的硬件接口簡單，但是要占用較多的CPU時間。任何鍵盤接口均要解決三個主要問題：1、反彈跳2、串鍵保護(hù)3、按鍵識別1、反彈跳當(dāng)按鍵開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或斷開到其穩(wěn)定，會產(chǎn)生一個短暫的抖動和彈跳，如下圖所示，這是機(jī)械式開關(guān)的一個共同性問題。消除由于鍵抖動和彈跳產(chǎn)生的干擾可采用硬件方法，也可采用軟件延遲的方法。

采用RS觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)硬件反彈跳2、串鍵保護(hù)由于操作不慎，可能會造成同時有幾個鍵被按下，這種情況稱為串鍵。有三種處理串鍵的技術(shù)：兩鍵同時按下、n鍵同時按下和n鍵鎖定?！皟涉I同時按下”技術(shù)是在兩個鍵同時按下時產(chǎn)生保護(hù)作用。最簡單的辦法是當(dāng)只有一個鍵按下時才讀取鍵盤的輸出，最后仍被按下的鍵是有效的正確按鍵。當(dāng)用軟件掃描鍵盤時常采用這種方法。另一種方法是當(dāng)?shù)谝粋€按鍵未松開時，按第二個鍵不產(chǎn)生選通信號。這種方法常藉助硬件來實(shí)現(xiàn)。“n鍵同時按下”技術(shù)或者不理會所有被按下的鍵，直至只剩下一鍵按下時為止,或者將所有按鍵的信息都存入內(nèi)部緩沖器中，然后逐個處理，這種方法成本較高?！皀鍵鎖定”技術(shù)只處理一個鍵，任何其它按下又松開的鍵不產(chǎn)生任何碼。通常第一個被按下或最后一個松開的鍵產(chǎn)生碼。這種方法最簡單也最常用。3、按鍵識別決定是否有鍵被按下，如有則應(yīng)識別鍵盤矩陣中被按鍵對應(yīng)的編碼。編碼鍵盤通過硬件直接提供按鍵與被按鍵對應(yīng)的ASCII碼或其它編碼。非編碼鍵盤則需要通過編程方式提供按鍵編碼。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉非編碼鍵盤接口技術(shù)非編碼鍵盤接口技術(shù)主要是如何確定被按鍵的行、列位置，即鍵碼（值）。按鍵識別是接口技術(shù)的關(guān)鍵問題。常用按鍵識別方法有行掃描法（Row-Scanning）和線反轉(zhuǎn)法(Line-Reverse)。行掃描法識別按鍵

行掃描法是采用步進(jìn)掃描方式，CPU通過輸出口把一個“步進(jìn)的0”逐行加至鍵盤的行線上，然后通過輸入口檢查列線的狀態(tài)。由行線列線電平狀態(tài)的組合來確定是否有鍵按下，并確定被按鍵所處的行、列位置。

R1K13K14K15K16R2K9K10K11K12R3K5K6K7K8R4K1K2K3K4C1C2C3C4鍵位與行列線關(guān)系表上表列出了識別按鍵位置與各行之間的關(guān)系。其中，R1、R2、R3、R4表示行，C1、C2、C3、C4表示列。當(dāng)掃描第一行時，R1=0，若讀入的列值C1=0，則表明按鍵K13被壓下，如果C3=0，則表明按鍵K15被壓下。第一行掃描完畢后再掃描第二行，逐行掃描至最后一行為止，即可識別出所有的按鍵。線反轉(zhuǎn)法識別按鍵線反轉(zhuǎn)法是藉助程控并行接口實(shí)現(xiàn)的，比行掃描法的速度快。如圖所示為一個4×4鍵盤與并行接口的連接。并行接口有一個方向寄存器和一個數(shù)據(jù)寄存器，方向寄存器規(guī)定了接口總線的方向，寄存器的某位置“1”，規(guī)定該位口線為輸出。寄存器的某位置“0”，規(guī)定該位口線為輸入。

單片機(jī)通過8155實(shí)現(xiàn)的鍵盤、顯示器接口如圖所示為單片機(jī)8051與矩陣鍵盤及LED顯示器的一種接口電路，通過編程設(shè)定8155的PA口、PB口作為輸出口，PC口作為輸入口。PA口完成鍵盤的行掃描輸出，同時又對LED顯示器作字位掃描，PC口輸入鍵盤列線狀態(tài)。7407為同相驅(qū)動器，75452為反相驅(qū)動器。接口電路中采用8031的P2.7作為8155的片選線，P2.0作為8155的IO端口和片內(nèi)RAM選擇線，因此8155的命令寄存器地址為7F00H，PA～PC口地址為7F01H～7F03H。按鍵識別子程序KEY:MOVDPTR,#7F00H；8155命令口地址MOVA,#03H；置PA、PB口為輸出，MOVX@DPTR，A；PC口為輸入 MOVR4，＃00H；0→鍵號寄存器R4 MOVR2，＃01H；掃描模式01H→R2KEY1：MOVDPTR，＃7F01H MOVA，R2 MOVX@DPTR，A；掃描模式→8155PA口 INCDPTR INCDPTR MOVXA，@DPTR；讀8155PC口 JBACC.0，KEY2；0列無鍵閉合，轉(zhuǎn)判1列 MOVA，＃00H；0列有鍵閉合，0→A AJMPKEY5KEY2：JBACC.1，KEY3；1列無鍵閉合，轉(zhuǎn)判2列 MOVA，＃01H；1列有鍵閉合，列線號01H→A AJMPKEY5KEY3：JBACC.2，KEY4；2列無鍵閉合，轉(zhuǎn)判3列 MOVA，＃02H；2列有鍵閉合，02H→A AJMPKEY5KEY4：JBACC.3，NEXT；3列無鍵閉合，轉(zhuǎn)判下一行 MOVA，＃03H；3列有鍵閉合，03H→AKEY5：ADDA，R4；列線號+(R4)作為鍵值→A MOVR4，A；鍵值→R4 RET；返回NEXT：MOVA，R4； ADDA，＃04；鍵號寄存器加4 MOVR4，A MOVA，R2 JBACC.3，NEXT1；判別是否已掃描到最后一行 RLA；掃描模式左移一位 MOVR2，A AJMPKEY1；重新開始掃描下一行NEXT1:MOVR4，＃88H；掃描到最后一行仍無按鍵 RET；置無鍵閉合標(biāo)志后返回查表法查表法的核心是一個固化在ROM中的功能子程序入口地址轉(zhuǎn)移表。如下表所示。在轉(zhuǎn)移表內(nèi)存有各個功能子程序的入口地址，根據(jù)鍵值代碼查閱此表獲得相應(yīng)功能的子程序入口地址，從而可以轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的命令處理子程序。功能子程序入口地址子程序1子程序2子程序3…入口地址1入口地址2入口地址3…功能子程轉(zhuǎn)移地址例：鍵盤接口調(diào)用按鍵識別子程序所獲得的鍵值如下表所示，當(dāng)鍵值小于10H時代表數(shù)字鍵，鍵值大于等于10H時代表功能鍵。

鍵值表按鍵鍵值0～F00H～0FHRUN10HRET11HADRS12HSTORE13HREAD14HWRITE15H處理功能鍵的程序：

INPUT:LCALLKEY；調(diào)按鍵識別子程序，獲得鍵值在A中 MOVR0，A；鍵值暫存于R0 ANLA，＃10H JZDATIN；小于10H為數(shù)字鍵，轉(zhuǎn)入數(shù)字操作 MOVA，R0；大于等于10H為命令鍵 ANLA，＃0FH；保留鍵值低4位 MOVR0，A；(A)×3 RLA ADDA，R0 MOVDPTR，＃TABEL；取轉(zhuǎn)移表首地址 JMP@A+DPTR；按不同鍵值散轉(zhuǎn)至子程序TABEL:LJMP＃RUN；轉(zhuǎn)RUN命令子程序 LJMP＃RET；轉(zhuǎn)RET命令子程序 LJMP＃ADRS；轉(zhuǎn)ADRS命令子程序 LJMP＃STORE；轉(zhuǎn)STORE命令子程序 LJMP＃READ；轉(zhuǎn)READ命令子程序 LJMP＃WRITE；轉(zhuǎn)WRITE命令子程序DATIN:；數(shù)字鍵操作程序，略；使用LED顯示器時，要注意區(qū)分共陰極和共陽極兩種不同的接法。為了顯示數(shù)字或字符，必須對數(shù)字或字符進(jìn)行編碼，簡稱段碼。七段數(shù)碼管加上一個小數(shù)點(diǎn)，共計8段。因此為LED顯示器提供的段碼正好是一個字節(jié)。實(shí)際使用中，通過單片機(jī)向LED顯示接口輸出不同段碼，即可顯示相應(yīng)的數(shù)字。LED數(shù)碼顯示器共陰極和共陽極段碼

存儲器地址顯示數(shù)字共陰極接法的七段狀態(tài)gfedcba共陰極接法段碼(十六進(jìn)制數(shù))共陽極接法段碼(十六進(jìn)制數(shù))SEG001111113F40SEG+1100001100679SEG+2210110115B24SEG+3310011114F30SEG+4411001106619SEG+5511011016D12SEG+6611111017D02SEG+7700001110778SEG+8811111117F00SEG+9911001116718SEG+10A11101117708SEG+11B11111007C03SEG+12C01110013946SEG+13D10111105E21SEG+14E11110017906SEG+15F1110001710E

硬件譯碼LED顯示接口

如圖所示為采用硬件譯碼器的七段LED接口電路，顯示器是共陰極的。9368是硬件段譯碼器，它能自動將輸入的16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成段碼輸出，在+5V時能輸出約30mA的電流點(diǎn)亮顯示器的段。7475是4位鎖存器，4個數(shù)據(jù)輸入端接到系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的D3～D0。鎖存器的選通端E接到地址譯碼器，若該接口的地址為0088H，執(zhí)行以下指令即可在顯示器上顯示數(shù)字“0”。MOVDPTR，＃0088HMOVA，＃00HMOVX@DPTR，A程序清單：DISPB：MOVDPTR，＃7F00H；8155命令口地址 MOVA，＃03H MOVX@DPTR，A；置PA口、PB口為輸出 MOVR0，＃7AH；置顯示緩沖器指針初值 MOVR3，＃01H；置掃描模式初值 MOVA，R3DISPB1：MOVDPTR，＃7F01H；8155PA口地址 MOVX@DPTR，A；掃描模式→8155PA口 INCDPTRMOVA，@R0；取顯示數(shù)據(jù)ADDA，＃0DH；加偏移量MOVCA，@A+PC；查表取段碼MOVX@DPTR，A；段碼→8155PB口

ACALLDELAY；延時 INCR0 MOVA，R3 JBACC.5，DISPB2；判6位LED顯示完否 RLA；掃描模式左移1位 MOVR3，A AJMPDISPB1DISPB2:RETSEGPT2:DB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH…；段碼表DELAY:MOVR5，＃02H；延時子程序DELAY1:MOVR4，＃0FFHDELAY2:DJNZR4，DELAY2 DJNZR5，DELAY1RET串行接口LED驅(qū)動器MAX7219

MAX7219是MAXIM公司生產(chǎn)的一種串行接口方式7段共陰極LED顯示驅(qū)動器，其片內(nèi)包含有一個BCD碼到B碼的譯碼器、多路復(fù)用掃描電路、字段和字位驅(qū)動器以及存儲每個數(shù)字的8×8RAM，每位數(shù)字都可以被尋址和更新，允許對每一位數(shù)字選擇B碼譯碼或不譯碼。采用三線串行方式與單片機(jī)接口，電路十分簡單，只需要一個10k左右的外接電阻來設(shè)置所有LED的段電流。

寄存器地址D15～D12D11D10D9D8十六進(jìn)制代碼NO-OP×0000×0H數(shù)字0×0001×1H數(shù)字1×0010×2H數(shù)字2×0011×3H數(shù)字3×0100×4H數(shù)字4×0101×5H數(shù)字5×0110×6H數(shù)字6×0111×7H數(shù)字7×1000×8H譯碼方式×1001×9H亮度×1010×AH掃描界限×1011×BH停機(jī)×1100×CH顯示測試×1111×FHMAX7219的內(nèi)部寄存器及其地址

如圖所示為8051單片機(jī)與MAX7219的一種接口，8051的P1.0連到MAX7219的DIN端，P1.1連到LOAD端，P1.2連到CLK端，采用軟件模擬方式產(chǎn)生所需的工作時序。下面給出根據(jù)該圖設(shè)計的MAX7219顯示驅(qū)動程序例子，程序執(zhí)行后在LED上顯示8031字樣。

主程序MAIN:MOVSP,#60H；設(shè)置堆棧指針MOVR7,#0AH；亮度寄存器MOVR5,#07H；亮度值LCALLDINPUT；調(diào)用7219命令寫入子程序MOVR7,#0BH；掃描界限寄存器MOVR5,#07H；顯示7位數(shù)字LCALLDINPUTMOVR7,#09H；譯碼方式寄存器MOVR5,#0FFH；#FFH=7-0位均譯為B碼，#00=不譯碼LCALLDINPUTMOVR7,#0CH；停機(jī)寄存器MOVR5,#01H；正常工作LCALLDINPUTMOV30H,#08H；顯示8031MOV31H,#00HMOV32H,#03HMOV33H,#01HMOVR7,#30HLCALLDISPLY；調(diào)用7219顯示子程序SJMP$

7219命令寫入子程序

DINPUT:MOVA,R7；傳遞來的第1個參數(shù)保存在R7中

MOVR2,#08；作為MAX7219控制寄存器的8位地址值

LOOP1:RLCA；A的D7位移至P1.0，依次為D6～D0

MOVP1.0,C；8位地址輸入DIN

CLRP1.2；P1.2輸出時鐘信號

SETBP1.2

DJNZR2,LOOP1

MOVA,R5；傳遞來的第2個參數(shù)保存在R5中

MOVR2,#08；作為寫入控制寄存器的8位命令數(shù)據(jù)值

LOOP2:RLCA；A的D7位移至P1.0，依次為D6～D0

MOVP1.0,C；8位數(shù)據(jù)輸入DIN

CLRP1.2；P1.2輸出時鐘信號

SETBP1.2

DJNZR2,LOOP2

CLRP1.1；P1.1輸出LOAD信號，

SETBP1.1

RET7219顯示子程序

DISPLY:MOVA,R7；R7的內(nèi)容為7219顯示緩沖區(qū)入口地址

MOVR0,A；R0指向顯示緩沖區(qū)首地址

MOVR1,#01；R1指向8字節(jié)顯示RAM首地址

MOVR3,#08

LOOP3:MOVA,@R0；取出顯示數(shù)據(jù)→R5

MOVR5,A

MOVA,R1；取出顯示RAM地址→R7

MOVR7,A

LCALLDINPUT；調(diào)用7219命令寫入子程序

INCR0

INCR1

DJNZR3,LOOP3

RET8279可編程鍵盤/顯示器接口技術(shù)8279的工作原理鍵盤部分提供64按鍵陣列(可擴(kuò)展為128)的掃描接口，也可以接傳感器陣列。鍵的按下可以是雙鍵鎖定或N鍵互鎖。鍵盤輸入經(jīng)過反彈跳電路自動消除前后沿按鍵抖動影響之后，被選通送入一個8字符的FIFO(先進(jìn)先出棧)存儲器。如果送入的字符多于8個，則溢出狀態(tài)置位。按鍵輸入后將中斷輸出線升到高電平向CPU發(fā)中斷申請。顯示部分對7段LED、白熾燈或其他器件提供顯示接口。8279有一個內(nèi)部的16×8顯示RAM，組成一對16×4存儲器。顯示RAM可由CPU寫入或讀出。顯示方式有從右進(jìn)入的計算器方式和從左進(jìn)入的電傳打字方式。顯示RAM每次讀寫之后，其地址自動加1。8279內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)框圖I/O控制和數(shù)據(jù)緩沖

控制與定時寄器及定時控制掃描計數(shù)器

返回緩沖器和鍵盤消顫及控制

FIFO/傳感器RAM和狀態(tài)

顯示地址寄存器和顯示RAM

8279內(nèi)部主要組成模塊

8279功能命令一覽表8279功能命令一覽表（續(xù)表）8279與單片機(jī)的一般接口方法單片機(jī)在初始化8279后，把顯示字符送到8279內(nèi)部的一個16字節(jié)寄存器內(nèi)，并將字符轉(zhuǎn)換成段碼，經(jīng)A0～A3、B0～B3線把段碼送到顯示器，同時經(jīng)SL0～SL3線發(fā)出4位數(shù)位選通碼。4-16譯碼器對選通碼進(jìn)行譯碼后輪流選通各位顯示器。SL0～SL2線同時連到3-8譯碼器。該譯碼器的輸出用于掃描鍵盤8行。8279經(jīng)8根返回線(RL0～RL7)讀取鍵盤的狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)按鍵閉合則等待10ms，顫動過去后再檢驗(yàn)按鍵是否閉合。若按鍵仍然閉合，則把被按鍵的鍵值選通輸入8279內(nèi)部的先進(jìn)先出(FIFO)存儲器，同時經(jīng)INT線發(fā)出一個高電平，指出FIFO內(nèi)已經(jīng)有一個字符。INT線連接到CPU的中斷請求輸入線。當(dāng)單片機(jī)接收到中斷請求后，若開中斷，則轉(zhuǎn)到鍵盤服務(wù)程序，從FIFO中讀取按鍵的鍵值。在這種接口中，單片機(jī)要做的事僅是初始化8279、送出要顯示的字符、接到中斷請求后讀取按鍵的鍵值，其它工作均由8279自動完成。單片機(jī)與8279的具體接口電路8031的P2.7接到8279的片選端，最低位地址A0接到8279的C/D端，因此該接口對用戶來說只有二個口地址：命令口地址7FFFH和數(shù)據(jù)口地址7FFEH。圖中8279外接4×8鍵盤和8位共陰極LED顯示器，采用編碼掃描方式，譯碼器74LS138對掃描線譯碼后一方面接鍵盤的列線，同時通過驅(qū)動器接到顯示器上。

8279初始化程序：INI79：MOVDPTR，＃7FFFH；清除命令→8279 MOVA，＃0D1H MOVX@DPTR，AWNDU：MOVXA，@DPTR；等8279清除結(jié)束JBACC.7，WNDUMOVA，＃0；方式命令→8279MOVX@DPTR，AMOVA，＃34H；掃描頻率設(shè)置命令→8279MOVX@DPTR，AMOVIE，＃84H；允許8279中斷RET顯示器更新程序：RDIR：MOVDPTR，＃7FFFH；寫顯示RAM命令→8279MOVA，＃90HMOVX@DPTR，AMOVR0，＃78H；顯示緩沖器首地址→R0MOVR7，＃8MOVDPTR，＃7FFEHRDLO：MOVA，@R0；取顯示數(shù)據(jù)ADDA，＃5；加偏移量MOVCA，@A+PC；查表轉(zhuǎn)換為段碼數(shù)據(jù)MOVX@DPTR，AINCR0DJNZR7，RDLORETSEG：DB3FH，06H，5BH，4FH；根據(jù)硬件線路設(shè)計的段碼DB66H，6DH,7DH，07HDB7FH，6FH77H，7CH鍵輸入中斷服務(wù)程序：PKEYI：PUSHPSW PUSHDPL PUSHDPH PUSHACC PUSHB SETBPSW.3；選工作寄存器1區(qū) MOVDPTR，＃7FFFH；讀FIFO狀態(tài)字 MOVXA，@DPTR ANLA，＃0FH JZPKYR；判FIFO中是否有數(shù)據(jù)? MOVA，＃40H；讀FIFO命令→8279 MOVX@DPTR，A MOVDPTR，＃7FFEH MOVXA，@DPTR；讀數(shù)據(jù) MOVR2，A ANLA，＃38H；計算鍵值 RRA

RRA RRA MOVB，＃04H MULAB XCHA，R2 ANLA，＃7 ADDA，R2 MOVR0，40；鍵值→(40H)指出的環(huán)形緩沖器單元 MOV@R0，A INCR0 MOVA，R0 ANLA，＃3FH；環(huán)形緩沖器指針處理 ORLA，＃30H MOV40H，A SETB0；置標(biāo)志供主程序查詢處理PKYR：POPB POPACC POPDPH POPDPL POPPSW RETILCD顯示器接口

LCD的基本結(jié)構(gòu)及工作原理LCD的特點(diǎn)是體積小、重量輕、功耗極低、抗干擾能力強(qiáng)。LCD的驅(qū)動方式

LCD常采用交流驅(qū)動,通常采用異或門把顯示控制信號和顯示頻率信號合并為交變的驅(qū)動信號,如圖所示。當(dāng)顯示控制電極上的波形與公共電極上的方波相位相反時,則為顯示狀態(tài)。顯示控制信號由C端輸入,高電平為顯示狀態(tài)。顯示頻率信號是一個方波。當(dāng)異或門的C端為低電平時,輸出端B的電位與A端相同,LCD兩端的電壓為0,LCD不顯示，當(dāng)異或門的C端為高電平時,B端的電位與A端相反,LCD兩端呈現(xiàn)交替變化的電壓,LCD顯示。

段式LCD顯示器的驅(qū)動接口顯示器4N07，譯碼驅(qū)動器采用帶鎖存器的MC14543，可以將輸入的BCD碼轉(zhuǎn)換為7段顯示碼輸出。驅(qū)動方式由PH端控制,PH端輸入顯示方波信號。LD是內(nèi)部鎖存器選通端,LD為高電平時,允許A～D端輸入BCD碼數(shù)據(jù),LD為低電平時,鎖存輸入數(shù)據(jù)。BI為高電平時為消隱。每塊MC14543各驅(qū)動一位LCD,BCD碼輸入端A～D接到8051的P1.0～P1.3,鎖存器選通端LD分別接到P1.4～P1.7,分別控制4塊MC14543輸入BCD碼。MC14543的相位端PH接到8051的P3.7,由P3.7端提供一個顯示用的低頻方波信號，方波信號的產(chǎn)生由8031片內(nèi)定時器T1的定時中斷產(chǎn)生主程序DISBEQU60H;定義顯示緩沖區(qū)ORG0000HINIT:LJMPSTART;主程序入口ORG001BHLJMPINTT1;定時器1中斷入口ORG0030HSTART:MOVTMOD,#10H;置定時器T1為方式1MOVTH1,#0ECH;10ms定時，fosc=6MHzMOVTL1，#78HSETBTR1；啟動T1SETBEA;開中斷SETBET1…;其它工作LCALLDISP;調(diào)用顯示子程序…;其它工作顯示子程序：DISP:MOVR0,#DISB;R0指向顯示緩沖區(qū)首地址MOVR2,#10H;設(shè)定最高位鎖存控制標(biāo)志DISP1:MOVA,@R0;取顯示數(shù)據(jù)ANLA,#0FH;保留BCD碼ORLA,R2;加上鎖存控制位MOVP1,A;送入MC14543ANLP1,#0FH;置所有MC14543為鎖存狀態(tài)INCR0;R0指向顯示緩沖區(qū)下一位MOVA,R2;鎖存端控制標(biāo)志送ARLAMOVR2,AJNBACC.0,DISP1;未完成4位則繼續(xù)RET;已更新顯示,返回定時器1中斷服務(wù)程序：INTT:CPLP3.7;P3.7輸出電平取反MOVTH1,#0ECH;置定時器計數(shù)初值MOVTL1,#78HRETI;中斷返回點(diǎn)陣式液晶顯示模塊EPSON公司生產(chǎn)的EA-D系列點(diǎn)陣式液晶顯示模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。它由點(diǎn)陣式液晶顯示面板、SED1287專用集成電路和4個列驅(qū)動器組成。SED1278完成顯示模塊的時序控制,同時也可以驅(qū)動16行40列的點(diǎn)陣庫。

顯示數(shù)據(jù)存儲器(DDRAM)與顯示屏幕的物理位置是一一