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1、第7章 51单片机人机交互,7.1 外部显示元件设计,7.2 键盘输入设计,7.3 外接打印机接口设计,在一个单片机应用系统中，人机交互功能是必不可少的，键盘和显示器件是一个系统中不可缺少的输入输出设备。在系统工作的过程中，用户需要对系统相应控制操作，键盘是重要的输入控制信息的设备，对系统各种状态进行控制。尽管遥控操作和嵌入式系统的快速发展，其他各种输入控制设备得到了广泛应用，但键盘仍然是最重要的输入设备。 通过显示设备可以向用户显示系统各种状态信息和控制指令的执行结果，有的应用系统还需要显示采集信号的值、A/D转换结果和报警信息等功能。通过显示设备，可以实时了解系统运行状态，以便做出及时的处
2、理。一些单片机应用系统中还需要打印各种状态信息或定时生成一些数据报表，特别是在各种便携式设备中，通过单片机控制的微型打印机得到了更多的应用。,第7章51单片机人机交互,7.1 外部显示元件设计,7.1.1 LED数码管,LED数码管的工作方式 LED数码管显示器常用的工作方式又可分为静态方式和动态方式显示两种。在设计过程中可以根据系统总体资源分配情况，选择合适的方式。,静态显示方式 静态显示方式是指显示器显示某一个字符时，发光二极管的位选始终被选中。在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制。由于单片机本身提供的I/O口有限，实际使用中通过扩展相应锁存器和译码器来
3、解决输出口数量不足的问题。这种方式中，每个显示位都需要一个8位输出口控制，但仍占用硬件资源较多，并增加了系统成本，一般仅用于显示器位数较少的场合。 动态显示方式 动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器（称为扫描），即每个数码管的位选轮流选中，多个数码管公用一组段选，段选数据仅对位选选中的数码管有效。在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，形成段选线的多路复用，而共阴极点或共阳极点分别由相应的I/O口控制，实现各位的分时选通。要想每位显示不同的字符，必须采用扫描显示方式，即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，段选控制口输出相应
4、字符的段选码，位选控制I/O口在该显示位送入选通电平（共阴极送低电平，共阳极送高电平），以保证该位显示相应字符，如此轮流，使每位显示该位的相应字符，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果。刷新周期一般约为50ms。显示的亮度同驱动电流大小、点亮时间和关断时间有关，调整电流的大小和时间参数（扫描频率），可以控制LED显示亮度并稳定显示。动态显示器因为硬件成本低，在多位数显示时常采用。但由于此法的软件复杂，并需要占用较多的时间定时刷新，因此多用在功能简单的系统中。,LED驱动芯片,LED静态显示电路设计,LED动态显示电路设计,7.1.2 16 2字符型液晶显示器编程,1引脚和指令介绍,（1）引脚
5、功能 VSS：逻辑负电源输入引脚，接地。 VDD：逻辑正电源输入引脚，接+5V电源。 VL：LCD驱动电源输入引脚，可调节LCD显示对比度。 RS：数据/指令寄存器选择引脚，RS为高电平时，数据引脚D0D7与数据寄存器通信；RS为低电平时，数据引脚D0D7与指令寄存器通信。 R/W：读/写引脚，高电平时读数据，低电平时写数据。 E：读写使能引脚，高电平有效，下降沿锁定数据。 D0D7：8位数据引脚。 BLA：背光电源输入引脚，接 + 5V电源。 BLK：背光电源输入引脚，接地。,1602液晶显示器程序设计,7.2 键盘输入设计,7.2.1 键盘接口类型,1独立式键盘 独立式键盘的各个按键之间彼
6、此是独立的，每一个按键连接一根I/O口线。独立式键盘电路简单，软件设计也比较方便，但由于每一个按键均需要一根I/O口线，当键盘按键数量比较多时，需要的I/O口线也较多，因此独立式键盘只适合于按键较少的应用场合。 独立式键盘可以工作在查询方式和中断扫描方式。 2矩阵式键盘 矩阵式键盘是一种扫描式键盘。其工作过程要比独立式按键复杂。矩阵式键盘由行线、列线及位于行列交叉点上的按键等部分组成。当应用系统需要的按键数量比较多时，可采用矩阵式键盘。一般情况下，按键数等于矩阵行数与列数的乘积。 矩阵式键盘由于采用矩阵式结构，一根I/O口线已经不能确定哪一个键被按下，需要通过连接到键上的两根I/O口线的状态共
7、同来确定键的状态，同时，键的两端均接到I/O口线上，不能一端接I/O口线、一端接地，因此必须对行线与列线信号状态单独处理、综合考虑才能判断键闭合的位置。常用的键位置判别方法有扫描法和线反转法两种。,7.2.2 键盘的防抖技术,1硬件消抖 通过硬件电路消除按键过程中抖动的影响是一种广为采用的措施。这种做法可靠，可提高系统的工作效率。 利用积分电路对于干扰脉冲的吸收作用，只要选择好时间常数，就能在按键抖动信号通过此滤波电路时，消除抖动影响。滤波消除抖动电路图如图7-18所示。,2软件消抖 如果按键较多，采用硬件消抖会提高成本，增加电路的复杂性，因此常采用软件的方法进行消抖。软件消抖可以减少开发系统
8、的成本，简化键盘的电路设计，即检测出按键闭合后，执行一个延时程序510ms的延时，再确认该键的电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下，然后判断是否是按下同一个键。如果仍然是按下同一个键，则说明是键真的被按下，根据系统设计执行相应的处理程序，从而消除了抖动的影响。,7.2.3 键盘扫描方式编程,键盘常用的工作方法有两种：一种是扫描方式，一种是中断方式。无论是哪种工作方式，都是判断键盘按下前后与键盘相连I/O口的电平变化。,键盘的扫描工作方式一般工作过程如图7-20所示。,7.2.4 键盘中断方式编程,7.3 外接打印机接口设计,7.3.1 打印机接口信号, 74L
9、S377：为并行输出接口。 74LS32：与门，输出时钟信号，控制时序。 D0D7：数据传输总线。 STB（9）：数据选通信号。 BUSY（10）：TPP-16微型打印机的“忙”信号。 图7-24中的引脚说明如下： MAX232：TTL电平和RS-232电平的转换芯片。 TXD：单片机的串口输出端，同时，对于TPuP-16微型打印机而言，是数据串行输入端口。 CTS：允许发送信号，在标志控制握手方式下使用。 INT1：51单片机中断。,7.3.2 字符和汉字编码,将打印机与单片机连接后，打印机完成初始化进入待机状态后，主机向打印机输送的8位并行代码为字符代码或打印命令。其中，代码00H无效，代
10、码01H0FH为命令，代码10HFFH为字符的代码。字符串的结束代码或回车换行代码为0DH。但是，当输入的代码数满一行时，打印机自动回车。 在代码10HFFH中，101F为用户自定义代码，20H7FH为标准ASCII代码，即拉丁字母、数字和符号。 例如： “！”的代码为21H “P”的代码为50H “？”的代码为3FH “ ”的代码为20H “8”的代码为38H 例如，要打印“$3265.37”，则应输送的代码串如下（0D为串结束的回车代码）： 24 33 32 36 35 2E 33 37 0D 又如，要打印“A=32.5”，输送的代码串为： BF 41 3D 33 32 2E 35 9B
11、0D,7.3.3 打印命令,单片机应用系统中人机交互是很必要的。在应用系统工作的过程中，操作者需要向单片机系统发出适应各种功能的指挥命令，以协调控制单片机及执行设备实现相应的动作完成系统功能，同时单片机系统也需要将单片机应用系统的运行状态、参数、采样值、转换结果、运算结果、超限报警信息等进行传递，以供操作者了解和掌握应用系统数据，作出判断决策。 本章对单片机应用系统常用的人机交互设备（如LED数码管显示、LCD液晶显示器、微型打印机）的工作原理进行了介绍，还介绍了与单片机连接的电路和编程方法，此外，对键盘输入结构、形式、消抖措施及程序编制作了详细介绍。,1简述LED的工作原理。 2共阳极7段L
12、ED数码管的驱动信号有何特点？ 3静态显示和动态显示的区别是什么？各有什么优缺点？ 41602显示器与单片机如何连接？画出电路图并写出程序流程图。 5简述非编码式键盘行扫描法与线反转法的工作原理。 6简述矩阵式键盘线扫描检测法的工作原理。 7什么是“抖动”？绘制一个低电平工作的开关波形分析图。 8在程序中如何以简单的方式来防止输入开关的抖动现象？ 9为了避免使用者按住按钮不放造成错误或不确定状态，给出解决这种状况的流程或操作。,10若要连接4 4键盘与微处理器，至少需要多少位的输入/输出端口？ 11设计一个4 4键盘与单片机的连接电路。 127段LED显示器有动态和静态两种显示方式，这两种显示方式要求51系列单片机如何安排接口电路？ 13为什么要消除按键的机械抖动？消除按键的机械抖动的方法有哪几种？原理各是什么？ 14矩阵式键盘按键是如何识别按键被按下的？ 15采用线反转法原理编写识别某一按键按下并得到其键号的程序。 16键盘有哪3种工作方式？它们各自的工作原理及特点是什么？ 17简述TpP-40A/16A微型打印机的Centronics接口的主要信号线的功能。与51单片机相连接时，如何连接这几条控制线？,
