任务 6 用 8255A 设计矩阵键盘扫描接口电路

任务6用8255A设计矩阵键盘扫描接口电路 微型计算机控制技术

工作任务描述: 用实验箱上8255A可编程并行接口芯片设计4X4矩阵键盘，要求在键盘上每按一个数字键，用发光二极管将代码显示出来。微型计算机控制技术

学习内容： • 一、可编程I/O口8255A扩展技术 • 二、键盘扫描技术微型计算机控制技术

一、可编程I/O口8255A扩展技术 • （一）8255A的概述 • （二）8255A的内部结构及原理 • （三） 8255A的控制字 • （四）8255A的工作方式微型计算机控制技术

（一）8255A的概述 • Intel8255A是一种通用的可编程序并行I/O接口芯片，又称“可编程外设接口芯片”，是为Intel8080/8085系列微处理设计的，也可用于其它系列的微机系统。可由程序来改变其功能，通用性强、使用灵活。通过8255A，CPU可直接同外设相连接，是应用最广的并行I/O接口芯片。含3个独立的8位并行输入/输出端口，各端口均具有数据的控制和锁存能力。可通过编程设置各端口的工作方式和数据传送方向(入/出/双向)。微型计算机控制技术

（二）8255A的内部结构及原理 8255A的内部结构微型计算机控制技术

（二） 8255A的内部结构及原理 • 1、数据总线缓冲器：三态8位双向缓冲器，与系统数据总线连接的缓冲部件；传送数据、控制字、状态字的通道。 • 2、3个8位数据端口(PA、PB、PC)：通常PA口与PB口用作输入输出的数据端口，PC口用作数据传输或提供联络线的端口。在方式字的控制下，PC口可以分成两个4位的端口，其中PC7～PC4同端口A配合使用， PC3～PC0同端口B配合使用。 • 3、A组、B组控制电路：这两组控制电路根据CPU发出的方式选择控制字来控制8255A的工作方式，每个控制组都接收来自读写控制逻辑的“命令”，接收来自内部数据总线的“控制字”，并向与其相连的端口发出适当的控制信号。A组控制电路控制PA口和PC口高4位，B组控制电路控制PB口和PC口低4位。 • 4、读/写控制逻辑：用来管理数据、控制字和状态字的传送，接收系统总线发来的有关信号，并向A、B两组控制部件发送命令。微型计算机控制技术

（二）8255A的内部结构及原理 DIP封装，共40个引脚。一、面向CPU一侧的引脚信号 ⑴D7～D0，8位，双向，三态数据线 ⑵RESET，复位信号 ⑶CS*，片选信号 ⑷RD*，读信号 ⑸WR*，写信号 ⑹A1 、A0，端口选择信号二、面向外设一侧的引脚信号（1）端口A：PA0～PA7；A组，支持工作方式0、1、2；（2）端口B：PB0～PB7；B组，支持工作方式0、1；（3）端口C：PC0～PC7；仅支持工作方式0；A组控制高4位PC4～PC7；B组控制低4位PC0～PC3 功能：端口A：PA0～PA7；常作数据端口，功能最强大。端口B：PB0～PB7；常作数据端口。端口C：PC0～PC7；可作数据、状态和控制端口；分两个4位，每位可独立操作；控制最灵活，最难掌握。微型计算机控制技术

（二） 8255A的内部结构及原理 微型计算机控制技术

（三） 8255A的控制字 • 1、工作方式控制字8255A的工作方式控制字的格式，如下图：微型计算机控制技术

（三） 8255A的控制字 • 2、C口按位置位/复位控制字C口按位置位/复位控制字的格式如图10－4所示。（1）仅C口可按位置位/复位，且只对C口的输出 • 状态进行控制（对输入无作用）。（2）一次只能设置C口1位的状态。（3）这个控制字应写入控制口，而不是C口。如下图：微型计算机控制技术

（四） 8255A的工作方式 • 方式0——基本输入/输出方式（A、B、C口） • 方式1——选通工作方式（A、B口） • 方式2——双向选通传送方式（仅A口） • 某端口工作于哪一种方式，可通过软件编程来指定。即向8255写入方式控制字来决定其工作方式。 • 8255A的工作方式——方式0(基本输入/输出方式) • 特点：8255A相当于三个独立的8位数据口。各端口既可设置为输入口，也可设置为输出口，但不能同时实现输入及输出。C端口即可以是一个8位的简单接口，也可以分为两个独立的4位端口。设置为输出口时有锁存能力，设置为输入口时无锁存能力。 • 适用于：无条件输入输出方式。查询输入输出方式：把A、B口作为8位数据的输入或输出口，C口的高/低4位分别定义为A、B口的控制位和状态位。微型计算机控制技术

（四） 8255A的工作方式 • 1、8255A的工作方式——方式0(基本输入/输出方式) • 在方式0下，A、B、C三个端口均用作输入/输出用，这种输入/输出只是简单的输入/输出，无联络信号。如下图所示。微型计算机控制技术

（四） 8255A的工作方式 • 2、方式1：带选通的输入/输出 • （1）方式1的输入 • A口和B口都设置为方式1输入时的情况，如下图1所示。当A口设定为方式1输入时，A口所用三条联络信号线是C口的PC3、PC4、PC5，B口则用了C口的PC0、PC1、PC2作为联络信号。各联络线的定义如下：STB：外设送来的输入选通信号，低电平有效。IBF：8255A送外设的输入缓冲器满信号，高电平有效。INTR：8255A送到CPU或系统总线的中断请求信号，高电平有效。该信号另外受INTE控制。INTE：中断允许信号。微型计算机控制技术

A口和B口在方式1输入时的情况 （四)8255A的工作方式 • （2）方式1的输出A口和B口都设置为方式1输出时的情况如下图2所示。当A口与B口设为方式1输出时，也分别指定C口的三条线为联络信号，A口所用三条联络信号线是C口的PC3、PC6、PC7，B口则用了PC0、PC1、PC2。各联络线的定义如下：微型计算机控制技术

(四) 8255A的工作方式 OBF：送外设的输出缓冲器满信号，低电平有效。、 ACK：外设送来的响应信号，低电平有效。INTR：中断请求信号，高电平有效。该信号另受INTE控制。INTE:它功能和输入方式一样。微型计算机控制技术

(四) 8255A的工作方式 • 3、方式2：带选通的双向输入/输出方式2是一种双向选通输入/输出方式，只适用于A口，方式2下的引脚定义如图3所示。在方式2下，各联络信号的含义如下：INTR：中断请求信号，高电平有效。OBF：输出缓冲器满，低电平有效。ACK：来自外设的响应信号，低电平有效。INTE1：A口输出中断允许。STB：来自外设的选通输入，低电平有效。IBF：输入缓冲器满，高电平有效。INTE2：A口输入中断允许。微型计算机控制技术

(四) 8255A的工作方式 微型计算机控制技术

(四) 8255A的工作方式 • ☆ 8255A的举例 • 【例】如图4所示，设8255端口地址为2F80～2F83H，编程设置8255 A组、B组均工作于方式0，A口输出，B口输出，C口高4位输入，低4位输出。然后，读入开关K的状态，若K打开，则使发光二极管熄灭；若K闭合，则使发光二极管点亮。程序如下：MOV AL，88HMOV DX，2F83HOUT DX，ALMOV DX，2F82HIN AL，DXMOV DX，2F81HAND AL，20HJZ L1 ；条件成立时PC5＝0，K闭合MOV AL，0 OUT DX，AL JMP END1 L1：MOV AL，40H OUT DX，AL END 微型计算机控制技术

二、键盘扫描技术 • （一）引入：（预备知识） • （二）独立式按键及其接口电路 • （三）矩阵式键盘及其接口电路微型计算机控制技术

（一）引入：（预备知识） • 1.键盘的作用： • 键盘在单片机系统中是个很重要的部件，为了输入数据、查询和控制系统的工作状态都要用到键盘，键盘是人工干预计算机的手段 • 2.键盘接口概述 • 〔1〕按键的分类 • 按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；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，微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，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。微型计算机控制技术

（一）引入：（预备知识） • 全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路，这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。下面将重点介绍非编码键盘接口。 • 〔2〕键输入原理 • 在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。 • 对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入并检查是哪一个键按下，将该键号送入累加器ACC,然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。微型计算机控制技术

（一）引入：（预备知识） • 〔3〕按键开关去抖动问题 • 微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。 • 机械式按键再按下或释放时，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，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如下图所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510ms。微型计算机控制技术

（一）引入：（预备知识） • 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，即按键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。为了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。　　 • 硬件去抖法：就是在键盘中附加去抖动电路，从根上消除抖动产生的可能性，在硬件上可采用在键输出端加 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。 • 软件去抖法：在检测到有按键按下时，执行一个 10 ms 左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。微型计算机控制技术

（一）引入：（预备知识） • 〔4〕按键的连接方式 • 按键与CPU的连接方式可分为独立式按键和矩阵式键盘 • 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它I/O口线的状态。 • 矩阵式键盘：矩阵式键盘又称行列式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，按键按下时，行线和列线连通。 • 〔5〕键盘扫描控制方式 • CPU对键盘处理控制的工作方式有三种: • 程序控制扫描方式：是CPU在工作之余，调用键盘扫描子程序，响应键输入信号要求。 • 定时控制扫描方式：是利用定时计数器每隔一段时间产生定时中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描。 • 中断控制方式：是利用外部中断源，响应键输入信号。微型计算机控制技术

+5V 80C51 P1.0 P1.1 P1.2 K0 K1 K2 a （二）独立式按键及其接口电路 • 判断有无按键按下只需根据响应端口电平高低。 • 如下图,为80C51与3个独立式按键直接连接的电路，对于图a，当按键按下时输入低电平。微型计算机控制技术

（二）独立式按键及其接口电路 • 图a编程如下： • KEYA: ORL P1, #07H ；置P1.0-P1.2为输入态 • MOV A,P1 ；读键值，键闭合相应为0 • CPL A ；取反，键闭合相应为1 • ANL A,#00000111B ；屏蔽高5位，保留有键值信息的低3位 • JZ GRET ；全0，无键闭合，返回 • LCALL DY10MS ；非全0，有键闭合，延时去抖 • MOV A,P1 ；重读键值，键闭合相应位为0 • CPL A ；取反，键闭合相应为1 • ANL A,#0000011B ；屏蔽高5位，保留有键值信息的低3位 • JZ GRET ；全0，无键闭合，返回 • JB ACC.0,KA0 ；转K0键功能程序 • JB ACC.1,KA1 ；转K1键功能程序 • JB ACC.2,KA2 ；转K2键功能程序 • GRET: RET • KA0: LCALL WORK0 ；执行K0键功能子程序 • RET • KA1: LCALL WORK1 ；执行K1键功能子程序 • RET • KA2: LCALL WORK2 ；执行K2键功能子程序 • RET 微型计算机控制技术

（三）矩阵式键盘及其接口电路 微型计算机控制技术

（三）矩阵式键盘及其接口电路 • （1）键盘扫描子程序KEY：MOV A， #0F0HMOV P1，AXRL A，P1JZ KEYR ；无键按下返回ACALL DELAY ；延时去抖动MOV 30H，P1 ；读闭合键行位置MOV P1，#0FH ；反转MOV A，P1 ；读闭合键列位置ORL 30H，A ；合成键盘位置码LOOP：MOV A，P1 ；等待键释放XRL A， #0FHJNZ LOOPACALL DELAY ；延时去抖动KEYR :RET 微型计算机控制技术

（三）矩阵式键盘及其接口电路 • （2）键值转换 • 键盘矩阵中各键的位置码的特点是：对应该键行、列的位为“ 0 ” ，其他各位均为“ 1 ” 。例如： S7 键的位置码是： 11010111B = 0D7H ； S12 键的位置码是： 01111110B = 7EH 。将各键的位置码顺序排列成键值表，用查表法进行键值转换。　　键值转换子程序TRAN:MOV DPTR，#KEYTAB ； DPTR 指向键值表MOV R2，#0 ；键值初值送 R2MOV R3，#10H ；循环次数送 R3LOOPT:MOV A，R2MOVC A， @A+DPTR ；读键值表XRL A，30H ；与位置码比较JZ KTR ；相等返回，键值在 R2 中INC R2 ；键值 +1DJNZ R3，LOOPTKTR:RET ；若返回时 R2=10H 为错KEYTAB:DB 0EEH，0EDH，0EBH，0E7H ；键值表DB 0DEH，0DDH，0DBH，0D7HDB 0BEH，0BDH，0BBH，0B7HDB 7EH，7DH，7BH，77H 微型计算机控制技术

任务 6 用 8255A 设计矩阵键盘扫描接口电路