单片机第10章 外部设备扩展
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2、当P1.0处按钮被按下后， 对应位变成0，P1=0xFE。 3、如果有多个按钮被同时 按下，对应位变成0， P1=0xF6。
1 0 1 1 1 0 1 1 1 1
（2）矩阵式键盘 矩阵式（也称行列式）键盘 用于按键数目较多的场合， 由行线和列线组成，按键位 于行、列的交叉点上。如图 10-9所示，一个4x4的行、 列结构可以构成一个16个 按键键盘。在按键数目较多 的场合，要节省较多的I/O 口线。
图10-9 矩阵式键盘接口
矩阵键盘的读取有两种常见的方法：扫描法和线反转法。两 者的硬件电路有微小差别，请注意区别。
① 扫描法读取步骤，以图10-9为 例。
第1步，识别键盘有无键按下。先 把所有列线均置为0，然后检查各 行线电平是否都为高，如果不全 为高，说明有键按下，否则无键 被按下。 第2步，识别出哪个按键被按下。 采用逐列扫描法，在某一时刻只 让1条列线处于低电平，其余所有 列线处于高电平。
在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有显示位 的段码线的相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，而 各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各 位的分时选通。
虽然这些字符是在不同时刻出现，而在同一时刻，只有一 位显示，其他各位熄灭，由于余辉和人眼的“视觉暂留” 作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成“多位同时 亮”的假象，达到同时显点亮对应的字段，就能显示出相应 的数字。这种表格也叫做七段数码管的“字码表”。
除“8”字型的LED数码管外，市面上还有“±1”型、 “米”字型和“点阵”型LED显示器。
LED数码显示器件有两种常用的驱动方法：静态显示方式和 动态显示方式。 1．LED静态显示方式 无论多少位LED数码管，同时处于显示状态。
工作过程分析：当没 按键按下时，读取P1 口，返回的都是0xFF， 当有一个，或者多个 按钮按下后，P1口对 应的位将变为低电平。 优点：电路简单，各 条检测线独立，识别 按下按键的软件编写 简单。
图10-8 独立式键盘接口电路
【读取过程演示】
1、在没有按钮按下时，由 于上拉电阻的作用， P1=0xFF。
【读取过程演示】
第一步，设置 按下按钮 第二步，设置 由于按钮 综合判断是按钮 6一直被按着 后， P1=0x0F P1=0xF0 P1 6 变成0x0D 说明第 所以 P13 变成 列有按键按下 0xD0 说明第2行有按键被按下
1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1
10.2.3 键盘的工作方式 单片机在忙于其他各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入， 这取决于键盘的工作方式。工作方式选取原则是，既要保证 及时响应按键操作，又不过多占用单片机工作时间。键盘工 作方式有3种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。
按键抖动
按键在松开时一瞬间的波形，由低电平跳变至高电平
将上升沿放大后发现“毛刺”信号 容易导致误触发和错误计数
去抖动算法
If（KEY==0）//检测到有按钮被按下 { delay(10);//延时一段时间 if（KEY==0）//按钮是不是依然被按着 {…用户代码…;} }
键盘可分为两类：非编码键盘和编码键盘。
LED（Light Emitting Diode）发光二极管缩写。LED数码管是 由发光二极管构成的。常见的LED数码管为“8”字型的，共计 8段。每一段对应一个发光二极管。有共阳极和共阴极两种。
为了使数码管显示不同的符号或数字，要把某些段发光二极管 点亮，就要为LED数码管提供段码（字型码）。 LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a”段对 应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表10-1所 示。
没有按键按下 第 3列的按钮被按下
② 线反转法读取步骤，以图10-10为例
第 一 步 ， P1.0 ～ P1.3 输 出全 为 “ 0 ”，然后，读入 P1.4 ～ P1.7 线 的 状 态 ， 结 果 P1.4=0 ， 而 P1.5 ～ P1.7 均为 1 ，因此，第 1 行出现电平的变化，说明第 1 行 有键按下； 第二步，让P1.4～P1.7输出全为 “ 0 ”，然后，读入 P1.0 ～ P1.3 位 ， 结 果 P1.0=0 ， 而 P1.1 ～ P1.3 均为 1 ，因此第 4 列出现电 平的变化，说明第4 列有键按下。 图10-10 采用线反转法的矩阵式键盘
10.2.1 键盘输入应解决的问题 3．按键的识别
有系统有不止一个按键时，如何判断哪个按键被按下了， 以及用户是否放开了按键（只按了一下按键，还是按着不 放手）。
4．如何消除按键的抖动 按键去抖动的方法有两种：
软件延时法。 采用专用的键盘/显示器接口芯片，这类芯片中都有自动 去抖动的硬件电路。
【程序举例与演示】
#include <reg51.h> unsigned char DisTable[16]= {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x 86,0x8e}; void main (void) { unsigned char temp=0; while(1) { P0=DisTable[temp]; temp++; if(temp==15) temp=0; } }
静态显示方式接口编程容易，但是占用口线较多。若用 I/O口线接口，要占用4个8位I/O口。因此在显示位数较多 的情况下，所需的电流比较大，对电源的要求也就随之增
高，这时一般都采用动态显示方式。
2．LED动态显示方式 无论在任何时刻只有一个LED数码管处于显示状态，即单片 机采用“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。
图10-9 矩阵式键盘接口
【读取过程演示】
读 比如按下 第一步：设置 第三步：设置 第四步：设置 第二步：设置 P1口，判断低四位的状态 6号按钮 P1为0x3F 0xEF 0xBF 0xDF P1.0P1.1 此时 ，P1.1 为0 ， ，判断为第 P1.2，P1.3 2均为 行 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0
在键盘控制方面，该芯片内有64键键盘控制器，可实现8×8矩阵 编码键盘的扫描，并内置自动去抖动电路，可提供按键中断与按 键释放标志位等功能。与单片机的接口，可选用1线串行接口或高 速4线串行接口，片内有上电复位电路，同时可提供高电平有效复 位和低电平有效复位两种输出，同时片内提供看门狗WatchDog。
sbit A1=P2^0; sbit A2=P2^1; unsigned char DisTable[16]= {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x8 2,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0 xa1,0x86,0x8e};
void main (void) { unsigned char temp=0; A1=0; A2=0;
早期的较为流行的键盘/显示器芯片8279，目前流行的键盘/显示 器接口芯片均采用串行通信方式，占用口线少。常见的芯片有： 周立功公司的ZLG7289A、ZLG7290B、MAX7219、南京沁恒公 司的CH451、HD7279和BC7281等。
专用接口芯片CH451实现的键盘/显示器控制 1. 基本功能与引脚介绍 内部集成数码管显示驱动和键盘扫描控制的专用键盘/显示器接口 芯片。内置RC振荡电路，可以直接动态驱动8位LED数码管(或者 64只LED)，可实现显示数字左移、右移、左循环、右循环、各位 显示数字独立闪烁等功能。内置大电流驱动级，段电流不小于 30mA，字电流不小于160mA，并有16级亮度控制功能；
【程序举例与演示】
#include <reg51.h> while(1) { P0=DisTable[temp]; A1=1;//数码管1点亮 temp++; A1=0;//数码管1熄灭 P0=DisTable[temp]; A2=1;//数码管2点亮 temp++; A2=0;//数码管2熄灭 if(temp==2) temp=0; } }
动态显示的优点是硬件电路简单，显示器越多，优势越明 显。缺点是显示亮度不如静态显示的亮度高。如果“扫描” 速率较低，会出现闪烁现象。
10.2.1 键盘输入应解决的问题 1．键盘的任务 (1) 判别是否有键按下？若有，进入下一步工作。 (2)识别哪一个键被按下，并求出相应的键值。 (3)根据键值，找到相应键值的处理程序入口。 2．键盘输入的特点 常见键盘：触摸式键盘、薄膜键盘和按键式键盘，最常用 的是按键式键盘。
我们常用的直接把按钮和单片机I/O连接在一起的键盘属 于非编码键盘，利用专用控制芯片（后面要介绍到的 CH514）的键盘属于编码键盘。 特点是：一键一线，各键相互独立，每个键各接一条I/O 口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可容易地判断哪 个按键被按下，如图10-8所示。
（1）独立式键盘
直插封装的 CH451
贴片封装的 CH451
教材P236： 习题10.2，习题10.3，习题10.4，习题10.6
非编码矩阵式键盘所完成的工作分为3个层次。 （1）单片机如何来监视键盘的输入 体现在键盘的工作方式上就是：①编程扫描；②定时扫描； ③中断扫描。 （2）确定按下键的键号 体现在按键的识别方法上就是：①扫描法；②线反转法。
（3）根据按下键的键号，实现按键的功能，即跳向对应的 键处理程序。
常见的键盘显示实现方式： 1. 利用AT89S51串行口实现的键盘/显示器接口 2. 各种专用的键盘/显示器接口芯片 用专用芯片，可省去编写键盘/显示器动态扫描程序以及键盘去抖 动程序编写的繁琐工作。目前各种专用接口芯片种类繁多，各有 特点，总体趋势是并行接口芯片逐渐退出，串行接口芯片越来越 多的得到应用。
1．编程扫描方式 while(1) { KeyNumber=ReadKey();//在while循环中不停读取按键状态 } 2．定时扫描方式 void timer0_int() interrupt 1 { KeyNumber=ReadKey();//在定时器中断函数中读取按键状态 } 3．中断扫描方式 void EXT0_int() interrupt 0 { KeyNumber=ReadKey();//在外中断函数中读取按键状态 }
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（2）矩阵式键盘 矩阵式（也称行列式）键盘 用于按键数目较多的场合， 由行线和列线组成，按键位 于行、列的交叉点上。如图 10-9所示，一个4x4的行、 列结构可以构成一个16个 按键键盘。在按键数目较多 的场合，要节省较多的I/O 口线。
图10-9 矩阵式键盘接口
矩阵键盘的读取有两种常见的方法：扫描法和线反转法。两 者的硬件电路有微小差别，请注意区别。
① 扫描法读取步骤，以图10-9为 例。
第1步，识别键盘有无键按下。先 把所有列线均置为0，然后检查各 行线电平是否都为高，如果不全 为高，说明有键按下，否则无键 被按下。 第2步，识别出哪个按键被按下。 采用逐列扫描法，在某一时刻只 让1条列线处于低电平，其余所有 列线处于高电平。
在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有显示位 的段码线的相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，而 各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各 位的分时选通。
虽然这些字符是在不同时刻出现，而在同一时刻，只有一 位显示，其他各位熄灭，由于余辉和人眼的“视觉暂留” 作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成“多位同时 亮”的假象，达到同时显点亮对应的字段，就能显示出相应 的数字。这种表格也叫做七段数码管的“字码表”。
除“8”字型的LED数码管外，市面上还有“±1”型、 “米”字型和“点阵”型LED显示器。
LED数码显示器件有两种常用的驱动方法：静态显示方式和 动态显示方式。 1．LED静态显示方式 无论多少位LED数码管，同时处于显示状态。
工作过程分析：当没 按键按下时，读取P1 口，返回的都是0xFF， 当有一个，或者多个 按钮按下后，P1口对 应的位将变为低电平。 优点：电路简单，各 条检测线独立，识别 按下按键的软件编写 简单。
图10-8 独立式键盘接口电路
【读取过程演示】
1、在没有按钮按下时，由 于上拉电阻的作用， P1=0xFF。
【读取过程演示】
第一步，设置 按下按钮 第二步，设置 由于按钮 综合判断是按钮 6一直被按着 后， P1=0x0F P1=0xF0 P1 6 变成0x0D 说明第 所以 P13 变成 列有按键按下 0xD0 说明第2行有按键被按下
1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1
10.2.3 键盘的工作方式 单片机在忙于其他各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入， 这取决于键盘的工作方式。工作方式选取原则是，既要保证 及时响应按键操作，又不过多占用单片机工作时间。键盘工 作方式有3种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。
按键抖动
按键在松开时一瞬间的波形，由低电平跳变至高电平
将上升沿放大后发现“毛刺”信号 容易导致误触发和错误计数
去抖动算法
If（KEY==0）//检测到有按钮被按下 { delay(10);//延时一段时间 if（KEY==0）//按钮是不是依然被按着 {…用户代码…;} }
键盘可分为两类：非编码键盘和编码键盘。
LED（Light Emitting Diode）发光二极管缩写。LED数码管是 由发光二极管构成的。常见的LED数码管为“8”字型的，共计 8段。每一段对应一个发光二极管。有共阳极和共阴极两种。
为了使数码管显示不同的符号或数字，要把某些段发光二极管 点亮，就要为LED数码管提供段码（字型码）。 LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a”段对 应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表10-1所 示。
没有按键按下 第 3列的按钮被按下
② 线反转法读取步骤，以图10-10为例
第 一 步 ， P1.0 ～ P1.3 输 出全 为 “ 0 ”，然后，读入 P1.4 ～ P1.7 线 的 状 态 ， 结 果 P1.4=0 ， 而 P1.5 ～ P1.7 均为 1 ，因此，第 1 行出现电平的变化，说明第 1 行 有键按下； 第二步，让P1.4～P1.7输出全为 “ 0 ”，然后，读入 P1.0 ～ P1.3 位 ， 结 果 P1.0=0 ， 而 P1.1 ～ P1.3 均为 1 ，因此第 4 列出现电 平的变化，说明第4 列有键按下。 图10-10 采用线反转法的矩阵式键盘
10.2.1 键盘输入应解决的问题 3．按键的识别
有系统有不止一个按键时，如何判断哪个按键被按下了， 以及用户是否放开了按键（只按了一下按键，还是按着不 放手）。
4．如何消除按键的抖动 按键去抖动的方法有两种：
软件延时法。 采用专用的键盘/显示器接口芯片，这类芯片中都有自动 去抖动的硬件电路。
【程序举例与演示】
#include <reg51.h> unsigned char DisTable[16]= {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x 86,0x8e}; void main (void) { unsigned char temp=0; while(1) { P0=DisTable[temp]; temp++; if(temp==15) temp=0; } }
静态显示方式接口编程容易，但是占用口线较多。若用 I/O口线接口，要占用4个8位I/O口。因此在显示位数较多 的情况下，所需的电流比较大，对电源的要求也就随之增
高，这时一般都采用动态显示方式。
2．LED动态显示方式 无论在任何时刻只有一个LED数码管处于显示状态，即单片 机采用“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。
图10-9 矩阵式键盘接口
【读取过程演示】
读 比如按下 第一步：设置 第三步：设置 第四步：设置 第二步：设置 P1口，判断低四位的状态 6号按钮 P1为0x3F 0xEF 0xBF 0xDF P1.0P1.1 此时 ，P1.1 为0 ， ，判断为第 P1.2，P1.3 2均为 行 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0
在键盘控制方面，该芯片内有64键键盘控制器，可实现8×8矩阵 编码键盘的扫描，并内置自动去抖动电路，可提供按键中断与按 键释放标志位等功能。与单片机的接口，可选用1线串行接口或高 速4线串行接口，片内有上电复位电路，同时可提供高电平有效复 位和低电平有效复位两种输出，同时片内提供看门狗WatchDog。
sbit A1=P2^0; sbit A2=P2^1; unsigned char DisTable[16]= {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x8 2,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0 xa1,0x86,0x8e};
void main (void) { unsigned char temp=0; A1=0; A2=0;
早期的较为流行的键盘/显示器芯片8279，目前流行的键盘/显示 器接口芯片均采用串行通信方式，占用口线少。常见的芯片有： 周立功公司的ZLG7289A、ZLG7290B、MAX7219、南京沁恒公 司的CH451、HD7279和BC7281等。
专用接口芯片CH451实现的键盘/显示器控制 1. 基本功能与引脚介绍 内部集成数码管显示驱动和键盘扫描控制的专用键盘/显示器接口 芯片。内置RC振荡电路，可以直接动态驱动8位LED数码管(或者 64只LED)，可实现显示数字左移、右移、左循环、右循环、各位 显示数字独立闪烁等功能。内置大电流驱动级，段电流不小于 30mA，字电流不小于160mA，并有16级亮度控制功能；
【程序举例与演示】
#include <reg51.h> while(1) { P0=DisTable[temp]; A1=1;//数码管1点亮 temp++; A1=0;//数码管1熄灭 P0=DisTable[temp]; A2=1;//数码管2点亮 temp++; A2=0;//数码管2熄灭 if(temp==2) temp=0; } }
动态显示的优点是硬件电路简单，显示器越多，优势越明 显。缺点是显示亮度不如静态显示的亮度高。如果“扫描” 速率较低，会出现闪烁现象。
10.2.1 键盘输入应解决的问题 1．键盘的任务 (1) 判别是否有键按下？若有，进入下一步工作。 (2)识别哪一个键被按下，并求出相应的键值。 (3)根据键值，找到相应键值的处理程序入口。 2．键盘输入的特点 常见键盘：触摸式键盘、薄膜键盘和按键式键盘，最常用 的是按键式键盘。
我们常用的直接把按钮和单片机I/O连接在一起的键盘属 于非编码键盘，利用专用控制芯片（后面要介绍到的 CH514）的键盘属于编码键盘。 特点是：一键一线，各键相互独立，每个键各接一条I/O 口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可容易地判断哪 个按键被按下，如图10-8所示。
（1）独立式键盘
直插封装的 CH451
贴片封装的 CH451
教材P236： 习题10.2，习题10.3，习题10.4，习题10.6
非编码矩阵式键盘所完成的工作分为3个层次。 （1）单片机如何来监视键盘的输入 体现在键盘的工作方式上就是：①编程扫描；②定时扫描； ③中断扫描。 （2）确定按下键的键号 体现在按键的识别方法上就是：①扫描法；②线反转法。
（3）根据按下键的键号，实现按键的功能，即跳向对应的 键处理程序。
常见的键盘显示实现方式： 1. 利用AT89S51串行口实现的键盘/显示器接口 2. 各种专用的键盘/显示器接口芯片 用专用芯片，可省去编写键盘/显示器动态扫描程序以及键盘去抖 动程序编写的繁琐工作。目前各种专用接口芯片种类繁多，各有 特点，总体趋势是并行接口芯片逐渐退出，串行接口芯片越来越 多的得到应用。
1．编程扫描方式 while(1) { KeyNumber=ReadKey();//在while循环中不停读取按键状态 } 2．定时扫描方式 void timer0_int() interrupt 1 { KeyNumber=ReadKey();//在定时器中断函数中读取按键状态 } 3．中断扫描方式 void EXT0_int() interrupt 0 { KeyNumber=ReadKey();//在外中断函数中读取按键状态 }