05 项目5 显示器及键盘.pptx

第1页：项目5 显示器及键盘封面

项目5「显示器及键盘」讲解LED数码管的结构、工作原理与静态/动态显示接口，以及按键特性、去抖动与独立式按键接口设计。

第2页：5.1 LED显示器及接口技术

5.1 LED显示器及接口技术：在单片机系统设计中，信号的输出部分非常重要，常用的输出设备有显示器、打印机等。显示器种类很多，LED（发光二极管显示器）、LCD（液晶显示器）和CRT显示器都可以作为单片机的显示设备，通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。

由于LED具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。

第3页：LED显示器结构与内部连接

5.1.1 LED显示器结构与工作原理　1.LED内部结构：通常所说的LED显示器俗称数码管，由7个发光二极管组成，故又称7段LED显示器，其排列形状如图5-1所示。

实际上显示器中还有一个圆点型发光二极管（图中以dp表示）用于显示小数点。七个发光二极管构成「日」，一个构成小数点，故也称为8段显示器，通过发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其他符号。

第4页：共阳极与共阴极两种连接方式

LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法：

• 共阳极：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，阴极端输入低电平的段导通点亮，输入高电平的不点亮
• 共阴极：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地，阳极端输入高电平的段导通点亮，输入低电平的不点亮

图5-2给出一个二极管被点亮的条件。

第5页：图5-3 七段LED显示器

图5-3 七段LED显示器：图中给出七段LED各发光段的排列位置，即a、b、c、d、e、f、g七个笔画段与小数点dp的分布，是确定字形代码位对应关系的基础。

第6页：LED字形代码与代码位对应关系

2.LED工作原理：为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，因为这些代码是为显示字形的，因此称之为字形代码。七段发光二极管再加一个小数点位共计八段，因此提供给LED显示器的字形代码正好一个字节。各代码位的对应关系如下：

• D0对应a段、D1对应b段、D2对应c段、D3对应d段
• D4对应e段、D5对应f段、D6对应g段、D7对应dp段

详见表5-1十六进制数的字形代码表。

第7页：表5-1 十六进制数的字形代码表

表5-1 十六进制数的字形代码表：下表列出0～F、负号与熄灭状态在共阴极和共阳极两种接法下的字形代码。

第8页：静态LED显示接口

5.1.2 LED显示器与单片机接口技术：LED显示器常用两种显示方法——静态显示和动态显示。

1.静态LED显示接口：所谓静态显示，就是每一个LED显示器都要占用80C51一个单独的输出口。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到所连接的输出口，就可以显示相应的数字或字符，如图5-3所示为两位LED数码管静态显示示意图。

• 优点：占用CPU时间少，显示程序简单，显示亮度高且稳定
• 缺点：显示位数较多时占用较多的I/O口线，故静态显示一般用于显示位数较少的系统

第9页：静态显示程序举例与元件清单

静态显示程序举例：在80C51单片机的输出端连接一只数码管，要求数码管依次显示0—F，每位数字显示100ms。所需元件如下表。

第10页：静态显示电路图

静态显示电路图：图中给出共阳极数码管的段选线与单片机I/O口之间串接限流电阻的连接方式，单片机把字形代码发送到输出口即可显示相应字符。

第11页：实践练习题目

实践练习题目：在以上例子基础上更改条件完成以下题目：

• 1、每位数字显示更改为1s
• 2、数字显示从F—0倒序显示
• 3、增加一个按键，当按键按下时停止显示，按键断开时继续显示

第12页：动态LED显示接口

2.动态LED显示接口：动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管。通常各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的I/O口线控制，如图5-4所示为8位LED数码管动态显示示意图。

• 优点：比较节省I/O口线，硬件电路也比较简单
• 缺点：亮度不如静态显示方式，且显示位数较多时CPU要依次扫描，占用较多CPU时间

第13页：5.2.1 按键的特性与分类

5.2 键盘输入接口　5.2.1 按键的特性：按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如常见的机械式开关等；另一类是无触点开关按键，如电气式按键、磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长，目前单片机系统中最常见的是触点式开关按键。

按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，主要区别是识别键符及给出相应键码的方法：

• 编码键盘：主要用硬件来实现对键的识别
• 非编码键盘：主要由软件来实现键盘的定义与识别，经济实用，较多地应用于单片机系统中

第14页：按键抖动与机械抖动波形

单片机系统键盘通常使用机械触点式按键开关，如图5-7所示，单片机的一个I/O口外接一个按键。按键没有闭合时I/O口经外接上拉电阻为高电平，按下按键则I/O口为低电平，松开又回到高电平；理想情况下每按一次按键，I/O口电平的变化应稳定地高→低→高。

但实际上机械式按键按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后触点才稳定下来，其抖动过程如图5-8所示。抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5～10ms。

第15页：按键去抖动的硬件与软件方法

在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。

• 硬件去抖：键数较少时采用，可在键输出端加R-S触发器（双稳态触发器）或单稳态触发器构成去抖动电路
• 软件去抖：键数较多时采用；检测到有按键按下时执行一个10ms左右（视所用按键调整）的延时程序避开前沿抖动，再检测该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持则确认该键处于闭合状态
• 检测到该键释放后也应采用相同步骤避开后沿抖动，确认按键释放后再进行处理

第16页：独立式按键接口与软件设计

5.2.2 独立式按键接口　1.独立式按键结构及接口：单片机控制系统中往往只需要几个功能键，此时可采用独立式按键结构。独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态，典型应用如图5-10所示。

• 优点：电路配置灵活，软件结构简单
• 缺点：每个按键必须占用一根I/O口线，按键较多时I/O口线浪费较大，故仅适合按键数目不多的场合

2.独立式按键的软件设计：常采用查询式结构。先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后再转向该键的功能处理程序。