鍵盤(pán)顯示器及功率接口

鍵盤(pán)顯示器及功率接口第一頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.1鍵盤(pán)的接口鍵盤(pán)是計(jì)算機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。按其結(jié)構(gòu)形式鍵盤(pán)可分為非編碼鍵盤(pán)和編碼鍵盤(pán)，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤(pán)，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉。第二頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五按鍵型式有獨(dú)立式和矩陣式兩種：1、獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以容易判斷那個(gè)按鍵按下。2、矩陣式按鍵就是鍵盤(pán)上的鍵按行列構(gòu)成矩陣，在行列的交叉點(diǎn)上都對(duì)應(yīng)有一個(gè)鍵。所謂鍵實(shí)際上是一個(gè)機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，被按下則其交點(diǎn)的行線和列線接通。非編碼鍵盤(pán)接口技術(shù)的主要內(nèi)容就是如何確定被按鍵的行列位置，并據(jù)此產(chǎn)生鍵碼。這就是所謂鍵的識(shí)別問(wèn)題。第三頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.1.1鍵盤(pán)輸入的抖動(dòng)問(wèn)題

鍵盤(pán)實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合，均利用機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。一個(gè)電壓信號(hào)通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的斷開(kāi)、閉合過(guò)程如圖6.1所示。圖6.1按鍵抖動(dòng)信號(hào)波形第四頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

按鍵在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5～10ms。按鍵穩(wěn)定閉合期的長(zhǎng)短則由操作人員的按鍵動(dòng)作所決定的，一般為十分之幾秒到幾秒的時(shí)間。鍵的閉合與否，反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示斷開(kāi)的話，那低電平則表示閉合，通過(guò)電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，可確認(rèn)按鍵按下與否。為了確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次，必須消除抖動(dòng)的影響。第五頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.1.2消除按鍵抖動(dòng)的措施

通常有硬件、軟件兩種消除抖動(dòng)的方法硬件消除抖動(dòng)方法有一種雙穩(wěn)態(tài)消抖電路如圖6-2所示，其兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成一個(gè)RS觸發(fā)器。當(dāng)按鍵未按下時(shí)，輸出為1；鍵按下時(shí)，輸出為0。鍵的機(jī)械性能，使按鍵因彈性抖動(dòng)而產(chǎn)生瞬時(shí)不閉合，抖動(dòng)跳開(kāi)b，只要按鍵不返回原始狀態(tài)a，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)就不改變，輸出保持為0，不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)的波形。即使b點(diǎn)的電壓波形是抖動(dòng)的，但經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)電路之后，其輸出為正規(guī)的矩形波形。第六頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖6-2雙穩(wěn)態(tài)消抖電路第七頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五軟件消除抖動(dòng)方法硬件消除抖動(dòng)法需要增加電子元件，電路復(fù)雜，特別是按鍵較多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有困難。而用軟件消除抖動(dòng)法，不需要增加電子元件，只要編寫(xiě)一段延時(shí)程序，就可以達(dá)到消除抖動(dòng)的目的，在軟件消除抖動(dòng)方法中，若CPU檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，先執(zhí)行一段延時(shí)程序后再檢測(cè)此按鍵，若仍為按下?tīng)顟B(tài)，則CPU認(rèn)為該鍵確實(shí)按下。同樣，當(dāng)鍵從按下到再次松開(kāi)時(shí)，CPU檢測(cè)到有鍵松開(kāi)，并在延時(shí)一段時(shí)間后仍檢測(cè)到鍵在松開(kāi)狀態(tài)，則認(rèn)為鍵確實(shí)松開(kāi)，這樣就消除了抖動(dòng)的影響，實(shí)現(xiàn)了軟件消除抖動(dòng)的目的圖6-3所示為軟件去抖動(dòng)判別程序的流程圖第八頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖6-3軟件消除抖動(dòng)流程圖第九頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.1.3非編碼鍵盤(pán)的接口方法

非編碼鍵盤(pán)分為獨(dú)立式非編碼鍵盤(pán)和矩陣式非編碼鍵盤(pán)。下面分別進(jìn)行介紹。1.獨(dú)立式非編碼鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)獨(dú)立式非編碼鍵盤(pán)（又稱小鍵盤(pán)），是指直接用一條I/O線對(duì)應(yīng)連接一個(gè)按鍵（一鍵一線）的鍵盤(pán)電路。由于每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一條I/O口線，所以該口線的狀態(tài)只反映該按鍵是否按下，不會(huì)影響其它I/O線的狀態(tài)。因而獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要的I/O口線也較多。獨(dú)立式按鍵電路如圖6-4所示。當(dāng)某一按鍵閉合時(shí)，相應(yīng)的I/O線變?yōu)榈碗娖?。判斷是否有鍵下的方法是，查詢哪一根接按鍵的I/O線為低電平時(shí)，便知此鍵按下。獨(dú)立式非編碼鍵盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，占用的I/O口線多。例如編寫(xiě)圖6-4所示的鍵處理程序如下：

第十頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖6-4獨(dú)立式非編碼鍵盤(pán)第十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五程序清單START：MOVA，#0FFH； 輸入時(shí)先置P1口為全1MOVP1，AMOVA，P1；鍵狀態(tài)輸入JNBACC.0，P0F；0號(hào)鍵按下轉(zhuǎn)POF標(biāo)號(hào)地址JNBACC.1，P1F；1號(hào)鍵按下轉(zhuǎn)P1F標(biāo)號(hào)地址JNBACC.2，P2F；2號(hào)鍵按下轉(zhuǎn)P2F標(biāo)號(hào)地址JNBACC.3，P3F；3號(hào)鍵按下轉(zhuǎn)P3F標(biāo)號(hào)地址JNBACC.4，P4F；4號(hào)鍵按下轉(zhuǎn)P4F標(biāo)號(hào)地址JNBACC.5，P5F；5號(hào)鍵按下轉(zhuǎn)P5F標(biāo)號(hào)地址JNBACC.6，P6F；6號(hào)鍵按下轉(zhuǎn)P6F標(biāo)號(hào)地址JNBACC.7，P7F；7號(hào)鍵按下轉(zhuǎn)P7F標(biāo)號(hào)地址SJMPSTART；無(wú)鍵按下返回第十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五P0F：LJMPPROM0；轉(zhuǎn)至0號(hào)鍵功能程序P1F：LJMPPROM1；轉(zhuǎn)至1號(hào)鍵功能程序P2F：LJMPPROM2；轉(zhuǎn)至2號(hào)鍵功能程序P3F：LJMPPROM3；轉(zhuǎn)至3號(hào)鍵功能程序P4F：LJMPPROM4；轉(zhuǎn)至4號(hào)鍵功能程序P5F：LJMPPROM5；轉(zhuǎn)至5號(hào)鍵功能程序P6F：LJMPPROM6；轉(zhuǎn)至6號(hào)鍵功能程序P7F：LJMPPROM7；轉(zhuǎn)至7號(hào)鍵功能程序第十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五PROM0：......；0號(hào)鍵功能程序LJMPSTART；0鍵執(zhí)行完返回PROM1：......；1號(hào)鍵功能程序LJMPSTART；1鍵執(zhí)行完返回PROM2：...；2號(hào)鍵功能程序LJMPSTART；2號(hào)鍵執(zhí)行完返回PROM3：......；3號(hào)鍵功能程序LJMPSTART；3號(hào)鍵執(zhí)行完返回PROM4：......；4號(hào)鍵功能程序LJMPSTART；4號(hào)鍵執(zhí)行完返回PROM5：......；5號(hào)鍵功能程序LJMPSTART；5號(hào)鍵執(zhí)行完返回PROM6：......；6號(hào)鍵功能程序LJMPSTART；6號(hào)鍵執(zhí)行完返回PROM7：......；7號(hào)鍵功能程序LJMPSTART；7號(hào)鍵執(zhí)行完返回第十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五小測(cè)：設(shè)計(jì)51單片機(jī)通過(guò)8255H實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展8個(gè)獨(dú)立按鍵的電路，要求畫(huà)出原理圖，并編寫(xiě)能夠識(shí)別是否有鍵按下的程序,要求有防抖程序。

第十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.矩陣式非編碼鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)矩陣式非編碼鍵盤(pán)適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。矩陣式鍵盤(pán)由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點(diǎn)上，一個(gè)由3行*8列構(gòu)成24個(gè)按鍵的鍵盤(pán)如圖6-5所示。圖6-5矩陣式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)第十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五矩陣鍵盤(pán)的工作原理：按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上。無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，當(dāng)有鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣鍵盤(pán)按鍵是否被按下的關(guān)鍵。由于矩陣鍵盤(pán)中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。

第十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

按鍵的識(shí)別方法：有掃描法和線反轉(zhuǎn)法。描法是常用的方法，現(xiàn)重點(diǎn)介紹掃描法，此方法分兩步進(jìn)行：第一步，識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)鍵被按下。第二步，如果有鍵被按下，識(shí)別出具體的按鍵。識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)鍵被按下的方法是：讓所有列線均置為0電平，檢查各行線電平是否變化。如果有變化，說(shuō)明有鍵被按下，如果沒(méi)有變化，則說(shuō)明無(wú)鍵被按下。識(shí)別具體按鍵的方法(亦稱為掃描法)；逐列置零電平，其它各列置位高電平，檢查各行線電平的變化，如果其行電平由高電平變?yōu)榈碗娖剑瑒t可確定此行此列交叉點(diǎn)的按鍵被按下。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤(pán)掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一。CPU在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤(pán)的輸入，取決于鍵盤(pán)工作方式。通常鍵盤(pán)工作方式有三種，即編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。

第十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五下面以8031鍵盤(pán)實(shí)際矩陣電路分析說(shuō)明鍵盤(pán)的編程掃描程序。一是KEY-SCAN鍵檢查子程序

二是KEY-GET鍵掃描取值子程序8031鍵盤(pán)接口電路如圖6-6所示。第十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五在6000H接口地址的鎖存器74LS373鎖存低電平，此時(shí)讀入P1口狀態(tài)，在P1.0、P1.1、P1.2三條行線上，只要有一個(gè)不是高電平，求反后A中就不為零。此時(shí)說(shuō)明有鍵按下了。否則無(wú)鍵按下。鍵檢查子程序：KEY-SCAN：MOVDPTR,#6000H；列口地址送數(shù)據(jù)指針 MOVA,#00H MOVX@DPTR,A；列線送低電平 MOVP1,#0FFH MOVA,P1；讀行線電平 CPLA；求反 ANLA,#07H；A=0無(wú)鍵按下，A≠0有鍵按下 RET

以上檢測(cè)程序只能判斷有無(wú)鍵按下，但在有鍵按下后再分析具體是哪個(gè)鍵按下，則需要用掃描鍵取值程序。第二十頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五KEY-GET:ACALLKEY-SCAN；調(diào)鍵檢測(cè) JNZK-G1；有鍵按下AJMPKEY-GETK-G1:LCALLDELAY；消除抖動(dòng)延時(shí),約18msLCALLKEY-SCAN；再調(diào)鍵檢測(cè)JNZK-G2；有鍵按下LCALLDELAYAJMPKEY-GETK-G2:MOVR2,#0FEH；R2存掃描信號(hào)MOVR4,#00H；鍵值起始值K-G3:MOVDPTR,#6000H；輸出列掃描信號(hào)MOVA,R2MOVX@DPTR,AMOVA,P1；讀P1口JBAcc.0,LINE1；判斷0行高?MOVA,#00H；0行起始值A(chǔ)JMPK-G-END第二十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五LINE1:JBAcc.1,LINE2；判斷1行高?MOVA,#08H；1行起始值A(chǔ)JMPK-G-ENDLINE2:JBAcc.2,NEXT-COL；判斷2行高?高下一列MOVA,#10H；2行起始值K-G-END:ADDA,R4；計(jì)算鍵值 ENDNEXT-COL:INCR4；換列時(shí)加1MOVA,R2JNBAcc.7,KEY-NEXT；7列是低RLA；移到下一行MOVR2,AAJMPK-G3；返回輸出列信號(hào)KEY-NEXT:AJMPKEY-GET第二十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五在調(diào)用KEY-SCAN程序判明有鍵按下時(shí)，再進(jìn)入此程序，否則將在此程序中等待按鍵。這里R2用來(lái)提供信號(hào)的低電平的位置，R4是用來(lái)記錄位線到哪一位，運(yùn)行程序出口A中得到按鍵的鍵值。其鍵值表如表6-1，鍵值標(biāo)注在鍵位下面園括弧內(nèi)。表6-1鍵位和鍵值圖WRI(12)0(00)1(01)2(02)3(03)[F](16)4(04)5(05)6(06)7(07)MOV(10)8(08)9(09)A(0A)B(0B)USE(17)C(0C)D(0D)E(0E)F(0F)RESMON(11)EXE(14)RDS(13)EXA(15)第二十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五除了以上編程掃描工作方式外，定時(shí)掃描工作方式是利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷(例如10ms)，CPU響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時(shí)識(shí)別出該鍵并執(zhí)行相應(yīng)鍵功能程序，定時(shí)掃描工作方式的鍵盤(pán)硬件電路與編程掃描工作方式相同。鍵盤(pán)工作于編程掃描狀態(tài)時(shí)，CPU要不間斷地對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描工作，以監(jiān)視鍵盤(pán)輸入情況，直到有鍵按下為止。其間CPU不能干任何其他工作，如果CPU工作量較大，這種方式將不能適應(yīng)。定時(shí)掃描進(jìn)了一大步，除了定時(shí)監(jiān)視一下鍵盤(pán)輸入情況外，其余時(shí)間可進(jìn)行其他任務(wù)的處理，CPU效率提高了，為了進(jìn)一步提高CPU工作效率，可采用中斷掃描工作方式即只有在鍵盤(pán)有鍵按下時(shí)，才執(zhí)行鍵盤(pán)掃描并執(zhí)行該鍵功能程序，如果無(wú)鍵按下，CPU將不理睬鍵盤(pán)，可以說(shuō)前兩種掃描方式，CPU對(duì)鍵盤(pán)的監(jiān)視是主動(dòng)進(jìn)行的，而后一種掃描方式，CPU對(duì)鍵盤(pán)的監(jiān)視是被動(dòng)進(jìn)行的。第二十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.1.4BCD碼撥盤(pán)接口BCD碼十進(jìn)制撥盤(pán)是向單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)的設(shè)備，是一種硬件設(shè)置數(shù)據(jù)的設(shè)備。使用撥盤(pán)輸入的數(shù)據(jù)具有不可變性，卻又易于修改。十進(jìn)制輸入，BCD輸出的撥盤(pán)是最常使用的一種。圖6-7所示是一個(gè)4位BCD碼撥盤(pán)組結(jié)構(gòu)和連接示意圖。每位撥盤(pán)有0～9十個(gè)撥動(dòng)位置，每個(gè)位置有相應(yīng)的數(shù)字表示，分別代表?yè)鼙P(pán)輸入的十進(jìn)制數(shù)。所以，一位撥盤(pán)可以代表一位十進(jìn)制數(shù)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，用多位BCD碼撥盤(pán)組成多位十進(jìn)制數(shù)。

圖6-74位BCD碼撥盤(pán)結(jié)構(gòu)和連接第二十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五BCD碼盤(pán)有一個(gè)輸入控制線A，4個(gè)BCD碼輸出信號(hào)線。撥盤(pán)的各個(gè)不同的位置，使輸入控制線A分別與4根BCD碼輸出線中的某幾根接通，使BCD碼輸出線的狀態(tài)與撥盤(pán)所顯示的值一致，并使該編碼信號(hào)輸入單片機(jī)的CPU。BCD碼撥盤(pán)的輸入輸出狀態(tài)如表6-2所示。

撥盤(pán)輸入控制端A輸出狀態(tài)8421010000110001210010310011410100510101610110710111811000911001第二十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五BCD碼撥盤(pán)與單片機(jī)相連的應(yīng)用如圖6-8所示。撥盤(pán)的輸入控制線A接+5V，4根輸出線通過(guò)電阻接地并接單片機(jī)CPU的P1口。由表6.2可知，當(dāng)撥盤(pán)在0～9的某個(gè)位置時(shí)，4根輸出線的8、4、2、1端有一組相應(yīng)的電平狀態(tài)生成，CPU可以通過(guò)讀取P1口的端口狀態(tài)知道撥盤(pán)設(shè)置的數(shù)據(jù)。在這種情況下，撥盤(pán)輸出的BCD碼為正邏輯電平。如果BCD碼撥盤(pán)的輸入控制線A接地，4根輸入線通過(guò)電阻接+5V，那么撥盤(pán)輸出的BCD碼為負(fù)邏輯電平，如圖6-9所示圖6-8單片機(jī)與BCD碼盤(pán)的接口6-9BCD碼盤(pán)負(fù)邏輯接口第二十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.1.5串行鍵盤(pán)應(yīng)用除了利用并行輸入口設(shè)計(jì)鍵盤(pán)控制電路外，還可以用串行方式設(shè)計(jì)鍵盤(pán)控制電路。圖6-10為用單片機(jī)串行口設(shè)計(jì)的串行鍵盤(pán)控制電路。CD4014是8位表態(tài)移位寄存器(同步并入)，實(shí)現(xiàn)并行輸入串行輸出。如圖6．10所示，CD4014的P1～P8作為8個(gè)開(kāi)關(guān)S1～S8的輸入端，輸入的開(kāi)關(guān)量通過(guò)AT89C51的TXD端控制CD4014的CLK端，把輸入值逐次串行輸入AT89C51的RXD端口，并存入寄存器A中。圖6-10單片機(jī)串行口鍵盤(pán)控制電路第二十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五鍵盤(pán)電路程序如下：S1:STBP1.0；置位CD4014的P／S端CLRP1.0；清CD4014的P／S端，開(kāi)始串行移位MOVSCON,#10H；設(shè)置串行方式0，開(kāi)始接收W1:JNBRI,W1；判RI狀態(tài) CLRRI；一次串行輸入完成 MOVA,SBUF；存放輸入的數(shù)據(jù) RET

除了使用CD4014集成電路外，還可以使用74LS165等集成電路芯片設(shè)計(jì)串行鍵盤(pán)控制電路。第二十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.2LED七段發(fā)光顯示器接口

第三十頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED(LightEmittingDiode)，LED有七段和八段之分，也有共陰極和共陽(yáng)極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)。發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)段被顯示。同樣共陽(yáng)板LED顯示塊的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。兩個(gè)顯示塊都有SP顯示段，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。顯示器連接如圖6.11所示：

第三十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

圖6.11LED原理及外形引腳圖第三十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

7段字型碼如表6.3所列，由于只有8個(gè)段發(fā)光二極管，所以字型碼為一個(gè)字節(jié)?！懊住弊侄蜭ED字型碼由于有15個(gè)段發(fā)光二極管，所以字型碼為兩個(gè)字節(jié)。一般由N片LED顯示塊可拼接成N位LED顯示器。N位LED顯示器有N根位選線和8*N根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線和段選線的連接方法也各不相同。段選線控制顯示字符的字型，而位選線則控制顯示位的亮、暗。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。第三十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.2.1靜態(tài)顯示接口及編程LED顯示器上工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極(或陽(yáng)極)連接在一起接地(或+5V)；每位的段選線(a～sp)，分別與一8位的鎖存器輸出相連。靜態(tài)顯示是由于顯示器中的各位相應(yīng)獨(dú)立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一字符為止。靜態(tài)顯示器的亮度較高。由于各位分別由一個(gè)8位輸出口控制段選碼，在同一時(shí)間里，每一位顯示的字符可以各不相同。這種顯示方式接口，編程容易，管理簡(jiǎn)單，付出的代價(jià)是占用口線資源較多。第三十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常采用MCl4495芯片作為L(zhǎng)ED的靜態(tài)顯示接口，它可以和LED顯示器直接相連。MCl4495芯片的引腳和邏輯框圖如圖6.12所示。它是由4位鎖存器、地址譯碼和筆段ROM陣列以及帶有限流電阻的驅(qū)動(dòng)電路(輸出電流為10mA)等三部分電路組成。圖6.12中A、B、C、D為二進(jìn)制碼(或BCD碼)輸入端；為鎖存控制端，為低電平時(shí)可以輸入數(shù)據(jù)。為高電平時(shí)鎖存輸入數(shù)據(jù)，h+i為輸入數(shù)據(jù)大于等于10指示位，若輸入數(shù)據(jù)大于或等于10，則h+i輸出高電平，否則輸出為低電平；為輸入等于15指示位，若輸入數(shù)據(jù)等于15，則輸出高電平，否則為高阻狀態(tài)。圖6.12MC14495引腳和邏輯框圖第三十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

MCl4495芯片的作用是輸入被顯字符的二進(jìn)制碼(或BCD碼)，并把它自動(dòng)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)字形碼，送給LED顯示。圖6.13為采用MCl4495芯片的4位靜態(tài)LED顯示器接口電路。圖中，P1．7～P1．4用于輸出欲顯示字符的二進(jìn)制碼(或BCD碼)，P1．2＝0用于控制二～四譯碼器工作，P1.1和P1．0經(jīng)譯碼器輸出后控制MCl4495中哪一位接收P1.7～P1.4上代碼。例：下面以靜態(tài)LED顯示器接口為例編程，編出能在圖6-13電路中自左到右顯示出來(lái)的程序。設(shè)8031單片機(jī)內(nèi)部RAM的20H和21H單元中有四位十六進(jìn)制數(shù)（20H中為高兩位）。

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圖6.12MC14495引腳和邏輯框圖圖6.134位靜態(tài)LED顯示器接口

圖6.12MC14495引腳和邏輯框圖第三十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

ORG1000HSDISPLAY:MOVA,20H ;20H中數(shù)送A ANLA,#0F0H ;截取高4 MOVP1,A ;送MC14495 MOVA,20H ;20H中數(shù)送A SWAPA ；低4位送高4位 ANLA,#0F0H ;去掉低4位 INCA;指向MC14495 MOVP1,A；送MC14495 MOVA,21H ;21H中數(shù)送A ANLA,#0F0H ;截取高4位 ADDA,#02H ;指向MC14495 MOVP1,A ;送MC14495 MOVA,21H ;21H中數(shù)送A SWAPA ;低4位送高4位 ANLA,#0F0H ;去掉低4位 ADDA,#03H ;指向MC14495 MOVP1,A ;送MC14495 RET第三十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

在本例中，被顯字符是由硬件MCl4495轉(zhuǎn)換成字形碼的，但也可采用軟件法轉(zhuǎn)換成字形碼。采用軟件法轉(zhuǎn)換時(shí)，圖6.13中MCl4495應(yīng)由8位鎖存器替代。靜態(tài)顯示所需的硬件開(kāi)鎖大，CPU也無(wú)法預(yù)先知道什么時(shí)候需要改變LED的被顯示字符。如顯示器位數(shù)增多，則靜態(tài)顯示方式更無(wú)法適應(yīng)。在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。第四十頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.2.2動(dòng)態(tài)顯示接口及編程在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有位的段選線相應(yīng)地并聯(lián)在一起，由一個(gè)(7段LED)8位I／O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的I／O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。第四十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

其原理如圖6.14所示，6位7段LED動(dòng)態(tài)顯示器電路中段選線占用一個(gè)8位I／O口，而位選線占用一個(gè)6位I／0口，由于各位的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對(duì)各位都是相同的。因此同一時(shí)刻，如果各位位選線都處于選通狀態(tài)的話，6位LED將顯示相同字符。若要各位LED能顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線都處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)在段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼，這樣同一時(shí)刻6位LED中只有選通的那一位顯示出字符，其他五位則是熄滅的。第四十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五同樣在下一時(shí)刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，在段選線上輸出相應(yīng)位將要顯示字符的字型碼，則同一時(shí)刻只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而在同一時(shí)刻，只要一位顯示，其他各位熄滅，但由于人眼有視覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要每位顯示時(shí)間足夠短，則可造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到顯示的目的。

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圖6.14動(dòng)態(tài)顯示器電路圖第四十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五動(dòng)態(tài)顯示接口實(shí)例

要使lED顯示器顯示出字符，必須提供段選碼和位選碼。段選碼（即字形碼）可以用硬件譯碼的方法得到，也可以用軟件譯碼的方法得到。以8031單片機(jī)6位LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路為實(shí)例分析說(shuō)明顯示接口與編程。圖6-15所示，為6位LED顯示器的段選線分別并聯(lián)在一起，由一個(gè)74LS373鎖存器提供段選碼，由另一個(gè)74LS373鎖存器提供位選碼。這兩個(gè)鎖存器由1個(gè)74LSl38譯碼器的輸出4和3分別控制，而74LSl38譯碼器的選擇輸入端分別接到P2.7,P2.6，P2.5，最高的三位地址。因此可以得到段選碼鎖存器的接口地址是8000H，位選碼鎖存器的接口地址是6000H，在6位LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示程序中需要6個(gè)和6個(gè)LED相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元，用來(lái)存儲(chǔ)相應(yīng)位要顯示字符。這6個(gè)單元稱為顯示緩沖區(qū)。第四十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五在8031單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中7EH,7DH,7CH,7BH,7AH和79H片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，和6個(gè)LED顯示位由左到右一一對(duì)應(yīng)，如圖6-16所示。DG6DG5DG4DG3DG2DG17EH7DH7CH7BH7AH79H圖6-16LED對(duì)應(yīng)顯示緩沖區(qū)第四十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

圖6.156位LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路第四十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五動(dòng)態(tài)掃描顯示程序清單如下：DISPLAY:MOVR0,#79H;R0指向顯示緩沖區(qū)低位 MOVR3,#01H;R3指向位碼低位MOVA,R3;輸出位碼DISPLAY1:MOVDPTR,#6000H;DPTR指向位口地址MOVX@DPTR,AMOVA,@R0;輸出段碼ADDA,#19H;加PC到TABLE偏移量MOVCA,@A+PC;查表獲得對(duì)應(yīng)的段碼MOVDPTP,#8000H;DPTR指向段口地址MOVX@DPTP,A;在段口輸出段碼ACALLDELAY;延時(shí)lms左右INCR0;指向下一個(gè)緩沖區(qū)地址MOVA,R3;修改位碼JBACC.5,DISPLAY2;已到最左位返回RLA;移到下一位MOVR3,AAJMPDISPLAY1;繼續(xù)循環(huán)

第四十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五DISPLAY2:RETDELAY:MOVR7,#02H;延時(shí)程序約lmsDELAY1:MOVR6,#0FFHDELAY2:DJNZR6,DELAY2DJNZR7,DELAY1RETTABLE:DBC0H;0的段選碼F9H;1A4H;2B0H;399H;492H;582H;6F8H;780H;890H;988H;A83H;BC6H;CA1H;D86H;E8EH;F第四十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

以上顯示程序是掃描程序，是把6個(gè)LED顯示塊從右到左逐個(gè)顯示一遍，每一個(gè)顯示時(shí)間約1ms，如果反復(fù)調(diào)用此顯示程序，循環(huán)下去，根據(jù)人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，使人感覺(jué)這6個(gè)LED好象同時(shí)在顯示，顯示的內(nèi)容是預(yù)先放在對(duì)應(yīng)顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容。第五十頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.2.38155作LED顯示器接口8155是可編程RAM/IO接口芯片，可與MCS-51單片機(jī)直接相接而不需要任何硬件，是單片機(jī)系統(tǒng)中最實(shí)用，最廣泛使用的接口芯片之一。為了實(shí)現(xiàn)LED顯示器的動(dòng)態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段(字形代碼)的輸入之外，還要對(duì)顯示器加位的控制。因此多位LED顯示器接口電路需要有二個(gè)輸出口，其中一個(gè)用于輸出8條段控線(有小數(shù)點(diǎn)顯示)；另一個(gè)用于輸出位控線，位控線的數(shù)目等于顯示器的位數(shù)。圖6.17是使用8155作六位LED顯示器的接口電路。

第五十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖6.178155作六位LED顯示器的接口電路

第五十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

其中C口為輸出口(位控口)，以PC5～PC0輸出位控線。由于位控線的驅(qū)動(dòng)電流較大，8段全亮?xí)r約40～60mA，因此PC口輸出加74LS06進(jìn)行反相和提高驅(qū)動(dòng)能力，然后再接各LED顯示器的位控端。A口也為輸出口(段控口)，以輸出8位字形代碼(段控線)。段控線的負(fù)載電流約為8mA，為提高顯示亮度，通常加74LS244進(jìn)行段控輸出驅(qū)動(dòng)。顯示緩沖區(qū)為了存放顯示的數(shù)字或字符，通常在內(nèi)部RAM中設(shè)置顯示緩沖區(qū)如圖6.16所示，其單元個(gè)數(shù)與LED顯示器位數(shù)相同。假定位控口地址0101H，段控口地址0102H。以R0存放當(dāng)前位控值，DELAY為延時(shí)子程序。第五十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五DIR:MOVR0,#79H;建立顯示緩沖區(qū)首址MOVR3,#01H；從右數(shù)第一位顯示器開(kāi)始MOVA,R3；位控碼初值LD0:MOVDPTR,#0101H；位控口地址MOVX@DPTR,A；輸出位控碼INCDPTR；得段控口地址MOVA,@R0；取出顯示數(shù)據(jù)DIR0:ADDA,#0DHMOVCA,@A+PC；查表取字形代碼DIR1:MOVX@DPTR,A；輸出段控碼ACALLDL；延時(shí)INCR0；轉(zhuǎn)向下一緩沖單元MOVA,R3JBACC.5,LD1；判是否到最高位，到則返回RLA；不到，向顯示器高位移位MOVR3,A；位控碼送R3保存AJMPLD0；繼續(xù)掃描LD1:RETDSEG:DB3FH；字形代表碼DB06HDB5BH…第五十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五在動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程中，調(diào)用延時(shí)子程序DELAY，其延遲時(shí)間大約1ms。這是為了使掃描到的那位顯示器穩(wěn)定地點(diǎn)亮一段時(shí)間，猶如掃描過(guò)程中在每一位顯示器上都有一段駐留時(shí)間，以保證其顯示亮度。本例接口電路是軟件為主的接口電路，對(duì)顯示數(shù)據(jù)以查表方法得到其字形代碼，為此在程序中有字形代碼表DSEG。從0開(kāi)始依次寫(xiě)入十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼。為了進(jìn)行查表操作，使用查表指令MOVCA，@A+PC，由PC提供16位基址，由A提供變址。MOVC指令距DSEG表的地址間隔為0DH，因此顯示數(shù)據(jù)送A后，進(jìn)行A-(A)+0DH操作，以求得變址值，然后進(jìn)行查表操作。在實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)中，LED顯示程序都是作為一個(gè)子程序供監(jiān)控程序調(diào)用。因此各位顯示器都掃過(guò)一遍之后，就返回監(jiān)控程序。返回監(jiān)控程序后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間間隔后，再調(diào)用顯示掃描程序。通過(guò)這種反復(fù)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)LED顯示器的動(dòng)態(tài)掃描。

第五十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五小測(cè)：設(shè)計(jì)51單片機(jī)通過(guò)8155H實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展6位LED和32鍵鍵盤(pán)的電路，要求畫(huà)出原理圖，并編寫(xiě)鍵盤(pán)識(shí)別和LED顯示的程序。鍵盤(pán)識(shí)別程序：KEY:MOVDPTR,#7F01H______________MOVX@DPTR,AINCDPTRINCDPTR______________CPLAANLA,#0FHJZKEY…第五十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五LED顯示程序：DIR:MOVR0,#79H;建立顯示緩沖區(qū)首址MOVR3,#01H；從右數(shù)第一位顯示器開(kāi)始MOVA,R3；位控碼初值LD0:MOVDPTR,______；位控口地址MOVX@DPTR,A；輸出位控碼MOVDPTR,______

；得段控口地址MOVA,@R0；取出顯示數(shù)據(jù)DIR0:ADDA,#0DHMOVCA,@A+PC；查表取字形代碼DIR1:MOVX@DPTR,A；輸出段控碼ACALLDL；延時(shí)INCR0；轉(zhuǎn)向下一緩沖單元MOVA,R3______________；判是否到最高位，到則返回RLA；不到，向顯示器高位移位MOVR3,A；位控碼送R3保存AJMPLD0；繼續(xù)掃描LD1:RETDSEG:DB3FH；字形代表碼DB06HDB5BH…第五十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6．4功率器件接口電路第五十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五在工業(yè)控制中，單片機(jī)的被控對(duì)象大多都是功率設(shè)備，需要高電壓大電流，單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)，要通過(guò)相應(yīng)的接口電路才能輸出一定的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)功率設(shè)備。常用的功率接口有繼電器型、晶閘管型、光電隔離型和功率晶體管型等多種形式。

6.4.1繼電器型驅(qū)動(dòng)接口及編程

繼電器是通過(guò)線圈的電流來(lái)控制觸點(diǎn)的開(kāi)與合，由于繼電器的線圈和觸點(diǎn)之間沒(méi)有電氣上的聯(lián)系，因此，可以使用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制上的電氣隔離。圖6.25所示是繼電器的基本應(yīng)用電路。第六十頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

圖6.25所示，KA為繼電器線圈，KAl和KA2是繼電器的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)，當(dāng)晶體管T的基極輸入一個(gè)高電平，使T進(jìn)入飽和狀態(tài)，Vc通過(guò)繼電器的線圈有電流流過(guò)，流過(guò)電流的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)力吸引觸點(diǎn)動(dòng)作。R為晶體管基極限流電阻，二極管D用于對(duì)晶體管的保護(hù)。在平時(shí)，由于二極管為反向串接，沒(méi)有電流過(guò)，當(dāng)繼電器線圈失電的瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的反電動(dòng)勢(shì)，有可能使晶體管擊穿，由于有二極管D的存在，提供了一個(gè)通路，使反電動(dòng)勢(shì)不會(huì)損壞晶體管，從而起到了保護(hù)作用。在繼電器失電狀態(tài)下，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，當(dāng)繼電器得電后，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，而動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，利用繼電器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)作用可以控制設(shè)備或傳送邏輯電平信號(hào)。一般繼電器帶有一組或多組動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)供使用，繼電器的線圈電流也有大小，觸點(diǎn)的接觸電流也有大小，耐壓值也有高有低，用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)的要求選用相應(yīng)的繼電器。第六十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

圖6.25繼電器基本應(yīng)用第六十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、繼電器驅(qū)動(dòng)接口及電氣參數(shù)在各種控制中，應(yīng)用場(chǎng)合不同，需要選用的繼電器也不同。在設(shè)計(jì)繼電器接口電路時(shí)，要了解繼電器的一些參數(shù)，進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)，才能獲得好的控制效果。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)印制電路板的大小，選用合適的繼電器，要考慮它的體積、封裝形式。目前，有供印制電路板設(shè)計(jì)用的微小型繼電器，供電電壓為5V。

第六十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

對(duì)于功率大的驅(qū)動(dòng)繼電器，有必要在中間增加一級(jí)繼電器，如圖6.26所示。第六十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五繼電器常用電氣參數(shù)有：

(1)額定工作電壓和電流

是指繼電器在正常工作狀態(tài)下，繼電器線圈兩端所加的電壓值或線圈中流過(guò)的電流值，是應(yīng)用于設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，是設(shè)計(jì)的依據(jù)。

(2)吸合電壓和電流

是指繼電器能產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電壓值或電流值，一般為額定值的75%左右。在設(shè)計(jì)中為保證繼電器可靠工作，應(yīng)使控制電壓高于吸合電壓，若控制電壓在吸合電壓左右，就可能造成吸合不可靠或造成頻繁吸合、斷開(kāi)，產(chǎn)生干擾影響使用。

(3)釋放電壓和電流

是指繼電器在此電壓值以下或電流值在此電流值以下，繼電器不吸合，因此控制電壓值或電流值應(yīng)大大小于釋放電壓或電流，才能使繼電器可靠釋放。

(4)觸點(diǎn)負(fù)載

是指繼電器觸點(diǎn)的負(fù)載能力，反應(yīng)了所能控制設(shè)備的功率大小。應(yīng)使所控制設(shè)備的功率小于觸點(diǎn)負(fù)載，才能使繼電器工作正常，否則會(huì)損壞觸點(diǎn)，影常工作。第六十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖6.27所示是帶光電隔離的繼電器接口電路的應(yīng)用第六十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五也可以使P1.0直接驅(qū)動(dòng)晶體管去帶動(dòng)繼電器，如圖6.28所示。第六十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖6.29所示是單片機(jī)控制一個(gè)220V交流電動(dòng)機(jī)的電路。第六十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.4.2晶閘管的驅(qū)動(dòng)接口晶閘管簡(jiǎn)稱SCR，是一種大功率半導(dǎo)體器件，分為單向晶閘管和雙向晶閘管。由于可以用較小的電流、電