第7章 MCS-51单片机常用接口技术
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第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.2 LED显示器接口及显示方式
表7.2 段选码、位选码及显示状态表
段选码 （字型） F9H A4H B0H 99H 92H 位选码 P2.4~P2.0 11110 11101 11011 10111 01111 1 2 3 4 5 显示器显示状态
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.1 LED显示器原理
图7.6为LED显示器的内部结构及外形。
（a）共阴极 （b）共阳极 （c）LED实物 图7.6 LED显示结构及实物
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.1 LED显示器原理
7段LED显示数字0~F，符号等字型见表7.1，其中a段为最 低位，dp为最高位。
KEY_00:
JNB P1.0 KEY00 JNB P1.1 KEY01 JNB P1.2 KEY02 JNB P1.3 KEY03 JNB P1.4 KEY04 JNB P1.5 KEY05 RET
;转按键1处理程序 ;转按键2处理程序 ;转按键3处理程序 ;转按键4处理程序 ;转按键5处理程序 ;转按键6处理程序 ;无键按下，返回
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.5 常用专用键盘芯片
无论是采用CPU的I/O口扩展键盘，还是利用扩展I/O芯片 扩展键盘，由于均是用普通I/O扩展，因而要在单片机的程序 中设计专用的键盘程序，特别是矩阵键盘，其程序相对要复杂 一些。因而在较复杂一些的单片机系统中可选用专用的键盘芯 片设计键盘。现常用的键盘扩展芯片有Intel8279、CH451、 ICM7218、PCF8574等。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1 键盘接口
键盘是一组按键的组合，它是最常用的单片机输入设备， 操作人员可以通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机对话。 单片机使用的键是一种常开型的开关，平时键的两个触点处于 断开状态，按下键时它们才闭合。键盘分编码和非编码键盘， 键盘的识别可用软件识别也可用专用芯片识别。 MCS-51单片机扩展键盘接口方法有很多，从硬件结构上， 可通过单片机I/O口扩展键盘，也可通过扩展I/O口设计键盘， 有些是用专用键盘芯片。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.6 单片机对键盘的控制方式
单片机对键盘的控制有以下3种方式。 1. 程序控制扫描方式 2. 定时扫描方式 3. 中断扫描方式
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2 显示接口
单片机应用系统中使用的显示器件主要有发光 二极管数码显示器（LED）和液晶显示器（LCD）。 LED具有价格低廉，配置灵活，与单片机接口简单； LCD可进行字符或图形显示，但成本高，与单片机 接口也复杂。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.1 LED显示器原理
LED显示器一般由8个发光二极管组成，7个发光二极管 组成一个‘8’，另一个为小数点。可显示0~9及一些英文字 母或特殊字符。LED有不同的大小及颜色，有共阴极与共阳 极两种。共阳极是8个发光二极管的阳极连在一起，为一个 公共端。共阴极是8个发光二极管的阴极连在一起，为一个 公共端。 一位LED显示器由8个发光二极管组成，当某一段（笔划） 加上正向电流时，该段被点亮，没有通电流的则不亮。
图7.8是用MCS-51单片机设计的一个5位LED动态显示 电路。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.2 LED显示器接口及显示方式
图7.8 LED动态显示电路
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.2 LED显示器接口及显示方式
LED的动态显示电路由MCS-51单片机的P1口和P2口分别 驱动LED的段和位，由于每段驱动电流在10mA左右，P1口完 全可胜任，而位驱动最大电流在80mA左右，单片机的I/O口 无法胜任，故P2.0~P2.4经一反相驱动器驱动位。LED采用共 阳极显示器，为使LED点亮，位驱动应是高电平，段驱动应是 低电平。采用从左到右循环方式，如要显示1、2、3、4、5， P1.0~P1.7分别对应a~dp，则段驱动与位驱动及显示状态见 表7.2。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.2 键盘按键识别方法
2.线反转法
第1步：将行线P1.4~P1.7作输入，列线P1.3~P1.0为输出线，并将输出线
输出全为低电平，读行线状态，则行线中电平为低的是按键所在的行。 第2步：同上步相反，将列线为输入线，行线为输出线，并将输出线输出为 低电平，读列线状态，则列线是电平为低的是按键所在的列。
7.1.3 键盘的接口电路
3. 按键去抖 由于通常的按键所用的开关是机械开关，当开关闭合、断 开时并不是马上稳定地接通和断开，而是在闭合与断开瞬间均 伴随有一连串的抖动。如图7.5所示。
图7.5 按键信号波形
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.3 键盘的接口电路
为了确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须要 在程序或硬件上进行防抖处理。通常在单片机系统中，为 节省硬件，一般不采用硬件方法消除键的抖动，而是用软 件消抖方法。即检测键闭合后延时5~10ms的延时，让前 延抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态 电平，则确认真正有键按下。当检测到按键释放后，也要 给5~10ms的延时，待后延抖动消失后才转入该键处理程 序。以下是具有消抖功能的键程序。只有按键按下再放开 后才作一次键处理。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
单片机原理及应用教程
第 7章 MCS-51单片机常用接口技术
主 编 范立南 谢子殿 副主编 刘 彤 尹授远 李雪飞
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
第 7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 键盘接口 显示接口 打印机接口技术 D/A转换器 A/D转换 单片机常用总线
显示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b 共阴极字 符码 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 7CH 共阳极字 符码 C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H 88H 83H 显示字符 C d E F P U T y H L 不显示 共阴极字 符码 39H 5EH 79H 71H 73H 3EH 31H 6EH 76H 38H 00H 共阳极字 符码 C6H A1H 86H 8EH 8CH C1H CEH 91H 89H C7H FFH
图7.3 用8031的P1口设计的4×4键盘
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.2 键盘按键识别方法
首先在键处理程序中将P1.3~P1.0依次按位变低， P1.3~P1.0在某一时刻只有一个为低。在某一位为低时读行线， 根据行线的状态即可判断出哪一个按键被按下。 如9号键按下时，当列线P1.2为低时，读回的行线状态中 P1.4被拉低，由此可知2号键被按下。 一般在扫描法中分两步处理按键，首先是判断有无键按下， 即使列线（P1.3~P1.0）全部为低，读行线，如行线 （P1.4~P1.7）全为高，则无键按下，如行线有一个为低，则 有键按下。当判断有键按下时，使列线依次变低，读行线，进 而判断出具体哪个键按下。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.3 键盘的接口电路
2. 利用扩展I/O口设计键盘 MCS-51单片机在总线扩展方式时由于P0口、P2口分别作 为数据总线及地址总线，而P1口、P3口又作它用时，此时扩展 键盘可利用扩展I/O口。图7.4是利用8255的PC口设计的4×4矩 阵键盘。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.1 键盘工作原理
2. 矩阵式键盘 它由行线与列线组成，按键位于行、列的交叉点上。图7.2是 一个4×4矩阵式键盘。
图7.2 矩阵式键盘
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.2 键盘按键识别方法
1. 扫描法 以图7.3中的2号键按下为例，说明此键是如何识别出来的。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.4 键盘的编码
对于独立式按键键盘，由于按键数目较少，可根据实际情 况灵活编码。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号惟一 确定，所以分别对行号与列号进行二进制编码，然后将两值合 成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。在图7.3中，如10 号键被按下时，列号读回的值为1101，行号读回的值为1011， 此两值合成为10111101=0BDH，据此值可转到10号键处理程 序。这种方式虽然简单，但其离散性很大，在读程序时必须要 结合硬件电路。也可将读回的键值按一定的方式运算后，算出 对应的键值进行散转，但这样一来又增加程序的工作量，因而 大多数单片机系统在键盘处理程序中只根据读回的键值进行散 转。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.3 键盘的接口电路
1. 利用单片机的I/O口设计键盘 利用MCS-51单片机的I/O口设计键盘时分两种情况，一 是当P0、P1、P2、P3均为普通I/O时可使用任意I/O口设计键 盘；当单片机系统扩展程序存储器、数据存储器、I/O时，由 于P0、P2作地址数据总线使用，因而扩展键盘时只能使用P1 口、P3口。如图7.3是利用MCS-51单片机的P1口设计的4×4 矩阵键盘。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.1 键盘工作原理
键盘从结构上分，有独立式键盘与矩阵式键盘。
1. 独立式键盘 图7.1是一个利用MCS-51单片机的P1口设计的非编码键盘。
图7.1 独立式键盘
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7.1.1 键盘工作原理
当按键没按下时，CPU对应的I/O口由于内部有上拉电阻， 其输入为高电平，当某键被按下后，对应的I/O口变为低电平， 只要在程序中判断I/O口的状态即可知道哪个键处于闭合状态。 以下是非编码键盘键处理子程序。
综合1、2两步结果，可确定按键所在的行和列，从而识别出所 按下的键。 图7.3中，假设10号键被按下，在第1步P1.3~P1.0输出全 为低电平时，读P1.4~P1.7的值，则P1.5为低电平，在第2步时 P1.4~P1.7输出全为低电平，读P1.3~P1.0时，P1.2为低电平， 由此可判断第2行第3列有键被按下，此键就是10号键。因此线 反转法非常简单实用
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.2 LED显示器接口及显示方式
LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。
1. LED的静态显示方式
LED在显示某一字符时，其显示驱动电路要具有锁存功 能，由单片机送出的显示驱动码一经送出后，在不改变显示内 容的情况下，该驱动码应一直保持到显示下一个字符为止。 LED显示器工作在静态方式时，其公共端应接到一个固 定的电平（共阴极接低电平，共阳极接高电平。图7.7为两位 共阳极LED数码管与单片机接口。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.2 LED显示器接口及显示方式
图7.7 共阳极LED与单片机接口方式
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.2 LED显示器接口及显示方式
2. LED的动态显示方式 动态显示的硬件接法是将所有LED显示器的段选线并在一 起，接到一个8位的I/O口上，而位选线则分开接到各自的控制 I/O线上。 LED在每一个时间段内只显示一位，在此期间只使一 位LED的位选线有效，则在此期间内只有一位LED显示，而 其他LED不显示，通过程序或硬件电路控制，各LED在一个 显示周期内分别显示一段时间，当一个显示周期足够短时 （小于100ms），由于人眼的视觉暂留特性，使人感觉每 个LED总在亮。这种方式称动态扫描显示方式，
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.3 键盘的接口电路
KEY_00: JB P1.0 KEY_01 LCALL DELAY JNB P1.0 $ LCALL DELAY JB P1.0 KEY_00 KEY_01: … RET
;无键按下查下一个键 ;延时10ms ;键一直按下，等待 ;键松开，延时10ms ;一次按键完成，转键处理程序
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7.2.2 LED显示器接口及显示方式
表7.2 段选码、位选码及显示状态表
段选码 （字型） F9H A4H B0H 99H 92H 位选码 P2.4~P2.0 11110 11101 11011 10111 01111 1 2 3 4 5 显示器显示状态
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.1 LED显示器原理
图7.6为LED显示器的内部结构及外形。
（a）共阴极 （b）共阳极 （c）LED实物 图7.6 LED显示结构及实物
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.1 LED显示器原理
7段LED显示数字0~F，符号等字型见表7.1，其中a段为最 低位，dp为最高位。
KEY_00:
JNB P1.0 KEY00 JNB P1.1 KEY01 JNB P1.2 KEY02 JNB P1.3 KEY03 JNB P1.4 KEY04 JNB P1.5 KEY05 RET
;转按键1处理程序 ;转按键2处理程序 ;转按键3处理程序 ;转按键4处理程序 ;转按键5处理程序 ;转按键6处理程序 ;无键按下，返回
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.5 常用专用键盘芯片
无论是采用CPU的I/O口扩展键盘，还是利用扩展I/O芯片 扩展键盘，由于均是用普通I/O扩展，因而要在单片机的程序 中设计专用的键盘程序，特别是矩阵键盘，其程序相对要复杂 一些。因而在较复杂一些的单片机系统中可选用专用的键盘芯 片设计键盘。现常用的键盘扩展芯片有Intel8279、CH451、 ICM7218、PCF8574等。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1 键盘接口
键盘是一组按键的组合，它是最常用的单片机输入设备， 操作人员可以通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机对话。 单片机使用的键是一种常开型的开关，平时键的两个触点处于 断开状态，按下键时它们才闭合。键盘分编码和非编码键盘， 键盘的识别可用软件识别也可用专用芯片识别。 MCS-51单片机扩展键盘接口方法有很多，从硬件结构上， 可通过单片机I/O口扩展键盘，也可通过扩展I/O口设计键盘， 有些是用专用键盘芯片。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.6 单片机对键盘的控制方式
单片机对键盘的控制有以下3种方式。 1. 程序控制扫描方式 2. 定时扫描方式 3. 中断扫描方式
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2 显示接口
单片机应用系统中使用的显示器件主要有发光 二极管数码显示器（LED）和液晶显示器（LCD）。 LED具有价格低廉，配置灵活，与单片机接口简单； LCD可进行字符或图形显示，但成本高，与单片机 接口也复杂。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.1 LED显示器原理
LED显示器一般由8个发光二极管组成，7个发光二极管 组成一个‘8’，另一个为小数点。可显示0~9及一些英文字 母或特殊字符。LED有不同的大小及颜色，有共阴极与共阳 极两种。共阳极是8个发光二极管的阳极连在一起，为一个 公共端。共阴极是8个发光二极管的阴极连在一起，为一个 公共端。 一位LED显示器由8个发光二极管组成，当某一段（笔划） 加上正向电流时，该段被点亮，没有通电流的则不亮。
图7.8是用MCS-51单片机设计的一个5位LED动态显示 电路。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.2 LED显示器接口及显示方式
图7.8 LED动态显示电路
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.2 LED显示器接口及显示方式
LED的动态显示电路由MCS-51单片机的P1口和P2口分别 驱动LED的段和位，由于每段驱动电流在10mA左右，P1口完 全可胜任，而位驱动最大电流在80mA左右，单片机的I/O口 无法胜任，故P2.0~P2.4经一反相驱动器驱动位。LED采用共 阳极显示器，为使LED点亮，位驱动应是高电平，段驱动应是 低电平。采用从左到右循环方式，如要显示1、2、3、4、5， P1.0~P1.7分别对应a~dp，则段驱动与位驱动及显示状态见 表7.2。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.2 键盘按键识别方法
2.线反转法
第1步：将行线P1.4~P1.7作输入，列线P1.3~P1.0为输出线，并将输出线
输出全为低电平，读行线状态，则行线中电平为低的是按键所在的行。 第2步：同上步相反，将列线为输入线，行线为输出线，并将输出线输出为 低电平，读列线状态，则列线是电平为低的是按键所在的列。
7.1.3 键盘的接口电路
3. 按键去抖 由于通常的按键所用的开关是机械开关，当开关闭合、断 开时并不是马上稳定地接通和断开，而是在闭合与断开瞬间均 伴随有一连串的抖动。如图7.5所示。
图7.5 按键信号波形
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.3 键盘的接口电路
为了确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须要 在程序或硬件上进行防抖处理。通常在单片机系统中，为 节省硬件，一般不采用硬件方法消除键的抖动，而是用软 件消抖方法。即检测键闭合后延时5~10ms的延时，让前 延抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态 电平，则确认真正有键按下。当检测到按键释放后，也要 给5~10ms的延时，待后延抖动消失后才转入该键处理程 序。以下是具有消抖功能的键程序。只有按键按下再放开 后才作一次键处理。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
单片机原理及应用教程
第 7章 MCS-51单片机常用接口技术
主 编 范立南 谢子殿 副主编 刘 彤 尹授远 李雪飞
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
第 7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 键盘接口 显示接口 打印机接口技术 D/A转换器 A/D转换 单片机常用总线
显示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b 共阴极字 符码 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 7CH 共阳极字 符码 C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H 88H 83H 显示字符 C d E F P U T y H L 不显示 共阴极字 符码 39H 5EH 79H 71H 73H 3EH 31H 6EH 76H 38H 00H 共阳极字 符码 C6H A1H 86H 8EH 8CH C1H CEH 91H 89H C7H FFH
图7.3 用8031的P1口设计的4×4键盘
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.2 键盘按键识别方法
首先在键处理程序中将P1.3~P1.0依次按位变低， P1.3~P1.0在某一时刻只有一个为低。在某一位为低时读行线， 根据行线的状态即可判断出哪一个按键被按下。 如9号键按下时，当列线P1.2为低时，读回的行线状态中 P1.4被拉低，由此可知2号键被按下。 一般在扫描法中分两步处理按键，首先是判断有无键按下， 即使列线（P1.3~P1.0）全部为低，读行线，如行线 （P1.4~P1.7）全为高，则无键按下，如行线有一个为低，则 有键按下。当判断有键按下时，使列线依次变低，读行线，进 而判断出具体哪个键按下。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.3 键盘的接口电路
2. 利用扩展I/O口设计键盘 MCS-51单片机在总线扩展方式时由于P0口、P2口分别作 为数据总线及地址总线，而P1口、P3口又作它用时，此时扩展 键盘可利用扩展I/O口。图7.4是利用8255的PC口设计的4×4矩 阵键盘。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.1 键盘工作原理
2. 矩阵式键盘 它由行线与列线组成，按键位于行、列的交叉点上。图7.2是 一个4×4矩阵式键盘。
图7.2 矩阵式键盘
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.2 键盘按键识别方法
1. 扫描法 以图7.3中的2号键按下为例，说明此键是如何识别出来的。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.4 键盘的编码
对于独立式按键键盘，由于按键数目较少，可根据实际情 况灵活编码。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号惟一 确定，所以分别对行号与列号进行二进制编码，然后将两值合 成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。在图7.3中，如10 号键被按下时，列号读回的值为1101，行号读回的值为1011， 此两值合成为10111101=0BDH，据此值可转到10号键处理程 序。这种方式虽然简单，但其离散性很大，在读程序时必须要 结合硬件电路。也可将读回的键值按一定的方式运算后，算出 对应的键值进行散转，但这样一来又增加程序的工作量，因而 大多数单片机系统在键盘处理程序中只根据读回的键值进行散 转。
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7.1.3 键盘的接口电路
1. 利用单片机的I/O口设计键盘 利用MCS-51单片机的I/O口设计键盘时分两种情况，一 是当P0、P1、P2、P3均为普通I/O时可使用任意I/O口设计键 盘；当单片机系统扩展程序存储器、数据存储器、I/O时，由 于P0、P2作地址数据总线使用，因而扩展键盘时只能使用P1 口、P3口。如图7.3是利用MCS-51单片机的P1口设计的4×4 矩阵键盘。
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7.1.1 键盘工作原理
键盘从结构上分，有独立式键盘与矩阵式键盘。
1. 独立式键盘 图7.1是一个利用MCS-51单片机的P1口设计的非编码键盘。
图7.1 独立式键盘
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.1 键盘工作原理
当按键没按下时，CPU对应的I/O口由于内部有上拉电阻， 其输入为高电平，当某键被按下后，对应的I/O口变为低电平， 只要在程序中判断I/O口的状态即可知道哪个键处于闭合状态。 以下是非编码键盘键处理子程序。
综合1、2两步结果，可确定按键所在的行和列，从而识别出所 按下的键。 图7.3中，假设10号键被按下，在第1步P1.3~P1.0输出全 为低电平时，读P1.4~P1.7的值，则P1.5为低电平，在第2步时 P1.4~P1.7输出全为低电平，读P1.3~P1.0时，P1.2为低电平， 由此可判断第2行第3列有键被按下，此键就是10号键。因此线 反转法非常简单实用
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7.2.2 LED显示器接口及显示方式
LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。
1. LED的静态显示方式
LED在显示某一字符时，其显示驱动电路要具有锁存功 能，由单片机送出的显示驱动码一经送出后，在不改变显示内 容的情况下，该驱动码应一直保持到显示下一个字符为止。 LED显示器工作在静态方式时，其公共端应接到一个固 定的电平（共阴极接低电平，共阳极接高电平。图7.7为两位 共阳极LED数码管与单片机接口。
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7.2.2 LED显示器接口及显示方式
图7.7 共阳极LED与单片机接口方式
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.2 LED显示器接口及显示方式
2. LED的动态显示方式 动态显示的硬件接法是将所有LED显示器的段选线并在一 起，接到一个8位的I/O口上，而位选线则分开接到各自的控制 I/O线上。 LED在每一个时间段内只显示一位，在此期间只使一 位LED的位选线有效，则在此期间内只有一位LED显示，而 其他LED不显示，通过程序或硬件电路控制，各LED在一个 显示周期内分别显示一段时间，当一个显示周期足够短时 （小于100ms），由于人眼的视觉暂留特性，使人感觉每 个LED总在亮。这种方式称动态扫描显示方式，
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.3 键盘的接口电路
KEY_00: JB P1.0 KEY_01 LCALL DELAY JNB P1.0 $ LCALL DELAY JB P1.0 KEY_00 KEY_01: … RET
;无键按下查下一个键 ;延时10ms ;键一直按下，等待 ;键松开，延时10ms ;一次按键完成，转键处理程序