第七章 單片機(jī)人機(jī)交互

單片機(jī)原理及應(yīng)用

（第七章單片機(jī)人機(jī)交互）教學(xué)內(nèi)容鍵盤接口技術(shù)

數(shù)碼管接口技術(shù)LCD液晶接口技術(shù)DATE:2024/3/12PAGE:2

一、鍵盤接口技術(shù)按鍵是一種常開(kāi)型按鈕開(kāi)關(guān)，與單片機(jī)的常見(jiàn)接法如圖所示。按鍵未按下時(shí)兩個(gè)觸點(diǎn)斷開(kāi)，單片機(jī)I/O口輸入高電平；當(dāng)按鍵閉合時(shí)，I/O口輸入低電平。當(dāng)I/O口為P0口時(shí)，由于沒(méi)有內(nèi)部上拉電阻，所以必須外接上拉電阻，當(dāng)I/O口為P1、P2和P3口時(shí)，由于內(nèi)部已有上拉電阻，因此可省略外接的上拉電阻。DATE:2024/3/12PAGE:3

一、鍵盤接口技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)中所使用的鍵盤都是機(jī)械式的彈性按鍵，因?yàn)榇嬖跈C(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在按鍵閉合和彈起的瞬間都會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，如圖所示。按鍵抖動(dòng)一般會(huì)持續(xù)5~10ms，為使一次按鍵僅被處理一次，必須消除按鍵抖動(dòng)。消除按鍵抖動(dòng)可以采用軟件消抖或硬件消抖。軟件消抖指在檢測(cè)到有按鍵閉合時(shí)，延時(shí)一小段時(shí)間之后再次檢測(cè)，如果仍然檢測(cè)到按鍵閉合，則認(rèn)為按鍵真正閉合。DATE:2024/3/12PAGE:4

一、鍵盤接口技術(shù)硬件消抖方法常用R-S觸發(fā)器，如圖所示，當(dāng)按鍵接觸“閉合”端后，上面的與非門輸出高電平，下面的與非門輸出低電平，即輸出為0，在按鍵抖動(dòng)過(guò)程中只要不接觸斷開(kāi)端，下面的與非門輸出不會(huì)改變，起到消抖的作用；DATE:2024/3/12PAGE:5

一、鍵盤接口技術(shù)下圖為4×4的矩陣鍵盤接到P2口上，如果使行線輸出高電平且列線輸出低電平，當(dāng)有鍵閉合時(shí)，那么必然會(huì)將該閉合鍵所在的行線與列線導(dǎo)通，使行線被拉低到低電平，通過(guò)檢測(cè)行線的電平狀態(tài)可識(shí)別是否有按鍵按下。DATE:2024/3/12PAGE:6

一、鍵盤接口技術(shù)識(shí)別按鍵值的方法是在主程序中反復(fù)掃描鍵盤的方式，分為以下幾個(gè)步驟：（1）檢測(cè)是否有按鍵閉合。首先使P2口高4位輸出0，然后讀取低4位，如果低4位不都為1，則有鍵閉合，進(jìn)入步驟（2）；（2）軟件消抖。延遲一段時(shí)間再測(cè)，如果仍有鍵閉合則進(jìn)入到步驟（3），否則回到步驟（1）；（3）檢測(cè)鍵號(hào)。為每行和列都設(shè)定標(biāo)號(hào)，使行號(hào)和列號(hào)相加得到該行列交叉點(diǎn)上按鍵的編號(hào)。具體操作如下：依次掃描各列，使該列輸出0值，然后讀取低4位，如果低4位不全為1，則依次檢測(cè)各行線的值，找出不為1的行號(hào)，從而確定鍵號(hào)。為防止一次按鍵閉合時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而被多次處理，需要等待按鍵松開(kāi)之后，再做相應(yīng)處理。DATE:2024/3/12PAGE:7

一、鍵盤接口技術(shù)例7-1如圖7-4所示，編程實(shí)現(xiàn)用4×4的矩陣鍵盤控制連接在P0和P1口上的16個(gè)LED，當(dāng)按下某鍵并釋放后只有對(duì)應(yīng)的LED燈亮，例如按S0后D0亮，按S1后D1亮。DATE:2024/3/12PAGE:8

一、鍵盤接口技術(shù)#include<reg51.h>#defineKEYPORTP2//定義按鍵端口#defineucharunsignedcharsbitline0=KEYPORT^0;sbitline1=KEYPORT^1;sbitline2=KEYPORT^2;sbitline3=KEYPORT^3;//定義行線led[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//定義LED顯示狀態(tài)bitiskeyinput() //判斷是否有按鍵閉合{ KEYPORT=0x0f; //低4位置1，高4位置0 if((KEYPORT&0x0f)==0x0f)//屏蔽高4位(列線),只檢測(cè)低4位(行線)return0; //沒(méi)有鍵閉合，返回0 elsereturn1; //有鍵閉合，返回1}DATE:2024/3/12PAGE:9

一、鍵盤接口技術(shù)ucharkey_identify() //識(shí)別鍵號(hào){ ucharlinecode=0,rowcode=0; uchari;ucharscancode=0xef;//定義掃描碼，使第一列為0，其它為1 for(i=0;i<4;i++) //掃描4列 { KEYPORT=scancode; //輸出掃描碼，掃描各列 if((KEYPORT&0x0f)==0x0f)//屏蔽高4位(列線),檢測(cè)低4位(行線) {//當(dāng)前列無(wú)按鍵閉合rowcode++; scancode=scancode<<1|1;//使輸出0的列線左移一位 } else //當(dāng)前列有按鍵，已經(jīng)確定了列號(hào)，還需要確定行號(hào) { if(line0==0)linecode=0;//第一行有鍵閉合，行號(hào)為0 if(line1==0)linecode=4;//第二行有鍵閉合，行號(hào)為4 if(line2==0)linecode=8;//第三行有鍵閉合，行號(hào)為8 if(line3==0)linecode=12;//第四行有鍵閉合，行號(hào)12 break; } } returnlinecode+rowcode;//輸出鍵號(hào)}DATE:2024/3/12PAGE:10

一、鍵盤接口技術(shù)voidwait_key_release() //等待按鍵松開(kāi){ while(1) { KEYPORT=0x0f; //低4位置1，高4位置0 if((KEYPORT&0x0f)==0x0f)//如果行線全為高電平 break; //沒(méi)有鍵閉合,即鍵盤已經(jīng)松開(kāi) } }DATE:2024/3/12PAGE:11

一、鍵盤接口技術(shù)voiddisplay(ucharn) //鍵盤處理程序{ if(n<8) { P0=led[n]; P1=0xff; }else { P0=0xff; P1=led[n-8];}}DATE:2024/3/12PAGE:12

一、鍵盤接口技術(shù)intmain(void){ucharkeycode; //用于保存識(shí)別的鍵號(hào)：0~15 unsignedinti;while(1){ while(!iskeyinput()); //如果沒(méi)有鍵按下，則等待 for(i=0;i<500;i++); //去除鍵抖動(dòng) if(iskeyinput()) //檢測(cè)當(dāng)前是否有按鍵 { keycode=key_identify();//識(shí)別鍵號(hào) wait_key_release();//等待按鍵松開(kāi)后，該函數(shù)才退出display(keycode);//顯示按鍵狀態(tài)

}}}DATE:2024/3/12PAGE:13

二、數(shù)碼管接口技術(shù)數(shù)碼管接口技術(shù)

數(shù)碼管

(又稱LED，即發(fā)光二極管顯示器,lightemittingdiode)，是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的顯示器件。通常數(shù)碼管是由8個(gè)發(fā)光二級(jí)管組合而成，當(dāng)發(fā)光二級(jí)管的陽(yáng)極為高電平，陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二級(jí)管可以導(dǎo)通發(fā)光?？刂芁ED中各二極管亮滅，可以顯示不同的字形。DATE:2024/3/12PAGE:14

二、數(shù)碼管接口技術(shù)數(shù)碼管分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖所示。共陰極指所有發(fā)光二級(jí)管的陽(yáng)極相互獨(dú)立，而把所有的陰極連接起來(lái)形成公共端，公共端通常需要接地。共陽(yáng)極指所有發(fā)光二極管的陰極相互獨(dú)立，而把所有的陽(yáng)極連接起來(lái)形成公共端，公共端通常需要接電源。DATE:2024/3/12PAGE:15

二、數(shù)碼管接口技術(shù)通常將數(shù)碼管的公共端稱為位選控制端，將其余8個(gè)發(fā)光二級(jí)管獨(dú)立的一端稱為段選控制端。為了能夠在數(shù)碼管上顯示某一個(gè)字符，需要在它的段選控制端輸入不同的電平組合，該電平組合為8位數(shù)據(jù)，通常稱為字型碼或者段選碼，格式如表7-1所示。DATE:2024/3/12PAGE:16

二、數(shù)碼管接口技術(shù)字符的字型碼都不同，即使是同一個(gè)字符，對(duì)于共陰極結(jié)構(gòu)和共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的LED，字型碼也不同，如表7-2所示。DATE:2024/3/12PAGE:17

二、數(shù)碼管接口技術(shù)數(shù)碼管的顯示方式有靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式兩種。DATE:2024/3/12PAGE:18

（1）靜態(tài)顯示硬件連線上，每個(gè)數(shù)碼管的公共端都直接接地（共陰極數(shù)碼管）或接電源（共陽(yáng)極數(shù)碼管），各個(gè)段選端分別與一個(gè)8位的并行I/O端口連接。顯示字符時(shí)，將各個(gè)字符的字型碼分別送入相應(yīng)的I/O端口，使各數(shù)碼管同時(shí)顯示不同的字符。二、數(shù)碼管接口技術(shù)例7-2圖7-6是采取靜態(tài)顯示方式，單片機(jī)的P0口和P1口分別連接兩個(gè)共陽(yáng)極7段數(shù)碼管。編寫控制程序，實(shí)現(xiàn)P0口上數(shù)碼管從0到9循環(huán)顯示，P1口上數(shù)碼管從9到1循環(huán)顯示。DATE:2024/3/12PAGE:19

二、數(shù)碼管接口技術(shù)#include<reg51.h>voiddelay(unsignedcharn);intmain(void){ unsignedcharled[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//0-9的字型碼unsignedchari;while(1) {for(i=0;i<10;i++){ P0=led[i]; P2=led[9-i]; delay(200);//延時(shí)}}}DATE:2024/3/12PAGE:20

voiddelay(unsignedcharn)//延時(shí)子函數(shù);{ unsignedchari,j; for(i=0;i<n;i++) for(j=0;j<n;j++);}二、數(shù)碼管接口技術(shù)（2）動(dòng)態(tài)顯示只利用一個(gè)用于段選的單片機(jī)8位I/O端口循環(huán)點(diǎn)亮各數(shù)碼管，當(dāng)間隔時(shí)間較短時(shí)，由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，效果與各數(shù)碼管靜態(tài)顯示相同。在硬件連線上，將所有的數(shù)碼管的段選端并聯(lián)，與一個(gè)8位的并行I/O端口連接，每個(gè)數(shù)碼管的位選端分別與另一個(gè)I/O端口中的某位連接,輪流輸出高電平使各數(shù)碼管循環(huán)點(diǎn)亮。DATE:2024/3/12PAGE:21

二、數(shù)碼管接口技術(shù)例7-3如圖7-7所示，2個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管采取動(dòng)態(tài)顯示方式與單片機(jī)的相連接。P0口為段選端，P2.6和P2.7分別與三極管基極相連做位選端。要求編寫控制程序，實(shí)現(xiàn)2個(gè)數(shù)碼管能夠分別顯示“1”和“2”。DATE:2024/3/12PAGE:22

二、數(shù)碼管接口技術(shù)#include<reg51.h>unsignedcharled[]={0xf9,0xa4}; //存儲(chǔ)共陽(yáng)極"1"和"2"的字型碼unsignedcharsegment[]={0x7f,0xbf};//存儲(chǔ)2個(gè)數(shù)碼管的位選碼unsignedchark=0;//全局變量，用于標(biāo)識(shí)顯示器位置intmain(void){ TMOD=0x00;//設(shè)定工作方式0 TL0=(8192-2000)%32;//低5位賦值(滿值-定時(shí)時(shí)間/機(jī)器周期)%32 TH0=(8192-2000)/32;//高8位賦值(滿值-定時(shí)時(shí)間/機(jī)器周期)/32 TR0=1; EA=1; ET0=1;//開(kāi)放中斷 while(1);}DATE:2024/3/12PAGE:23

二、數(shù)碼管接口技術(shù)voidT0_timer(void)interrupt1//中斷服務(wù)程序{

P0=led[k]; //段選賦值 P2=segment[k];//位選賦值 k++;//下一個(gè)數(shù)碼管 if(k==2) k=0; //顯示完最后一個(gè)數(shù)碼管，重新從頭開(kāi)始。TL0=(8192-2000)%32; TH0=(8192-2000)/32; //重新寫入初始值,即重新定時(shí)

}DATE:2024/3/12PAGE:24

三、LCD液晶接口技術(shù)液晶顯示器(LiquidCrystalDisplay,簡(jiǎn)稱LCD)可以顯示數(shù)字、字母、漢字、以及圖形圖像等豐富的內(nèi)容，應(yīng)用非常廣泛。液晶顯示器由液晶顯示部分和控制器兩部分組成，控制器通過(guò)控制液晶顯示區(qū)的電壓，實(shí)現(xiàn)字符的顯示。LCD可分為段型、字符型和點(diǎn)陣型三種。其中1602字符型液晶是應(yīng)用最廣泛的液晶顯示器之一。1602液晶的控制器是采用日立公司的HD44780集成電路，只需將待顯字符的ASCII碼放入其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，字符就會(huì)自動(dòng)在液晶顯示器上顯示。該顯示器每屏最多可顯示2行，每行16個(gè)字符，共32個(gè)字符。DATE:2024/3/12PAGE:25

三、LCD液晶接口技術(shù)1、LCD引腳

1602型LCD分有背光(16個(gè)引腳)和無(wú)背光(14個(gè)引腳)兩種。14腳1602型LCD引腳共分成三類：1、電源引腳：引腳1和引腳2分別是電源正極(VSS)和負(fù)極(VDD)。2、數(shù)據(jù)引腳：引腳7到引腳14共8個(gè)引腳是雙向數(shù)據(jù)總線的第0位到第8位。由于P0口無(wú)上拉電阻，因此如果需要接到P0口，則必須接上拉電阻。而接到其他并口，可不接上拉電阻。DATE:2024/3/12PAGE:26

三、LCD液晶接口技術(shù)3、控制引腳：引腳3(VL)是反視度調(diào)整引腳，通常接地。引腳4(RS)是寄存器選擇引腳，當(dāng)RS=1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)RS=0時(shí)，選擇指令寄存器。引腳5(R/W)是讀寫選擇引腳，當(dāng)R/W=1時(shí)讀，當(dāng)R/W=0時(shí)寫。引腳6(E)是模塊使能信號(hào)，當(dāng)E上為高電平時(shí)，可以讀出數(shù)據(jù)或指令；當(dāng)E上電平正跳變時(shí)，開(kāi)始寫入數(shù)據(jù)或指令；當(dāng)E上電平負(fù)跳變時(shí)，開(kāi)始執(zhí)行指令。DATE:2024/3/12PAGE:27

三、LCD液晶接口技術(shù)2、顯示及讀寫控制指令在給命令前應(yīng)先檢查L(zhǎng)CD的忙碌狀態(tài)。1602型LCD設(shè)了一個(gè)忙碌標(biāo)志位BF，連接在8位雙向數(shù)據(jù)線的DB7位上。當(dāng)BF狀態(tài)為1時(shí)，則表示LCD忙碌，需要等待，當(dāng)BF狀態(tài)為0時(shí)，則表示LCD空閑，可以接受命令和數(shù)據(jù)。當(dāng)模塊使能信號(hào)E上為高電平時(shí)，可以讀出數(shù)據(jù)或指令；當(dāng)E上電平正跳變時(shí)，開(kāi)始寫入數(shù)據(jù)或指令；當(dāng)E上電平負(fù)跳變時(shí)，開(kāi)始執(zhí)行指令。表7-3是LCD的讀寫設(shè)置。DATE:2024/3/12PAGE:28

三、LCD液晶接口技術(shù)為使字符能正確顯示，需要進(jìn)行顯示模式的設(shè)置。顯示模式的設(shè)置通過(guò)控制指令實(shí)現(xiàn)，如表7-4所示。各指令設(shè)置意義如下：顯示設(shè)置指令用于顯示方式的設(shè)置，當(dāng)DL=1/0時(shí)是8位/4位數(shù)據(jù)接口；當(dāng)N=1/0時(shí)是兩行/一行顯示；當(dāng)F=1/0時(shí)，是5×10/5×7點(diǎn)陣字符。清屏指令用于清除顯示內(nèi)容。歸零指令用于光標(biāo)回歸原點(diǎn)DATE:2024/3/12PAGE:29

三、LCD液晶接口技術(shù)輸入方式指令用于畫面和光標(biāo)的移動(dòng)方式設(shè)置。當(dāng)I/D=1/0時(shí)，數(shù)據(jù)讀寫操作后AC自動(dòng)加1/減1；當(dāng)S=1/0時(shí)，讀寫操作后文字移動(dòng)/不移動(dòng)；顯示開(kāi)關(guān)指令用于畫面顯示開(kāi)關(guān)設(shè)置。當(dāng)D=1/0時(shí)顯示開(kāi)/關(guān)；當(dāng)C=1/0時(shí)光標(biāo)顯示/不顯示；當(dāng)B=1/0時(shí)光標(biāo)閃爍/不閃爍；光標(biāo)畫面移動(dòng)指令用于畫面和光標(biāo)平移方式設(shè)置，當(dāng)S/C=1/0時(shí)畫面/光標(biāo)平移一個(gè)字符位；當(dāng)R/L=1/0時(shí)畫面或光標(biāo)右移/左移。DATE:2024/3/12PAGE:30

三、LCD液晶接口技術(shù)例7-4要將1602型液晶顯示模式設(shè)置為16×2顯示，5×10點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口，且要求液晶開(kāi)顯示、光標(biāo)不閃爍，請(qǐng)給出應(yīng)寫入的控制指令。

解：完成題意要求需要設(shè)置顯示設(shè)置指令和顯示開(kāi)關(guān)指令。根據(jù)表7-4，可知需要設(shè)定N=1、F=1、DL=1，因此顯示設(shè)置指令應(yīng)為：00111100B即3CH；需要設(shè)定D=1,C=1和B=0，因此顯示開(kāi)關(guān)指令應(yīng)為00001110B,即0EH。DATE:2024/3/12PAGE:31

三、LCD液晶接口技術(shù)3、字符顯示編程過(guò)程實(shí)現(xiàn)字符的顯示要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)過(guò)程：1）初始化：在使用之前首先應(yīng)對(duì)顯示模式進(jìn)行初始化，即寫入顯示方式設(shè)置指令、輸入方式指令、顯示開(kāi)關(guān)指令、清屏指令等；2）進(jìn)行忙檢測(cè)，如果空閑，寫入顯示地址；3）進(jìn)行忙檢測(cè)，如果空閑，將數(shù)據(jù)寫入顯示存儲(chǔ)器，系統(tǒng)自動(dòng)將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。

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三、LCD液晶接口技術(shù)4、寫操作時(shí)序?yàn)槭箶?shù)據(jù)或指令能夠被LCD正確接收，在寫數(shù)據(jù)或指令時(shí)要遵守一定的時(shí)序要求，1602型LCD的寫操作應(yīng)按照以下幾個(gè)過(guò)程進(jìn)行：1）設(shè)置RS,當(dāng)RS=0時(shí),讀寫指令；當(dāng)RS=1時(shí)，讀寫數(shù)據(jù)；2）設(shè)置讀寫控制端RW，當(dāng)RW=0時(shí)，寫數(shù)據(jù)或指令，當(dāng)RW=1時(shí)，讀數(shù)據(jù)或指令；3）將數(shù)據(jù)或指令送至數(shù)據(jù)線；4）給使能端E正跳變，開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)或指令；5）給使能端E負(fù)跳變，開(kāi)始顯示數(shù)據(jù)或執(zhí)行指令。

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三、LCD液晶接口技術(shù)例7-5：根據(jù)圖7-11電路，編程實(shí)現(xiàn)LCD在第一行顯示“HELLOWORLD”，第二行顯示數(shù)字“123456”。

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三、LCD液晶接口技術(shù)#include<reg51.h>//包含單片機(jī)寄存器的頭文件#include<intrins.h>//包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件#defineucharunsignedcharsbitRS=P2^2;sbitRW=P2^1;sbitE=P2^0;ucharcodedis1[]={"HELLOWWORLD"};ucharcodedis2[]={"123456"};voiddelay(ucharms)//延時(shí)ms時(shí)間{uchari;while(ms--){for(i=0;i<250;i++){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//延時(shí)4個(gè)機(jī)器周期}}}DATE:2024/3/12PAGE:35

三、LCD液晶接口技術(shù)bitbusy()//檢查是否忙碌{bitresult;RS=0;RW=1;E=1; //RS=0、RW=1、E=1時(shí)，才允許讀_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//延時(shí)4個(gè)機(jī)器周期result=(bit)(P1&0x80);//檢測(cè)忙狀態(tài)E=0;returnresult;}DATE:2024/3/12PAGE:36

三、LCD液晶接口技術(shù)voidwcmd(ucharcmd)//寫命令{while(busy());//判斷LCD是否忙碌RS=0;RW=0;//RS和R/W同時(shí)為低電平時(shí)，可以寫入指令E=0;//為使E正跳變，先置低電平_nop_();_nop_();P1=cmd;//將命令送入P1口_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=1;//E置高電平，產(chǎn)生正跳變，將指令寫入液晶模塊_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=0;}DATE:2024/3/12PAGE:37

三、LCD液晶接口技術(shù)voidpos(uchary,ucharx)//設(shè)置顯示位置y行x列{y&=0x1;//最多兩行，限制y范圍0~1x&=0xF;//每行最多16