精品文档-单片机原理及应用(李建忠)-第6章

第6章 51 单片机的接口与应用
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(1) 用键盘连接的I/O线的二进制组合表示键码。例如 用4行、4列线构成的16个键的键盘，可使用一个8位I/O口
线的高、低4位口线的二进制数的组合表示16个键的编码，如
图6.4(a)所示。各键相应的键值为88H、84H、82H、81H、48H、
44H、42H、41H、28H、24H、22H、21H、18H、14H、12H、11H。
在单片机应用系统中，为了控制系统的工作状态以及向系 统输入数据，应用系统一般都设有按键或键盘。例如，复位用 的复位键，功能转换用的功能键以及数据输入用的数字键盘等。
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6.1.1 键输入过程与软件结构
单片机应用系统中，按键或键盘的每一键都被赋予特定的 功能，它们通过接口电路与单片机相连接，通过软件了解按键 的状态及键信息的输入，并转去执行该键的功能处理程序。键
别为每个按键的功能程序。设I/O为P1口。
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START：MOV A，#0FFH MOV P1，A MOV A，P1 JNB ACC.0，K0 JNB ACC.1，K1 JNB ACC.2，K2 JNB ACC.3，K3 JNB ACC.4，K4 JNB ACC.5，K5 JNB ACC.6，K6 JNB ACC.7，K7 JMP START
；DPTR 指向 8155PA 口 ；全扫描字→A ；全扫描字送往 8155PA 口 ；DPTR 指向 8155PC 口
；读入 PC 口行状态 ；变正逻辑，以高电平表示有键按下 ；屏蔽高 4 位，只保留低 4 位行线值 ；出口状态：(A) ? 0 时有键按下 ；延时 12 ms 子程序
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按键的合断都存在一个抖动的暂态过程，如图6.2所示。
这种抖动的暂态过程大约经过5～10 ms的时间，人的肉眼是
觉察不到的，但对高速的CPU是有反应的，可能产生误处理。
为了保证键动作一次，仅作一次处理，必须采取措施以消除抖 动。
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图6.2 键合断时的电压抖动
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图6.3 消除抖动电路
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2. 键编码及键值
一组按键或键盘都要通过I/O线查询按键的开关状态。根 据键盘结构不同，采用不同的编码方法。但无论有无编码，以 及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中的数值相对应
的键值，以实现按键功能程序的散转。
则所按下的键必在此列，而且是与0电平行线交点上
的那个键。
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为求取键码，在逐列扫描时，可用计数器记录下当前扫描
列的列号，然后用列线值为“0”的行首键码加列号的办法计
算。
依此原理可编写出键盘扫描子程序。键盘扫描子程序的流
程框图如图6.7所示。
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图6.7 键盘扫描子程序流程图
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键盘扫描子程序如下：
KEY1： ACALL KS1 JNZ LK1 AJMP KEY1
LK1： ACALL TM12S ACALL KS1 JNZ LK2 AJMP KEY1
LK2： MOV R2，#0FEH MOV R4，#00H
来判别的。其方法是：PA口输出00H，即所有列线置成低电平，
然后从PC口读取行线值。如果有键按下，总会有一根行线电平
被拉至低电平，从而使行输入不全为“1”。
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键盘中哪一个键按下是由列线逐列置低电平后，检查行输
入状态，称为逐列扫描。其方法是：从PA0开始，依次输出 “0”，置对应的列线为低电平，然后从PC口读入行线状态， 如果全为“1”，则所按下之键不在此列；如果不全为“1”，
这种键值编码软件较为简单直观，但离散单片机的接口与应用
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(2) 顺序排列键编码，如图6.4(b)所示。在这种方法中， 键值的形成要根据I/O线的状态作相应处理。键码可按下式形 成：
键码=行首键码+列号 3．键盘的监测方法 对于计算机应用系统，键盘扫描只是CPU工作的一部分， 键盘处理只是在有键按下时才有意义。对是否有键按下的信息 输入方式有中断方式与查询方式两种。
开关的两端。行线通过上拉电阻接 +5V电源，被箝位在高电
平状态。
键盘的工作过程可分两步：第一步是CPU首先检测键盘上
是否有键按下；第二步识别是哪一键按下。 检测键盘上有无键按下，可采用查询工作方式、定时扫描
工作方式和中断工作方式。
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1) 查询工作方式
键盘中有无键按下是由列线送出全扫描字，读入行线状态
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6.1 按键、键盘及其接口 6.2 LED显示器及其接口 6.3 LCD显示器及其接口 6.4 A/D转换器接口 6.5 D/A转换器接口 6.6 行程开关、晶闸管、继电器与单片机的接口
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6.1 按键、键盘及其接口
；从 8155PC 口读入行状态 ；查第 0 行无键按下，转查第 1 行 ；第 0 行有键按下，行首键码 #00H→A ；转求键码
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LONE： LTWO： LTHR： LKP：
JB ACC.1，LTWO MOV A，#08H AJMP LKP JB ACC.2，LTHR MOV A，#10H AJMP LKP JB ACC.3，NEXT MOV A，#18H ADD A，R4 PUSH ACC
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6.1.4 行列式键盘 1．行列式键盘的接口 行列式键盘的接口方法有许多。例如：直接接口于单片机
的I/O口上；利用扩展的并行I/O接口；用串行口扩展并行I/O 口接口；利用一种可编程的键盘、显示接口芯片8279进行接 口等。其中，利用扩展的并行I/O接口方法方便灵活，在单片 机应用系统中比较常用。本节针对这种方法介绍行列式键盘的 接口原理。
上的按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。独立
式按键电路如图6.5所示。
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图6.5 独立式按键的接口示意图 (a) 中断方式；(b) 查询方式
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独立式按键接口电路配置灵活，软件结构简单，但每个按
键必须占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口线浪费 较大。故在按键数量不多时，常采用这种按键结构。
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消除抖动的措施有两种：硬件消抖和软件消抖。 硬件消除抖动可用简单的R-S触发器或单稳电路构成，如 图6.3所示。 从图可知，当键闭合时，R-S触发器输出为“0”，将与 非门1封锁，即使键抖动，不会把抖动状态反应到输出上。 软件消除抖动是用延时来躲过暂态抖动过程，执行一段大 于10 ms的延时程序后，再读取稳定的键状态。
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调用键盘扫描子程序时，应在调用程序中对8155进行初 始化设置，使PA口为基本输出口，PC口为基本输入口。子程 序的出口状态：(A)=键码。
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图6.4 行列式键盘的编码与键值 (a) 二进制组合编码；(b) 顺序排列编码
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6.1.3 独立式按键
1．独立式按键接口结构 独立式按键是指直接用一根I/O口线构成的单个按键接口 方式。每个独立式按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线
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KS1：
TM12ms： TM： TM6：
MOV DPTR，#7F01H MOV A，#00H MOVX @DPTR，A INC DPTR INC DPTR MOVX A，@DPTR CPL A ANL A，#0FH RET MOV R7，#18H MOV R6，#0FFH DJNZ R6，TM6 DJNZ R7，TM RET
图6.5(a)为中断方式的独立式按键接口电路，图6.5(b)
为查询方式接口电路。通常按键输入都采用低电平有效。上拉
电阻保证了按键断开时，I/O口线上有确定的高电平。
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2．独立式按键的软件结构
下面是查询方式的键盘程序。K0～K7为功能程序入口地
址标号，其地址间隔应能容纳JMP指令字节，PROM0～PROM7分
；调用判断有无键按下子程序 ；有键按下时，(A) ? 0 转消抖延时 ；无键按下返回 ；调 12 ms 延时子程序 ；查有无键按下，若有则真有键按下 ；键(A) ? 0 逐列扫描 ；不是真有键按下返回 ；初始列扫描字(0 列)送入 R2 ；初始列(0 列)号送入 R4
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LK4：
MOV DPTR，#7F01H MOV A，R2 MOVX @DPTR，A INC DPTR INC DPTR MOVX A，@DPTR JB ACC.0，LONE MOV A，#00H AJMP LKP
；DPTR 指向 8155PA 口 ；列扫描字送至 8155PA 口
；DPTR 指向 8155PC 口
将该键号送入累加器A，然后通过散转指令转入执行该键的功
能程序，最后返回到原始状态。JMP @A+DPTR可以看成是键信
息输入的软件接口。
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图6.1 51单片机键输入过程
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6.1.2 键盘接口和键输入软件中应解决的几个问题 1. 消除键抖动
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K0： AJIMP PROM0 K1： AJIMP PROM1
K7： AJIMP PROM7 PROM0：…
…
JMP START PROM1：…
…
JMP START
PROM7：… …
JMP START
；入口地址表
；0 号键功能程序 ；0 号键功能程序执行完返回 ；1 号键功能程序 ；1 号键功能程序执行完返回 ；7 号键功能程序 ；7 号键功能程序执行完返回
；查第 1 行无键按下，转查第 2 行 ；第 1 行有键按下，行首键码 #08H→A ；转求键码 ；查第 2 行无键按下，转查第 3 行 ；第 2 行有键按下，行首键码 #10H→A ；转求键码 ；查第 3 行无键按下，转查下一列 ；第 3 行有键按下，行首键码 #18H→A ；求键码，键码 = 行首键码 + 列号 ；键码进栈保护
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LK3： NEXT： KEND：
ACALL KS1 JNZ LK3 POP ACC RET INC R4 MOV A，R2 JNB ACC.7，KEND RL A MOV R2，A AJMP LK4 AJMP KEY1
；等待键释放 ；键未释放，等待 ；键释放，键码→A ；键扫描结束，出口状态(A) = 键码 ；准备扫描下一列，列号加 1 ；取列扫描字送累加器 A ；判断 8 列扫描否？扫描完返回 ；扫描字左移一位，变为下一列扫描字 ；扫描字送入 R2 ；转下一列扫描
；置 P1 口为输入状态 ；键状态输入 ；检测 0 号键是否按下，按下转 ；检测 1 号键是否按下，按下转 ；检测 2 号键是否按下，按下转 ；检测 3 号键是否按下，按下转 ；检测 4 号键是否按下，按下转 ；检测 5 号键是否按下，按下转 ；检测 6 号键是否按下，按下转 ；检测 7 号键是否按下，按下转 ；无键按下返回，再顺次检测
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图6.6是在扩展的8155的PA口和PC口上组成4×8键盘的示 例。PA口作为列线，PC0～PC3作为行线。
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图6.6 8155扩展I/O口组成的行列式键盘
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2. 键盘工作原理 按键设置在行、列线的交点上，行和列线分别连接到按键
盘的接口方法有多种，但键输入过程与软件结构基本是一样的。
所以，在具体介绍键盘接口之前，先介绍键输入过程与软件结
构，这样能更好地理解键盘的接口方法。
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图6.1是51单片机应用系统的键输入软件框图。对一组键
或键盘上的每一个键都有一个编号(称为键号)，CPU可以采用
中断方式或查询方式了解有无键输入，并检查是哪一个键按下，