一、矩陣式鍵盤

1.工作原理

矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點(diǎn)上。一個(gè)4x4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成16只按鍵的鍵盤，在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣式鍵盤比獨(dú)立式鍵盤，更節(jié)省I/0口。

如圖1所示，每只按鍵在行列線交節(jié)點(diǎn)上，一端接行線，另一端按列線，列線通過上拉電阻RP1接到VCC上，設(shè)QO~Q3為低電平，在沒有動(dòng)作時(shí)行線處于低電平狀態(tài)，列線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵被接下時(shí)，該鍵所在的列線的電平由高變低，這也是識別矩陣式鍵盤是否有鍵被接下的關(guān)鍵所在。要將行與列線信號配合起來并作適當(dāng)?shù)奶幚聿判小?br />
2.按鍵識別方法

下面以下圖中9號鍵被接下為例，來說明該按鍵是如何被識別出來的。當(dāng)9號鍵被接下時(shí)，與之鍵相連的列線3的電平將由與此鍵相連的行線A的電平?jīng)Q定。由于在天鍵接下時(shí)列線處于高電平狀態(tài)，如果讓所有行線也處于高電平，那么將不會引起列線電平的變化，也就沒法判斷有無鍵被接下，更不用說是判斷接下的是哪個(gè)鍵了。如果將所有行線置為低電平，則接下的鍵所在的列線將變成低電平，根據(jù)此變化能準(zhǔn)確判定該列有按鍵接下，但仍不能確定是哪個(gè)鍵被按下，即被接下的鍵在哪一行。若某時(shí)刻讓一條行線處于低電平，讓其余所有行線處于高電平，如A行為低電平，其余行為高電平，因?yàn)槭前存I9被按下，所以列3立刻變?yōu)榈碗娖?，?jù)此可確定是A行與列3交叉點(diǎn)的按鍵(即9號鍵)被按下。同理可以判斷出矩陣鍵盤中每一個(gè)被接下的鍵所在的行、列，即知道被按下的鍵名。

　　根據(jù)上面的分析，可以總結(jié)出用單片機(jī)控制和讀取I/0的狀態(tài)來識別矩陣鍵盤按鍵的方法：

第一步，單片機(jī)通過總線地址adr0、adr1、adr2、adr3，分別掃描矩陣鍵盤的四條行線，看是否有按健被接下；

第二步，單片機(jī)調(diào)用延時(shí)去抖程序排除干擾因素，確認(rèn)有按鍵被接下，然后通過總線數(shù)據(jù)線ADO、AD1、AD2、AD3，讀回列線電平狀態(tài)再通過軟件讀出行線和列線的交叉點(diǎn)，即找出被接下的鍵。

以上識別按鍵的方法稱為掃描法。

　　二、液晶顯示器

液晶顯示器微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，在袖珍式儀表和低功耗系統(tǒng)中得到越廣泛的應(yīng)用。字符型液晶模塊采用5×7點(diǎn)陣圖形顯示字符，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等，下面以2行16個(gè)字的LMl602液晶模塊來介紹其編程方法。

LMl602采用標(biāo)準(zhǔn)的（14）腳接口，其引腳定義及功能如下表所示。VSS為地，VDD按5V正電源；VO為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一只1Oka的電位器來調(diào)整對比度；RS為寄存器選擇，為高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器；RW為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW均為低電平時(shí)可以寫入指令或顯示地址，當(dāng)RS為低電平、RW為高電平時(shí)可以讀忙信號；當(dāng)RS為高電平、RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E為使能端，當(dāng)E由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。DO～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。

LMl602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器CGROM內(nèi)存儲了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，包括阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用符號和日文假名等。每個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，如大寫英文字母“A”的代碼是O1OOOOO1B(41H)，只要顯示地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形，使用者就能看到字母“A”。

　　2.基本操作時(shí)序

讀狀態(tài)：輸入RS=L、RW=H、E=H輸出DO～D7=狀態(tài)字

寫指令：輸入RS=L、RW=L、DO~D7=指令碼、E=高脈沖輸出無

讀數(shù)據(jù)：輸入RS=H、RW=H、E=H輸出DO~D7=數(shù)據(jù)

寫數(shù)據(jù)：輸入RS=H、RW=L、DO~D7=數(shù)據(jù)、E=高脈沖輸出無

3.初始化流程

初始化過程(復(fù)位過程)

延時(shí)15ms

寫指令38H(不檢測忙信號)

延時(shí)5ms寫指令38H

(不檢測忙信號)

延時(shí)5ms

寫指令38H(不檢測忙信號)

延時(shí)5ms

寫指令38H(不檢測忙信號)

　　說明：以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作之前均需檢測忙信號。

寫指令38H:顯示模式設(shè)置

寫指令08H:顯示關(guān)閉

寫指令01H:顯示清屏

寫指令06H:顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置

寫指令0CH:顯示開及光標(biāo)設(shè)置

給出以上具體操作時(shí)序主要是為了幫助大家更好地理解LCD驅(qū)動(dòng)程序，并按照基本初始化流程書寫驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序沒不需要每次都編寫，需要使用時(shí)，只要把以前編寫的驅(qū)動(dòng)程序作為頭文件調(diào)用即可。液晶驅(qū)動(dòng)程序見后邊附程序。

三、單片機(jī)總線模式的鍵盤檢測與液晶顯示總體電路

下圖中的總線鍵盤主要是用于制作大鍵盤。單片機(jī)通過74LS138與74LS573進(jìn)行總線模式擴(kuò)展，使鍵盤掃描和液晶顯示共用數(shù)據(jù)口通過地址信號分別控制與二者間的數(shù)據(jù)傳輸，以充分地利用單片機(jī)的I/O口資源。

　　四、按鍵程序流程圖

按鍵程序流程如下圖所示。

　　本實(shí)驗(yàn)在已Proteus仿真軟件上驗(yàn)證通過。通過Keil軟件進(jìn)行編程，然后將生成的Hex文件加載到51單片機(jī)中，就能觀察到液晶屏顯示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象內(nèi)容。在矩陣鍵盤上按下任意鍵，在液晶顯示器上就會以移位顯示的方式看到軟件定義的鍵值?！?br />
鍵盤和顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)常使用的人機(jī)交互界面，此實(shí)驗(yàn)可以幫助單片機(jī)初學(xué)者了解總線模式，學(xué)會用總線模式實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描與液晶顯示的技術(shù)。