并行输入与输出实验

学习情景四 并行输入与输出

学习目标：

了解并行通信的基本概念；

掌握键盘的基本组成及工作原理；

掌握七段LED 显示器的基本组成及工作原理。 技能目标：

能够正确在AT89S52外连接键盘和显示设备。

能够灵活应用典型键盘、显示电路构成各种实际电路。

在数据通信与计算机领域中，有两种基本的数据传送方式，即串行数据传送方式与并行数据传送方式，也称串行通信与并行通信。串行通信将在以后介绍。

数据在多条并行传输线上各位同时传送的方式，称为并行传送方式，多用于近距离传送，如图4.1(a)所示；而数据在单条一位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送，称为串行数据传送方式，常用于远距离传送，如图4.1(b)所示。

在单片机应用系统中，通常都有操作面板。操作人员通过操作面板实现与应用系统的信息交流，包括下达命令、修改程序和参数、干预应用系统的状态、显示运行状态和运行结果。

本学习环境主要介绍人机对话通道中常用的输入设备――键盘，输出设备――LED 显示器。

图4.1 （a ）并行通信方式 (b)串行通信方式

项目一矩阵式键盘电路设计

第一部分项目要求

设计一个4×4矩阵键盘与AT89S52接口电路。要求用查询法读取行列键盘键码，并将键码存入内部RAM 32H单元。

第二部分相关知识

键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是最简单的单片机输入设备，操作员可以通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机通信。若键盘闭合键的识别是由专用硬件实现的，则称为编码键盘；若用软件实现闭合键识别的，则称为非编码键盘。非编码键盘又分为行列式和独立式两种。本项目主要讨论，非编码键盘的工作原理、接口技术和程序设计。

键盘接口应有以下功能：

✓键扫描功能，即检测是否有键闭合；

✓键识别功能，确定被闭合键所在的行列位置；

✓产生相应的键值功能；

✓消除按键抖动功能。

一、键盘工作原理

图4.2 键闭合和断开时的电压抖动

1．按键去抖动

常用键盘的按键是一个机械开关结构，被按下时，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动，如图4.2所示。抖动时间长短与按键的结构和机械特性有关，一般为5~10 ms。而按健的闭合时间和操作者的按键动作有关，大约为十分之几秒到几秒不等。

去抖动有硬件和软件两种方法。硬件方法就是在键盘中附加去抖动电路，从根本上消除抖动产生的可能性，图4.3为利用双稳电路的去抖动电路；而软件方法则是采用时间延迟以躲过抖动（大约延时20-30ms即可），待行线上状态确定之后，再进行状态输入。一般为简单起见多采用软件方法。

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图4.3去抖动电路

2．按键连接方式

键盘和CPU的连接方式可分为独立式键盘和矩阵式键盘。

①独立式键盘

独立式是一组相互独立的按健，这些按键可直接与单片机的I/O口连接，即每个按键独占一条口线，接口简单。独立式键盘因占用单片机的硬件资源较多，只适合按键较少的场合。

图4.4(a)是一个具有4个按键的独立式键盘，每一个按键的一端都接地，另一端接AT89S52的I/O口。从图中可以看出，独立式键盘每一按键都需要一根I/O线，占用AT89S52的硬件资源较多。

图4.4独立式键盘和矩阵式键盘

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②矩阵式键盘

也称行列式键盘，因为键的数目较多，所以按键按行列组成矩阵。图7.4(b)是由4根行线和4根列线组成的16个按键的键盘。与独立式键盘相比，16个按键只占用了8个I/O 口线，因此适用于按键较多的场合。

矩阵式键盘接口处理的内容：

A．键扫描

键盘上的键按行列组成矩阵，在行列的交点上都对应有一个键。为判定有无键被按下（闭合健）以及被按键的位置，可使用扫描法说明查找闭合健的方法。

首先是判定有没有键被按下。如图4.5所示，键盘的行线一端经电阻接＋5V 电源，另一端接单片机的输入口线。各列线的一端接单片机的输出口线，另一端悬空。为判定有没有键被按下，可先经输出口向所有列线输出低电平，然后再输入各行线状态。若行线状态皆为高电平，则表明无健按下；若行线状态中有低电平，则表明有健被按下。

图4.5键扫描示意图

然后再判定被按键的位置。判定键位置的扫描是这样进行的：先使输出口输出0FEH，即Y0为低电平“0”，其它列线为高电平“1”，然后输入行线状态，测试行线状态中是否有低电平的。如果没有低电平，再使输出口输出0FDH，即Y1为“0”，其它列线为“1”，再测试行线状态。以次类推，直检测到行线中有低电平，则闭合健找到，通过此次扫描的列线值和行线值就可以知道闭合健的位置。

B．去抖动

判断有键按下后，延时一段时间，再判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有键按下，否则按抖动处理。

C．确定按键的键值

如图4.6所示，以键的排列顺序安排健号，则键值的计算公式为：

键值=行首号＋列号

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图4.6键值表

D ．判断闭合键是否释放

计算键值之后，等待键释放是为了保证键的一次闭合仅进行一次处理。

二、 键盘接口的控制方式

在单片机的运行过程中，扫描键盘只是CPU 的工作任务之一，何时执行键盘扫描和处理，可以有两种方式：程序扫描方式和中断扫描方式。程序扫描是指CPU 空闲时执行键盘扫描，或每隔一定时间执行一次键盘扫描，定时可由单片机的定时器完成。中断扫描是指，当有键闭合时才向CPU 发出中断请求，中断响应后执行键盘扫描程序。

三、 应用举例

【例4.1】硬件连接如图4.7所示，编程完成如下功能：按键按下后，对应

的小灯亮，再按下，对应的小灯灭。

编程如下：

KEY ：MOV P1, #0FFH ；灯全灭

MOV P2 , #0FFH ；P2口为输入状态

MOV A, P2 ；读键值，键按下相应位为0 CPL A ；取反，键按下相应位为1 ANL A, #0FH ；屏蔽高4位，保留低4位 JZ LRET ；全零，无键按下，返回

LCALL DEL20 ；非全零，有键按下，延时，软件去抖 MOV A, P2 ；重读键值 CPL A

ANL A, #0FH

图4.7硬件连接示意图

89S52