C51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计
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单片机原理与应用及C51程序设计MCS51与键盘显示器的接口
第七章 MCS-51与键盘、显示器的接口
3．键位的编码
通常有两种方法编码。 （1）用连接键盘的I/O线的二进制组合进行编码。如（a）图 （2）顺序排列编码。如（b）图，处理方法如下：编码值=行首编 码值X+列号Y。
P1.0
88 84 82 81
P1.1
48 44 42 41
P1.2
28 24 22 21
第七章 MCS-51与键盘、显示器的接口
第七章 MCS-51与键盘、显示器的接口
7.1 MCS-51单片机1与键盘接口
7.1.1 键盘的工作原理 键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态， 当按下键时它才闭合。它的结构和产生的波形如图所示。
VCC
P1.1 (a)
断开 P1.1 GND
第七章 MCS-51与键盘、显示器的接口
K0：AJMP KEY0 K1：AJMP KEY1 …… K7：AJIMP KEY7 KEY0：…… ；0号键功能程序 JMP START ；0号键功能程序执行完返回 KEY1：…… ；0号键功能程序 JMP START ；1号键功能程序执行完返回 …… KEY7：…… ；7号键功能程序 JMP START ；7号键功能程序执行完返回
闭合 (b)
断开
第七章 MCS-51与键盘、显示器的接口
键盘的处理主要涉及三个方面：
1．按键的识别
2．抖动的消除 消除按键盘抖动通常有两种方法：硬件消抖和软件消抖。 硬件消抖是通过在按键输出电路上加一定的硬件线路来消除抖动，
一般采用R—S触发器或单稳态电路。如图。
+5V
闭合 断开 +5V
输出
软件消抖是利用延时来跳过抖动过程
第10章 MCS-51与键盘、显示器的接口设计
扩展键盘接口
二. 键盘接口原理
1.键盘 原理
P.230
单片机系统中完成控制参数输入及修改的基本输 入设备，是人工干预系统的重要手段。 单片机与计算机在键盘规模/键符设置等方面差别 很大。
列 线
列线的电平决 定行线电平,
行线 输出
＋5V
即 行线电平 为按键闭合的 判断依据
二. 键盘接口原理
入 口
接高电平
公共阳极
P.226
＠ 单片机系统扩展LED数码管
时多用共阳LED:
b c h
h g f …… a
f e
a g d
共阳数码管每个段笔画是 用低电平(“0”)点亮的,要求驱
动功率很小；
而共阴数码管段笔画是用 高电平(“0”)点亮的，要求驱
低电平点亮
h g f e d c b a
D7 D6
D5 D4 D3 D2 D1 D0
第10章
MCS-51的键盘、显示器、拨盘
打印机的接口设计
学习内容： 数码管显示方法(动态/静态) 键盘的设计与控制 键盘扫描法和线反转法
学习目的： 掌握数码管显示方法(重点) 掌握独立按键的判别方法(重点) 了解键盘扫描和线反转法的基本实现方法
学习难点： 数码管动态显示方法 键盘的行扫描法和线反转法的编程实现
显示器显示状态(微观) 0 1
以8位LED 动态显示
2003.10.10 0
1
3FH
06H
为例
0
1
BFH
06H
3.
0
CFH
3FH
人 2 0 0 3. 1 0. 1 0 眼 0 看 1 到 的 3. 结 果
单片机原理及接口技术(C51编程)第5章 与显示器、开关、键盘接口设计
7
图5-2 单片机控制的流水灯
8
{
for(t=0;t<120;t++);
}
}
void main( )
//主程序
{
P1=0xfe;
//向P1口送出点亮数据
while (1)
{
delay( 500 );
//500为延时参数，可根据实际需要调整
P1=_crol_(P1,1) ; // 函数_crol_(P1,1)把P1中的数据循环左移1位
} }
//左移初值赋给temp
// temp中的数据取反后送P1口 // 延时 // temp 中数据左移一位 // 赋右移初值给temp
// temp中的数据取反后送P1口 // 延时 // temp 中数据右移一位
14
程序说明： 注意使用移位运算符“>>”、“<<”与使用循环左移函数 “_crol_”和循环右移函数“_cror_” 区别。左移移位运算“<<”是将高位 丢弃，低位补0 ；右移移位运算、“>>”是将低位丢弃，高位补0。而循环 左移函数“_crol_” 是将移出的高位再补到低位，即循环移位；同理循环 右移函数“_cror_” 是将移出的低位再补到高位。
}
void main( )
//主函数
{
while (1)
{
unsigned char temp; //定义临时变量temp
P1=0xff; //P1口低4位置1，作为输入;高4位置1，发光二极管熄灭
temp=P1&0xf0;
//读P1口并屏蔽低4位，送入temp 中
temp=temp>>4;
单片机原理及接口技术(C51编程)单片机的开关检测、键盘输入 与显示的接口设计
5.2.1 开关检测案例1
图5-3 开关、LED发光二极管与P1口的连接
5.2.1 开关检测案例1
参考程序如下： #include <reg51.h> #define uchar unsigned char void delay( ) {
uchar i,j; for(i=0; i<255; i++) for(j=0; j<255; j++); }
5.1.2 I/O端口的编程举例
03 用循环左、右移位函数实现
OPTION
使用C51提供的库函数，即循环左移n位函数和循环右
移n位函数，控制发光二极管点亮。参考程序：
#include <reg51.h> #include <intrins.h> 函数的头文件 #define uchar unsigned char void delay( ) {
5.1.2 I/O端口的编程举例
#include <reg51.h> #define uchar unsigned char uchar tab[ ]={ 0xfe , 0xfd , 0xfb , 0xf7 , 0xef , 0xdf , 0xbf , 0x7f , 0x7f , 0xbf , 0xdf , 0xef , 0xf7 , 0xfb , 0xfd , 0xfe }; /*前8个数据为左移点亮 数据，后8个为右移点亮数据*/ void delay( ) {
// P1口为输入 // 读入P1口的状态，送入state // 屏蔽P1口的高6位
5.2.2 开关检测案例2
switch (state) {
// 判P1口低2位开关状态
第10章 MCS-51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计75987培训资料
；屏蔽高三位 ；保存键盘状态值 ；延时10ms去键盘抖动
MOVX A,@DPTR ；再读键盘状态
ANL A,#1FH
；屏蔽高三位
CJNE A,R3,RETURN ；两次不同，抖动引起转RETURN
CJNE A,#1EH,KEY2 ；相等，有键按下，不等转KEY2
2020/8/15
LJMP PKEY1
2020/8/15
图10-4：4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一 个8位I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。
2020/8/15
图10-5为8位LED动态显示2003.10.10的过程。 图（a)是显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通
显示，其余位则是熄灭的； 图（b)是实际显示结果，人眼看到的是8位稳定的
LJMP PKEY4
;S4按下，转PKH,PASS ;S5未按下，转RETURN
LJMP PKEY5
;S5按下，转PKEY5处理
RETURN:RET
;重键或无键按下，从子程序返回
2020/8识/15别和编程简单，用在按键数较少的场合。
2. 行列式(矩阵式)键盘接口 用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成，
段对应段码的最低位。
2020/8/15
10.1.2 LED显示器工作原理 图10-2是4位 LED显示器的结构原理图。
N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。 2020/8/15
段码线控制显示的字型，
位选线控制该显示位的亮或暗。
静态显示和动态显示两种显示方式。
1. 静态显示方式
各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。 每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器
按上述格式，8段LED的段码如表10-1所示。
第9章 AT89C51与键盘、显示器的接口设计
扫描法和线反转法
a、扫描法：2步 第1步：识别键盘有无键按下。
具体方法：把所有列线置低，检查各行线电平是否有变化，有变化， 有键按下，否则无键按下。
第2步：如有键被按下，识别出具体的按键。
具体方法：即先把某一列置低，其余列置高，检查各行线电平 如果某行线电平为低，则可确定此行此列交叉点处 的按键被按下。 扫描法的缺点：
– 扫描法，逐列置低读行线电平
• （4）等待按键释放后，再进行按键功能的处 理操作。
10.3
键盘/显示器接口设计实例（几种实用的设计方案）
10.3.1 利用并口实现键盘/显示器接口
硬件接口电路：
P1.7 . . P1.0
P2.0 P2.1 P2.2 P2.3
P0
P1控制键盘列线的扫描，同时又是6位共阴极显示器的位扫 描口。P0口作为显示器段码输出口，P2口作为键盘的行线状态 的输入口。在主程序初始化中设置。 75452：反相驱动器，7407：同相驱动器。
5．对于下图的键盘，采用线反转法原理来 编写出识别某一按键被按下并得到其键号的 程序。
表10-1
显示字符 0 共阴极 段码 3FH C0H
LED段码（8段）
共阳极 段码 显示字符 c 共阴极 段码 39H 共阳极 段码 C6H
1 2
3 4 5 6 7 8
06H 5BH
4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH
F9H A4H
B0H 99H 92H 82H F8H 80H
d E
F P U T y H
5EH 79H
71H 73H 3EH 31H 6EH 76H
A1H 86H
8EH 8CH C1H CEH 91H 89H
9
C51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计
图10-6 键盘开关及其波形
①抖动期（t1、t3）：一般为5~10ms；
②稳定的闭合期间（t2）：一般为十分之几秒到几秒；
③断开期（t0、t4）
12
2. 按键的确认
检测行线电平（图10-6）
高电平：断开； 低电平：闭合。 为了确保对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖 动期t1和t3的影响。 3.如何消除按键的抖动 常用软件来消除按键抖动。 基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时 10ms后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。 当键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为高，说 明按键已松开。 采取以上措施，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。
列为按键所在列。
P1.4~P1.7全为“0”，读P1.0~P1.3的状态，则P1.0=0，
其余为1。第4行电平有变化，说明第4列有键按下。 结合上述两步，可确定按键所在行和列。
20
图10-10 线反转法原理图
21
10.2.3 键盘的工作方式
单片机在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，取 决于键盘的工作方式。
19
b. 线反转法 只需两步便能获得此按键所在的行列值，线反转法的原理如
图10-10。假设3号键被按下。 第1步：列线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所
在行为按键所在行。
P1.0~P1.3全为“0”，读P1.4~P1.7的状态，则P1.4=0，其
余为1。第1行电平有变化，说明第1行有键按下。 第2步：行线输出为全低电平，则列线中电平由高变低所在
14
图10-7 独立式键盘接口电路
15
图10-8为82C55扩展I/O口的独立式按键接口电路。
图10-8 通过82C55扩展的独立式键盘接口
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13
10.2.2 键盘接口的工作原理 独立式按键接口和行列式键盘接口。 1.独立式键盘接口
各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线 的电平状态可很容易判断那个键被按下。
相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码 为止。
静态显示器的显示的亮度高。 图10-3: 4位静态LED显示器电路。该电路各位可独立显示， 只要在该位的段码线上保持段码电平，该位就能保持相应的显示 字符。
6
由于各位分别由一个8位的数据输出口（如82C55的PA、PB、 PC口）控制段码线，故在同一时间内，每一个显示的字符可以各 不相同。
图10-2 4位LED显示器的结构原理图 N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。 段码线控制显示字符的字型，而位选线为各个LED显示块中各 段的公共端，它控制该LED显示位的亮与暗。
5
1. LED静态显示方式 各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。 每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。 之所以称为静态显示，是因为各个LED的显示字符一经确定，
按上述格式，8段LED的段码如表10-2所示。
3
显示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b
表10-2 LED段码（8段）
共阴极段码 共阳极段码 显示字符 共阴极段码
3FH
C0H
c
39H
06H
F9H
d
5EH
5BH
A4H
E
79H
4FH
B0H
F
71H
66H
99H
P
73H
6DH
92H
U
3EH
这种显示方式编程容易，但是占用口线较多。如图10-3，若 用IO口线接口，要占用4个8位IO口，若用锁存器（如74LS373）接 口，要用4片74LS373芯片。如果显示的位数增多的话，则需要增 加锁存器。
在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。
7
2. LED动态显示方式 在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有位的段码
9
虽然这些字符是在不同的时刻出现的，而在同一时刻，只有 一位显示，其他位熄灭，但由于LED显示器的余辉和人眼的“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，达到同时显示的效果。
LED不同位显示的时间间隔应根据实际情况而定。发光二极
管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，则发光太弱，人
7DH
82H
T
31H
07H
F8H
y
6EH
7FH
80H
H
76H
6FH
90H
L
38H
77FH
88H
“灭”
00H
7CH
83H
…
…
共阳极段码 C6H A1H 86H 8EH 8CH C1H CEH 91H 89H C7H FFH …
表10-2只列出了部分段码，可根据实际情况选用，也可重新定4 义。
10.1.2 LED显示器工作原理 图10-2是4位LED显示器的结构原理图。
图10-6 键盘开关及其波形
①抖动期（t1、t3）：一般为5~10ms；
②稳定的闭合期间（t2）：一般为十分之几秒到几秒；
③断开期（t0、t4）
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2. 按键的确认
检测行线电平（图10-6）
高电平：断开； 低电平：闭合。 为了确保对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖 动期t1和t3的影响。 3.如何消除按键的抖动 常用软件来消除按键抖动。 基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时 10ms后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。 当键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为高，说 明按键已松开。 采取以上措施，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。
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若要各位都显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态 显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态， 而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上要输出相应 的字符的段码。
这样，在同一时刻，4位LED中只有选通的那一位显示出字符， 而其他三位则是熄灭的。下一时刻，只让下一位的位选线处于选 通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将 要显示的字符的段码，此时只有选通位显示出相应的字符，其他 位熄灭的。如此循环下去。。。
线相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复 用；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。
图10-4：4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一个8位 I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。
由于各位的段码线并联，8位I/O口输出端的段码对各个显示 位来说都是相同的。因此，在同一时刻，如果各位位选线都处于 选通状态，4位LED将显示相同的字符。
图（b)是实际显示结果，人眼看到的是8位稳定的同时显示的 字符。
图10-5 8位LED动态显示过程和结果
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10.2 键盘接口原理 1. 键盘输入的特点
单片机系统中键盘有两种：机械式键盘和薄膜式键盘。 键盘：一组按键开关的集合。 一个电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合，其行线 电压的输出波形如图10-6。
第10章 89C51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接 口设计
大多数应用系统，都要配置输入外设和输出外设。 输入外设：键盘、BCD码拨盘等； 输出外设：LED显示器、LCD显示器、打印机等。
10.1 LED显示器接口原理 LED(Light Emitting Diode):发光二极管的缩写。显示器
前面冠以“LED”。 10.1.1 LED显示器的结构
常用的LED显示器为8段（或7段，8段比7段多了一个小数 点“dp”段）。
有共阳极和共阴极两种。如图10-1所示。
1
图10-1 8端LED结构及外形
2
为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码（或 称字型码）。
提供给LED显示器的段码（字型码）正好是一个字节（8 段）。
各段与字节中各位对应关系如表10-1。 表10-1 段码与字节中各位对应关系
眼无法看清；但也不能太长，因为要受限于临界闪烁频率，而且 此时间越长，占用单片机时间越多。另外，显示位数增多，也将 占用大量的单片机时间，因此动态显示的实质以牺牲单片机时间 来换取I∕O端口的减少。
10
图10-5为8位LED动态显示2008.10.10的过程。
图（a)是显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通显示，其 余位则是熄灭的；
10.2.2 键盘接口的工作原理 独立式按键接口和行列式键盘接口。 1.独立式键盘接口
各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线 的电平状态可很容易判断那个键被按下。
相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码 为止。
静态显示器的显示的亮度高。 图10-3: 4位静态LED显示器电路。该电路各位可独立显示， 只要在该位的段码线上保持段码电平，该位就能保持相应的显示 字符。
6
由于各位分别由一个8位的数据输出口（如82C55的PA、PB、 PC口）控制段码线，故在同一时间内，每一个显示的字符可以各 不相同。
图10-2 4位LED显示器的结构原理图 N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。 段码线控制显示字符的字型，而位选线为各个LED显示块中各 段的公共端，它控制该LED显示位的亮与暗。
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1. LED静态显示方式 各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。 每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。 之所以称为静态显示，是因为各个LED的显示字符一经确定，
按上述格式，8段LED的段码如表10-2所示。
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显示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b
表10-2 LED段码（8段）
共阴极段码 共阳极段码 显示字符 共阴极段码
3FH
C0H
c
39H
06H
F9H
d
5EH
5BH
A4H
E
79H
4FH
B0H
F
71H
66H
99H
P
73H
6DH
92H
U
3EH
这种显示方式编程容易，但是占用口线较多。如图10-3，若 用IO口线接口，要占用4个8位IO口，若用锁存器（如74LS373）接 口，要用4片74LS373芯片。如果显示的位数增多的话，则需要增 加锁存器。
在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。
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2. LED动态显示方式 在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有位的段码
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虽然这些字符是在不同的时刻出现的，而在同一时刻，只有 一位显示，其他位熄灭，但由于LED显示器的余辉和人眼的“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，达到同时显示的效果。
LED不同位显示的时间间隔应根据实际情况而定。发光二极
管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，则发光太弱，人
7DH
82H
T
31H
07H
F8H
y
6EH
7FH
80H
H
76H
6FH
90H
L
38H
77FH
88H
“灭”
00H
7CH
83H
…
…
共阳极段码 C6H A1H 86H 8EH 8CH C1H CEH 91H 89H C7H FFH …
表10-2只列出了部分段码，可根据实际情况选用，也可重新定4 义。
10.1.2 LED显示器工作原理 图10-2是4位LED显示器的结构原理图。
图10-6 键盘开关及其波形
①抖动期（t1、t3）：一般为5~10ms；
②稳定的闭合期间（t2）：一般为十分之几秒到几秒；
③断开期（t0、t4）
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2. 按键的确认
检测行线电平（图10-6）
高电平：断开； 低电平：闭合。 为了确保对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖 动期t1和t3的影响。 3.如何消除按键的抖动 常用软件来消除按键抖动。 基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时 10ms后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。 当键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为高，说 明按键已松开。 采取以上措施，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。
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若要各位都显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态 显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态， 而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上要输出相应 的字符的段码。
这样，在同一时刻，4位LED中只有选通的那一位显示出字符， 而其他三位则是熄灭的。下一时刻，只让下一位的位选线处于选 通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将 要显示的字符的段码，此时只有选通位显示出相应的字符，其他 位熄灭的。如此循环下去。。。
线相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复 用；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。
图10-4：4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一个8位 I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。
由于各位的段码线并联，8位I/O口输出端的段码对各个显示 位来说都是相同的。因此，在同一时刻，如果各位位选线都处于 选通状态，4位LED将显示相同的字符。
图（b)是实际显示结果，人眼看到的是8位稳定的同时显示的 字符。
图10-5 8位LED动态显示过程和结果
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10.2 键盘接口原理 1. 键盘输入的特点
单片机系统中键盘有两种：机械式键盘和薄膜式键盘。 键盘：一组按键开关的集合。 一个电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合，其行线 电压的输出波形如图10-6。
第10章 89C51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接 口设计
大多数应用系统，都要配置输入外设和输出外设。 输入外设：键盘、BCD码拨盘等； 输出外设：LED显示器、LCD显示器、打印机等。
10.1 LED显示器接口原理 LED(Light Emitting Diode):发光二极管的缩写。显示器
前面冠以“LED”。 10.1.1 LED显示器的结构
常用的LED显示器为8段（或7段，8段比7段多了一个小数 点“dp”段）。
有共阳极和共阴极两种。如图10-1所示。
1
图10-1 8端LED结构及外形
2
为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码（或 称字型码）。
提供给LED显示器的段码（字型码）正好是一个字节（8 段）。
各段与字节中各位对应关系如表10-1。 表10-1 段码与字节中各位对应关系
眼无法看清；但也不能太长，因为要受限于临界闪烁频率，而且 此时间越长，占用单片机时间越多。另外，显示位数增多，也将 占用大量的单片机时间，因此动态显示的实质以牺牲单片机时间 来换取I∕O端口的减少。
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图10-5为8位LED动态显示2008.10.10的过程。
图（a)是显示过程，某一时刻，只有一位LED被选通显示，其 余位则是熄灭的；