第4章-3數(shù)碼管按鍵

1、,4.5.1.2 LED數(shù)碼管原理與編程,LED顯示元件——人機交互輸出設(shè)備，其作用是指示中間運行結(jié)果與運行狀態(tài)。,使數(shù)碼管顯示某字形，只需輸入該字形所對應(yīng)的數(shù)據(jù)編碼，即字形碼。,共陽極,,,,,,,,,,,,,,,,,,,“1”,,,0,1,1,0,0,0,0,0,0x06,“2”,1,1,0,1,1,0,1,0,,,,,,0x5b,,,,,,,,,,,,,共陰極,,,,,,,,,,,,,,,,數(shù)碼管顯示的原理,,,共陰極數(shù)碼管常用

2、字符字形編碼(十六進制),不同LED組合關(guān)系（顯示碼）形成不同的顯示字符,,LED顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。所有位選線（數(shù)碼管公共端）連接在一起，每個數(shù)碼管的段選必須接一個8位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。當送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。,靜態(tài)顯示,靜態(tài)顯示,,,,0,1,1,0,0,0,0,0,,,,,靜態(tài)顯

3、示：當數(shù)碼管顯示某個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。,單片機I/O與數(shù)碼管直接連接,AT89C51,,,,,1,,,,,,,01100000,11011010,,,,,,,1,,,把一個共陰極的數(shù)碼管接到AT8951單片機的P2口上，編程實現(xiàn)讓此數(shù)碼管顯示數(shù)字0。,數(shù)碼管直連單片機I/O的程序設(shè)計,#include /*包含頭文件reg51.h*/void main() /*無返回值的主程序*/

4、{P2=0x3f;},實例4 LED數(shù)碼管顯示,P0口連接一個共陰極數(shù)碼管，使之循環(huán)顯示0～9,分析：將顯示碼循環(huán)輸出到P0口即可實現(xiàn)循環(huán)顯示。但由于數(shù)字0～9的顯示段碼沒有規(guī)律可循，需要采取查表方式進行操作：,①將顯示碼按序存放在一個數(shù)組中, 順序號與代表的顯示字符相對應(yīng)。（如，char led_mod [ ]={x1,x2,….,xn）②通過循環(huán)變量指定待送出的數(shù)組元素,參考程序,實例5 計數(shù)顯示器,對按鍵動作進行計數(shù)和

5、顯示，達到99后重新由1開始計數(shù)。,個位LED接P2口，十位LED接P0口（共陰型）,按鈕接P3.7口線，按壓時為0電平,分析：,①讀P3.7口，進行加1計數(shù)和超界處理；②拆分計數(shù)器數(shù)值——個位、十位；③查找/輸出顯示碼到P0和P2口。,計數(shù)值拆分：取模運算（%）→個位整除10運算（/）→十位,查找/輸出顯示碼：按拆分值輸出相應(yīng)數(shù)組元素,#include 0;i--); },參考程序,void main(void){

6、count=0; //計數(shù)器賦初值 P0=table[count/10]; // 取出計數(shù)值的十位數(shù)，送P0口輸出 P2=table[count%10]; // 取出計數(shù)值的個位數(shù)，送P2口輸出 while(1) { if(P37==0) // 如果P37為低電平，鍵盤按下{ delay(10); // 軟件延時10ms，軟件去抖動

7、 if(P37==0) // 確實是鍵盤按下了 { count++; //計數(shù)器加1 if(count==100) count=0; P0=table[count/

8、10]; P2=table[count%10]; while(P37==0); // 等待按鍵松開，防止重復(fù)計數(shù) } } } },程序運行效果,課后思考題,1,讀懂例5,并能給其他同學(xué)講述程序工作過程,及編程思路.,4.1 C51

9、的程序結(jié)構(gòu) 4.2 C51的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 4.3 C51與匯編語言的混合編程 4.4 C51仿真開發(fā)環(huán)境 4.5 C51初步應(yīng)用編程 4.5.1 IO端口的簡單應(yīng)用 4.5.2 IO端口的進階實踐,,,,4.5.2.1 數(shù)碼管動態(tài)顯示原理與編程,兩種顯示接口：靜態(tài)顯示接口和動態(tài)顯示接口,靜態(tài)顯示接口：一個數(shù)碼管的引腳獨立占據(jù)一根I/O口線。優(yōu)點：被顯示數(shù)據(jù)只要送入并行口后就不再需要CPU干預(yù)，因而顯示

10、效果穩(wěn)定。缺點：占用資源較多,,,,動態(tài)顯示接口：將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，而每位數(shù)碼管的公共端分別由一位I/O線控制,由位選線控制哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。,工作原理：采用快速切換方式（如10ms），每一時刻只有一只數(shù)碼管導(dǎo)通工作。利用視力暫留特性，可獲得連續(xù)顯示效果。

11、優(yōu)點：占用資源較少缺點：占用機時較多（需要CPU隨時刷新顯示值）,實例6 數(shù)碼管動態(tài)顯示,采用共陰極動態(tài)LED顯示原理，顯示字符“L2” 。,分析：Proteus中的雙聯(lián)LED數(shù)碼管相當于兩個并聯(lián)的數(shù)碼管。,7SEG-MPX2-CC-BLUE,Blue,2 Digit,7-segment Cathode Display,A-G→ “0x38”, 1#→“0”，2# → “1”,A-G→ “0x5b”, 1#→“1”，2# → “0

12、”,進一步說明其工作原理,P2←led_mode[0], P3 ←xxxx xx10B =2P2←led_mode[1], P3 ←xxxx xx01B =1,led_mode[ ]={0x38,0x5b},動態(tài)顯示“L2”的程序如下：,;,//LED “指針”,//顯示字模,完整的主函數(shù),#include char led_mod[] = {0x38,0x5B};//LED字?！癓2”void delay(unsigned i

13、nt time);sbit P17=P1^7;void main() { char led_point = 0; while (1) { P3 = 2 - led_point; //輸出LED位碼P2= led_mod[led_point]; //輸出字模led_point = 1 - led_point; //刷新LED位碼dela

14、y(30); }},編程界面,運行效果圖,鍵盤接口,一、鍵盤是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用最廣泛的一種數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。鍵盤是一組按鍵的組合。鍵通常是一種常開型按鈕開關(guān)，常態(tài)下鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按下鍵時它們才閉合（短路）。,非編碼鍵盤按組成結(jié)構(gòu)又可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤的工作過程與矩陣式鍵盤類似，無論是硬件結(jié)構(gòu)還是軟件設(shè)計都比較簡單。,通常，鍵盤有編碼和非編碼兩種。編碼鍵盤通過硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼和

15、一個選通脈沖。選通脈沖可作為CPU的中斷請求信號。這種鍵盤使用方便，所需程序簡單，但硬件電路復(fù)雜，常不被單片機采用。,特點：每個按鍵占用一條I/O線，當按鍵數(shù)量較多時，I/O口利用率不高，但程序編制簡單。適用于所需按鍵較少的場合。,特點：電路連接復(fù)雜，但提高了I/O口利用率，軟件編程較復(fù)雜。適用于需使用大量按鍵的場合。,,1．鍵盤的任務(wù) (1) 判別是否有鍵按下？如果有，進入下一步。 (2) 識別是哪一個鍵被按下，并求出相應(yīng)的鍵

16、值。 (3) 根據(jù)鍵值，執(zhí)行相應(yīng)鍵值對應(yīng)的處理程序。2．按鍵的識別 鍵的閉合與否，體現(xiàn)在行線電壓的高電平或低電平。如果為高電平，表示鍵斷開;如果是低電平，則表示鍵閉合，通過對行線電平的高低狀態(tài)的檢測，可確認按鍵按下還是斷開與否。,二、非編碼鍵盤常見的為兩種結(jié)構(gòu)：獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。（1）獨立式鍵盤特點是：一鍵一線，各鍵相互獨立，每個鍵各接一條I/O口線，通過檢測I/O輸入線的電平狀態(tài)，可容易地判斷哪個

17、按鍵被按下，如圖1所示。,獨立式鍵盤接口電路,圖中的上拉電阻保證按鍵釋放時，輸入檢測線上有穩(wěn)定的高電平。當某一按鍵按下時，對應(yīng)的檢測線就變成了低電平，與其他按鍵相連的檢測線仍為高電平，只需讀入I/O輸入線的狀態(tài)，判別哪一條I/O輸入線為低電平，很容易識別哪個鍵被按下。優(yōu)點：電路簡單，軟件編寫簡單。適用于鍵盤按鍵數(shù)目較少的場合，因為這種方式占用的I/O口線較多。,實例1 獨立按鍵識別,【要求】采用獨立按鍵方式實現(xiàn)下述功能：開機時LE

18、D全熄，然后根據(jù)按鍵動作使相應(yīng)燈亮，并將亮燈保持到按壓其它鍵時為止。,獨立按鍵——每個按鍵都彼此獨立地各占有一位I/O口線。特點是電路簡單，但占用I/O口線較多。,① 按鍵的閉合電平為0, 但LED的驅(qū)動電平為1，故不能直接將P0口的狀態(tài)送到P1口，而應(yīng)使其先取反再送出；,② 為使按鍵抬起后LED能保持先前的點亮狀態(tài)，需要在按鍵未壓下期間禁止向P2輸出P0狀態(tài)值。,【分析】,參考程序如下：,“取反”操作的優(yōu)先級高于“與”操作,void

19、main( ) { char key = 0; //定義按鍵變量 P2=0; //初始狀態(tài)為燈全滅 while(1){ key = ~P0 & 0x0f; //讀取按鍵狀態(tài),高4位清零 if (key != 0) P2 = key; //有按鍵動作時，P0狀態(tài)值送P2 }},編程界面和運行界面分別如下圖,實例1運行效果,三、矩陣式鍵盤

20、矩陣式（也稱行列式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多的場合，由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。如圖2所示，一個4×4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個16個按鍵鍵盤。在按鍵數(shù)目較多的場合，可節(jié)省I/O口線。,1.行掃描法：即逐行或逐列掃描查詢法。,,,行線,列線,四、按鍵識別方法：,識別鍵盤有無鍵被按下的方法，分兩步進行：,第1步：識別鍵盤有無鍵按下；,第2步：如有鍵被按下，識別出具體的按鍵。,掃描法:即先把某一列置低電平，其余各列為高

21、電平，檢查各行線電平的變化，若是全為1，則所按下的按鍵不在此列，進入下一列的掃描；若是不全為1，則所按下的按鍵必在此列，并且按鍵正是此列與讀取到為低電平的行線的交點上。,矩陣鍵盤工作原理,,P3.7--OP3.6--OP3.5--OP3.4--OP3.3--IP3.2--IP3.1--IP3.0--I,掃描第一列：PORTB = 1110 1111讀取值：PINB &0x0F = 0000 11

22、11,P3.7--1P3.6--1P3.5--1P3.4--0P3.3--1P3.2--1P3.1--1P3.0--1,掃描第二列：PORTB = 1101 1111讀取值：PINB &0x0F = 0000 1011,P3.7--1P3.6--1P3.5--1P3.4--0P3.3--1P3.2--1P3.1--1P3.0--1,掃描第三列：PORTB = 101

23、1 1111讀取值：PINB &0x0F = 0000 1111,P3.7--1P3.6--1P3.5--1P3.4--0P3.3--1P3.2--1P3.1--1P3.0--1,掃描第四列：PORTB = 0111 1111讀取值：PINB &0x0F = 0000 1111,P3.7--1P3.6--1P3.5--1P3.4--0P3.3--1P3.2--1

24、P3.1--1P3.0--1,,0111,1 1 1 1,1011,1 1 1 0,1101,1 1 1 1,1110,1 1 1 1,設(shè)第2行第4列鍵按下,行線輸出,列線輸入,0 1 1 1,1 1 1 1,1 0 1 1,1 1 1 0,1 1 0 1,1 1 1 1,1 1 1 0,1 1 1 1,,0000

25、,1 1 1 0,0 0 0 0,1011,設(shè)第2行第4列鍵按下,列值：1110,行值：1101,（2）線反轉(zhuǎn)法。,第1步：行線輸出為全低電平，則列線中電平由高變低的所在列為按鍵所在列。,第2步：列線輸出為全低電平，則行線中電平由高變低所在行為按鍵所在行。,線反轉(zhuǎn)法步驟,只需兩步便能獲得此按鍵所在的行列值。,第3步：通過1、2兩步檢測到P1-P7的電平狀態(tài)進行位或運算，計算出閉合按鍵的鍵值，再查找鍵值表便可

26、以確定按下按鍵的序號。,假設(shè)鍵7被按下。第1步，P1.0～P1.3輸出全為“0”，P1.4～P1.7輸出全為“1”，然后，讀入P1.4～P1.7線的狀態(tài)，結(jié)果P1.7=0，而P1.4～P1.6均為1，因此，第4列出現(xiàn)電平的變化，說明第4列有鍵按下；【P1=0111 0000＝0X70】第2步，讓P1.4～P1.7輸出全為“0” ，P1.0～P1.3輸出全為“1”，然后，讀入P1.0～P1.3位，結(jié)果P1.1=0，而P1.0，P1.2

27、， P1.3均為1，因此第2行出現(xiàn)電平的變化，說明第2行有鍵按下?！綪1=0000 1101=0X0d】第3步，通過1、2兩步檢測到P1-P7的電平狀態(tài)進行位或運算，計算出閉合按鍵的鍵值為0X7d，再查找鍵值表便可以確定按下按鍵的序號。,① 鍵盤掃描,鍵盤掃描原理（以P3口接4×4鍵盤為例）——按鍵壓下前后，所在行線端口電平反轉(zhuǎn),同時將各行電平置1，分別將各列電平置0。,key_scan[] = {0xef, 0xdf,

28、0xbf, 0x7f},讀P3: 若P3低4位為f 或(P3 & 0x0f)=0x0f →無鍵壓下 若P3低4位≠f或(P3 & 0x0f)≠0x0f →有鍵壓下,其中 0#： 1110 1110B——0xee,② 按鍵判斷,1#： 1101 1110B——0xbe,……F#： 0111 0111B——0x77,③ 鍵值計算,for (j = 0 ; j < 16 ;j++) {

29、 //查找按下鍵鍵值 if (key_buf [j] == P3) return j; },key_buf [] = {0xee, 0xde, 0xbe, 0x7e, 0xed, 0xdd, 0xbd, 0x7d, 0xeb, 0xdb, 0xbb, 0x7b,

30、 0xe7, 0xd7, 0xb7, 0x77};,鍵模,實例7 行列式鍵盤,要求：開機黑屏；按下任意按鍵后，數(shù)碼管上顯示該鍵的鍵值（0～F）；若沒有新鍵按下，維持前次按鍵結(jié)果。,行列式鍵盤+靜態(tài)數(shù)碼顯示,實例7程序流程圖,完整程序,編程界面,程序運行效果,原則：即要保證能及時響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時間。,通常，鍵盤工作方式有3種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。,1. 編程掃描方式,只有當單片機空閑時，才調(diào)用鍵盤

31、掃描子程序，掃描鍵盤。,五、鍵盤的工作方式,單片機在忙于各項工作任務(wù)時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。,2. 定時掃描工作方式,利用單片機內(nèi)的定時器，產(chǎn)生10ms的定時中斷，對鍵盤進行掃描。,3.中斷工作方式,只有在鍵盤有鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序，如無鍵按下，單片機將不理睬鍵盤。,鍵盤所做的工作分為三個層次，如下圖。,第1層：單片機如何來監(jiān)視鍵盤的輸入。三種工作方 式：①編程掃描②定時掃描③中斷掃描

32、。,第2層：確定具體按鍵的鍵號。體現(xiàn)在按鍵的識別方 法上就是：①掃描法；②線反轉(zhuǎn)法。,第3層：執(zhí)行鍵處理程序。,按鍵在閉合和斷開瞬間會因彈簧開關(guān)的變形產(chǎn)生電壓波動,軟件消抖法： 延時10ms后再次掃描按鍵狀態(tài)。若仍判為“閉合”說明確有鍵壓下；若為“非閉合”說明是誤動作。,按鍵抖動波形,鍵盤消抖原理：,例：矩陣式鍵盤舉例,,實例2 中斷掃描法行列式鍵盤,如何保證能快速響應(yīng)按鍵操作，又不過多占用CPU時間？,

33、中斷掃描法——只有在鍵盤有鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序。如無鍵按下，CPU可不考慮鍵盤的存在。,查詢掃描法需要花費很多CPU機時，在CPU任務(wù)繁重的情況下往往無法實現(xiàn)。,分析：①增加一個或非門，利用按鍵壓下時的電平產(chǎn)生INT0中斷請求信號；②鍵盤改在P1口（中斷接P3.2）。,,#include char led_mod[] = {0x3f,… …}; //顯示自模char key_buf[] = {0x11,… …};

34、 //按鍵鍵值bit key_flag; //定義全局型bit變量,int0_key () interrupt 0{ key_flag = 1; },參考程序（略去延時和鍵掃描函數(shù)）,,實例2運行效果,行列式鍵盤——將IO口分為行線和列線，按鍵跨接在行線和列線上，列線通過上拉電阻接正電源。,4×4行列式鍵盤,7407——六高壓輸出緩沖器/驅(qū)動器,

35、行列式鍵盤的特點：占用IO口線少，但軟件過程復(fù)雜。,鍵值——按鍵壓下時形成的電平編碼值，如0～F,按鍵在閉合和斷開瞬間會因彈簧開關(guān)的變形產(chǎn)生電壓波動,軟件消抖法： 延時10ms后再次掃描按鍵狀態(tài)。若仍判為“閉合”說明確有鍵壓下；若為“非閉合”說明是誤動作。,按鍵抖動波形,鍵盤消抖原理：,補充實例：,,本章小結(jié),C51的數(shù)據(jù)類型與變量的定義，都必須考慮單片機的存儲結(jié)構(gòu)。在Keil下進行C51開發(fā)的基本步驟是：建立項目→輸