【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 組鍵或一個(gè)鍵盤，總有一個(gè)接口電路與 CPU 相連。 CPU 可以采用查詢或中斷方式了解有無(wú)將鍵輸入并檢查是哪一個(gè)鍵按下，將該鍵號(hào)送入累加器 ACC，然后通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序。 3）按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 微機(jī)鍵盤通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的 通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說(shuō)，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來(lái)。抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5?10ms。 在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測(cè)按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)。即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測(cè)誤判，必須采取去抖動(dòng)措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件去抖，而 當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，采用軟件去抖。軟件上采取的措施是：在檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè) 10ms 左右（具體時(shí)間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整）的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電 8 平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)；同理，在檢測(cè)到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動(dòng)的影響。 4）按鍵編碼 一組按鍵或鍵盤都要通過(guò) I/O 口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的編碼。無(wú)論有無(wú)編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對(duì)應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的跳轉(zhuǎn)。 5）編制鍵盤程序 一個(gè)完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能： （ 1）檢測(cè)有無(wú)按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。 （ 2）有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個(gè)按鍵，其間對(duì)任何按鍵的操作對(duì)系統(tǒng)都無(wú)影響，且無(wú)論一次按鍵時(shí)間有多長(zhǎng)，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。 （ 3）準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號(hào)），以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。 獨(dú)立式鍵盤 獨(dú)立式按鍵是指各按鍵相互獨(dú)立地接通一條輸入數(shù)據(jù)線，如圖 所示。這是最簡(jiǎn)單的鍵盤結(jié)構(gòu)，該電路為查詢方式電路。當(dāng)任何一個(gè)鍵按下時(shí)，與之相連的輸入數(shù)據(jù)線即被清 0(低電平 )，而平時(shí)該線為 1(高電平 )。要判別是否有鍵按下，用單片機(jī)的位處理指令十分方便。這種鍵盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是當(dāng)鍵數(shù)較多 時(shí)，要占用較多的 I/O 線。 圖 獨(dú)立式鍵盤接口電路 行列式鍵盤 為了減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)所占用 I/O 線的數(shù)目，在鍵數(shù)較多時(shí)，通常都將鍵盤排列成行列矩陣形式。圖 所示的就是本設(shè)計(jì)所采用的 4179。 4 鍵盤接口電路圖，下面就說(shuō)明一下行掃描法識(shí)別哪一個(gè)按鍵被按下的工作原理。 9 圖 行列式式鍵盤接口電路 首先判別鍵盤中有無(wú)鍵按下， 由單片機(jī) I/O 口向鍵盤送 (輸出 )全掃描字，然后讀入 (輸入 )列線狀態(tài)來(lái)判斷。方法是：向行線 (圖中水平線 )輸出全掃描字 00H，把全部行線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器 A中。如果有按鍵按下，總會(huì)有一根列線電平被拉至低電平，從而使列輸入不全為 1。判斷鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下是通過(guò)將行線逐行置低電平后，檢查列輸入狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的。方法是：依次給行線送低電平，然后查所有列線狀態(tài)，稱行掃描。如果全為 1，則所按下的鍵不在此行；如果不全為 1，則所按下的鍵必在此行，而且是在與零電平列線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。 1） 行掃描法識(shí)別鍵號(hào) （值）的工作原理 將第 0 行變?yōu)榈碗娖?，其余行為高電平時(shí)，輸出編碼為 1110。然后讀取列的電平，判別第 0 行是否有鍵按下。在第 0行上若有某一按鍵按下，則相應(yīng)的列被拉到低電平，則表示第 0 行和此列相交的位置上有按鍵按下。若沒有任一條列線為低電平，則說(shuō)明 0 行上無(wú)鍵按下。 將第 1 行變?yōu)榈碗娖剑溆嘈袨楦唠娖綍r(shí)，輸出編碼為 1101。然后通過(guò)輸入口讀取各列的電平。檢測(cè)其中是否有變?yōu)榈碗娖降牧芯€。若有鍵按下，則進(jìn)而判別哪一列有鍵按下，確定按鍵位置。 將第 2 行變?yōu)榈碗娖剑溆嘈袨楦唠娖綍r(shí)，輸出編碼為 1011。判別是否有哪一列鍵 按下的方法同上。 將第 3 行變?yōu)榈碗娖剑溆嘈袨楦唠娖綍r(shí)，輸出編碼為 0111。判別是否有哪一列鍵按下的方法同上。 在掃描過(guò)程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某行有鍵按下，也就是輸入的列線中有一位為 0時(shí)，便可判別閉合按鍵所在列的位置，根據(jù)行線位置和列線位置就能判斷按鍵在矩陣中的位置，知道是哪一個(gè)鍵按下。 2) 鍵盤掃描工作過(guò)程 （ 1） 判斷鍵盤中是否有鍵按下； （ 2）進(jìn)行行掃描，判斷是否鍵按下，若有，則調(diào)用延時(shí)子程序去抖動(dòng)； 10 （ 3)讀取按鍵的位置碼； (4)將按鍵的位置碼轉(zhuǎn)換為鍵值（鍵的順序號(hào)） 0、 2? 、 F。 3）鍵的位置碼及鍵值 的譯碼過(guò)程 上述行掃描過(guò)程結(jié)束后得到的行號(hào)和列號(hào)存放在不同的寄存器中。 鍵值（號(hào)）的獲得（譯碼）通常采用計(jì)數(shù)譯碼法。這種方法根據(jù)矩陣鍵盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每個(gè)按鍵的值 =行號(hào)179。每行的按鍵個(gè)數(shù) +列號(hào)，即鍵號(hào)（值） =行首鍵號(hào) +列號(hào)，由此： 第 0 行的鍵值為： 0行179。 4+列號(hào)（ 0～ 3）為 0、 3； 第 1 行的鍵值為： 1行179。 4+列號(hào)（ 0～ 3）為 7； 第 2 行的鍵值為： 2行179。 4+列號(hào)（ 0～ 3）為 A、 B； 第 3 行的鍵值為： 3行179。 4+列號(hào)（ 0～ 3）為 C、 D、 E、 F。 4179。 4鍵盤行首鍵號(hào)為 0、 C， 列號(hào)為 0， 1， 2， 3。編制程序時(shí)可以把鍵號(hào)制成表，查表實(shí)現(xiàn)鍵功能的處理或直接用跳轉(zhuǎn)程序的處理。 顯示部分 顯示器是計(jì)算機(jī)的主要輸出設(shè)備，它把運(yùn)算結(jié)果、程序清單等以字符的形式顯示出來(lái)，以供用戶查閱。目前常用的顯示器有數(shù)碼管顯示器（ LED 顯示器）、液晶顯示器（ LCD 顯示器）和 CRT 顯示器等，本設(shè)計(jì)中采用的是 LED顯示器。下面就相信介紹 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 LED 顯示器簡(jiǎn)介 1) 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由 8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）按“日”字形排列構(gòu)成，其中 7個(gè)發(fā)光二極管組成“日”字形 的筆畫段，另一個(gè)發(fā)光二極管為圓點(diǎn)形狀。通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字 0 ~字符 A ~ F、 H、 P等、符號(hào) “ ” 及小數(shù)點(diǎn) “ .” 。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。 2) 數(shù)碼管工作原理 共陽(yáng) (陰 )極數(shù)碼管的 8 個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極（陰極）連接在一起。通常，公共陽(yáng)（陰）極接高（低）電平，其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低（高）電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相 應(yīng)的限流電阻。（注：二極管陽(yáng)（陰）極為二極管正（負(fù)）端，高電平一般指接電源，低電平一般指接地。） 11 3) 數(shù)碼管字形編碼 當(dāng)某一二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的字段發(fā)亮。這樣，若干個(gè)二極管導(dǎo)通，就構(gòu)成了一個(gè)字符。在共陰極數(shù)碼管中，導(dǎo)通的二極管用“ 1”表示，其余的用“ 0”表示。這些“ 1”，“ 0”數(shù)符按一定的順序排列，就組成了所要顯示字符的顯示代碼。例如，對(duì)于共陰極數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，陽(yáng)極排列順訓(xùn)為 h、 g、 f、 c、 e、 d、 c、 b、 a。這樣，字符 1 的顯示代碼為 00000110，字符 F 的顯示代碼為 11110001，用十六進(jìn)制表示分別為 06H和 71H。若要顯示某一個(gè)字符，就在二極管的陽(yáng)極按顯示代碼加以高電平，陰極加低電平即可。 LED 靜態(tài)顯示法接口設(shè)計(jì) 所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器各筆畫段都要獨(dú)占具有鎖存功能的輸出口線， CPU 把欲顯示的字形代碼送到輸出口上，就可以使顯示器顯示所需的數(shù)字或符號(hào)，此后，即使 CPU 不再去訪問它，因?yàn)楦鞴P畫段接口具有鎖存功能，顯示的內(nèi)容也不會(huì)消失。 靜態(tài)顯示法的優(yōu)點(diǎn)是顯示程序十分簡(jiǎn)單，顯示亮度大，由于 CPU不必經(jīng)常掃描顯示器，所以節(jié)約了 CPU的工作時(shí)間。但是其主要缺點(diǎn)是占用的 I/O 口線較多，硬 件成本較高。所以靜態(tài)顯示法常用在顯示器數(shù)目較少的應(yīng)用系統(tǒng)中。 LED 動(dòng)態(tài)顯示法接口設(shè)計(jì) 動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位的 I/O 口控制；各位的位選線（公共陰極或陽(yáng)極）由另外的 I/O 口線控制。 [10]動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示 的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺。 采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省 I/O 口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài) 顯示方式，而且在顯示位 數(shù)較多時(shí)，CPU 要依次掃 描，占用CPU 較多的時(shí) 間。本設(shè)計(jì)顯示電路采用 簡(jiǎn)單實(shí)用 12 的 8 位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管，段碼 由 P0 口輸出， 用 74LS244 驅(qū)動(dòng) ； 位碼 由 P2 口輸出， 用 PNP 三 極管 驅(qū)動(dòng)。 其 顯示電路 原理圖 如圖 所示 。 圖 顯示電路 原理圖 74LS244 芯片 AT89S52 外部擴(kuò)展空間很大，但數(shù)據(jù)總線口和控制信號(hào)線的負(fù)載能力有限的 。如果 擴(kuò)展的芯片較多， AT89S52 總線 接 口負(fù)載 就會(huì) 過(guò)重， 不利于系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此時(shí)，就需要 擴(kuò)展 接 口， 同時(shí)提高其驅(qū)動(dòng)能力 ，以減輕總線 接 口的負(fù)擔(dān) 。因此，本設(shè)計(jì)中的顯示電路，就利用 74LS244 來(lái)擴(kuò)展單片機(jī)的 P0 口，以滿足八個(gè) LED 數(shù)碼顯示器的驅(qū)動(dòng)。實(shí)際上，我在自制的電路板上驗(yàn)證過(guò) ，不加此芯片也可以正常顯示，只是效果不太好而已。下面就簡(jiǎn)單的介紹一下 74LS244。 1）功能特性 74LS244 是 一種三態(tài)輸出的 8 總線緩沖驅(qū)動(dòng)器，無(wú)鎖存功能， 8 個(gè)三態(tài)門分為兩組，每組 4 個(gè) ， 使用時(shí)可分別以 1G 和 2G 作為它們的選通工作信號(hào)。當(dāng) 1G和 2G 都為低電平時(shí)，輸出端 Y和輸入端 A 狀態(tài)相同；當(dāng) 1G和 2G 都為高電平時(shí)，輸出呈高阻態(tài)。 74LS244 的驅(qū)動(dòng)能力比較強(qiáng)，因此適合單片機(jī)并行接口的擴(kuò)展。 2） 引腳 功能 74LS244 是 20 引腳的 雙列 直 插 芯片，其封裝形式如圖 所示。下面結(jié)合圖 來(lái)介紹一下各引腳 的功能。 圖 74LS244邏輯及管腳圖 （ 1）電源引腳 ? Vcc（ 20腳）：主電源正端，接 +5V 電源。 ? GND（ 10腳）：主電源負(fù)端，接地。 （ 2）控制引腳 ? 1G（ 1 腳）： 1Y11Y4 輸出控制 端 ，低電平有效，高電平高阻 。 ? 2G（ 19 腳）： 2Y12Y4輸出控制 端 ，低電平有效，高電平高阻 。 13 （ 3） I/O 引腳 ? 輸入引腳 ( 1 1 1 17腳 )： 1A11A4,2A12A4。 ? 輸出引腳 (1 1 1 1 3腳 )： 1Y11Y4,2Y12Y4。 其中輸入與輸出必須是相互對(duì)應(yīng)的，如 1A1 對(duì)應(yīng) 1Y1，以此類推。 3） 真值表 圖 真值表 復(fù)位電路 復(fù)位操作 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其功能主要是將程序計(jì)數(shù)器（ PC）初始化為0000H，使程序從 0000H 單元開始執(zhí)行，并將特殊功能寄存器賦一些特定值。 復(fù)位是上電的第一個(gè)操作，然后 程序從 0000H 開始執(zhí)行。在運(yùn)行中，外界干擾等因素可能會(huì)使單片機(jī)的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)或“跑飛”。要使其進(jìn)入正常狀態(tài)，唯一辦法是將單片機(jī)復(fù)位，以重新啟動(dòng)。 復(fù)位也是使單片機(jī)退出低功耗工作方式而進(jìn)入正常狀態(tài)一種操作。 復(fù)位電路 RST 引腳是復(fù)位端，高電平有效。在讀引腳輸入至少連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)復(fù)位。 RST 引腳內(nèi)部有一個(gè)施密特 ST 觸發(fā)器以對(duì)輸入信號(hào)整形，保證內(nèi)部復(fù)位電路的可靠，所以外部輸入信號(hào)不一定要求是數(shù)字波形。使用時(shí)，一般在此引腳與 Vss 引腳之間接上一個(gè)約 的下拉電阻， 與 Vcc 引腳之間接一個(gè)約 10uF 的電解電容，即可保證上電自動(dòng)復(fù)位。 [4]復(fù)位電路如圖 所示。 14 圖 復(fù)位電路 電容 C和電阻 R1實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位功能。增加按鍵開關(guān) SW 和阻值 R1 又可實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位功能。該電阻的作用是在按鍵開關(guān)按下時(shí)，防止電容放電電流過(guò)大燒壞開關(guān)的觸點(diǎn)。應(yīng)保證（ R2/R1） 10。一般取 C=10uF， R1=100， R2=。 時(shí)鐘電路 單