第5章 CHAPTER 5 单片机I/O口及应用 I/O口是单片机非常重要的组成部分。本章在讲述单片机的I/O口结构原理的基础上，讲解了数码管、键盘、液晶显示器的结构原理、编程控制及应用。 键盘、数码管或液晶显示器是构成单片机应用系统的基本部分，并且与单片机的I/O口是一种简单连接(没有复杂的时序、复杂的寄存器)，非标准接口(第9章为标准接口)，属于I/O口的基本应用。通过本章内容的学习，为后面各章的学习及构建单片机应用系统奠定良好的基础。 5.1单片机I/O口结构原理 MCS51单片机的4个8位端口都是准双向口，每个端口的每一位都可以独立地用作输入或输出。每个端口都有一个锁存器(即端口映射寄存器P0～P3)、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。输出时，数据可以锁存，输入时数据可以缓冲。但这4个端口功能不完全相同，内部结构也有区别。 当单片机执行输出操作时，CPU通过内部总线把数据写入锁存器。当单片机执行输入操作时分两种情况，一种情况是读取锁存器原来的输出值，另一种情况是打开端口的缓冲器读取引脚上的输入值，究竟是读取引脚还是读取输出锁存器，与具体指令有关的，后面讨论。 如果单片机系统没有扩展片外存储器，则4个端口都可以作为准双向通用I/O口使用。在扩展有片外存储器的系统中，P2口输出高8位地址，P0口为双向总线口，分时输出低8位地址、读入指令和进行数据输入/输出。 图51P1口某一位的原理结构 熟悉单片机的I/O口的逻辑电路，不但有利于正确合理使用端口，而且会对设计单片机的外围电路有所启发。下面从结构最简单的P1口开始讲解，依次到最复杂的P0口。 5.1.1P1口 P1口是一个准双向口，用作通用I/O口。从结构上相对来说P1口最简单，其端口某一位的原理结构如图51所示，主要由输出锁存器、场效应管(FET)T驱动器，控制从锁存器输入的三态缓冲器1，控制从引脚输入的三态缓冲器2，以及T上拉电阻R(实为一FET)等部分组成。 P1口的每一位都可以分别定义为输入或输出，既可以对各位进行整体操作，也可以对各位进行分别操作。 1. P1口输出 输出1时，将1写入P1口某一位的锁存器，使输出驱动器的场效应管T截止，该位的引脚由内部上拉电阻拉成高电平，输出为1。输出0时，将0写入锁存器，使场效应管导通，则输出引脚为低电平。由于P1口各位有上拉电阻，所以在输出高电平时，能向外提供拉电流负载，外部不必再接上拉电阻。 2. P1口输入 当P1口的某位用作输入时，该位的锁存器必须锁存输出1(该位先写1)，使输出场效应管T截止，才能够正确输入，这时从引脚输入的值决定于外部信号的高低，引脚状态经“读引脚”信号打开的三态缓冲器2，送入内部总线。 如果输入时不向对应位先写1，有可能前面的操作使引脚输出0，场效应管T处于导通状态，引脚被箝位为0，这样，不管外部信号为何状态，从引脚输入的永远为0。单片机端口输入前必须先向端口输出1这种特性，称为准双向口。 对于单片机的P0、P1、P2、P3口作为通用I/O口使用时，都是准双向口。 P1口用作输入时，由于片内场效应管T的截止电阻很大(数十千欧)，所以不会对输入的信号产生影响。 3. P1口作“读—修改—写”操作 关于读锁存器问题。在图51的上部有一个“读锁存器”信号，在CPU执行某些指令时，需要先从P1口读入数据，经过某些操作后，再从P1口输出，这样的操作称为“读—修改—写”操作。如指令INCP1，其操作过程为： 先把P1口原来的值读入(读入的是锁存器中的值，而不是引脚的值)，然后加上1，最后再把结果从P1口输出。表51给出了P0～P3口一些“读—修改—写”指令。对于单片机的P0、P2、P3口，都有类似的指令。 表51Px口的“读—修改—写”指令 助记符功能实例 INC增1INCP0 DEC减1DECP1 ANL逻辑与ANLP2,A ORL逻辑或ORLP3,A XRL逻辑异或XRLP1,A DJNZ减1，结果不为0转DJNZP2,LABEL XCH数据交换XCHA,P1 CPL位求反CPLP3.0 JBC测试位为1转并清0JBCP0.1,LABEL 5.1.2P2口 P2口是一个双功能口，一是通用I/O口，二是以总线方式访问外部存储器时作为高8位地址口。其端口某一位的结构如图52所示，对比图51可知，与P1口的结构类似，驱动部分基本上与P1口相同，但比P1口多了一个多路切换开关MUX和反相器3。 图52P2口某一位的原理结构 1. P2口用作通用I/O口 当CPU通过I/O口进行读/写操作(如执行MOV A，P2指令、执行MOVP2，B指令)时，由内部硬件自动使开关MUX拨向下边，与锁存器的输出端Q接通，这时P2口为通用I/O口，与P1口一样，即可随时进行输出，输入时要考虑其准双向口，先输出1。 2. P2口输出高8位地址 如果系统扩展有片外数据存储器，当进行总线读/写操作(执行MOVX指令)时， MUX开关在硬件控制下拨向上边，P2口输出高8位地址。对于MOVXA，@Ri或MOVX@Ri，A指令也一样，P2口始终输出高8位地址。在执行MOVX指令时，P2口不能作为一般I/O口使用。 如果使用外部程序存储器，CPU从片外程序存储器每读一条指令，P2口就输出一次高8位地址。由于CPU需要一直读取指令，P2口始终要输出高8位地址，因此在这种情况下P2口不能够作为通用I/O口使用。 5.1.3P3口 图53P3口某一位的原理结构 P3口是一个多功能口，其某一位的结构见图53。与P1口的结构相比不难看出，P3口与P1口的差别在于多了与非门3和缓冲器4。正是这两个部分，使得P3口除了具有P1口的准双向I/O口的功能之外，还可以使用各引脚所具有的第二功能。与非门3的作用实际上是一个开关，决定是输出锁存器Q端数据，还是输出第二功能W的信号。 1. P3口用作通用I/O口 当使用P3口作为通用I/O口输出时，与非门3的W信号自动变高，为Q信号输出打开与非门，输出信号经过T从P3引脚输出。 当使用P3口作为通用I/O口输入时，与P1口一样，其准双向的特性应该先输出1，这时与非门3的W信号也是自动为高，从Q端输出的高电平信号经与非门输出使FET截止，P3口引脚的电位取决于外部信号，这时的读引脚操作打开缓冲器2，引脚状态经缓冲器4(常开)、缓冲器2后进入内部总线。 2. P3口用作第二功能 当使用P3口的第二功能时，8个引脚有不同的意义，各个引脚的第二功能见表22。 当某位作第二功能输出时，该位的锁存器输出端被内部硬件自动置1，使与非门3对第二功能的输出是打开的。由表22可知，第二功能输出可以是TXD、WR和RD。例如，P3.7被选择为RD功能时，则该位第二功能输出的RD信号，通过与非门3和FET输出到P3.7引脚。 当某位作第二功能输入时，该位的锁存器输出端被内部硬件自动置1，并且W在端口不作第二功能输出时保持为1，则与非门3输出低，所以FET截止，该位引脚为高阻输入。P3口的第二输入功能可以是RXD、INT0/GATE0、INT1/GATE1、T0和T1等，此时端口不作通用I/O口，因此“读引脚”信号无效，三态缓冲器2不导通，这样，从引脚输入的第二功能信号，经缓冲器4后被直接送给相关设备做处理。 5.1.4P0口 图54给出了P0口某一位的原理结构图。与P1口比较，多了一路总线输出(地址/数据)、总线输出控制电路(反相器3和与门4)、两路输出切换开关MUX及开关控制C，并且把上拉电阻换成了场效应管T1，以增加总线的驱动能力。 图54P0口某一位的原理结构 当CPU使控制线C=0时，开关MUX拨向Q输出端，P0口为通用I/O口； 当C=1时，开关拨向反相器3的输出端，P0口作总线使用，分时地输出地址和数据。 1. P0口用作通用I/O口 如果单片机没有扩展程序存储器和数据存储器，CPU通过P0口进行读/写操作(执行MOV指令)时，由硬件自动使控制线C=0，封锁与门4，使T1截止。开关MUX处于拨向Q输出端位置，把输出场效应管T2与锁存器的Q端接通。同时，因与门4输出为0，输出级中的上拉场效应管T1处于截止状态，因此，输出级是漏极开路的开漏电路。这时，P0口可以作通用I/O口使用，但应外接上拉电阻，才能输出高电平。 P0口作为通用I/O口时，也是准双向口，在作输入之前，必须先输出1，使输出场效应管T2截止，方能正确输入。 P0口作为通用I/O口时，也有相应的“读—修改—写”指令，与P1口类似，不再赘述。 2. P0口用作地址/数据总线 当单片机扩展有外部程序存储器或数据存储器，CPU对片外存储器进行读/写(执行MOVX指令，或EA=0时执行MOVC指令)时，由内部硬件自动使控制线C=1，开关MUX拨向反相器3的输出端。这时，P0口为总线操作，分时地输出地址和传输数据，具体有两种情况。 1) P0口作为总线输出地址或数据 在扩展的程序存储器或数据存储器系统中，对于P0口分时地输出地址和输出数据，端口的操作是一样的。MUX开关把CPU内部的地址或数据经反相器3与驱动场效应管T2的栅极接通，输出1时，T1导通而T2截止，从引脚输出高电平； 输出0时，T1截止而T2导通，从引脚输出低电平。 从图54中可以看出，上下两个FET处于反相状态，构成推拉式输出电路(T1导通时上拉，T2导通时下拉)，大大提高了负载能力。所以只有P0口的输出可驱动8个LS型TTL负载。 2) P0口作为总线输入数据 P0口作总线操作时，控制线C=1，总是将开关MUX拨向反相器3的输出端。这时，为了能够正确读入引脚的状态，CPU使地址/数据自动输出1，使T2截止，T1导通。在进行总线输入操作时，“读引脚”信号有效，三态缓冲器2打开，引脚上的信号进入内部总线。 5.1.5端口负载能力和接口要求 综上所述，P0口的输出级与P1～P3口的输出级在结构上是不同的，因此，它们的负载能力和接口要求也各不相同。 1. P0口 P0口与其他端口不同，它的输出级无上拉电阻。当把它用作通用I/O口时，输出级是开漏电路，故用其输出去驱动NMOS输入时要外接上拉电阻。用作输入时，应先向端口锁存器写1。 把P0口用作地址/数据总线时(系统扩展有ROM或RAM)，则无须外接上拉电阻。作总线输入时，不必先向端口写1。P0口作总线时，每一位输出可以驱动8个LS型TTL负载(每个LS型TTL负载，输入高电平时，其电流为20μA，输入低电平时，其电流为400μA)。 2. P1～P3口 P1～P3口的输出级接有上拉负载电阻，它们的每一位输出可驱动4个LS型TTL负载。作为输入口时，任何TTL或NMOS电路都能以正常的方式驱动89C51系列单片机(CHMOS)的P1～P3口。由于它们的输出级接有上拉电阻，所以也可以被集电极开路(OC门)或漏极开路所驱动，而无须外接上拉电阻。 对于89C51系列单片机(CHMOS)，端口当作输出口去驱动一个普通晶体管的基极(或TTL电路输入端)时，应在端口与基极之间串联一个电阻，以限制高电平时输出的电流。 P0～P3口作为通用I/O口时，都是准双向口，作输入时，必须先向对应端口写1。 5.2I/O口输出——数码管及显示控制 单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器(Light Emitting Diode，LED，也称数码管)和液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)。本节主要讲述数码管显示器的工作原理、接口及控制编程，主要应用单片机的端口输出功能。 5.2.1数码管显示器结构原理 单片机中通常使用7段LED构成字型“8”，另外，还有一个小数点发光二极管，以显示数字、符号及小数点。这种显示器有共阴极和共阳极两种，如图55所示。发光二极管的阳极连在一起的(公共端K0)称为共阳极显示器，阴极连在一起的(公共端K0)称为共阴极显示器。一位显示器由8个发光二极管组成，其中，7个发光二极管构成字型“8”的各个笔画(段)a～g，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画即亮； 不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，须外加限流电阻。 图55LED 7段显示器 以共阴极LED为例，如图55(a)所示，各LED公共阴极K0接地。若向各控制端a，b，…，g，dp顺次送入11100001信号，则该显示器显示“7.”字型。 除上述7段“8”字型显示器以外，还有14段“米”字型显示器和发光二极管排成m×n个点矩阵的显示器。其工作原理都相同，只是需要更多的I/O口线控制。 共阴极与共阳极7段LED显示数字0～F、“-”符号及“熄灭”的编码(a段为最低位，dp点为最高位)如表52所示。 表52共阴极和共阳极7段数码管显示字型编码表 显示字符012345678 共阴极段码3F065B4F666D7D077F 共阳极段码C0F9A4B0999282F880 显示字符9ABCDEF-熄灭 共阴极段码6F777C395E79714000 共阳极段码908883C6A1868EBFFF 注： 以上为8段，8段最高位为小数点段。表中为小数点不点亮段码。 5.2.2数码管显示方式 数码管显示器有静态显示和动态显示两种方式。 1. 数码管静态显示方式 静态显示就是当显示器显示某个字符时，相应的段(发光二极管)恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止。例如，7段显示器的a、b、c段恒定导通，其余段和小数点恒定截止时显示7； 当显示字符8时，显示器的a、b、c、d、e、f、g段恒定导通，dp截止。 数码管显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极(公共端K0)接地； 若为共阳极(公共端K0)，则接+5V电源。每位的段选线(a～dp)分别与一个8位锁存器的输出口相连，显示器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存的输出将维持不变。正因如此，静态显示器的亮度较高。这种显示方式编程容易，管理也较简单，但占用I/O口线资源较多。因此，在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。 2. 数码管动态显示方式 在多位数码管显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制。而共阴(或共阳)极公共端K分别由相应的I/O线控制，实现各位的分时选通。如图56所示为6位共阴极数码管动态显示接口电路。 图566位数码管动态显示接口电路 由于6位数码管所有段选线皆由P1口(或其他口Px)控制，因此，在每一瞬间，6位数码管会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法轮流点亮各位数码管，即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，P1口输出相应字符段选码(字形码)，而P2口在该显示位送入选通电平(因为数码管为共阴，故应送低电平)，以保证该位显示相应的字符。如此轮流，使每位分时显示各自应显示的字符。多位数码管的这种显示方式称为动态扫描显示。 段选码、位选码每送入一次后要有一定的延时，使其各段稳定点亮一段时间，延时应不少于1ms。由于人眼有视觉暂留效应，时间约为0.1s(100ms)，所以只要每位在0.1s之内再次扫描点亮，每位显示的内容在人眼中就不会消失，为了确保显示稳定不闪烁，每秒钟每位扫描显示的次数应不少于20次(如早期的电视机帧频为25帧/秒)。 5.2.3数码管显示控制 图57所示为89C52 P0口和P2口控制的6位共阴极数码管动态显示电路。图中，P0口输出段选码，P2口输出位选码，位选码占用输出口的引脚数决定于显示器的位数。图中P0口的上拉电阻(排电阻RESPACK8)，使P0口能够输出高电位和有一定的驱动能力。 图576位数码管动态显示电路 在Proteus下做仿真显示可以不用驱动，但是实际使用中，段信号和位信号都需要加驱动，如使用74LS245，它是一种双向8位缓冲驱动器，应加在图57中虚线框的位置。 在实际应用中，数码管的亮度与排电阻的阻值有关，电阻小，驱动能力强，数码管亮度大，否则数码管亮度小，对上面的仿真电路反映不出来。排电阻参数的修改方法： 打开Edit Component设置页面，对Model Type选择ANALOG项，然后在Part Value输入电阻值即可。 C语言程序如下： #include﹤reg52.h﹥ unsigned char code LED［］={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f, //共阴数码管显示段码 0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x40,0x00}; //0～9、A～F、-、全灭段码 unsigned char data disBuf［6］={1,2,3,4,5,6}; //定义字形码和显示缓冲区 void display()//数码管逐位扫描显示函数 { unsigned char i, scan=0xfe; for(i=0; i﹤6; i++)//逐位扫描显示 {P2=0xff; //各位关闭显示 P1=LED［disBuf［i］］; //段码送P1口 P2=scan; //位码送P2口 scan=(scan﹤﹤1)+1; //位码右移1位 delayms(5); //延时5ms，函数定义见例22 }} void main()//主函数，主要功能就是调用display()保持数码管显示 { while(1) { display(); //调用数码管显示函数 delayms(5); //延时5ms，代表有其他函数时的执行时间 }} 汇编语言程序如下。 DISBUFEQU30H ; 定义缓冲区(30H～35H)首地址 ORG0000H LJMPMAIN ORG0030H MAIN: ; 主程序 MOVSP, #0DFH; 设置堆栈指针，将其放在片内RAM高端 MOV30H,#1 ; 给显示缓冲区写显示数据1～6 MOV31H,#2 MOV32H,#3 MOV33H,#4 MOV34H,#5 MOV35H,#6 MAINLP: ; 循环体 LCALLDISP; 调用数码管扫描显示子程序 MOVR7,#5; 准备调用延时子程序入口参数，延时5ms LCALLDELAYMS; 调用延时子程序，子程序定义见例323 SJMP MAINLP; 跳转到MAINLP处，作循环 DISP: ; 数码管扫描显示子程序 MOVR0,#DISBUF; 显示缓冲区首地址送R0 MOVR2,#0FEH; 位码1111 1110B送R2 MOVR3,#6; 6位显示 MOVDPTR,#TAB; DPTR指向段码表，先点亮最左边LED DISLP: MOVP2,#0FFH; 各位关闭显示 MOVA,@R0; 取显示数据 MOVCA,@A+DPTR; 取出字形码 MOVP1,A; 送出显示 MOVP2,R2; 位码送P2口 MOVR7,#5; 准备调用延时子程序入口参数，延时5ms LCALLDELAYMS; 调用延时子程序，子程序定义见例323 INCR0; 数据缓冲区地址加1 MOVA,R2 RLA; 位码循环左移一位 MOVR2,A DJNZR3,DISLP; 扫描位数减1，不为0则循环 RET; 从数码管扫描显示子程序返回 TAB: ; 共阴数码管显示段码 DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH; 显示0～8段码 DB6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,40H,00H; 显示9、A～F、-、全灭段码 5.3I/O口输入——键盘及按键识别 单片机应用系统通常都需要进行人机对话。这包括人对应用系统的状态干预与数据输入等，所以应用系统大多数都有键盘。本节主要讨论键盘结构、特征及识别，主要应用单片机端口的输入功能。 5.3.1键盘分类及按键识别 键盘是一组按键的集合，它是最常用的单片机输入设备。操作人员可以通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机通信。按键是一种常开型按钮开关。平时(常态时)，按键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合(短路)。键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现，并产生键编号或键值的称为编码键盘，如BCD码键盘、ASCII码键盘等； 靠应用程序识别的称为非编码键盘。 图58按键电路 在单片机组成的测控系统及智能化仪器中，用得最多的是非编码键盘。本节讨论非编码键盘的原理、接口技术和程序设计。 键盘中每个按键都是一个常开开关电路，如图58所示。 当按键K未被按下时，P1.0输入为高电平； 当K闭合时，P1.0输入为低电平。通常按键所用的开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号波形如图59所示。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如图59所示。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。 图59按键时的抖动 按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒。 键抖动会引起一次按键被误读多次。为了确保CPU对键的一次闭合仅做一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时，读取键的状态，并且必须判别； 在键释放稳定后，再作处理。按键的抖动，可用硬件或软件两种方法消除。 如果按键较多，常用软件方法去抖动，即检测出键闭合后执行一个延时程序，产生12～20ms的延时，让前沿抖动消失后，再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当确认有键按下或检测到按键释放后，才能转入该键的处理程序。 5.3.2独立式键盘及按键识别 图510独立式键盘 键盘结构可以根据按键数目的多少分为独立式和行列式(矩阵式)两类，独立式键盘适用于按键数目较少的场合，结构和处理程序比较简单。独立式按键是指各按键相互独立地接通一条输入数据线，如图510所示。这是最简单的键盘结构，该电路为查询方式电路。 当任何一个键按下时，与之相连的输入数据线即可读入数据0，即低电平，而没有按下时读入1，即高电平。要判别是否有键按下，用单片机的位处理指令十分方便。 这种键盘结构的优点是电路简单； 缺点是当键数较多时，要占用较多的I/O线。 图510所示查询方式键盘的处理程序比较简单。实际应用中，P1口内有上拉电阻，图中电阻可以省去。 【例51】设计一个独立式按键的键盘接口，并编写键扫描程序，电路原理图如图510所示，键号从上到下分别为0～7。 C语言程序如下： #include﹤reg52.h﹥ void key()//键盘识别函数 { unsigned char k; P1=0xff; //输入时P1口置全1 k=P1; //读取按键状态 if(k==0xff)//无键按下，返回 return; delayms(20); //有键按下，延时20ms去抖动，函数定义见例22 k=P1; if(k==0xff)//确认键按下，抖动引起，返回 return; while(P1!=0xff); //等待键释放 switch(k) {case: 0xfe …//0号键按下时执行程序段 break; case: 0xfd …//1号键按下时执行程序段 break; …//2～6号键程序省略，读者可自行添上 case: 0x7f …//7号键按下时执行程序段 break; }} 汇编语言程序如下： KEY: MOVP1,#0FFH; P1口为输入口 MOVA,P1; 读取按键状态 CPLA; 取正逻辑，高电平表示有键按下 JZ EKEY; A=0表示无键按下，返回 MOVR7,#20; 准备调用延时函数的入口参数 LCALLDELAYMS; 延时20ms去抖，函数定义见例323 MOVA,P1 CPLA JZEKEY; 抖动引起，返回 MOVB,A; 存键值 KEY1: MOVA,P1; 以下等待键释放 CPLA JNZKEY1; 未释放，等待 MOVA,B; 取键值送A JBACC.0,PKEY0; K0按下转PKEY0 JBACC.1,PKEY1; K1按下转PKEY1 … JBACC.7,PKEY7; K7按下转PKEY7 EKEY: RET PKEY1: LCALLK0; K0命令处理程序 RET PKEY2: LCALLK1; K1命令处理程序 RET … PKEY4: LCALLK7; K7命令处理程序 RET 由程序可以看出，各按键由软件设置了优先级，优先级顺序依次为0～7。 5.3.3行列式键盘及按键识别 图5114×4矩阵键盘接口 行列式键盘适用于按键数目较多的场合，其结构排列成行列矩阵形式，如图511所示。按键的识别有行扫描法、行列对称查找法、行列反转法等方法。 行列式键盘的水平线(行线)与垂直线(列线)的交叉处各通过一个按键来连通。利用这种行列矩阵结构只需M条行线和N条列线，即可组成具有M×N个按键的键盘。 在这种行列矩阵式非编码键盘的单片机系统中，键盘处理程序首先判断是否有键按下，当确认有键按下后，再进一步就要识别是哪一个按键被按下。下面介绍两种常用的按键识别方法： 逐行扫描法和行列对称查找法。 1. 行扫描法识别按键 1) 行扫描法原理 行扫描法按键识别的工作过程如下： (1) 判断键盘中是否有键按下。 (2) 若有则延时去抖动。 (3) 逐行扫描，确定按下键所在的行。 (4) 对按下键的行逐列查找，确定按下键所在的列。 (5) 根据按下键的行、列值，确定按下键的键号(键的顺序编号)0，1，2，…，F。 关于判断键盘中是否有键按下的方法为(以图511所示的4×4键盘为例)： 由单片机I/O口向键盘行线输出扫描字0000B，把全部行线置为低电平，然后读入列线的电平状态。如果无键按下，则读到列线的值全为高电平，即列线读入值全为1； 如果有按键按下，总会有一根列线被拉至低电平，即列线读入值不全为1。 当确定有键按下后，需要找到所按下按键的行、列位置，行扫描法的原理为： 依次向行线送低电平(如1110B、1101B、1011B、0111B，第0行对应最右端位，第3行对应最左端位，从第0行向第3行依次扫描)，然后读取列线状态。如果全为1，则所按下的键不在此行，接着扫描下一行； 如果不全为1，则所按下的键必在此行，行扫描结束。 找到按键所在行之后，根据上面读取到的列线值，哪一列为0，则所按下的键必在该列。 找到所按下按键的行、列位置后，对按键进行编码，即求得按键的键号。按图511所示的行列编号及键号，其键号与行、列号的关系为： 键号＝列数×行号＋列号(51) 需要指出的是，按键的键号并不等于按键实际定义的功能，因此还要进行转换，可以借助查表或其他方法完成。如根据键号，在程序中执行相应的功能子程序，完成按键所定义的功能。 2) 行扫描法键盘识别程序 C语言程序如下： #include﹤reg52.h﹥ unsigned char key()//键盘识别函数，有键按下返回键号0～15，否则返回0xff {unsigned char row,col=0,scan,k=0xff; //定义行、列、行列扫描码、键号变量 P1=0xf0; //各行全输出0 if(P1==0xf0)//从P1口输入，判断输入值是否为0xf0 return k; //无键按下，返回 delayms(15); //延时15ms去抖动，函数定义见例22 if(P1==0xf0) //再从P1口输入，判断输入值是否为0xf0 return k; //抖动引起，返回 scan=0xfe; //准备行扫描码，从第0行开始 for(row=0; row﹤4; row++)//逐行扫描 {P1=scan; //扫描值送P1，某一行输出0 k=P1&0xf0; //读P1口的值，低4位清0、保留高4位的列值 if(k!=0xf0)//如果各列值不全为1，所按下键在该行 {scan=0x10; //准备列扫描码，从第0列开始 for(col=0; col﹤4; col++)//查找按下键所在列，逐列扫描 {if((k&scan)==0)//如果当前列为0，则已找到按下键的列号 break; //跳出列扫描循环 scan﹤﹤=1; ///列扫描码左移1位，查找下一列 } break; //跳出行扫描循环 } scan=(scan﹤﹤1)+1; //行扫描码左移1位，查找下一行 } k=4*row+col; //计算按下键的键号，等于行号*4+列号 P1=0xf0; while(P1!=0xf0); //等待键释放 returnk; //返回键号 } 汇编语言程序如下(返回值： 在累加器A中，为键号)： KEY: ; 有键按下返回键号0～15，无键按下返回0FFH LCALLKEYPRESS ; 调用查询是否有键按下子程序 JZKEYEXIT; 无键按下，返回 MOVR7,#15; 准备调用延时函数的入口参数 LCALLDELAYMS; 延时15ms去抖动。函数定义见例323 LCALLKEYPRESS JZKEYEXIT; 抖动引起，返回 KEYSTART: MOVR0,#0; R0作为行扫描计数器，开始为0 MOVR3,#0FEH; R3低4位为扫描字，高4位输入，为全1 ROWSCAN: MOVP1,R3; 输出行扫描字 MOVA,P1; 读列输入值 MOVR1,A; 暂存列输入值 CPLA ANLA,#0F0H JNZCOL; 键在该行，转列处理COL MOVA,R3 RLA MOVR3,A; 进行下一行扫描 INCR0 CJNER0,#4,ROWSCAN; 4次扫描未完成，转ROWSCAN否则返回 KEYEXIT: MOVA,#0FFH; 无键按下时返回值0FFH RET COL: ; 列处理 MOVR2,#0; R2作为列计数器，开始为0 MOVR3,#10H; R3为列扫描字暂存，高4位为扫描字 COLSCAN: MOVA,R1; 取列输入值 ANLA,R3 JZDCODEKEY; A=0则键在该列，转按键编码 MOVA,R3 RLA MOVR3,A; 进行下一行扫描 INCR2 CJNER2,#4,COLSCAN; 4次扫描未完成，转COLSCAN否则返回 SJMPKEYEXIT DCODEKEY: MOVA,R0; 计算键号，行号送A RLA RLA ADDA,R2; 行号×4+列号=键号，在A中 PUSHACC; 键号进栈保存 WAITKEYUP: LCALLKEYPRESS; 等待键释放 JNZWAITKEYUP POPACC; 键号出栈 RET KEYPRESS: MOVP1,#0F0H; 是否有键按下，有返回非0，无返回0 MOVA,P1 XRLA,#0F0H RET 2. 行列对称查找法识别按键 1) 行列对称查找法原理 行列对称查找法接口电路和扫描法的接口电路一样。需要注意的是，图511所使用的I/O口为P1口，内部有上拉电阻，因此列线的上拉电阻可以不用，如果使用P0口，则需要在行线和列线上都加上拉电阻。 行列对称查找法按键识别过程如下： （1） 判断是否有键按下、延时去抖动、再判断是否有键按下(与行扫描法一样)。 （2） 从键盘端口的各个行线全部输出0而各列全输出1，然后从端口输入，得到列线值，其值只有对应按下键的列为0，其他列都是1，据此通过移位找到为0的列号。 （3） 从键盘端口的各个列线全部输出0而各行全输出1，然后从端口输入，得到行线值，其值只有对应按下键的行为0，其他行都是1，据此通过移位找到为0的行号。 （4） 计算按下键的键号，键号=列数×行号+列号。 2) 行列对称查找法识别按键程序 C语言程序如下： #include﹤reg52.h﹥ unsigned char key()//行列对称查找法键盘识别函数，有键按下返回0～15 {//有键按下返回键号0～15，无键按下返回0xff unsigned char row=0xff,col=4，k=0xff; //定义行、列、返回值变量 P1=0xf0; //行输出0，列输出1 if(P1==0xf0)//读入的列值全为1则无键按下 return k; //返回0xff delayms(15); //延时15ms去抖动，函数定义见例22 if(P1==0xf0) //读入的列值全为1则无键按下 return k; //抖动引起，返回0xff k=P1; //读取列值，移到低4位 do//查找列值中为0的列号 {col--; //查找的列数加1 k﹤﹤ =1; //列值左移1位，移出位送到进位标志位CY }while(CY); //CY为1，未找到则循环； CY为0则找到，退出 P1=0xff;P1=0x0f; //列输出0，行输出1 k=P1; //读取行值(在低4位，高4位为0) do//查找行值中为0的行号 {row++; //查找的行数加1 k﹥﹥ =1; //行值右移1位，移出位送到进位标志位CY }while(CY); //CY为1，未找到则循环； CY为0则找到，退出 k=row*4+col; //计算键号 while(P1!=0x0f); //查询键盘，等待按键释放 return k; //返回按键号0～15 } 汇编语言程序如下(返回值： 在累加器A中，为键号)： KEY: ; 有键按下返回键号0～15，无键按下返回0FFH LCALLKEYPRESS; 调用查询是否有键按下子程序 JZKEYEXIT; 无键按下，返回 MOVR7,#15; 准备调用延时子程序的入口参数 LCALLDELAYMS; 延时15ms去抖动。子程序见例323 LCALLKEYPRESS JNZKEYSTART; 有键按下转去处理 KEYEXIT: MOVA,#0FFH; 无键按下返回0FFH RET KEYSTART: MOVA,P1; 读取列值，在高4位，只有按下键对应列为0 SWAPA; 列值交换到低4位 MOVR1,#0FFH; R1放查找的列号 KEYCOLLP: ; 查找为0的列号 INCR1; 列号加1 RRCA; 列值带进位右移1位，最低位移到进位位CY JCKEYCOLLP; 进位位CY为1则未找到，继续查找 MOVP1,#0FH; P1口的各列输出0 MOVA,P1; 读取行值，在低4位，只有按下键对应行为0 MOVR2,#0FFH; R2放查找的行号 KEYROWLP: ; 查找为0的行号 INCR2; 行号加1 RRCA; 行值带进位右移1位，最低位移到进位位CY JCKEYROWLP; 进位位CY为1则未找到，继续查找 MOVA,R2; R2中的行号给A RLA; 行号左移1位，相当于行号乘以2 RLA; 行号再乘以2 ADDA,R1; 再加上列号，A中是键号 PUSHACC; A中值进栈保存 WAITKEYUP: ; 查询按键是否释放 LCALLKEYPRESS; 等待按键释放 JNZWAITKEYUP; 按键未释放，继续查询 POPACC; 保存的键号出栈 RET; 键盘扫描子程序返回 KEYPRESS: ; 快速扫描，判断是否有键按下 MOVP1,#0F0H; 是否有键按下，有返回非0，无返回0 MOVA,P1; 读取列值 XRLA,#0F0H; 读取值与输出值异或 RET 5.3.4中断方式扫描键盘 为了提高CPU的效率，可以采用中断扫描工作方式，即只有在键盘有键按下时才产生中断申请，CPU响应中断，进入中断服务程序进行键盘扫描，并做相应处理。也可以采用定时扫描方式，即系统每隔一定时间进行键盘扫描，并做相应处理。 图512中断方式键盘接口 中断扫描工作方式的键盘接口如图512所示。该键盘直接由89C52 P1口的高、低4位构成4×4行列式键盘。键盘的行线与P1口的低4位相接，键盘的列线接到P1口的高4位。因此，P1.0～P1.3作行输出线，P1.4～P1.7作列输入线。对P1.0～P1.3各行输出0，当有键按下时，INT0端为低电平，向CPU发出中断请求，在中断服务程序调用上面的按键识别程序，得到按下键的键号。 关于中断和中断服务程序，见第6章。 5.3.5键盘应用举例 本例借用电话机键盘来介绍按键的处理。电话机键盘共有12个按键，0～9为数字键，*和#键为功能键。本例要求实现功能： 数字键按下时得到相应的数字值，像计算器按键按下一样显示在数码管上，*键按下将数码管上显示的数字值退格处理，#键按下时将数码管上显示的数字值加倍显示。Proteus模拟的硬件电路如图513所示，数码管使用共阳极的7SEGMPX8CABLUE，键盘使用KEYPADPHONE。 数码管的选择分析： 对于选用的共阳极数码管，当P0口的某1位P0.x口输出0时，P0.x引脚为低电平，外部电流流入使对应段点亮； 当P0.x输出1时，P0x引脚的电位不确定，但端口的驱动三极管是截止的，外部电流无法流入，对应段不亮。可见，使用共阳极数码管P0口不需要接上拉电阻，但使用共阴极数码管需要接上拉电阻。需要说明的是，在实际应用中，数码管的段和位都需要加驱动，P0口就需要接上拉电阻了。 图513键盘应用举例硬件电路 C语言程序如下： #include﹤reg52.h﹥ #define BACK10//定义功能键键号 #define DOUBLE11 unsigned char code LED［］={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff}; //共阳极段码表 unsigned char disBuf［8］; unsigned char code keyTable［］={1,2,3,4,5,6,7,8,9,DOUBLE,0,BACK 0xff}; //键号对应按键功能表 void writeBuf(unsigned long disData)//待显示数据写入显示缓冲区，disData﹤=99999999 {unsigned char i=7; do {disBuf［i--］=disData%10; disData/=10; }while(disData); while(i﹤7) disBuf［i--］=10; //高位0存入不显示字符 } void display()//数码管扫描显示函数 {unsigned char i; for(i=0; i﹤8; i++) {P2=0; //关闭显示，避免显示出现乱码 P0=LED［disBuf［i］］; P2=1﹤﹤i; delayms(4); //延时4ms，函数定义见例22 }} unsigned char key()//键盘识别函数，有键按下返回键功能码，无键按下返回0xff {unsigned char row=4,col=0xff,k=0xff; //定义行、列、键号变量 P3=0xf0; //列送0，读行 if(P3==0xf0) return k; //无键按下，返回0xff delayms(15); //延时15ms去抖动，函数定义见例2-2 if(P3==0xf0) return k; //抖动引起，返回0xff k=P3; //读取行值，在高4位，低4位为0 do//查找行值中为0的行号 {row--; //查找的行数加1 k﹤﹤ =1; //行值左移1位，移出位送到进位标志位CY }while(CY); //CY为1，未找到则循环； CY为0则找到，退出 P3=0xff;P3=0x0f; //行送0，读列 k=P3; k﹥﹥ =1;/读取列值 do//查找列值中为0的列号 {col++; //查找的列数加1 k﹥﹥ =1; //列值右移1位，移出位送到进位标志位CY }while(CY); //CY为1，未找到则循环； CY为0则找到，退出 k=row*3+col; //计算键号 P3=0x0f; while(P3!=0x0f) display(); //等待按键释放 return keyTable［k］; //返回实际按键功能码 } void main()//主函数，循环调用显示函数、键盘函数，对按键做处理 {unsigned char k; unsigned long value; bit numFlag=0; //数字输入标志 writeBuf(0); //显示缓冲区填0 while(1) {display(); k=key(); if(k!=0xff)//有键按下 {if(k﹤10)//数字键处理 {if(numFlag==0) {numFlag=1; //输入第1位数 value=0; } value=value*10+k; if(value﹤=99999999) writeBuf(value); else value/=10; //超过8位数则不接受输入 } else if(k==BACK)//退格键处理 {value/=10; writeBuf(value); } else if(k==DOUBLE)//加倍键处理 {value*=2; if(value﹤=99999999) writeBuf(value); else value/=2; //乘以2超过8位数则不再乘以2 numFlag=0; }}}} 5.4液晶显示器及控制 液晶显示器(LCD)具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其他显示器无法比拟的优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。LCD 可分为段位式LCD、字符式LCD 和点阵式LCD。 不同型号的LCD接口方式区别较大，这里以Proteus仿真软件中LM016L为例，讲述字符式LCD的显示原理及接口。 LM016L显示的内容为16×2，即可以显示两行，每行16个字符，和字符型LCD1602完全一样。目前市面上字符液晶屏大多采用HD44780控制器，因此，基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶显示器。本节不仅用到单片机的整个8位端口输入、输出，还会用到按位输入、输出。 5.4.1LM016L引脚信号 LM016L的引脚信号见图514，各引脚功能如下。 图514LM016L的引脚图 VSS： 电源地接入端。 VDD： 5V电源正极接入端。 VEE： 对比度调整电压接入端。通过一个接5V电源和地的10kΩ的电位器调节。 RS： 指令、数据寄存器选择信号，输入。1表示选择数据寄存器，D0～D7输入的应该为数据(显示字符的代码)； 0表示选择指令寄存器，D0～D7输入的应为指令。 R/W： 读写控制信号，输入。1表示从LCD读取状态信息(包括光标地址)； 0表示向LCD写入指令(包括显示地址)或显示的数据。 E： 使能信号，输入。读操作时高电平有效，写操作时下降沿有效。 D0～D7： 双向8位数据线。 A： 背光电源正极接入端。 K： 背光电源负极接入端。 5.4.2LM016L操作指令 LM016L液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表53所示。 表53LM016L控制命令表 指令 编号指令功能 操作信号指令代码或参数 RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0 1清屏，光标回到00H位置0000000001 2光标复位，回到00H位置000000001* 3光标和显示模式00000001I/DS 4显示开关控制0000001DCB 5光标或字符移位000001S/CR/L** 6设置总线宽、显示行、字点阵00001DLNF** 7设置字符发生存储器地址0001字符发生存储器CGRAM地址 8设置数据存储器地址001显示数据存储器DDRAM地址 9读忙标志和地址01BF计数器地址 10写数据数到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容 11从CGRAM或DDRAM读数据11读出的数据内容 LM016L液晶模块的读写、屏幕和光标的操作，都是通过指令编程来实现的。相关指令说明如下。 指令3： 光标和显示模式设置。I/D： 光标移动方向，置1右移，清0左移。S： 屏幕上所有文字左右移动控制，置1可移动，清0不可移动。 指令4： 显示开关控制。D： 控制整体显示的开与关，置1开显示，清0关显示。C： 控制光标的开与关，置1显示出光标，清0无光标。B： 控制光标是否闪烁，置1光标闪烁，清0光标不闪烁。 指令5： 光标或字符移位。S/C： 置1表示移动字符，清0表示移动光标。 指令6： 功能设置命令。DL： 置1为8位总线，清0为4位总线。N： 置1为双行显示，清0为单行显示。F： 置1显示5×10的点阵字符，清0显示5×7的点阵字符。 指令9： 读忙信号和光标地址。BF： 为忙标志位，为1表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，为0表示不忙。低7位为读出的光标地址。 5.4.3LM016L存储器 HD44780内置了DDRAM、CGROM和CGRAM。 1) 显示数据存储器（DDRAM） DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码。见指令8，使用7位表示，共80H个地址，LM016L共有两行，每行16个字符，所以只使用了32个地址，其地址和屏幕的对应关系如表54所示。 表54DDRAM地址和屏幕行列的对应关系 显示位置1234…1516 DDRAM 地址 第一行00H01H02H03H…0EH0FH 第二行40H41H42H43H…4EH4FH 在指令8中，D7位为1，所以要想在DDRAM的00H地址处显示数据(即第一行第一列)，则必须将00H加上80H，即80H，若要在DDRAM的41H(即第二行第二列)处显示数据，则必须将41H加上80H即C1H，以此类推。 2) 常用字符点阵码存储器（CGROM） CGROM是液晶模块内部的字符发生存储器，LM016L内部已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H)，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为LM016L识别的是ASCII码，所以可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'A'。当我们把字符的ASCII码送入DDRAM相应地址时，就在LCD的相应位置显示该字符。 3) 自定义字符点阵码存储器（CGRAM） CGRAM是用户自定义字符发生存储器，用来存放用户自定义字符的点阵信息，该存储器共有6位地址，64个存储单元(不同厂家的产品数量不同)，每个字符使用8个存储单元存放点阵，所以该区域可以存放8个字符的内容，和CGROM中字符的统一编码一样，字符码为0～7。当把该编码送入DDRAM某个地址时，就在LCD的相应位置显示出自定义的字符。 设置自定义字符点阵码的方法是： 先用指令7向LCD写入点阵码存于CGRAM的地址(由表53中的指令7可知，地址为40H～7FH)； 然后以写数据的方式，向LCD写入存于CGRAM的字符点阵码(点阵字节取的方法是按行从上到下，左边为低位数)。 5.4.4LM016L基本操作函数 LM016L显示器的基本操作函数如下: //lcd.c文件 #include ﹤reg52.h﹥ #include ﹤intrins.h﹥ #defineLCDDATAP2//LM016L的数据线 #define delay5us(n) {unsigned char i; \ for(i=0; i﹤n; i++)\ _nop_(); }//延时5n(μs)宏定义，12MHz时钟时误差均为+2μs sbit RS =P3^0; //LM016L的数据/指令选择控制线 sbit RW =P3^1; //LM016L的读写控制线 sbit EN =P3^2; //LM016L的使能控制线 sbit BF =LCDDATA^7; //读LM016L状态线 bit LcdBusy()//读LM016L忙状态函数 { //返回值 RS=0; //选择指令寄存器 RW=1; //选择写 EN=1; //使能 BF=1; //状态位设置为输入 delay5us(4); F0=BF; //读状态存于PSW.5位 EN=0; return F0; } void LcdWriteCommand(unsigned char com)//LM016L写命令函数 {while(LcdBusy()); //LM016L忙时等待 RS=0; //选择指令寄存器 RW=0; //选择写 LCDDATA=com; //把命令字送入数据口 EN=1; //使能线电平变化，命令送入LM016L的8位数据口 delay5us (4); //延时，让LM016L准备接收数据 EN=0; } void LcdWriteData(unsigned char dat)//LM016L写数据函数 {while(LcdBusy()); RS=1; //选择数据寄存器 RW=0; //选择写 LCDDATA=dat; //把要显示的数据送入数据口 EN=1; //使能线电平变化，数据送入LM016L的8位数据口 delay5us(4); //延时，让LM016L准备接收数据 EN=0; } void LcdInit()//1602初始化函数 { LcdWriteCommand(0x38); //8位数据，双行显示，5×7字形 LcdWriteCommand(0x0c); //开启显示屏，关光标，光标不闪烁 LcdWriteCommand(0x06); //显示地址递增，即每写一数据，显示位置后移一位 LcdWriteCommand(0x01); //清屏 delayms(10); //延时，函数定义见例22 } 5.4.5LM016L应用编程 在LM016L上显示字符和数字，显示结果如图515所示。C语言程序如下: //main.c文件 #include ﹤reg52.h﹥ extern void LcdInit(); //LCD操作函数定义见上面lcd.c文件 extern void LcdWriteCommand(unsigned char com); extern void LcdWriteData(unsigned char dat); unsigned char *disBuf=" I love MCU0123456789ABCDEF "; void main()//主函数 {unsigned char i; LcdInit(); LcdWriteCommand(0x80); //在LCD第一行上显示 for(i=0; i﹤16; i++) LcdWriteData(disBuf［i］); //显示前16个字符 delayms(10); //延时10ms，否则不显示。函数定义见例22 LcdWriteCommand(0xc0); //在LCD第二行上显示 for(; i﹤32; i++)//显示后16个字符 LcdWriteData(disBuf［i］); while(1); } 图515LCD应用仿真电路 思考题与习题 (1) 对于MCS51单片机，读端口锁存器和“读引脚”有何不同？各使用哪些指令？ (2) MCS51单片机的P0～P3口结构有何不同？用作通用I/O口输入数据时应注意什么？ (3) P0口用作通用I/O口输出数据时应注意什么？ (4) 简述多位LED数码管动态显示的方法。 (5) 为什么要消除键盘的机械抖动？消除抖动有哪些方法？ (6) 简述行扫描法识别行列式键盘按键的方法。 (7) 简述行列快速扫描法识别行列式键盘按键的方法。 (8) 参照图134，使用Proteus画电路，用单片机的P0口控制8个LED，在Keil C下创建项目xiti58，对1.5.3节中的程序做修改，使点亮两个LED循环右移显示，对程序编译链接产生可执行文件xiti58.hex，装载单片机，模拟运行并观察，如果不显示或不正确，分析原因并做修改，使其正确显示。 （9） 使用89C52单片机的P3口接8个按钮，按钮的另一端接地，单片机的P0口接8个LED的阴极，另一端接电阻、电源，编写程序，读取按钮的状态，从P0口输出显示，使用Proteus绘制电路、仿真运行，观察运行情况。 （10） 把89C52单片机的P0、P2口连接起来，编写程序，从P2口输出数据(连续的ASCII码)，从P0输入数据。把F1位(PSW.1)作为数据的标志，对P2口来说，发送数据之前先要查询F1是否为0，为0表明发送的数据已经读取，可再次发送，发送之后，对F1置1； 对P0来说，查询F1是否为1，为1表明有数据发送过来，可以读取，读取之后，对F1清0。间隔1s查询1次，为P2、P0交替查询(对P2仅查询F1是否为0，对P0仅查询F1是否为1)。为了观察传送的数据，可以在P3口接8个LED，LED的阳极接P3口，阴极接地。使用Proteus绘制电路、仿真运行，观察运行情况。 （11） 用甲乙两个单片机实现通过I/O传输数据的功能。把它们的P2口连接，甲发送、乙接收数据，并且把它们的P30、P31、P32连接，分别作为发送了数据、接收到数据、请求发送数据的联络信号(前者由甲发出，后两个由乙发出)，低电平有效。双方联络与数据传输过程如下： 对于甲方，当查询到自己的P32为低(有效电平)，则通过P2口输出1个连续的ASCII码，并且从P30发送出低电平信号； 当查询到P31为低电平，则得知乙已经读取了P2口的数据，从P30发送出高电平的无效信号。对于乙方，当查询到P30为低电平，则从自己的P2口读入数据，然后从P31发送出低电平信号，表示已经读取了数据，同时从P32发送出高电平的无效信号，表示撤销请求发送信号； 当查询到P30为高电平，则从P31发送出高电平的无效信号，至此，表明一次数据传输结束。每间隔1s，乙方从P32发送出低电平信号，请求甲方发送数据(这就是数据流控制，在实际中的实际间隔由程序控制)。 编写甲乙两个单片机的不同程序，在Proteus下绘制电路，把两个程序分别下载到对应的单片机中，仿真运行。为了观察运行情况，可以在两个单片机的P0口接8个LED，分别显示出发送和接收的数据。 （12） 对于第（11）题的联络信号，去掉中间那个“收到数据”的应答信号P31，只要发送了数据信号P30、请求发送数据信号P32，其他都一样。编写两个单片机的程序，然后使用Proteus绘制电路、仿真运行，观察运行情况。 （13） 仿照第（12）题，再加一个P37仲裁信号线，实现两个单片机之间的双向数据传输。当某个单片机需要发送数据时先查询P37的状态(先输出1再读入)，如果为低，则等待，自己处于接收方，按照接收方使用P30、P32信号，接收数据； 如果查询到P37为高，则从P37引脚输出0使仲裁线变低，自己变为发送方，按照发送方使用P30、P32信号，发送数据。可以用P36引脚对地接一按钮，改变原来收发双方的角色。使用Proteus绘制电路、仿真运行，观察运行情况。这种情况两个单片机程序是一样的，主需要编写一个程序。 （14） 设计一个89C52单片机应用系统，使用6位共阴极数码管显示器，其段和位分别由P0口和P2口控制，各段用上拉电阻做限流，各位用74LS245驱动，并编写能够显示0～9、A～F的十六进制数的函数。使用Proteus绘制电路、仿真运行。 （15） 设计一个89C52单片机应用系统，使用6位共阳极数码管显示器，其段和位分别由P0口和P2口控制，各位用74LS245驱动，并编写能够显示0～9、A～F的十六进制数的函数。使用Proteus绘制电路、仿真运行。 （16） 某个89C52单片机应用系统的P1口连接一个3行5列的矩阵式键盘，用行扫描法编写识别按键的函数，无键按下返回0xff，有键按下返回按下键的键号(0～14)。 （17） 某个89C52单片机应用系统的P1口连接一个3行5列的矩阵式键盘，用行列快速扫描法编写识别按键的函数，无键按下返回0xff，有键按下返回按下键的键号(0～14)。 （18） 某个89C52单片机应用系统的P1口连接一个m行n列的矩阵式键盘，用行扫描法编写一个通用的识别按键的函数，无键按下返回0xff，有键按下返回按下键的键号(0～m×n-1)。 （19） 某个89C52单片机应用系统的P1口连接一个m行n列的矩阵式键盘，用行列快速扫描法编写一个通用的识别按键的函数，无键按下返回0xff，有键按下返回按下键的键号(0～m×n-1)。 (20) 某个89C52单片机应用系统的按键较多，P2、P3口分别连接一个m行、n列的矩阵式键盘，用行列快速扫描法编写一个通用的识别按键的函数，无键按下返回0xff，有键按下返回按下键的键号(0～m×n-1)。设4<(m、n)<8，并且P2、P3口都是从最低位开始连续使用。 (21) 使用Proteus设计一个89C52单片机应用系统，系统包含键盘和数码管显示电路，用P1口控制16个按键，用P0和P2口分别控制6位数码管的段和位，各段用上拉电阻做限流，各位用74LS245驱动。用Keil C编写程序，实现扫描识别键盘按键、扫描显示数码管的功能，并且把按下的键的键号显示在数码管上，每按下一次键，显示的数左移1位。 (22) 修改第(21)题的应用，将显示改为字符式LCD显示，其他要求不变。 (23) 将5.3.5节中的例子改为使用LM016L液晶显示器显示，其他要求不变，用Keil C编写程序，用Proteus仿真。