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. 基于单片机的键盘和 LED 数码管工作原理 摘要：键盘和显示器是微机最常见的输入输出设备。本文介绍键盘和 LED 显示器的基本工作 原理，并给出在 8051 基础上的电路结构及 C语言代码。 关键字：键盘， LED,单片机 键盘是微型计算机系统中最基本、最常见的输入设备。在各种工业过程的计 算机控制和监视系统中， 广泛应用发光二极管向用户提供提示。 由发光二极管可 以构成 7 段/8 段LED 显示器，用于显示工作状态、参数数值和故障位置。 一.键盘的工作原理 键盘实际上是一组按键开关的集合， 平时按键开关总是处于断开状态， 当按 下键时它才闭合。 (一)键盘的基本介绍 1.键盘的功能 键盘接口必须具有 4 个基本功能： 1. 去抖动 2. 防串键 3. 识别被按键并产生与之对应的键码 4. 释放键 而键码产生后如何去实现按键的特定功能，是操作系统和应用程序的任务 2.键盘的分类 根据按键开关的排列方式，键盘可分为线性键盘和矩阵键盘。 线性键盘： 硬件连接和接口程序都很简单， 只适用于按键少的场合， 因为线 性键盘有多少按键，就需要有多少根连线与微机输入端口相连。 矩阵键盘： 将按键排成 n 行 m 列， 每个按键占据行列的一个交点， 需要的外 连接线数目是 m+n，而容许的最大按键数是 m*n，显然可以减少微机接口的连线， 是一般微机常采用的键盘结构。 3.键盘与单片机的连接方式 矩阵键盘的连接方法有多种。 可直接连接于单片机的 I/O 口线； 可利用扩展 的并行 I/O 口连接；也可利用可编程的键盘、显示接口芯片(如 8297)进行连 接等等。 其中， 利用扩展的并行 I/O 口连接方便灵活， 在单片机应用系统中比较 常用。下图就是通过 8255A 芯片扩展的并行 I/O 口连接的矩阵键盘。 . . . 图 1 微处理器和键盘接口接线示意 (二)键盘的工作过程 被按键的识别和键码的产生是键盘接口要解决的主要问题， 可以通过软硬结 合的方法来解决。通常识别被按键有两种方法：行扫描法和线反转法。 实际微型计算机系统中以行扫描法应用最广， 其基本思想是： 由程序对键盘 进行逐行扫描， 通过检测到的列状态来确定闭合键， 需要输出端口、 输入端口各 1 个。 下面由以并行接口芯片 8255A 组成的微机与键盘接口来说明非编码键盘采 用行扫描法进行按键识别并产生编码的原理。 设 8255 的端口地址为：40~43H,键盘的行线接在 PA ~PA 上，列线接在PB ~PB 0 3 0 3 上，接口示意如图 1，PA 端口定义为输出端口， PB 端口定义为输入端口。扫描 的步骤如下： (1)快速检查是否有键按下。使PA ~PA 输出全为 0，读取 PB ~PB 上数据，只要 0 3 0 3 有一位为 0，必定有某键被按下。 (2)去抖动。延时20ms 左右，等待按键通、断引起的抖动消失，然后再判断具 体按下的到底是哪个键。 (3)确定被按下的键。从 0 行开始，顺序逐行扫描，即该行输出 0。每扫描一 行，读入列线数据，从 0 列开始，逐列检查，判断是否有输入为 0 的列，若无， 则顺序扫描下一行，并检查各列；若检查到某列线为 0，则该行、列交点上的按 键为被按下的键。 具体控制程序请见附录 1。 二.LED 数码管显示器的工作原理 . (一) LED 显示器的基本介绍 一般 8 段 LED 显示器的内部结构和外部引脚如图 2 所示。每段都是一个发光 二极管， 通过点亮不同的字段， 可显示 0~9 和 A~F 等不同字符。 其内部各发光二 极管之间的连接方法有共阴极和共阳极两种。如图 2 所示。 图 2 LED 显示器内部结构 (二) LED 显示器工作过程 为了达到显示某一波形的目的， 需要从接口中输出不同的数码， 这些数码称 为字形码或段码。采用共阳极接法时，得到低电平信号的引脚对应的段被点亮； 采用共阴极接法时， 得到高电平信号的引脚对应的段被点亮。 所以对于共阴极和 共阳极两种不同的接法，为了显示同一个字符，对应的显示段码是不同的。在8 段和 8 位字节数有如下对应关系时， a~g 分别接数据线 D0~D5，dp 接 D7，图 3 给出了这两种接法的 8 段LED 显示器字符段码表。 图 3 8 段 LED 显示器字符段码表 比如，为了显示 5，采用共阴极接法(1 是亮)，应该使 D7~D0； 采用共阳极接法， D7~D0。 . 实际使用的 LED 数码管 LED 数码显示器位数较多， 为了