《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》課件第5章

5.1I/O端口的輸入/輸出特性5.2I/O端口的應(yīng)用5.3LCM1602字符型液晶顯示模塊5.4雙LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示模塊的設(shè)計(jì)第5章I/O接口及簡(jiǎn)單應(yīng)用5.1.1P1口

圖5.1是P1口其中一位的結(jié)構(gòu)原理圖。P1口由8個(gè)這樣的電路組成。圖中的鎖存器起輸出鎖存作用。場(chǎng)效應(yīng)管V1與上拉電阻組成輸出驅(qū)動(dòng)器，以增大負(fù)載能力。三態(tài)門1是輸入緩沖器，三態(tài)門2在端口操作時(shí)使用。5.1I/O端口的輸入/輸出特性為了便于理解，首先介紹三態(tài)門和鎖存器的功能。

(1)三態(tài)門：有三個(gè)狀態(tài)，即高電平、低電平和高阻狀態(tài)(或稱為禁止?fàn)顟B(tài))。圖5.1中，鎖存器的上端有緩沖器2，要讀取D鎖存器輸出端Q的數(shù)據(jù)，就得使這個(gè)緩沖器的三態(tài)控制端“讀鎖存器”有效(“1”為有效，“0”為無(wú)效，下同)。鎖存器的下端有緩沖器1，要讀取P1.x引腳上的狀態(tài)，就必須使“讀引腳”的三態(tài)緩沖器的控制端有效，這樣引腳上的狀態(tài)才會(huì)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。

(2)鎖存器：由D觸發(fā)器構(gòu)成。一個(gè)D觸發(fā)器可以保存一位二進(jìn)制數(shù)(即具有保持功能)，51單片機(jī)的32根I/O口線都是用一個(gè)D觸發(fā)器來(lái)構(gòu)成鎖存器的。圖5.1中的D鎖存器，D端是數(shù)據(jù)輸入端，CP是控制端(即時(shí)序控制信號(hào)輸入端)，Q是輸出端，是反向輸出端。當(dāng)D輸入端有一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，如果控制端CP的時(shí)序脈沖沒(méi)有到來(lái)，則輸入端D的數(shù)據(jù)是無(wú)法傳輸?shù)捷敵龆薗及反向輸出端Q的。一旦控制端CP的時(shí)序脈沖到來(lái)，D端輸入的數(shù)據(jù)就會(huì)傳輸?shù)絈及Q端。此后，CP的時(shí)序脈沖將消失，但輸出端還會(huì)保持上次輸入端D的數(shù)據(jù)(即把上次的數(shù)據(jù)鎖存起來(lái)了)。當(dāng)下一個(gè)CP時(shí)序控制脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí)，D端的數(shù)據(jù)才再次傳送到Q端，改變Q端的狀態(tài)。

P1口作為通用I/O使用，具有輸出、讀引腳和讀鎖存器三種工作方式。

(1)輸出方式。單片機(jī)執(zhí)行寫P1口的指令，如“MOVP1，#data”時(shí)，P1口工作于輸出方式。此時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)部總線送入鎖存器鎖存。如果某位的數(shù)據(jù)為1，則該位鎖存器輸出端Q=1，Q=0，使V1截止，從而在引腳P1.x上出現(xiàn)高電平；反之，如果數(shù)據(jù)為0，則Q=0，Q=1，使V1導(dǎo)通，P1.x上出現(xiàn)低電平。

(2)讀引腳方式。單片機(jī)執(zhí)行讀引腳的指令一般都是以I/O端口為源操作數(shù)的指令，如“MOVA，P1”。這時(shí)“讀引腳”端有效，控制器打開(kāi)三態(tài)門1，引腳P1.x上的數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)門1進(jìn)入芯片的內(nèi)部總線，并送到累加器A。因此，讀引腳輸入時(shí)無(wú)鎖存功能。當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行讀引腳操作時(shí)，如果鎖存器原來(lái)寄存的數(shù)據(jù)Q=0，那么由于Q=?1，將使V1導(dǎo)通，引腳P1.x被始終鉗位在低電平，無(wú)法讀到引腳輸入的高電平。為此，用戶在使用讀引腳指令前，必須先用輸出指令置Q=1、Q=0，使V1截止，這時(shí)才能讀到引腳的真實(shí)狀態(tài)。這就是P1被稱為“準(zhǔn)雙向口”的含義(即輸出可直接操作，但輸入前需先置“1”再輸入)。

(3)讀鎖存器方式。MCS-51系列單片機(jī)有不少指令可以直接進(jìn)行端口操作，如ANL、ORL、XRL、JBC、CPL、INC、DEC、DJNZ、MOVPX.x，C、CLRPX.x、SETBPX.x。這些指令的執(zhí)行過(guò)程分成“讀—修改—寫”三步，即先將端口的數(shù)據(jù)讀入CPU，在ALU中進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再送回端口。執(zhí)行“讀—修改—寫”類指令時(shí)，CPU實(shí)際上是通過(guò)三態(tài)門2讀回鎖存器Q端的數(shù)據(jù)。這種讀鎖存器的方式是為了避免可能出現(xiàn)的一種錯(cuò)誤。例如，用一根口線直接去驅(qū)動(dòng)端口外的一個(gè)NPN晶體管基極，當(dāng)向口線寫“1”時(shí)，該晶體管導(dǎo)通，導(dǎo)通的三極管集極與發(fā)射極間電壓接近0V，會(huì)把端口引腳的高電平拉低，這樣直接讀引腳就會(huì)把本來(lái)的“1”誤讀為“0”。但若從鎖存器Q端讀，就能避免這樣的錯(cuò)誤，得到正確的數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，當(dāng)某位輸出為1時(shí)，若有外接器件拉低電平，就有區(qū)別了，讀鎖存器狀態(tài)是1，讀引腳狀態(tài)是0，鎖存器狀態(tài)取決于單片機(jī)試圖輸出什么電平,引腳狀態(tài)則是引腳的實(shí)際電平。因此，當(dāng)作為讀引腳方式使用時(shí)，應(yīng)先對(duì)該口寫“1”，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，再進(jìn)行讀操作，以防止場(chǎng)效應(yīng)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，使引腳為“0”，而引起誤讀。

P1口能驅(qū)動(dòng)四個(gè)LSTTL負(fù)載。P1每位口最大灌入電流為10?mA，8位總共不能超過(guò)15?mA。P1口有內(nèi)部上拉電阻，因此在輸入時(shí)，由集電極開(kāi)路或漏極開(kāi)路電路驅(qū)動(dòng)，也無(wú)需外接上拉電阻。輸出方式

單片機(jī)執(zhí)行寫P1口的指令，如MOVP1，#data時(shí)，P1口工作于輸出方式。此時(shí)數(shù)據(jù)data經(jīng)內(nèi)部總線送入鎖存器存儲(chǔ)。如果某位的數(shù)據(jù)為1，則該位鎖存器輸出端

Q=1，=0，使V1截止，從而在引腳P1.x上出現(xiàn)高電平；反之，如果數(shù)據(jù)為0，則Q=0，?=1，在P1.x上出現(xiàn)低電平。

讀引腳方式單片機(jī)有些指令用于讀引腳，它們一般都是以I/O端口為源操作數(shù)的指令，如MOVA，P1。這時(shí)控制器打開(kāi)三態(tài)門1，引腳P1.x上數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)門1進(jìn)入芯片的內(nèi)部總線，并送到累加器A。因此輸入時(shí)無(wú)鎖存功能。圖5.1P1口結(jié)構(gòu)5.1.2P3口

圖5.2是P3口其中一位的結(jié)構(gòu)原理圖。P3口為多功能口。圖5.2P3口結(jié)構(gòu)當(dāng)P3口作為第一功能即通用I/O口使用時(shí)，第二功能輸出端應(yīng)保持“1”。這時(shí)通過(guò)與非門3使得P3口的結(jié)構(gòu)完全與P1相同，而且是一個(gè)準(zhǔn)雙向I/O口，其功能與P1相同。當(dāng)P3口作為第二功能(見(jiàn)表5.1)使用時(shí)，相應(yīng)的口鎖存器Q端必須為“1”，這時(shí)與非門3的輸出狀態(tài)完全由第二功能輸出端決定，從而反映第二功能的輸出狀態(tài)。當(dāng)P3口作為第二功能輸入端使用時(shí)，相應(yīng)的口鎖存器Q端必須為“0”，從而使場(chǎng)效應(yīng)管截止，第二功能輸入取自緩沖器4得到引腳的輸入信號(hào)。表5.1P3口第二功能定義

在應(yīng)用中，P3口的各位如不設(shè)定為第二功能，則自動(dòng)處于第一功能。在更多情況下，根據(jù)需要可將幾條口線設(shè)置為第二功能，其余口線作為第一功能使用，此時(shí)宜采用位操作形式。

圖5.2下方的輸入通道中有兩個(gè)緩沖器1和4。第二功能輸入信號(hào)取自緩沖器4；而通用輸入信號(hào)取自“讀引腳”緩沖器1的輸出端。

P3口的負(fù)載能力和P1口相同，能驅(qū)動(dòng)四個(gè)LSTTL負(fù)載。每位口最大灌入電流為10mA，8位總共不能超過(guò)15mA。5.1.3P0口

圖5.3是P0口其中一位的結(jié)構(gòu)原理圖。

P0口的輸出驅(qū)動(dòng)電路由上拉場(chǎng)效應(yīng)管V2和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管V1組成，控制電路包括一個(gè)與門、一個(gè)非門和多路開(kāi)關(guān)MUX。

P0口既可以作為通用的I/O口進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入/輸出，也可以作為單片機(jī)系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用，為此在P0口的電路中有一個(gè)多路轉(zhuǎn)接電路MUX。在控制信號(hào)的作用下，多路轉(zhuǎn)接電路可以分別接通鎖存器輸出或地址/數(shù)據(jù)線輸出。圖5.3P0口結(jié)構(gòu)

P0口的輸出驅(qū)動(dòng)電路由上拉場(chǎng)效應(yīng)管V2和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管V1組成，控制電路包括一個(gè)與門、一個(gè)非門和多路控制開(kāi)關(guān)MUX。

P0口既可以作為通用I/O口進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入/輸出，也可以作為單片機(jī)系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用，為此在P0口的電路中有一個(gè)多路控制開(kāi)關(guān)MUX。在控制信號(hào)的作用下，多路控制電路可以分別接通鎖存器輸出或地址/數(shù)據(jù)線。

P0作為通用I/O口使用時(shí)，CPU內(nèi)部發(fā)出控制電平0封鎖與門，即與門的輸出為0(不會(huì)受另一條輸入端狀態(tài)的限制)，多路控制開(kāi)關(guān)與接通，上拉場(chǎng)效應(yīng)管V2處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，輸出級(jí)是漏極開(kāi)路電路，這時(shí)，P0口與P1口一樣，有三種工作方式：

(1)輸出方式。當(dāng)寫脈沖加在鎖存器時(shí)鐘端CP端上時(shí)，與內(nèi)部總線相連的D端數(shù)據(jù)取反后出現(xiàn)在Q端，又經(jīng)輸出V1反相，在P0引腳上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。當(dāng)從P0口輸入數(shù)據(jù)時(shí)，引腳信息仍經(jīng)輸入緩沖器1進(jìn)入內(nèi)部總線。在輸出數(shù)據(jù)時(shí)，由于V2截止，輸出級(jí)是漏極開(kāi)路電路，要使“1”信號(hào)能正常輸出，必須外接上拉電阻，上拉電阻的阻值一般為4.7?kΩ～10?kΩ。

(2)讀引腳方式。P0口作為通用I/O口使用時(shí)，是準(zhǔn)雙向口。其特點(diǎn)是在輸入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先把端口置1，此時(shí)鎖存器的Q端為0，使得輸出級(jí)的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管V1、V2均截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，這時(shí)才可作高阻輸入。原因是，從P0口引腳輸入數(shù)據(jù)時(shí)，V2一直處于截止?fàn)顟B(tài)，引腳上的外部信號(hào)既加在三態(tài)緩沖器1的輸入端，又加在V1的漏極。若在此前曾給鎖存器輸出過(guò)數(shù)據(jù)0，則V1是導(dǎo)通的，這樣引腳上的電位就始終被鉗位在低電平，使輸入高電平無(wú)法讀入。因此，在輸入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先向端口引腳寫“1”，使得V1、V2均截止，方可得到正確的引腳信息。

(3)讀鎖存器方式。此時(shí)V2截止，與P1口在讀鎖存器方式時(shí)“讀—修改—寫”工作過(guò)程一樣。當(dāng)P0作為地址/數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用功能連接外部存儲(chǔ)器時(shí)，由于訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器期間，CPU會(huì)自動(dòng)向P0口的鎖存器寫入FFH，對(duì)用戶而言，P0口此時(shí)才是真正的三態(tài)雙向口。當(dāng)訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器而需從P0口輸出地址或數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，控制信號(hào)應(yīng)為高電平“1”，使多路控制開(kāi)關(guān)MUX把反相器的輸出端與V2連通，為打開(kāi)與門做好準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)刂坊驍?shù)據(jù)為“1”時(shí)，經(jīng)反相器使V1截止，而經(jīng)與門又使V2導(dǎo)通，P0.x引腳上出現(xiàn)相應(yīng)的高電平“1”；當(dāng)?shù)刂坊驍?shù)據(jù)為“0”時(shí)，經(jīng)反相器使V1導(dǎo)通而V2截止，引腳上出現(xiàn)相應(yīng)的低電平“0”，將地址/數(shù)據(jù)的信號(hào)輸出。綜上所述，P0口在有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)被作為地址/數(shù)據(jù)總線口，此時(shí)是一個(gè)真正的雙向口；在沒(méi)有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可作為通用I/O接口，但必須接上拉電阻，此時(shí)是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。另外，P0口能驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL負(fù)載。P0每位口最大灌入電流為10mA，8位總共不能超過(guò)26mA。5.1.4P2口

圖5.4是P2口其中一位的結(jié)構(gòu)原理圖。P2口既可以作為通用I/O口使用也可作為地址總線使用，所以它的位結(jié)構(gòu)比P1口多了一個(gè)多路控制開(kāi)關(guān)MUX。

當(dāng)P2口作為通用I/O口使用時(shí)，多路開(kāi)關(guān)MUX倒向鎖存器的輸出端Q，構(gòu)成一個(gè)準(zhǔn)雙向口。其功能與P1口相同，有輸出、讀引腳、讀鎖存器三種工作方式。圖5.4P2口結(jié)構(gòu)

P2口的另一功能是作系統(tǒng)擴(kuò)展的地址總線口。當(dāng)單片機(jī)從片外ROM中取指令，或者執(zhí)行訪問(wèn)片外RAM、片外ROM的指令時(shí)，多路開(kāi)關(guān)MUX接通“地址”，P2口出現(xiàn)程序指針PC的高8位地址或數(shù)據(jù)指針DPTR的高8位地址。以上操作對(duì)鎖存器的內(nèi)容不受影響，所以，取指令或訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器結(jié)束后，由于多路開(kāi)關(guān)MUX又與鎖存器Q端接通，引腳上將恢復(fù)原來(lái)的數(shù)據(jù)。

P2口的負(fù)載能力和P1口相同，能驅(qū)動(dòng)四個(gè)LSTTL負(fù)載。5.2.1I/O的簡(jiǎn)單控制

下面舉兩個(gè)例子說(shuō)明I/O的簡(jiǎn)單控制。

例1：編制一個(gè)燈光循環(huán)閃爍程序。通過(guò)P3口連接八個(gè)發(fā)光二極管，其中一個(gè)發(fā)光二極管閃爍三次后，轉(zhuǎn)移到下一個(gè)發(fā)光二極管閃爍三次，如此循環(huán)不止。電路原理圖如圖5.5

所示。5.2I/O端口的應(yīng)用圖5.5燈光循環(huán)閃爍電路分析：八個(gè)發(fā)光二極管LED連接在P3口上。要讓發(fā)光二極管閃爍，只需隔一段時(shí)間，P3口輸出的高低電平轉(zhuǎn)換一次。為避免發(fā)光二極管燒壞，需加430Ω左右的限流電阻。

程序如下：此例中，用到一個(gè)430Ω左右的限流電阻R，其計(jì)算公式如下：R

=

式中：UCC為電源電壓；ULED為發(fā)光二極管壓降(取1.2～1.8V)；UDRI為驅(qū)動(dòng)器壓降(取0.3～0.5V)；ILED為發(fā)光二極管工作電流(取8～20mA)。本例中取UCC=5V，ULED=1.3V，UDRI未使用，ILED=8mA，因此≈430Ω

ILED為發(fā)光二極管工作電流，其值越大，二極管越亮。為了提高亮度，可減少限流電阻，常用限流電阻的阻值為200～500Ω。也可以選用驅(qū)動(dòng)器件以提供更大的電流，常用的驅(qū)動(dòng)器件有74LS06、74LS07、小功率三極管等。5.2.2LED數(shù)碼管顯示

1.LED顯示器及其工作原理

LED有著顯示亮度高、響應(yīng)快的特點(diǎn)。最常用的是七段LED顯示器，又稱數(shù)碼管。七段LED顯示器內(nèi)部由七個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成。這種顯示器分共陽(yáng)極和共陰極兩種：共陽(yáng)極LED顯示器的發(fā)光二極管的所有陽(yáng)極連接在一起，為公共端，如圖5.6(a)所示；共陰極LED顯示器發(fā)光二極管的所有陰極連接在一起，為公共端，如圖5.6(b)所示。單個(gè)數(shù)碼管的引腳配置如圖5.6(c)所示。其中com為公共端。圖5.6LED顯示器

(a)共陽(yáng)極；(b)共陰極；(c)數(shù)碼管引腳表5.2LED數(shù)碼管段碼表續(xù)表

2.應(yīng)用單片機(jī)I/O口的LED數(shù)碼管顯示接口及程序設(shè)計(jì)

數(shù)碼管的接口有靜態(tài)顯示接口和動(dòng)態(tài)顯示接口之分。

靜態(tài)顯示接口為固定顯示方式，無(wú)閃爍，其電路可采用一個(gè)并行口接一個(gè)數(shù)碼管。采用這種接法，n個(gè)數(shù)碼管就需要n個(gè)8位的接口，占用資源多。將MCS-51單片機(jī)的四個(gè)口全部利用也只能接四個(gè)LED數(shù)碼管。這里只舉一個(gè)用P1口和P3口顯示2位數(shù)的例子，圖5.7為電路原理圖，程序初始顯示為00，每秒鐘加1，至99，如此循環(huán)。圖5.7兩位LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示程序清單：動(dòng)態(tài)顯示采用各數(shù)碼管循環(huán)顯示的方法。當(dāng)循環(huán)顯示的時(shí)間間隔較小時(shí)(如10ms)，利用人眼的暫留特性，看不出閃爍的現(xiàn)象。這種顯示方式是將各個(gè)段碼管的各段腳分別并接在一個(gè)端口上，輸出段碼；各個(gè)數(shù)碼管的公共端分別由其它端口控制，完成數(shù)位的選擇，控制各數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮。圖5.8是2位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的簡(jiǎn)單例子。因公共端的電流較大(最大為點(diǎn)亮8個(gè)發(fā)光二極管所需要的電流)，加了一個(gè)三極管作為驅(qū)動(dòng)。因動(dòng)態(tài)顯示，限流電阻選200Ω。程序?qū)@示“86”。圖5.8兩位LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示圖5.9兩位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示程序框圖

以上程序Proteus仿真運(yùn)行結(jié)果如圖5.10所示，其中Proteus所使用的元件見(jiàn)表5.3。圖5.10兩位LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)仿真圖表5.3元件列表元件編號(hào)元件名Proteus中元件名值U151單片機(jī)AT89C51LED共陽(yáng)極兩位數(shù)碼管7SEG-MPX-CAR?×?8排阻R?×?8200ΩR1～R4電阻RES2kΩ～5kΩV1、V2小功率三極管NPN5.2.3鍵盤

鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的，它是單片機(jī)最簡(jiǎn)單的輸入設(shè)備。操作員通過(guò)鍵盤輸入數(shù)據(jù)命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。按鍵就是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合；當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。按鍵在閉合和斷開(kāi)時(shí)，會(huì)存在抖動(dòng)現(xiàn)象。按鍵的抖動(dòng)時(shí)間一般為5～10ms，抖動(dòng)可能造成一次按鍵的多次處理問(wèn)題。應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)的影響。單片機(jī)應(yīng)用常采用軟件延時(shí)10ms的辦法來(lái)消除抖動(dòng)的影響。如圖5.11所示，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，先延時(shí)10ms，然后再檢測(cè)按鍵的狀態(tài)，若仍是閉合狀態(tài)，則認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)需要檢測(cè)到按鍵釋放時(shí)，也需做同樣的處理。圖5.11按鍵抖動(dòng)的波形

1.獨(dú)立式鍵盤

獨(dú)立式鍵盤中，每個(gè)按鍵占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵電路相對(duì)獨(dú)立，如圖5.12所示，I/O口通過(guò)按鍵與地連接，鍵閉合時(shí)，I/O口與地接通。在讀取I/O口狀態(tài)時(shí)，需先向I/O口送“1”。如I/O口無(wú)內(nèi)部上拉電阻需外部加上拉電阻。

下面是一個(gè)處理圖5.12的獨(dú)立式鍵盤的程序，在檢測(cè)按鍵是否按下時(shí)，采用了軟件延時(shí)消抖的處理，但未加鍵釋放時(shí)的消抖處理。圖5.12

獨(dú)立式鍵盤電路原理圖程序如下：

2.行列式鍵盤

獨(dú)立式鍵盤只適合按鍵較少的場(chǎng)合，否則占用的端口太多。當(dāng)按鍵較多時(shí)，可采用行列式鍵盤電路。但行列式鍵盤的管理程序較復(fù)雜，需要采用鍵盤掃描技術(shù)。常用的鍵盤掃描方式有掃描法、線反轉(zhuǎn)法、狀態(tài)矩陣法等。

本節(jié)只介紹線反轉(zhuǎn)法(Line-Reverse)，圖5.13描述了其編程原理。圖5.13線反轉(zhuǎn)法接線與鍵號(hào)圖線反轉(zhuǎn)法掃描的步驟如下：

(1)從P2口的高4位輸出低電平(列)，低4位輸出高電平(行)，即MOVP2，#0FH，再?gòu)腜2口讀取鍵盤狀態(tài)。這時(shí)，如低4位中有一位出現(xiàn)“0”，說(shuō)明此行中有鍵按下。各行有鍵按下時(shí)，從P2口讀取的數(shù)值依次為0EH、0DH、0BH、07H。

(2)從P2口的低4位輸出低電平(行)，高4位輸出高電平(列)，即MOVP2，#0F0H，再?gòu)腜2口讀取鍵盤狀態(tài)。這時(shí)，如高4位中有一位出現(xiàn)“0”，說(shuō)明此列中有鍵按下。各列有鍵按下時(shí)，從P2口讀取的數(shù)值依次為E0H、D0H、B0H、70H。

(3)將兩次讀取的特征值根據(jù)圖5.13進(jìn)行組合，即采用將兩次讀取的特征值“或”的方法，獲得當(dāng)前“按鍵的特征碼”。以下是按此過(guò)程編寫的程序：

ORG0000H

MOV30H,#0FFH ；最終獲得的鍵號(hào)0～15存放在30H，如 ；(30H)=0FFH，表示無(wú)按鍵按下

MAIN：MOVP2,#0FH ；線反轉(zhuǎn)法掃描中的第(1)步

MOVA,P2

MOVP2,#0F0H ；線反轉(zhuǎn)法掃描中的第(2)步

MOVB,P2

ORLA,B ；線反轉(zhuǎn)法掃描中的第(3)步

KEY0：CJNEA,#0EEH,KEY1 ；特征碼如為“0EEH”，鍵號(hào)為0

MOV30H,#00H

KEY1：CJNEA,#0DEH,KEY2 ；特征碼如為“0DEH”，鍵號(hào)為1

MOV30H,#01H

KEY2：CJNEA,#0BEH,KEY3 ；特征碼如為“0BEH”，鍵號(hào)為2

MOV30H,#02H

KEY3：CJNEA,#7EH,KEY4 ；特征碼如為“07EH”，鍵號(hào)為3

MOV30H,#03H

KEY4：CJNEA,#0EDH,KEY5 ；特征碼如為“0EDH”，鍵號(hào)為4

MOV30H,#04H

KEY5：CJNEA,#0DDH,KEY6 ；特征碼如為“0DDH”，鍵號(hào)為5

MOV30H,#05H

KEY6：CJNEA,#0BDH,KEY7 ；特征碼如為“0BDH”，鍵號(hào)為6

MOV30H,#06H

KEY7：CJNEA,#7DH,KEY8 ；特征碼如為“07DH”，鍵號(hào)為7

MOV30H,#07H

KEY8：CJNEA,#0EBH,KEY9 ；特征碼如為“0EBH”，鍵號(hào)為8

MOV30H,#08H

KEY9：CJNEA,#0DBH,KEY10 ；特征碼如為“0DBH”，鍵號(hào)為9

MOV30H,#09H

KEY10：CJNEA,#0BBH,KEY11 ；特征碼如為“0BBH”，鍵號(hào)為0AH=10

MOV30H,#0AH

KEY11：CJNEA,#7BH,KEY12 ；特征碼如為“07BH”，鍵號(hào)為0BH=11

MOV30H,#0BH

KEY12：CJNEA,#0E7H,KEY13 ；特征碼如為“0E7H”，鍵號(hào)為0CH=12

MOV30H,#0CH

KEY13：CJNEA,#0D7H,KEY14 ；特征碼如為“0D7H”，鍵號(hào)為0DH=13

MOV30H,#0DH

KEY14：CJNEA,#0B7H,KEY15 ；特征碼如為“0B7H”，鍵號(hào)為0EH=14

MOV30H,#0EH

KEY15：CJNEA,#77H,KEYEND ；特征碼如為“077H”，鍵號(hào)為0FH=15

MOV30H,#0FH

KEYEND：MOVP3,30H；將鍵號(hào)送P2口，由BCD碼LED數(shù)碼管顯示

AJMPMAIN

END圖5.144×4鍵盤的仿真效果圖接在P3口的BCD碼LED數(shù)碼管顯示按鍵的鍵號(hào)，其中BCD碼LED數(shù)碼管(在Proteus中的元件名為7SEG-BCD)有四根數(shù)據(jù)線，對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的4位，可以不經(jīng)譯碼顯示0～F。如它的四只引腳為0111，則顯示“7”；若為1010，則顯示“A”。在Proteus中可方便地用兩個(gè)BCD數(shù)碼管顯示一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)而不需譯碼，調(diào)試程序非常方便，但在實(shí)際電路中很少使用。 5.3LCM1602字符型液晶顯示模塊

LCM是將LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶顯示器)、驅(qū)動(dòng)和控制電路組合成的模塊(LCM，LiquidCrystaldisplayMould)。LCM的種類繁多，最常用的有段式LCM、字符型LCM和點(diǎn)陣型LCM。段式LCM與LED數(shù)碼管類似，只是每一段由液晶段組成。字符型的每個(gè)字符一般由5?×?7點(diǎn)陣組成(所以又稱為“點(diǎn)陣字符型”)，可以顯示數(shù)字和英文字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等，一般自帶顯示符號(hào)庫(kù)。點(diǎn)陣型LCM全部由點(diǎn)陣的液晶組成(如64?×?64、128?×?64、256?×?128、320?×?240等)，可以顯示漢字和圖形。本節(jié)介紹最常用的字符型LCM1602模塊(有時(shí)也稱為L(zhǎng)CD1602)，如圖5.15所示，其中圖(a)為引腳圖，圖(b)為L(zhǎng)CM實(shí)物照片的正面，圖(c)為其背面。圖5.15LCM1602液晶顯示器及實(shí)物圖5.3.1字符型LCM1602介紹

1．LCM1602的內(nèi)部寄存器

LCM1602帶有以下內(nèi)部寄存器。

(1)具有字符發(fā)生器ROM(CharacterGeneratorROM，CGROM)，用來(lái)寄存固定的字符圖形，可顯示192個(gè)5?×?7點(diǎn)陣字符，如表5.4所示(絕大多數(shù)與ASCII碼相同)?？梢钥闯觯?602顯示的數(shù)字和字母的碼值，與ASCII碼表中的數(shù)字和字母的碼值相同。

(2)具有64B的自定義字符RAM(CharacterGeneratorRAM，CGRAM)，用來(lái)寄存用戶自定義的字符圖形，可自行定義8個(gè)5?×?7點(diǎn)陣字符。

(3)具有80B的數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)器RAM(DisplayDataRAM，DDRAM)，用來(lái)寄存待顯示的字符代碼。表5.4LCM1602顯示字符表2．LCM1602引腳功能LCM1602引腳功能見(jiàn)表5.5。3．LCM1602顯示器地址

LCM1602能顯示兩行，每行16個(gè)字符。需要顯示的字符需存入DDRAM，每個(gè)顯示字符與DDRAM地址的映射關(guān)系如下(用十六進(jìn)制表示)：

也就是說(shuō)，若想在LCD1602屏幕的第一行第一列顯示一個(gè)“A”字，則只需向DDRAM的80H地址寫入“A”字的代碼“01000001?=?41H”(如表5.4所示，與ASCII碼相同)即可。但寫入時(shí)要按LCD模塊的指令格式來(lái)進(jìn)行。

4．LCM1602的指令集對(duì)LCM1602的操作，就是對(duì)它內(nèi)部寄存器的操作。其寄存器的選擇控制如下：LCM1602的指令共11條。(1)清屏指令。指令字描述如下：功能：①清屏，即將DDRAM的內(nèi)容全部填入“空白”的ASCII碼20H；②光標(biāo)歸位，即將光標(biāo)撤回液晶顯示屏的左上方；③將地址計(jì)數(shù)器(AC)的值設(shè)為0。

(2)光標(biāo)歸位指令。指令字描述如下：功能：①把光標(biāo)撤回到顯示器的左上方；

?②把地址計(jì)數(shù)器(AC)的值設(shè)置為0；

?③保持DDRAM的內(nèi)容不變。

(3)模式設(shè)置指令。指令字描述如下：

功能：設(shè)定每次寫入1位數(shù)據(jù)后光標(biāo)的移位方向，并且設(shè)定每次寫入的一個(gè)字符是否移動(dòng)。參數(shù)設(shè)定的情況如下：功能：①讀取忙信號(hào)BF(BusyFlag)的內(nèi)容，BF?=?1表示液晶顯示器忙，暫時(shí)無(wú)法接收單片機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)或指令；BF=0表示液晶顯示器可以接收單片機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)或指令。②讀取地址計(jì)數(shù)器(AC)的內(nèi)容。

(10)數(shù)據(jù)寫入DDRAM或CGRAM指令。指令字描述如下：功能：①將字符碼寫入DDRAM，以使液晶顯示屏顯示相對(duì)應(yīng)的字符。

②將使用者自己設(shè)計(jì)的圖形存入CGRAM。

(11)從CGRAM或DDRAM讀出數(shù)據(jù)的指令。指令字描述如下：功能：讀取DDRAM或CGRAM中的內(nèi)容。基本操作時(shí)序如下：5．LCM1602的時(shí)序

LCM1602的時(shí)序如圖5.16、圖5.17和表5.6所示。不同廠家的LCM1602的時(shí)序可能略有差異。圖5.16LCM1602讀操作時(shí)序圖5.17LCM1602寫操作時(shí)序表5.6LCM1602時(shí)序參數(shù)5.3.2LCM1602與單片機(jī)的接口

LCM1602與51單片機(jī)的接口原理圖如圖5.18所示，其中10kΩ可調(diào)電阻的作用是調(diào)節(jié)LCD的背光亮度。P0口接了一個(gè)10kΩ的排阻，此排阻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)物照片如圖5.19所示，它是作為P0口的上拉電阻使用的。圖5.18LCM1602與51單片機(jī)的接口原理圖圖5.1910kΩ排阻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)物5.3.3LCM1602顯示模塊的應(yīng)用

1．模塊化編程模塊化編程是一種軟件設(shè)計(jì)方法。各模塊程序分別編寫、編譯和調(diào)試，最后模塊一起連接/定位，可以把一個(gè)復(fù)雜的程序分解成若干個(gè)簡(jiǎn)單的、功能單一的程序模塊，每個(gè)模塊完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體功能，如對(duì)數(shù)據(jù)的處理、鍵盤管理、顯示、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換等。模塊化編程有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)程序共享，即一個(gè)模塊中的程序可以被其他模塊引用。

(2)模塊化編程使得要解決的問(wèn)題與特定的模塊分離，很容易發(fā)現(xiàn)程序的錯(cuò)誤，大大方便了程序的調(diào)試。模塊化編程將一個(gè)大的程序按功能分割成一些小模塊。各模塊相對(duì)獨(dú)立、功能單一、結(jié)構(gòu)清晰、接口簡(jiǎn)單，大大降低了程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。模塊化編程縮短了程序開(kāi)發(fā)周期，避免了程序開(kāi)發(fā)的重復(fù)勞動(dòng)，易于維護(hù)和功能擴(kuò)充。

2．LCD1602.a51程序模塊的框架匯編語(yǔ)言的模塊化程序設(shè)計(jì)采用可重定位的匯編器(ASM51)，要牽涉到許多宏匯編的偽指令。本節(jié)只介紹能完成匯編語(yǔ)言模塊設(shè)計(jì)的基本偽指令的兩種框架模式。

1)聲明公用子程序框架下面先給出一個(gè)LCD1602.a51程序模塊的聲明公用子程序框架，并給出詳細(xì)的解釋。

1NAMELCD1602

2；LCM1602與89C51接口的定義：

3...

4PUBLICLCD_INITIAL ；聲明LCD_INITIAL為公用子程序

5?PR?LCD_INITIALSEGMENTCODE

6RSEG?PR?LCD_INITIAL

7LCD_INITIAL：

8...

9PUBLICLCD_PRINT_CHAR；聲明LCD_PRINT_CHAR為公用子程序

10?PR?LCD_PRINT_CHAR SEGMENTCODE

11RSEG?PR?LCD_PRINT_CHAR

12LCD_PRINT_CHAR：

13...

14PUBLICLCD_PRINT_S ；聲明LCD_PRINT_S為公用子程序

15?PR?LCD_PRINT_SSEGMENTCODE

16RSEG?PR?LCD_PRINT_S

17LCD_PRINT_S：

18...

19CHECK_BUSY： ；查詢忙標(biāo)志信號(hào)子程序

20...

21WRITE_COM： ；寫指令到LCM1602子程序

22...

23WRITE_DATA： ；寫數(shù)據(jù)到LCM1602子程序

24...

25LCD_CLS： ；清除顯示屏子程序

26...

27DELAY： ；延時(shí)子程序

28...

29END解釋如下：第1行：通常會(huì)把一個(gè)程序分成多個(gè)模塊，每個(gè)模塊的源代碼放在一個(gè)文件中，該文件的文件名就是模塊名。本模塊的文件名為L(zhǎng)CD1602.a51，其后綴可以是a51或asm，但為了與主程序區(qū)別常用a51，主程序的后綴用asm。NAME描述了模塊名。不過(guò)NAME不是必需的偽指令，可以省略。第2、3行，描述本模塊中LCM1602與89C51接口管腳的定義。第4行，聲明LCD_INITIAL為公用子程序。

PUBLIC偽指令說(shuō)明本模塊中的某些符號(hào)(包括子程序的名)是公共的，即這些符號(hào)可以提供給將被連接在一起的其他模塊使用。第5行，聲明LCD_INITIAL的段名。

SEGMENT

用于聲明一個(gè)段名，其前面的符號(hào)表示段名，后面的符號(hào)為段的類型，如CODE為程序代碼段，DATA代表內(nèi)部RAM段。?PR?為程序段名的前綴，后面緊跟著程序名。第6行，用RSEG說(shuō)明后面的段?PR?LCD_INITIAL是可重定位的。

RSEGxxx聲明以下的語(yǔ)句應(yīng)位于可重定位的xxx段，在編譯時(shí)不進(jìn)行定位，只有在鏈接時(shí)才確定其固定地址。如果xxx是程序名，也要用??PR??作為程序段名的前綴。第7、8行，子程序LCD_INITIAL的匯編代碼。第9～13行，關(guān)于公用子程序LCD_PRINT_CHAR的聲明和匯編代碼。第14～18行，關(guān)于公用子程序LCD_PRINT_S的聲明和匯編代碼。第19～28行，模塊中其他子程序的匯編代碼。由于沒(méi)有用PUBLIC進(jìn)行聲明，所以只能在本模塊的文件中引用，不能被其他模塊(包括主程序)引用。第29行，用END標(biāo)志一個(gè)模塊文件的結(jié)束。

2)包含模塊程序框架按4.1.1節(jié)所提供的格式編寫所需要的子程序模塊，但不要用偽指令“ORG”指定地址。然后主程序的最后用宏指令

$INCLUDE(xxxx.a51)把xxxx.a51包含進(jìn)去，就可以在主程序中引用xxxx.a51中的所有子程序。本書第12章12.2.6節(jié)就采用了這種包含模塊程序的方法，讀者可以參考。包含模塊程序的框架形式把模塊中所有的子程序都包含了，而聲明公用子程序框架僅就需要使用的子程序進(jìn)行聲明，使程序更為清晰，本書大多采用這種框架。

3．LCD1602.a51模塊程序清單

LCD1602.a51的程序清單如下，清單中對(duì)所有公用子程序都給出了詳細(xì)的注釋，包括如何使用的舉例。這是一個(gè)模塊程序的范例，希望讀者學(xué)習(xí)這種風(fēng)格。模塊中對(duì)LCM1602所進(jìn)行的指令、數(shù)據(jù)的操作，是按LCM1602的時(shí)序(見(jiàn)圖5.16、圖5.17和表5.6)完成的。

NAMELCD1602；--------------------------------------------------------------；模塊名：LCD1602.a51；功能：LCM1602的驅(qū)動(dòng)模塊；初始化LCM1602、在指定的位置顯示字符或字符串；--------------------------------------------------------------；LCM1602與89C51接口的定義：

RSEQUP2.0

R_WEQUP2.1

EEQUP2.2

DB0_DB7EQUP0；--------------------------------------------------------------；子程序名：LCD_INITIAL；功能：初始化LCM1602；--------------------------------------------------------------

PUBLICLCD_INITIAL ；聲明LCD_INITIAL為公用子程序

?PR?LCD_INITIALSEGMENTCODE；注意：LCD_INITIAL前加了一個(gè)“?PR?”

RSEG?PR?LCD_INITIAL

LCD_INITIAL：

MOVA,#38H ；顯示功能

ACALLWRITE_COM

MOVA,#0CH ；顯示開(kāi)關(guān)控制

CALLWRITE_COM

ACALLLCD_CLS ；清顯示屏

RET；--------------------------------------------------------------；子程序名：LCD_PRINT_CHAR；功能：在指定的位置顯示字符；參數(shù)：A—顯示的位置，第1行為80H～8FH，第2行為C0H～CFH；R5—顯示數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；R1—顯示數(shù)據(jù)的首地址；注意：顯示的數(shù)據(jù)必須用ASCII碼表示；占用寄存器：A、DPTR、R1、R5；Examp：在第2行第5～7列顯示“156”；MOVA,#0C5H ；在第2行第6列開(kāi)始顯示；MOVR5,#3 ；要顯示3個(gè)字符；MOVR1,#20H ；第1個(gè)字符存放的首地址為20H；MOV20H,#31H ；“1”的ASCII碼為31H；MOV21H,#35H ；“5”的ASCII碼為35H；MOV22H,#36H ；“6”的ASCII碼為36H；ACALLLCD_PRINT_CHAR ；調(diào)用顯示字符子程序；--------------------------------------------------------------

PUBLICLCD_PRINT_CHAR；聲明LCD_PRINT_CHAR為公用子程序

?PR?LCD_PRINT_CHAR SEGMENTCODE

RSEG?PR?LCD_PRINT_CHAR

LCD_PRINT_CHAR：

ACALLWRITE_COM

LOOP：MOVA,@R1

ACALLWRITE_DATA

INCR1

MOVA,R1

DJNZR5,LOOP

RET

；--------------------------------------------------------------；功能：在指定的位置顯示字符串；參數(shù)：A—顯示的位置，第1行為80H～8FH，第2行為C0H～CFH；DPTR—顯示固定字符串表格首地址；占用寄存器：A、DPTR；Examp：在第2行第0～15列顯示“WelcomeToStuelab”；MOVA,#0C0H；MOVDPTR,#TABLE；LCALLLCD_PRINT_S；TABLE：DB"WelcomeToStuelab",00H；；注意：定義的字符串后要加“00H”。；--------------------------------------------------------------

PUBLICLCD_PRINT_S ；聲明LCD_PRINT_S為公用子程序

?PR?LCD_PRINT_SSEGMENTCODE

RSEG?PR?LCD_PRINT_S

LCD_PRINT_S：

ACALLWRITE_COM

MOVR1,#00H

LOOPS： CLRA

MOVCA,@A+DPTR

ACALLWRITE_DATA

INCDPTR

CLRA

MOVCA,@A+DPTR

CJNEA,#00H,LOOPS

RET

CHECK_BUSY： ；查詢忙標(biāo)志信號(hào)子程序

PUSHACC

BUSY_LOOP：

CLRE

SETBR_W

CLRRS

SETBE

ACALLDELAY；

MOVA,DB0_DB7

CLRE

JBACC.7,BUSY_LOOP

POPACC

ACALLDELAY

RET

WRITE_COM： ；寫指令到LCM1602子程序

ACALLCHECK_BUSY

CLRE

CLRRS

CLRR_W

SETBE

ACALLDELAY

MOVDB0_DB7,A

CLRE

RET

WRITE_DATA： ；寫數(shù)據(jù)到LCM1602子程序

ACALLCHECK_BUSY

CLRE

SETBRS

CLRR_W

SETBE

ACALLDELAY

MOVDB0_DB7,A

CLRE

RET

LCD_CLS：MOVA,#01H ；清除顯示屏子程序

ACALLWRITE_COM

RET

DELAY： MOVR6,#5 ；延時(shí)子程序

DELAY1： MOVR7,#0FFH

DJNZR7,$

DJNZR6,DELAY1

RET

END

4．LCM1602驅(qū)動(dòng)程序的應(yīng)用下面是LCM1602在指定的位置顯示數(shù)據(jù)“156”的演示程序的主程序清單。程序中對(duì)所引用的公共子程序用“EXTRN”進(jìn)行了聲明。

EXTRN是宏匯編的偽指令，它說(shuō)明本程序中所用的符號(hào)(包括子程序的名)是外部的，但這些符號(hào)要在將被連接在一起的其他模塊中定義并用PUBLIC聲明過(guò)。；------------------------------------------------；文件名：LCD1602demo.asm；功能：LCM1602在指定的位置顯示數(shù)據(jù)的演示程序的主程序；------------------------------------------------

EXTRN CODE(LCD_INITIAL) ；對(duì)需調(diào)用的LCD1602模塊中公用子程序的聲明

EXTRN CODE(LCD_PRINT_S)

EXTRN CODE(LCD_PRINT_CHAR)

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0030H

MAIN： ACALLLCD_INITIAL；LCM1602初始化

MOVA,#81H ；在第1行第1列顯示字符串

MOVDPTR,#TABLE ；字符串首址放DPTR

ACALLLCD_PRINT_S；調(diào)用顯示字符串子程序

MOVA,#0C6H ；在第2行第6列顯示

MOVR5,#3 ；顯示3個(gè)字符

MOVR1,#20H ；第1個(gè)字符存放的首地址為20H

MOV20H,#31H ；顯示“1”的ASCII碼

MOV21H,#35H ；顯示“5”的ASCII碼

MOV22H,#36H ；顯示“6”的ASCII碼

ACALLLCD_PRINT_CHAR ；調(diào)用顯示字符子程序

SJMP$

TABLE： DB“THENU