第3章GPIO應用

1、3 Sept. 2008Confidential三、三、GPIO應用應用3 Sept. 2008Confidential目標目標: :通過本章的學習，學員應掌握如下知識通過本章的學習，學員應掌握如下知識 1) 1) 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示2) 2) 鍵盤應用鍵盤應用3 3）LCDLCD應用應用時間：時間：4 學時學時教學方法：講授教學方法：講授PPT3 Sept. 2008Confidential鍵盤和顯示器是單片機應用系統(tǒng)中常用的輸入輸出裝置。LED數(shù)碼顯示器是常用的顯示器之一，下面介紹并行口設計LED數(shù)碼顯示電路和鍵盤電路的方法。 3.1 LED數(shù)碼顯示器 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理a b dpc

2、om共陰LEDa f b g e c d dp g f com a b c d com e dpa b dpcom共陽LED3 Sept. 2008ConfidentialLED數(shù)碼管由7個顯示段和1個小數(shù)點組成。7個段構(gòu)成一個“8”字輪廓，可顯示09和一些特殊字符。7個段和1個小數(shù)點對應8個發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的陰極或陽極連成一個公共點，因此有共陰或共陽兩種連接。a b dpcom共陰LEDa f b g e c d dp g f com a b c d com e dpa b dpcom共陽LED3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008ConfidentialCOM P1.01

3、.7 a f b g e c d dpab dpD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0dp g f e d c b a注意：字形碼與注意：字形碼與I/OI/O線的具線的具體連接相關(guān)。體連接相關(guān)。當LED字段引腳（adp）與I/O線連接后，每個顯示字形對應一個字形碼。COMagdp3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008Confidential對于N位LED顯示器來講，有N根位選線（COM腳）和8N根段選線（adp腳）。位選線用來控制顯示位的亮滅，段選線控制字符選擇。多位LED顯示器有兩種工作方式：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。每位LED段選線與一個8位I/O口相連，所有位選線并聯(lián)接地（

4、共陰）或接+5V（共陽）。字符顯示在刷新前可保持不變，編程容易，管理簡單。占用I/O資源較多，N位LED需8N根 I/O線。 a b dpCOMa f b g e c d dp a b dpCOM a b dpCOMLED接口電路及顯示方式靜態(tài)顯示3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008ConfidentialP0.4P0.5P0.6P0.1P0.2P0.3COMdpCOMhbbdpCOMa f b g e c d dpaaba各位LED的段選線并聯(lián)與一個8位I/O口相連，而各自位選線另用I/O線控制。每位只能輪流點亮，分時顯示字符。每位點亮間隔（掃描時間）必須小于20ms，才能保證

5、看上去不閃爍。占用I/O資源較少，N位LED只需8+N根I/O線。動態(tài)顯示3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008Confidential在ROM中建立字形碼表。查表找出對應字符的字形碼。輸出字形碼到顯示端口。顯示程序設計要點3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008Confidential顯示字符段 符 號(共陰為例）十六進制代碼dpgfedcba共陰共陽0123456789ABCDEFHP000000000000000001001111101111011111100011101111101111101000101011111111101101101101111000110

6、1111111110100001111100111100100011011011111101011113FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H76HF3HC0F9A4B0999282F880908883C6A1868EFFBF3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008Confidential3.1 LED數(shù)碼顯示器 3 Sept. 2008Confidential按鍵電路的基本概念鍵盤中使用的按鍵一般都是常開結(jié)構(gòu)鍵。鍵的操作不可避免的存在機械抖動，抖動時間510ms左右單單片片機機 P1.0+5VK抖動時間抖動時間10ms開關(guān)動作

7、時間開關(guān)動作時間100ms“ 1 ”“ 0 ”10ms鍵盤接口及處理程序3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confidential延時等待10ms 仍有按鍵信號？Y 有按鍵信號？NYN鍵盤處理 按鍵釋放？NY消除抖動的解決辦法：采用軟件延時。鍵抖動會造成CPU誤讀（實際按一次，誤以為按了多次），為確保CPU的讀鍵準確，需要消除抖動。3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008ConfidentialP1.0P1.1P1.7+5v 鍵盤結(jié)構(gòu)每個按鍵單獨占有一根I/O線。特點：配置靈活、編程簡單；但按鍵多時，I/O線占用多。獨立式鍵盤3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confiden

8、tial用I/O線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設置在行列的交點上。特點：按鍵多時，節(jié)省I/O線,但編程復雜。判鍵原理（行線作輸出，列線作輸入）行列式（矩陣式）鍵盤判具體哪個鍵按下：行線依次送0，某列有按鍵，列線為0，某列無按鍵，列線為1。所按的鍵一定是在行、列線同為0的相交點上, 此法稱行掃描。先判鍵盤中有無鍵按下：行線輸出全0（全掃描字），讀列線狀態(tài)，列線全1說明無鍵按下，列線有0定有鍵按下。3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confidential鍵值：每個鍵都可以根據(jù)行、列數(shù)據(jù)組合得到一個對應的值，該值稱為鍵值（位置碼） 。圖中16個鍵的鍵值依此是：01110111、01111011、0

9、1111101、01111110、01111110，鍵值用來區(qū)分每個按鍵。鍵號：用戶人為的對每個鍵所編的位置序號稱為鍵號。圖中16個鍵的鍵號依此是：0、1、2、3、F，鍵號與鍵值在使用上并不矛盾，彼此對應，程序可以轉(zhuǎn)換，但使用鍵號為程序散轉(zhuǎn)提供了方便。3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confidential下圖中，用LPC2124的并行口P1接44矩陣鍵盤，以P1.0P1.3作輸出線，以P1.4P1.7作輸入線，鍵盤掃描程序的流程如下頁圖所示。3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008ConfidentialY返回鍵編碼讀P1.4P1.7值置行掃描初值掃描位從P1口輸出P1口的高四位

10、和低四位組合得鍵編碼掃到最后一行?NN(有鍵按下）N開始P1.0P1.3輸出0延時去抖動P1.4P1.7全為1?P1.4P1.7全為1?YYY(無鍵按下)3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confidential對前頁鍵盤的程序流程圖說明如下：當P1.0P1.3輸出0時，如無鍵按下，P1.4P1.7的輸入值均為“1”，如果其中有一個不是 “1”，說明有鍵按下，再使P1.0P1.3逐個輸出零(行掃描)，檢查P1.4P1.7的輸入值有 無零，從而查出是哪行哪列的鍵按下。在判按鍵時，按鍵有抖動，可采用延時后再重讀以跳過抖動時段。3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confidentia

11、l掃描鍵盤處理程序的任務是：確定有無鍵按下；判哪一個鍵按下， 鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼， 使按鍵逐行動態(tài)接地(稱行掃描)，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)(稱回饋信號，鍵盤的列值)， 由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵。鍵盤掃描編程總結(jié)3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confidential3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confidential3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confidential3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confidential3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008C

12、onfidential3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008Confidential3.2 鍵盤電路 3 Sept. 2008ConfidentialLCD基本原理液晶顯示器（LCD，Liquid Crystal Display）是一種低成本、低功耗的器件，可顯示文字和圖像。在嵌入式系統(tǒng)中極為常見，因為嵌入式系統(tǒng)沒有像臺式系統(tǒng)那樣配備標準的顯示器。LCD基本原理：入射光線首先通過一個偏極化板（類似玻璃片），接著遇到液晶材料，如果激活液晶材料的部分區(qū)域（可通過上電激活），則水晶分子排列整齊，光線可透過液晶材料。最后通過液晶材料的光線會遇到兩種情形：碰到一面鏡子而反射回來，因此激活部分的區(qū)域比

13、其它區(qū)域亮，這是反射式LCD；碰到黑色表面，光線被吸收，因此激活部分比其它區(qū)域暗（黑色表面在激活區(qū)域下面），這是吸收式LCD。3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008ConfidentialLCD編程原理 在嵌入式系統(tǒng)應用中，如果微控制器本身帶有液晶驅(qū)動控制功能，則可以直接對點陣式液晶顯示屏進行連接控制；如果微控制器本身沒有液晶驅(qū)動控制功能，則需要外擴液晶驅(qū)動板來連接液晶顯示屏，或者使用點陣式圖形液晶顯示模塊。 由于點陣式液晶顯示屏的引腳較多，生產(chǎn)廠家通常會將液晶顯示屏和驅(qū)動電路裝配在一起，形成液晶模塊，即LCM。液晶模塊在很大程度上方便了用戶的使用，用戶只要將其與微控制器連接，即可進行圖

14、形的顯示輸出控制。MCULCD控制LCD屏3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008ConfidentialLCD分類 按顯示分： 字符LCD 點陣LCD 按顏色分： 單色屏 4級灰度屏、8級灰度屏、16級灰度屏、64級灰度屏、256級灰度屏 16色屏、256色偽彩色屏、TFT真彩色屏3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential液晶本身不發(fā)光，背光燈+晶體透明控制來實現(xiàn)信息顯示。LCDLEDCRT3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母，數(shù)字，符號等的點陣式液晶顯示模塊 3.3 LCD顯示 1、字符型

15、LCD模塊3 Sept. 2008Confidential控制信號數(shù)據(jù)線（傳輸數(shù)據(jù)/指令）3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential具有簡單而功能較強的指令集，可實現(xiàn)字符移動，閃爍等顯示功能 16路行驅(qū)動器和80路列驅(qū)動器，具驅(qū)動有16*80點陣LCD能力 每個字符需要8行* 5列個點陣，所以最多能同時顯示2行*16列的字符控器顯示原理3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential內(nèi)藏的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符液晶顯示模塊在顯示“A”時，我們只需將ASCII碼0 x41寫入DDRAM即可顯示時模塊把地址0 x4

16、1中的點陣字符圖形顯示出來，就能看到數(shù)字“A”。3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential初始化LCD顯示屏首先確定顯示位置（通過寫指令完成），接著寫顯示的數(shù)據(jù)（寫數(shù)據(jù)完成）在與lcd打交道的過程中要檢查lcd是否繁忙，即讀lcd的狀態(tài)（讀指令完成）如果要讀lcd屏上某個位置的內(nèi)容，還要通過讀數(shù)據(jù)來查看.如何顯示一個A呢？3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008C

17、onfidential3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential寫LCD時序(包括讀數(shù)據(jù)或者命令）3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential讀LCD時序(包括讀數(shù)據(jù)或者命令）3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 3 Sept.

18、 2008Confidential3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential名稱：LcdInit功能：初始化LCD名稱：CheckBusy功能：檢查總線是否忙名稱：WriteCMD功能：寫命令函數(shù)名稱：WriteData功能：寫數(shù)據(jù)函數(shù)名稱： set_xy()功能：設置顯示位置，調(diào)用WriteCMD通常顯示環(huán)節(jié)由如下幾個程序構(gòu)成3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 思考：如何讓LCD液晶顯示屏顯示一座寶殿的圖形？ 一個字型或圖形為8bytes的資料，而且每一個資料的7，6，5元位是無效位，因為它是5*7的點陣，要將圖形

19、轉(zhuǎn)為二進制碼，你必需將圖形分解成8個圖形，分別將每個圖形用二進制代碼表示，如圖：DDRAM的地址08H的圖形代碼為：04H，04H，0EH，1FH，1FH，1FH，0AH3 Sept. 2008Confidential1腳：CS1=0, 選中左屏2腳：CS2=0, 選中右屏6腳：DI(RS)：指令L/數(shù)據(jù)H7腳：RW：讀H/寫L8腳：E:使能信號9腳到16腳：DB0-DB7，數(shù)據(jù)線（傳輸指令或者數(shù)據(jù)）P0.11P0.12GNDVCCP0.13P0.14P0.15P0.16P0.17P0.18P0.19P0.20P0.21P0.22P0.23VCCCS11CS22GND3VCC4V05DI6R/

20、W7E8DB09DB110DB211DB312DB413DB514DB615DB716RST17-Vout18LCD2LGM12641BS1R點陣128*64大屏LCD模塊3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008ConfidentialLCD控制器具有簡單而功能較強的指令集，可實現(xiàn)字符移動，閃爍等顯示功能，降低了軟件編程的難度。LCD內(nèi)部組成LCD編程原理3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential12864點陣LCD，采用兩片HD61202作為列驅(qū)動器，同時使用一片HD61203作為行驅(qū)動器的液晶模塊左右屏選擇3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confi

21、dential讀時序（進行讀操作之前，必須有一次空讀操作 ）3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential寫時序3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008Confidential3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008ConfidentialLCD控制和顯示相關(guān)的命令集在相關(guān)的芯片手冊中提供，編程人員在進行LCD初始化時，需要將相關(guān)的命令字送入到LCD中。注：L 表示0; H 表示1; X 表示無關(guān)位。LCD編程原理3.3 LCD顯示 命令RS為低(0)RW為低(0)數(shù)據(jù)位3 Sept. 2008Confidential1腳：CS1=0，選中左屏2腳：CS2=0，選

22、中右屏6腳：DI(RS)：指令L/數(shù)據(jù)H7腳：RW：讀H/寫L8腳：E:使能信號9腳到16腳：DB0-DB7，數(shù)據(jù)線（傳輸指令或者數(shù)據(jù)）128x64 LCD顯示屏頁面0頁面1頁面7每次只能改寫某個頁面的1列數(shù)據(jù)3.3 LCD顯示 點陣128*64大屏LCD模塊3 Sept. 2008Confidential整個lcd為128列*64行點陣128列中前64列對應左屏（由CS1選擇）/后64列對應右屏（由CS2選擇）每屏分為8頁，64列管理，每頁8行。編程時顯示坐標需要確定X(頁坐標）和Y（列坐標）行坐標只用來選擇顯示的起始行注：該圖以左半屏為例（64行*64列）LCD結(jié)構(gòu)3.3 LCD顯示 3 Sept. 2008ConfidentialLCD采用縱向取模，字節(jié)倒序的形式如“連”由32