教学设计——《数码管》

课   题

第5章  单片机系统的扩展与接口

5.4  显示与键盘接口

学   时

   2学时

授课类型

理论讲授

教学目标

1．知识目标

掌握典型的LED显示器和矩阵式键盘的接口电路，了解显示和键盘扫描程序的应用。

2．能力目标

通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。

3．情感目标

通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生对本课程的产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。

教学重点

1．典型的LED显示器和矩阵式键盘的接口电路。

教   法

采用“媒体演示——分析概括——巩固提高”的教学模式

教学过程

过程设计

创设情景

导入：显示设备是常用的输出设备之一；本节着重介绍LED显示器的接口电路。

掌握LED 显示原理

掌握通过软件译码的LED静态显示接口电路的连接及编写驱动程序

掌握动态LED显示接口的连接及其驱动程序的编写

一、LED显示接口

1．LED显示器如何工作

·发光二极管的工作原理

常用的发光二极管是砷化镓(GaAs)半导体二极管，其电路如图所示。

分析其工作原理？

·笔段式LED显示器结构

通常所说的LED显示器由8个发光二极管组成，如下图(a)所示。其中a～g段用于显示数字、字符的笔划，dp显示小数点，而3、8引脚连接，作为公共端。LED显示器的发光二极管有共阳极和共阴极两种连接方法，详见下图（b）、(c)。

   从LED显示器的结构可以看出,不同笔段的组合就可以构成不同的字符。

·LED驱动电路

   LED工作电流较大,而单片机CPU的I/ O负载能力较小,因此CPU与LED 显示器连接时一般可以采用分立元件(如:三极管)或驱动芯片来增强驱动能力。下图所示的是两个LED驱动电路。

图（a）是采用三极管，当P1. X输出高电平时,三极管饱和导通,限流电阻R和LED导通电阻构成了集电极等效电阻,R的阻值由IC = IF = (VCC-VF-Vces)/ R 决定。当P1. X输出低电平时,三极管截止,功耗小。但是在CPU复位期间,由于P1口输出高电平,LED发光。

    图（b）是采用同相驱动的集成芯片7407，限流电阻R和LED导通电阻构成了等效外接集电极电阻。当P1. X输出低电平时,驱动器输出低电平,LED发光。该电路克服了CPU复位期间LED发光的缺陷。

2．静态LED显示电路

·软件译码的LED接口电路

   下图是一位共阳极的LED静态显示驱动电路,P0口输出笔段代码,经74LS273锁存器直接驱动LED。这种电路需用电源的容量大,且占用了P0口8 根线。

驱动程序如下:

MOV DPTR, # 1000H   ;取笔段代码表首地址,送入DPTR

MOVC A,@ A+ DPTR   ;将相应笔段代码送到累加器A中

MOV P0,A             ;将取出的笔段代码送P0口

ORG 1000H

DB C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,…    ;笔段代码表

·硬件译码的LED显示接口电路

先来认识CD4511芯片。引脚图如下：

CD4511工作原理：A、B、C、D为BCD码输入端,a～g为七段译码输出端。为消隐输入端,当为0时,所有译码输出均为低电平或高电平(共阴极LED显示器为低电平,共阳极LED显示器为高电平),不显示。为笔段测试输入端,LE为锁存输入端,当LE= 0时,译码输出由输入端决定;当LE =1时,锁存了输入端的状态,译码输出与输入无关。

下图是4位LED静态显示接口电路，该电路使用具有锁存、译码、驱动功能的CD4511作为锁存/ 译码/ 驱动电路。

数码管的锁存输入端LE分别接74LS138译码器的Y0～Y3端,因此各位端口地址为:

个位: 8000H  十位: 8001H  百位: 8002H  千位: 8003H

假定个位、十位、百位、千位显示缓冲区的地址分别为30H～33H。显示驱动程序如下:

MOV R0, # 30H      ;取显示缓冲区首地址

MOV DPTR, # 8000H ;将LED显示器个位端口地址送DPTR。

DISP:   MOV A,@ R0

MOVX @ DPTR,A    ;显示数据

INC R0

INC DPTR

CJNE R0, # 34H,DISP

3．动态LED显示接口

动态LED显示电路一般由三个部分组成,即显示器、字形锁存驱动器和字位锁存驱动器,如下图所示。

    下图是利用P0口和P1口的显示接口电路。

假定显示缓冲区的首地址是内部RAM 70H,即4个LED显示器的缓冲单元是70H～73H。显示驱动程序为:

MOV R0, # 70H    ;将缓冲区首址送R0

MOV R3, # 01H        ;将位控码初值送R3

LD0: MOV A,@ R0         ;取出显示数据

ADD A,10H

MOVC A,@ A + PC     ;查表取字形代码

MOV P1,A             ;从P1口输出字形

MOV P0,R3           ;通过P0口输出字位,并锁存

ACALL DL             ;延时1 ms

INC R0                 ;转向下一缓冲单元

MOV A,R3

JB ACC. 4,LD1           ;判断是否到最高位,到则返回

RL A                    ;向显示器高位移位

MOV R3,A               ;位控码送R3保存

AJMP LD0                ;继续扫描

LD1:  RET

DSEG DB 3FH,06H,5BH,4FH,…  ;字形代码表

DL: ……                        ;延时程序(略)

二、键盘接口

1．键盘接口需要解决的问题

·键盘电路形式。

·键盘按键编码和按键功能。

·键盘监控方式。

·按键去抖动问题。

2．简单键盘接口电路

简单键盘接口电路采用直接编码输入方式，每一个按键独立地接入一根输入线，如下图所示。

简要分析工作原理？

3．矩阵式键盘接口电路

矩阵式键盘输入电路一般由输出锁存器(行线)、输入缓冲器(列线)和键盘开关矩阵三个部分组成，如下图所示。

例1  利用89S51单片机I/O口直接连接4×4矩阵键盘。

解：由于89S51的I/O口具有输出锁存和输入缓冲功能，因此使用I/O口组成的键盘电路可以省掉输出锁存器和输入缓冲器，如图所示。

三、任务演示

见动画十七——显示与键盘接口。

总    结

通过本课堂的学习，我们了解了LED显示器的接口技术。

思  考 题

使用两片74LS244设计接口电路，把A、B、C、D四个拨盘设置的BCD码依次输入到内部RAM的30H～31H单元，并编写程序输入数据。