键盘显示器接口实验

模块十一　8279键盘/显示器接口实验

一、知识点

8279的结构与工作原理，8279的命令字、状态字及编程方法，MCS-51单片机与8279的接口方法及程序设计方法。

二、知识点分析

8279是Intel公司为8位微处理器设计的一种通用键盘/显示器接口器件，其功能是接收来自键盘的输入数据并作预处理，完成数据显示的管理和数据显示器的控制。单片机应用系统采用8279管理键盘和显示器，其软件编程简单，显示稳定，减轻了主机的负担，单个芯片就能完成键盘输入和LED显示器显示控制两种功能。

1）8279内部结构框图和引脚说明

8279内部逻辑电路如图3.22所示。

图3.22　8279结构框图

8279引脚说明如下：

DB0～DB7：具有三态的双向数据总线。用于在8279与CPU之间传递命令（控制字）和数据。

CLK：系统时钟输入。用于8279内部产生工作时序。

RESET：复位信号输入端。当RESET＝1时，8279被复位。复位后8279内部状态如下：

●16个字符显示，左入口；

●编码扫描键盘，双键锁定；

●程序时钟编程为31。

：片选端，低电平有效。当时8279被选中，允许CPU对其读写；否则被禁止。

A0：选择输入端。当A0＝1时CPU写入的数据为命令字，读出的数据为状态字；A0＝0时CPU读、写的字节均为数据。：读、写控制线。用来自CPU的控制信号，控制8279的读写操作。

IRQ：中断请求信号的输出线，高电平有效。在键盘工作方式中，当FIFO/传感器RAM中存有数据时，IRQ为高电平；CPU每次从RAM中读出数据时，IRQ变为低电平，若RAM中仍有数据，则IRQ再次恢复为高电平。

SL0～SL3：扫描输出线。输出键盘、显示器的扫描信号。通过编程可设定为“编码输出”（经外接译码器产生扫描信号），或“译码输出”（直接输出4选1的扫描信号）。

RL0～RL7：回复输入线。用来接收扫描键盘的回复信号。

SHIFT：移位信号的输入线，高电平有效。该信号是8279键盘数据的次高位（D6位），通常用来扩充键开关的功能，如键盘的上、下挡功能。在传感器方式和选通方式中，SHIFT无效。

CNTL/STB：控制/选通输入线，高电平有效。键盘方式时，该输入信号是键盘数据的最高位（D7位），通常用来扩充键盘开关的控制功能，作为键盘控制功能键用。在选通输入方式时，该信号的上升沿可将来自RL0～RL7的数据存入FIFO RAM中。在传感器方式下，该信号无效。

OUTA0～OUTA3：A组显示输出线。OUTB0～OUTB3：B组显示输出线。

上述两组线均为显示用的信息输出线，数据的输出与SL0～SL3的数字扫描信号同步，实现数据的动态扫描显示。A组与B组输出线可以单独使用（如输出BCD码经外部的“BCD七段译码器”与显示器连接），也可将A、B两组合并使用，直接输出七段的字形码供显示器使用（其中OUTB0～3接LED的a～d，OUTA0～3接LED的e～g、dp）。

BD：消隐显示输出线，低电平有效。该输出信号在数字切换显示或使用显示消隐命令时，控制显示器将显示消隐。

2）8279的命令字、状态字及编程

8279是可编程接口芯片，其工作方式、工作特点等均通过CPU向8279发送命令实现，因此对8279的编程实际上就是向8279写入命令字的过程。

8279共有8条命令字和1个状态字。具体的命令字格式与功能如下：

（1）键盘/显示方式设置命令字

命令格式：

其中：D7D6D5＝000为“键盘/显示方式设置”命令字的特征位。

DD（D4D3）用于设置显示方式，具体定义见表3.2。

表3.2　DD（D403）具体定义

所谓左入口，即显示位置从最左一位（最高位）开始，以后逐次输入的显示字符逐个向右顺序排列；所谓右入口，则是显示位置从最右一位（最低位）开始，以后逐次输入显示字符时，已有的显示字符依次向左移动。

D2D1D0＝KKK：用来设定八种键盘、显示工作方式，见表3.3。

表3.3　八种键盘、显示工作方式

双键锁定和N键轮回是多键按下时的两种不同的保护方式。双键锁定是指双键同时按下时，认可最后弹起的键，以起到双键防抖功能；N键轮回是指若干键按下时，键盘扫描根据发现它们的顺序，依次将它们的状态送入FIFO RAM中。

（2）程序时钟命令

命令格式：

其中：D7D6D5＝001为“程序时钟”命令字的特征位。

D4～D0＝PPPPP为对外来输入时钟CLK进行分频的分频系数N，N的取值为2～31。例如，外部时钟频率为2MHz，PPPPP被置成为10100（N＝20），即对CLK输入的外部时钟20分频，以获得8279内部要求的100kHz基本频率。

（3）读FIFO/传感器RAM命令

命令格式：

其中：D7D6D5＝010为“读FIFO/传感器RAM”命令字的特征位。

AI为自动加1标志。

AAA（D2D1D0）为FIFO/传感器RAM的地址。

在键盘工作方式中，由于读取数据操作严格按照先入先出顺序，因此不需要使用这条命令。

（4）读显示RAM命令

命令格式：

其中：D7D6D5＝011为“读显示RAM”命令字的特征位。

AAAA（D3D2D1D0）用来寻址显示RAM中的存储单元地址。

AI（D4）为自动增量特征位。AI＝1时，每次读出后地址自动加1，指向下一个地址。

（5）写显示RAM命令

命令格式：

其中：D7D6D5＝100为“写显示RAM”命令字的特征位。

AAAA（D3D2D1D0）为将要写入的显示RAM中的存储单元地址。

AI（D4）为自动增量特征位。AI＝1时，每次写入后地址自动加1，指向下一次要写入的地址。

（6）显示禁止写入/消隐命令

命令格式：

其中：D7D6D5＝101为“显示禁止写入/消隐”命令字的特征位。

D3、D2＝IWA、IWB：分别用来屏蔽A、B两组显示。如IWA（D3）＝1时，A组的显示RAM禁止写入，这样当CPU向显示RAM写入数据时不会影响A组的显示。

D1、D0＝BLA、BLB：分别对A、B组进行消隐控制。BL＊＝1，对应组的显示输出被消隐；BL＊＝0，则恢复显示。

（7）清除命令

命令格式：

其中：D7D6D5＝110为“清除RAM”命令字的特征位。

Cd Cd Cd（D4D3D2）用来设定清除显示RAM的4种方式，见表3.4。

表3.4　设定清除显示RAM的4种方式

Cf（D1）用来置空FIFO存储器。当Cf＝1时，执行清除命令后，FIFO RAM被置空，使中断输出线复位，同时，传感器RAM的读出地址也被置为0。

Ca（D0）为总清的特征位。它具有Cd和Cf的联合效能。在Cf＝1时，对显示RAM的清除方式由D3、D2的编码决定。

注意：清除显示RAM约需160μs，在此期间8279状态字的最高位Du＝1，表示显示无效。

（8）结束中断/错误方式设置命令

命令格式：

其中：D7D6D5＝111为“结束中断/错误方式设置”命令字的特征位。该命令有两种不同的应用：

①作为结束中断命令。在传感器工作方式中，该命令用来结束传感器RAM的中断请求。

②作为特定错误方式设置命令。在8279被设定为键盘扫描N键轮回方式以后，如果CPU又对8279写入该命令（E＝1），则8279就以一种错误的方式工作。这种工作方式的特点是，8279在消抖期间，如果有多个键被按下，则8279状态字中的错误特征位S/E将被置1，并产生中断请求信号和阻止其写入FIFO RAM。

上述8种命令字均是由D7、D6、D5特征位来确定的，当这些命令字输入到8279之后能自动寻址到对应的命令寄存器。写入命令时唯一的要求是使选择输入端信号A0＝1。

（9）8279的状态字

8279的状态字主要用于键盘和选通方式，指示FIFO RAM中的字符数和有无错误发生。

状态字格式：

Du（D7）为显示无效特征位。Du＝1表示显示无效。当显示RAM清除显示或全清命令尚未完成时，Du＝1。

S/E（D6）为传感器信号结束/错误特征位。该特征位在读出状态字时被读出，在执行Cf＝1的清除命令时被复位。当8279工作在传感器工作方式时，若S/E＝1，表示最后一个传感器信号已经进入传感器RAM中；而当8279工作在特殊错误方式时，若S/E＝1表示出现了多键同时按下错误。

O、U（D5、D4）为超出、不足错误特征位。对FIFO RAM的操作可能出现两种错误：超出或不足。当FIFO RAM已经充满，其他键盘数据还企图写入时，出现超出错误，O（D5）位置1；当FIFO RAM已经置空，CPU还企图读出时，则出现不足错误，U（D4）位置1。

F（D3）表示FIFO RAM是否已满。F＝1时，表明已满。

NNN（D2D1D0）表示FIFO RAM中的字符数，最多为8个。

在键盘扫描方式中，8279中键输入数据按下列格式存放：

RETURN（D2D1D0）为键所在的列号（由RL0～RL7的状态确定）。

SCAN（D5D4D3）为键所在的行号（由SL0～SL2的状态确定）。

SHIFT、CNTL（D6、D7）为相应开关键的状态位。

三、实践训练

1）实验目的

（1）掌握在MCS-51单片机系统中扩展8279键盘显示接口的方法；

（2）掌握8279工作原理和编程方法；

（3）进一步熟悉中断处理程序的编程方法。

2）实验设备

PC机，XZNU MCUS-Ⅰ单片机实验箱1台，伟福V8/L型仿真器1台。

3）实验内容及说明

利用实验箱上提供的8279、键盘电路和LED显示电路，组成一个键盘分析电路，编写程序，要求在键盘上按一个数字键，该键的代码就显示在LED数码管上。

本实验用到了8279的键盘输入部分。键盘部分提供的扫描方式最多可和64个按键或传感器阵列相连，能自动消除键抖动并对多键同时按下采取保护。

本实验给出的程序采用中断方式来处理键盘输入值。主程序的任务是初始化8279和外部中断0，中断服务程序则进行键值处理并显示。

4）实验电路及连线

8279键盘/显示器接口实验电路原理图如图3.23所示。首先将开关S4、S5、S6置于导通状态；再使用专用连接导线，将J58的79A0端与J3的A0端对应相接，J58的CS79端与J2的A15端对应相接，J58的IRQ端与J54的EOC1端相接，J54的EOC/INVS端与J4的INT0端相接（反相）。LED数码显示电路及接线方法与模块七“按键识别与显示实验”的显示部分完全相同，请参照前文。

图3.23　8279键盘/显示器接口实验电路原理图

5）程序设计

（1）流程图

8279键盘/显示器接口实验的主程序及中断服务程序流程如图3.24所示。

（2）参考程序

图3.24　8279键盘/显示器接口实验及中断服务程序流程图

6）思考题

（1）利用8279和6个LED数码管，设计一个电脑时钟；

（2）总结实验过程中所遇到的问题与解决的办法。