第5章显示和键盘接口技术

本章内容单片机与LED数码管接口LED大屏幕显示器和接口字符LCD液晶显示和接口单片机与键盘接口第5章显示和键盘接口技术5.1单片机与LED数码管接口5.1.1LED数码管结构及原理1.LED数码管结构共阳极共阴极2.LED数码管的工作原理3.LED数码管字型编码若将数值0送至单片机的P1口，数码管上不会显示数字“0”。显然，要使数码管显示出数字或字符，直接将相应的数字或字符送至数码管的段控制端是不行的，必须使段控制端输出相应的字形编码。字形编码原理：将单片机P1口的P1.0、P1.1…P1.7八个引脚依次与数码管的a、b…f、dp八个段控制引脚相连接。如果使用的是共阳极数码管，COM端接+5V，要显示数字“0”，则数码管的a、b、c、d、e、f六个段应点亮，其它段熄灭，需向P1口传送数据11000000B（C0H），该数据就是与字符“0”相对应的共阳极字型编码。若共阴极的数码管COM端接地，要显示数字“1”，则数码管的b、c两段点亮，其他段熄灭，需向P1口传送数据00000110（06H），这就是字符“1”的共阴极字型码了。5.1.2LED静态显示静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管的公共端恒定接地（共阴极）或+5V（共阳极）。每个数码管的八个段控制引脚分别与一个八位I/O端口相连。只要I/O端口有显示字型码输出，数码管就显示给定字符，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。静态显示的特点优点：较小的电流就可获得较高的亮度，占用CPU时间少，编程简单。缺点：占用单片机端口线多，电路复杂，成本高。5.1.3LED动态显示LED动态显示的概念动态显示是一种按位轮流点亮各位数码管的显示方式，即在某一时段，只让其中一位数码管“位选端”有效，并送出相应的字型显示编码。此时，其它位的数码管因“位选端”无效而都处于熄灭状态；下一时段按顺序选通另外一位数码管，并送出相应的字型显示编码，依此规律循环下去，即可使各位数码管分别间断地显示出相应的字符。这一过程称为动态扫描显示。由于人的眼睛存在“视觉驻留效应”，必须保证每位数码管显示间断时间间隔小于眼睛的驻留时间20ms.LED动态显示的原理5.2LED大屏幕显示器和接口5.2.1LED大屏幕显示器结构及原理LED点阵显示器是把很多LED发光二极管按矩阵方式排列在一起，通过对每个LED进行发光控制，完成各种字符或图形的显示。最常见的LED点阵显示模块有5×7（5列7行），7×9（7列9行），8×8（8列8行）结构。LED点阵由一个一个的点（LED发光二极管）组成，总点数为行数与列数之积，引脚数为行数与列数之和。LED大屏幕显示器等效电路LED“大”字显示字型码显示原理显示字符“大”的过程如下：先给第一行送高电平（行高电平有效），同时给8列送11110111（列低电平有效）；然后给第二行送高电平，同时给8列送11110111，……最后给第八行送高电平，同时给8列送11111111。每行点亮延时时间为1ms，第八行结束后再从第一行开始循环显示。利用视觉驻留现象，人们看到的就是一个稳定的图形。行扫描方式行扫描方式1.每次显示一行，一行显示时间称行周期；2.扫描一次（全部行），为一帧数据，所需时间称为场周期。注：场周期应在20ms以内。LED大屏幕显示器接口LED大屏幕显示器扩展接口5.3字符LCD液晶显示和接口12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDB0DB1ADB3DB2DB5DB4DB7DB6KLCD模块Vss:+5V电源管脚(Vcc)VDD:地管脚(GND)Vo:液晶显示驱动电源(0V～5V)5.3.1LCD显示器引脚12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDB0DB1ADB3DB2DB5DB4DB7DB6KLCD模块DB0～DB7：数据线，可以用8位连接，也可以只用高4位连接，节约单片机资源，本实验中采用的是八位连接方法。12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDB0DB1ADB3DB2DB5DB4DB7DB6KLCD模块A：背光控制正电源K：背光控制地5.3.2字符型LCD液晶显示器与单片机1.连接方法：直接访问和间接访问两种。2.间接访问通过软件执行产生操作时序，从而寻LCD的控制。注：间接访问方法较为常用。5.3.3字符型LCD液晶显示器的应用12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDB0DB1ADB3DB2DB5DB4DB7DB6KLCD模块单片机与LCD模块之间有四种基本操作：写命令读状态写显示数据读显示数据1.字符型LCD162的基本操作RSR/WE操作00写命令操作（初始化、光标定位等）01读状态操作（读忙标志）10写数据操作（要显示的内容）11读数据操作（可以把显示存储区中的数据反读出来）表5.6三个控制引脚对应的基本操作RS：数据和指令选择控制端，RS=0:命令/状态；RS=1:数据R/W：读写控制线，R/W=0:写操作；R/W=1:读操作E：数据读写操作控制位，E线向LCD模块发送一个脉冲，LCD模块与单片机之间将进行一次数据交换1.读状态操作状态字的最高位的BF为忙标志位，1表示LCD正在忙，0表示不忙。通过判断最高位BF的0、1状态，就可以知道LCD当前是否处于忙状态，如果LCD一直处于忙状态，则继续查询等待，否则进行下面的操作。查询忙状态程序段如下：•do{•i=lcd_r_start();//调用读状态函数，读取LCD状态字•i&=0x80;//采用与操作屏蔽掉低7位•delay(2);//延时•}while(i!=0);//LCD忙，继续查询，否则退出循环读状态函数unsignedcharlcd_r_start(){unsignedchars;RW=1;delay1();RS=0;delay1();E=1;delay1();s=P1;delay1();E=0;delay1();RW=0;delay1();return(s);}2.写命令操作LCD上电时，都必须按照一定的时序对LCD进行初始化操作，主要任务是设置LCD的工作方式、显示状态、清屏、输入方式、光标位置等。写命令函数voidlcd_w_cmd(unsignedcharcom){unsignedchari;do{i=lcd_r_start();i=i&0x80;delay(2);}while(i!=0);{RW=0;delay1();RS=0;delay1();E=1;delay1();P1=com;delay1();E=0;delay1();RW=1;delay(255);}}写命令操作编号指令名称控制信号命令字RSR/D7D6D5D4D3D2D1D01清屏00000000012归home位000000001×3输入方式设置00000001I/DS4显示状态设置0000001DCB5光标画面滚动000001S/CR/L××6工作方式设置00001DLNF××7CGRAM地址设置0001A5A4A3A2A1A08DDRAM地址设置001A6A5A4A3A2A1A09读BF和AC01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0W初始化操作LCD初始工作方式设置显示状态设置清屏返回输入方式设置001DLNF**—设置单片机与LCD接口数据位数DL、显示行数N、字型FDL=1:8位、DL=0:4位；N=1:2行、N=0:1行F=1:5×10、F=0:5×7例：00111000B（38H）设置数据位数8位，2行显示，5×7点阵字符00001DCB—设整体显示开关D、光标开关C、光标位的字符闪耀BD=1:开显示；C=0:不显示光标；B=0:光标位字符不闪烁例：00001100B（0CH）打开LCD显示，光标不显示，光标位字符不闪烁清屏命令字01H，将光标设置为第一行第一列000001I/DS—设光标移动方向并确定整体显示是否移动I/D=1:增量方式右移、I/D=0:减量方式左移S=1:移位、S=0:不移位例：00000110B（06H）设置光标增量方式右移，显示字符不移动初始化函数voidint1(){lcd_w_cmd(0x3c);//设置工作方式lcd_w_cmd(0x0e);//设置光标lcd_w_cmd(0x01);//清屏lcd_w_cmd(0x06);//设置输入方式lcd_w_cmd(0x80);//设置初始显示位置}3.写数据操作光标位置与相应命令字列行123456789101112131415161808182838485868788898A8B8C8D8E8F2C0C1C2C3C4C5C6C7C8C9CACBCCCDCECF注：表中命令字以十六进制形式给出，该命令字就是与LCD显示位置相对应的DDRAM地址。写数据函数voidlcd_w_dat(unsignedchardat){unsignedchari;do{i=lcd_r_start();i=i&0x80;delay(2);}while(i!=0);RW=0;delay1();RS=1;delay1();E=1;delay1();P1=dat;delay1();E=0;delay1();RW=1;delay(255);}5.4单片机与键盘接口5.4.1按键简介按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类。这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对按键的识别，硬件结构复杂；非编码键盘主要是由软件来实现按键的定义与识别，硬件结构简单，软件编程量大。这里将要介绍的独立式按键和矩阵式键盘都是非编码键盘。按键的去抖机械式按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来，抖动时间一般为510ms，在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错。闭合稳定键按下前沿抖动后沿抖动按键的去抖（a）检测按键（b）释放按键按键去抖流程图5.4.2独立式按键独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。注：通常按键输入均采用低电平有效1.独立按键硬件接口2.独立按键程序设计#include”reg51.h”Voiddelay(){TH1=0xd8;TL1=0xf0;TR1=1;while(!TF1);TF1=0;}Voidmain(){unsignedchari;TMOD=0x10;//设置定时器1为工作方式1P1=0xff;//设置P1口为输入口i=0;while(1){while(i==0)//循环判断是否有键按下{i=P1;i=~i;}delay();do{i=P3;//再次读按键状态i=~i;}while(i==0);Switch(i)//根据键值调用不同的处理函数{case0x01:key1();break;case0x02:key2();break;case0x04:key3();break;case0x08:key4();break;case0x10:key5();break;case0x20:key6();break;case0x40:key7();break;case0x80:key8();break;default:break;}}}If(find==0)return-1;elsereturn(n*4+m);}5.4.3矩阵式按键注：通常，矩阵式键盘的列线由单片机输出口控制，行线连接单片机的输入口。1.矩阵键盘的结构2.矩阵键盘按键的识别（扫描法）按键的识别步骤：单片机循环输出扫描信号，每输出一次：1）判断有无键按下有键按下时，行电平不全为高。2）判断具体按键列：保存低电平列数M行：接单片机的输入