第13讲：MCS-51系统的人机接口设计M
单片机技术
电气学院：易先军第06章：存储器扩展与接口技术
本讲主要内容：
●独立式键盘的硬件与编程
●行列式键盘的硬件与编程
●七段LED的驱动原理与硬软件设计
人机接口设计【教材第8章】
1、非编码键盘
●若干个按键组成的开关矩阵，它是单片机最简单的信息输入装置，
操作员通过键盘向单片机系统输入数据或命令，实现简单的人-机通信，按键是以开关的状态来设置控制功能和输入数据。若键盘上闭合键的识别是由专用硬件实现的（如8279芯片），称为编码键盘；若靠软件实现的便为非编码键盘。
●非编码键盘是由一些按键排列成的一个行、列矩阵。按键的作用
只是简单地实现开关的接通或断开，但必须有一套相应的程序与之配合，来解决按键的识别，防止抖动以及键值的产生等工作。键盘接口电路硬软件必须解决的几个问题？
①键的识别：是否有键按下；若有键按下，判
断是哪一个键（确定其键号或键值）。
②去抖动：目前，按键是利用机械触点，一个
电压信号通过机械触点的闭合、断开过程。
③键的保护：处理多键同时按下。对于同时有
两个以上的键被按下的情况，有几种处理
方法：
I、“双键同时按下”。
II、“N键锁定”。
抖动时间
＜10ms
开关动作时间
＞100ms
“ 1 ”
“ 0
”＜10ms
单片机键输入处理流程图（键输入软件处理）
（1）非编码独立式按键的处理
P1.0
P1.1
P1.7
+5v
0＃
1＃
7＃
START：MOV A，#0FFH；置P1为输入状态，读引脚
MOV P1，A ；P1口锁存器写1，读引脚有效
MOV A，P1 ；输入按键状态供查询用
JNB ACC.0，DP10 ；0号键按下转
JNB ACC.1，DP11 ；1号键按下转
JNB ACC.2，DP12 ；2号键按下转
JNB ACC.3，DP13 ；3号键按下转
JNB ACC.4，DP14 ；4号键按下转
JNB ACC.5，DP15 ；5号键按下转
JNB ACC.6，DP16 ；6号键按下转
JNB ACC.7，DP17 ；7号键按下转
SJMP START ；返回接着查询
DP10：LJMP PORT0 ；转0~7号键处理程序入口
DP11：LJMP PORT1 ；
…
DP17：LJMP PORT7；
各功能键处理程序结构
PORT0：…；0号键处理程序
…
LJMP START；从0号键程序执行完返回PORT1：…；1号键处理程序
…
LJMP START；返回
…
PORT7：…；7号键处理和程序
…
LJMP START ；返回（2）非编码行列（矩阵）式键盘
非编码式键盘识别按键的方法有两种: 一是行扫描法, 二是线反转法
1) 行扫描法：通过行线发出低电平信号, 如果该行线所连接的键没有
按下的话, 则列线所接的端口得到的是全“1”信号, 如果有键按下的话, 则得到非全“1”信号。列线外接上拉电阻。
＋5V
1
1
1
1
1 1 1 列值全1
＋5V
1
1
1
1
1 0 1列值非全1
为了防止双键或多键同时按下, 往往从第 0 行一直扫描到最后一行, 若只发现一个闭合键, 则为有效键, 否则全部作废。
2）线反转法也是识别闭合键的一种常用方法, 该法比行扫描速度快, 但在硬件上要求行线与列线外接上拉电阻。
先将行线作为输出线, 列线作为输入线, 行线输出全“0”信号, 读入列线的值, 然后将行线和列线的输入输出关系互换, 并且将刚才读到的列线值从列线所接的端口输出, 再读取行线的输入值。那么在闭合键所在的行线上值必为 0。这样, 当一个键被按下时, 必定可读到一对唯一的行列值。
＋5V
＋5V
1
1 0 1 列值
＋5V
＋5V
1
1
1
0 0 0
行值
实例：采用8155的键盘接口电路
行扫描法：通过行线
发出低电平信号, 如果
该行线所连接的键没有
按下的话, 则列线所接
的端口得到的是全“1”
信号, 如果有键按下的
话, 则得到非全“1”信
号。
找到闭合键后, 读入
相应的键值, 再转至相
应的键处理程序
（课堂作业：阅读教材P211～P213上给出的该程序与说明，思考：①行号对应
00～07H，为什么列号要分别设定为00H、08H 、10H、18H？②要求由程序
画出流程图！）。
下面的程序是用行扫描法进行键扫描的程序, 其中KS1 为判键闭合的子程序。有键闭合时（A）！=0。 DIR为数码显示器扫描显示子程序, 执行一遍的时间约6 ms。程序执行后, 若键闭合, 键值存入A中, 键值的计算公式是: 键值=行号×4+列号; 若无键闭合, 则A中存入标志FFH
KEY1:LCALL KS1 ; 检查有无闭合键?
JNZ LK1 ; （A）！=0, 有键闭合则转 LJMP LK8 ; 无闭合键则返回
LK1: LCALL DIR ; 延时 12 ms
LCALL DIR ;
LCALL LS1 ; 再检查有键闭合否?
JNZ LK2 ;
LJMP LK8 ; 无键闭合则返回
LK2: MOV R3, ＃00H ; 行号初值送R3
MOV R2, ＃FEH ; 行扫描初值送R2 LK3: MOV DPTR, ＃0101H; 指向 8155 口A
MOV A, R2 ; 行扫描值送A
MOVX @DOTR, A 扫描 1
INC DPTR
INC DPTR ; 指向 8155 口C
MOVX A, @DPTR ;
ANL A, ＃0FH ; 保留低 4
MOV R4, A ;
CJNZ A, ＃0FH, LK4 ; 列值非全“1”则转
MOV A, R2 ; 行扫描值送A
JNB ACC.7, LK8 ; 扫至最后一行则转
RL A ; 未扫完, 则移至下一行
MOV R2, A ; 行值存入R2 中
INC R3 ; 行号加 1
SJMP LK3 ; 转至扫描下一行
LK4: MOV A, R3 ; 行号送入A
ADD A, R3 ; 行号×2
MOV R5, A
ADD A, R5 ; 行号×4
MOV R5, A ; 存入R5
MOV A, R4 ; 列值送A
LK5: RRC A ;
JNC LK6 ; 该位为 0
INC R5 ; 列号加 1
SJMP LK5 ; 列号未判完则继续
LK6: MOV 20H, R5; 存键
LK7: LCALL DIR ;
LCALL KS1 ; 发扫描信号
JNZ LK7 ;
LCALL DIR ;
LCALL DIR ; 延时 12 ms,
MOV A, 20H ; 键值存入A
KND: RET
LK8: MOV A, ＃FFH ; 无键标志FFH存入A中
RET
KS1: MOV DPTR, ＃0101H ;
MOV A, ＃00H ;
MOVX @DPTR, A;
INC DPTR
INC DPTR ; 指向8155口C
MOVX A, @DPTR ;
ANL A, ＃0FH ; 保留低4
ORL A, ＃F0H ; 高4位取“1”
CPL A ; 取反, 无键按下则全“0”
RET
2、LED 显示技术
LED 的字形码(字段码) 显示字符
共阴极
共阳极
0 3FH C0H 1 06H F9H 8． FFH 00H ‘灭’ 00 FFH F 71H 84H U 3EH C1H P ．
F3H
02H
LED 显示器用于显示工业控制参数、过程状态。 1）LED 数码管
共阴极LED 和共阳极LED
当LED 字段引线与数据线连接，每个显示字形对应一个字形码。
a b h
COM
D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 h g f e d c b a
2）LED 接口电路（静态显示与动态显示）
●静态显示
a b h COM
a f
b g e
c
d h
a b h
COM
a b h
COM
显示程序任务：
1.设置显示缓冲区，存放待显
示数据和字符（位置码）。 2.显示译码：程序存储器中建
立字形码常数表，查表得出对应数据和字符的字形码。 3.输出显示：输出字形码到显
示端口。
静态显示
示例：MOV DPTR ，#WTAB ；指向字形码表首地址 MOV A ，@R0 ；取显示缓冲区中数据，@R0为数据0～9 MOVC A ，@A+DPTR ；查表显示译码 MOV P1，A ；输出显示 …
WTAB ：DB 3FH ，06H ，5BH ；字形码表，数据0～9 对应的七段码 …
COM
P 1.0～1.7
MCS-51
a f b
g e c d h
a
b h
显示缓冲区 地址 内容
7AH 7BH 7CH 7DH 7EH 7FH
对应字位线： D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5
显示缓冲区与多位LED 对应关系
●动态显示:多位LED 共用一个8位字段口，各位LED 公共端用字位
口控制，扫描输出显示不同字形。（用8155实现动态显示接口）
COM
COM
PB 7 … PB 1 PB 0
PA 0 PA 1 PA 2
a
a h
h b b h COM
f b
g e c d h
a a
b ●显示程序
DIS ： MOV R0，#7AH ；指向显示缓冲区起始单元
MOV R3，#01H ；字位码初值→R3 MOV A ，R3 ；取字位码
DLP ： MOV DPTR ，#PAAR ；指向字位口 (PA 口) MOVX @DPTR ，A ；输出字位码，显示其中1位
MOV A ，@R0 ；取一个显示数据 （0～9） ADD A ，#0CH ；加上查表偏移量 MOVC A ，@A+PC ；取出字形码 INC DPTR ；指向字段口(PB 口) MOVX @DPTR ，A ；输出字形码 ACALL DLY1MS ；延时1ms INC R0 ；指向显缓区下一单元 MOV A ，R3 ；修改字位码 RL A ；显示下一位 MOV R3，A
JNB ACC.6，DLP ；未显示到最右边LED ，继续显示
RET ；全部扫描一遍，结束 DTAB ：DB 0C0H ，0F9H ，0A4H ；字形表 DB 0B0H ，99H ， DLY1MS … ；延时1ms 子程序
本讲小结
●
1、非编码键盘（独立式、行列式）的硬件与编程 ●
2、七段LED 的显示原理（静态显示、动态显示）
●3、掌握利用8155扩展键盘和显示器的方法！（教材实例） ●
4、掌握利用8255扩展键盘和显示器的方法！（课后习题T5）
课后习题： P252