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1、1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
2、(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8 位数据 低位2项目一 矩阵式键盘电路设计第一部分 项目要求设计一个44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
3、。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 510 ms。而按健的闭合时间和操作者的按键动作有
4、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。图 4.2 键闭合和断开时的电压抖动3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。 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
5、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4 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（
6、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 0
7、FDH，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5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
8、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 0CPL A ；取反，键按下相应位为 1ANL A, #0FH ；屏蔽高 4 位，保留低 4 位JZ LRET ；全
9、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 AANL A, #0FH图 4.7 硬件连接示意图89S526JZ LRET ；全零，无键按下，返回JB ACC.0, K0 ；K0 按下，转 K0 程序JB ACC.1, K1 ；K1 按下，转 K1 程序JB ACC.2, K2 ；K2 按下，转 K2 程序JB ACC.3, K3 ；K3 按下，转 K3 程序SJMP LRETK0： CPL P1.0 ；P1.0 状态取反，小灯 LED0 亮变灭，灭变亮SJMP LRETK1： CPL P1.1 ；P1.1 状态取反，小灯 L
10、ED1 亮变灭，灭变亮SJMP LRETK2： CPL P1.2 ；P1.2 状态取反，小灯 LED2 亮变灭，灭变亮SJMP LRETK3： CPL P1.3 ；P1.3 状态取反，小灯 LED3 亮变灭，灭变亮LRET： RETDEL20：MOV R7, #27H ；延时 20ms 左右LOOP1：MOV R6, #0FFHLOOP2：DJNZ R6, LOOP1DJNZ R7, LOOP2RET第三部分 项目实施一、项目实施分析（一）硬件电路见图 4.8。是一 44 矩阵键盘。图中 P1.4P1.7 用于控制行线，P1.0P1.3 用于控制列线。行、列线通过上拉电阻接+5V，没有键按下时
11、，被钳在高电平状态。通过发送扫描字确定键码，具体方法如下：(1) 由列线输出 0，然后读入 P1 口的值存入内部 RAM 30H 单元。(2) 由行线输出 0，然后读入 P1 口的值存入内部 RAM 31H 单元。(3) 把 30H 的低 4 位与 31H 的高 4 位的值相加存入累加器 A。(4) 最后判断累加器 A 的值，如果累加器 A 的数据全为 1，说明无键按下，否则说明有键按下，且累加器 A 的数据就是被按下键的键值( 程序中对累加器 A 取反，目的是用 JNZ 指令判断是否有键按下 )。7（二）参考程序键盘扫描流程图见图 4.9。图 4.8 矩阵键盘与AT89S52接口连接图A=0
12、H开 始键 扫 描键 按 下 ？去 抖 动键 码 计 算键 释 放JMPA+DPTR0#键处 理 程 序 n#键处 理 程 序#键处 理 程 序01#键处 理 程 序NYA=01H A=H A=nHAT89S52+5VP1.05.1 k 4P1.7P1.6P1.5P1.4+5V5.1 k4P1.3P1.2P1.1图 4.9 键盘扫描流程8键扫描程序如下：BOAD：LCALL BOADD JNZ BOAD1 ；无键按下转 BOADLCALL DELAY ；调延时子程序AJMP BOAD ；继续扫描键盘BOAD1：LCALL DELAY ；消除键抖动(延时子程序略)LCALL BOADD ；确认是
13、否有键按下JNZ BOAD2LCALL DELAYSJMP BOAD ；转键扫描BOAD2：CPL AMOV 32H，A ；取键值BOAD3：LCALL DELAYLCALL BOADDJNZ BOAD3 ；等待键松开 B2： RET ；返回；获取键值子程序BOADD：MOV P1，#0FH ；置行线为 0MOV A，P1 MOV 30H，AMOV P1，#0F0H ；置列线为 0MOV A，P1MOV 31H，AANL 30H，#0FH ；取列值MOV A，30HANL 31H， #0F0H ；取行值ADD A，31H ；行值加列值CPL A ；A 全 0 无键按下RET键盘扫描程序的运行结
14、果是把闭合键的键码放在 32 单元中。接下来的程序是根据键码进行程序转移，转去执行该键对应的操作。二、项目实施要求（一）项目设备要求1装有Keil C51 Vision2 集成开发环境、编程器软件、在线下载软件的计算机。2单片机最小系统开发平台。3通用编程器9（二）项目实施步骤1断电，连接计算机、实验板2给计算机、实验板通电。3打开计算机，进入 Keil C51 开发环境。4正确设置通信口，连接好开发环境和实验板。5新建一个项目，并将该项目建立在指定的文件下。6新建一个文件，存储器的路径与刚才建的项目相同。7将新建的文件添加到项目中，保存项目。8在编辑窗口输入程序，对程序进行汇编、生成和下载。9全速运行程序，观察内部 RAM 32H 单元的键值数据。10随机按下任一按键，观察 RAM 32 单元的情况。三、成绩评定1熟悉用户板，电路如图 4.8 所示。10 分2在计算机中输入并调试程序，记录调试中出现的问题。 10 分3使用编程器将程序文件传送到用户板中，运行程序，观察内部 RAM 32H 单元的数据。20 分4随机按下任一按键，观察 RAM 32 单元的情况，并与理论分析数据进行比较。 30 分5若改为 24 矩阵键盘
