鍵盤電路設計原理

(1)

林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 14.1

常用的開關類型

(a) 機械式開關 (b) 薄膜式開關

d

(c) 電容式開關

(d) 霍爾效應式開關

B ^∆V

微算機基本原理與應用第14章鍵盤與顯示器電路

接觸跳彈現象

(a) 輸出由高電位下降為低電位 V_CC

輸出 R

5到20 ms

t = 0+

t = 0+時打開 V_CC

輸出 R

5到20 ms

t = 0+

t = 0+時閉合

(2)

硬體方式開關防彈技術

(a) RC積分電路

(b) SR門閂 R

V_CC

VCC

R

Q

R = 0 S = 0

高電位

低電位臨界電位 V_CC

輸出 R

C

鍵盤電路設計原理

設計鍵盤電路時，一般均須考慮下列問題：

1. 辨認閉合的按鍵：如何辨認那一個按鍵已經閉合；

2. 多重閉合按鍵認知問題：當有數個按鍵同時按下時，要如何處理？

即應該認知那一個按鍵，或是全部認知；

3. 按鍵跳彈問題：按鍵的跳彈問題與如何防止；

4. 按鍵編碼：使用查表法，轉換閉合的按鍵為適當的ASCII碼或是其

它文字數碼。

(3)

輪呼式鍵盤電路

+5 V 10 k

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3

P2.0 P2.1 P2.2 P2.3

K1 K2

K0 K3

K7 K4 K5 K6

KB K8 K9 KA

KF KC KD KE

0 1 2 3 MCS-51



 



 







 輸出埠輸入埠

N鍵滑越鍵盤電路

+5 V 10 k

P1.0

P1.1

P1.2

P1.3

P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 MCS-51

K0 K1 K2 K3

K4 K5 K6 K7

K8 K9 KA KB

KC KD KE KF

0

1

2

3



 



 







 輸出埠輸入埠

(4)

中斷式鍵盤電路

+5 V 4.7 k

K1 K2

K0 K3

K7 K4 K5 K6

KB K8 K9 KA

KF KC KD KE

0

1

2

3 Q

Q CK PRD I/O位址解碼信號

CS CLK

QD QC QB QA

4 位元二進位計數器

2對4解碼器 0

1

2

3 A0

A1

S0 S1

DD DC DB DA

CLK Q_Q單擊電路

0 1 2 3

4對1多工器 Y 10 ms

INT (接往CPU) RD OE

(CPU)

1 24 43 掃描碼

CLR

商用中斷式鍵盤電路IC

CB A G1

G2B ALE G2A

P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13

RD INT1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

0 01. µF 74C922

AD0 DA

OE Y2

10µF

KBM

DAV

Y1 Y2 Y3 Y4 X4 X3 X2 X1

OSC 74LS138

MCS-51 AD1 AD2 AD3

DB DC DD

GND 1 2 3 4 12 11 9 8

10

6 7

14

13 19 18 17 16 20 VCC

+3 V ~ +15 V

P2.4/A12

(5)

MCS-51與LED顯示器界接

(b) LED電路與MCS-51界接 (a) 單一LED電路

74AS04 330 Ω

P1.2 MCS-51

P1.1

P1.0

74AS04

+5V +5V +5V

330 Ω 330 Ω 330 Ω

紅色黃色綠色

七段LED顯示器

a b

d c g e f

(a) 字型 (b) 共陰型 (c) 共陽型

K(陰極)

a b c d e f g

A(陽極)

a b c d e f g

(6)

直接推動的七段LED顯示器電路

••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• •••

+5V

74LS47 74LS47 74LS47 74LS47 74LS47 74LS47 74LS47 74LS47

PPI

14444244443 14444244443 14444244443 14444244443

輸出埠 0 輸出埠 1 輸出埠 2 輸出埠3

150

多工顯示器電路

單擊電路

(1ms)

8

個共陰極七段

LED

顯示器

8

4 2 1 P1.3

P1.2 P1.1 P1.0

數字值













BCD

對七段顯示器解碼推動器

緩衝器

2 mA 500 mA(max) 0

1 6 A4 7 A2 A1 E

3

對

8

解碼器

P1.6

P1.5 P1.4 P1.7







數字位址

未使用單擊電路時，直接接地

E MCS-51 INTx

(7)

LCD內部結構

液晶垂直極化板

水平極化板

前板電極

背板電極反射板

商用LCD模組電路方塊圖

(a) 方塊圖 (b) 接腳分布與功能

LCD推動電路

LCD矩陣 8

40

HD44780

(+5V)Vdd VR

Vss VDD Vo

Vdd-Vo E

RS R/W DB7

~ DB0

接腳符號功能

~ ~

1 Vss 2 Vdd 3 Vo 4 RS 5 R/W 6 E 7 DB0 14 DB7

接地 +5 V

(如圖14.3-2(a)所示) 0:命令輸入；1:資料輸入 1:讀取；0:寫入致能輸入資料匯流排

(8)

典型的LCD模組時序圖

(b) 寫入時序 (c) 參數-

(a) 讀取時序

參數最大值

數值

t_CYC

tE R

tEF

t_AS

tDDR

tDS

tDH

t_WEP 最小值 450 ns 220 ns

25 ns 25 ns

120 ns 60 ns 10 ns 40 ns tAH 10 ns

t_DHR 20 ns RS

DB7~DB0

tAS

R/W

E

tAH

tWEP

tER tEF

tDHR

tDDR

tCYC

tAH

RS

DB7~DB0

tAS

R/W

E

tAH

tWEP

t_ER tEF

tDH

tDS

tCYC

tAH

初值設定程序

初值設定程序(使用 8 位元： DB7~DB0 的界面時)：

BEGIN

1. 在 Vdd 上升到 4.5 V 之後，再等待 15 ms 以上；

2. 寫入命令 000011xxxx 並等待 4.1 ms 以上；

3. 寫入命令 000011xxxx 並等待 100 µs 以上；

4. 寫入命令 000011xxxx ，然後接著寫入下列命令設定 LCD 模組的功能：

功能設定： 000011NFxx ；

顯示器 OFF ： 0000001000 ；

清除顯示器： 0000000001 ；

輸入模式設定： 00000001I/DS 。

END {初值設定程序}

(9)

HD 44780(LCD-II)命令表

RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 動作清除顯示器執行時間： 82 µs ~ 1.64 ms

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 清除所有顯示器並移動游標回到 0 位址。

回到 0 位址執行時間： 40 µs ~ 1.6 ms

0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 移動游標回到 0 位址，並設定顯示器到未移位前的顯示狀態。

輸入模式設定執行時間： 40 µs

0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 設定資料存取時，游標移動的方向及顯示器是否移位。

I/D = 1:增加： I/D = 0:減少。

S = 1:移位： S = 0:不移位。

顯示器控制執行時間： 40 µs

0 0 0 0 0 0 1 D C B D = 1:顯示器 ON ： D = 0:顯示器 OFF C = 1:顯示游標： C = 0:不顯示游標 B = 1:閃爍游標位置的字元

游標與顯示器移位控制執行時間： 40 µs

0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * S/C R/L = 00:左移游標一個位置 S/C R/L = 01:右移游標一個位置 S/C R/L = 10:左移顯示字元一個位置 S/C R/L = 11:右移顯示字元一個位置

HD 44780(LCD-II)命令表

功能設定執行時間： 40 µs

0 0 0 0 1 DL N F * * DL = 1:使用 DB7 ~ DB0 ；

DL = 0:使用 DB7 ~ DB4 。 N = 0:一列；

N = 1:兩列

F = 0:5 × 7 字型； F = 1:5 × 10 字型。

在 N = 1 時只能使用 5 × 7 字型。

設定 CG RAM 位址執行時間： 40 µs

0 0 0 1 ACG 設定 CG RAM 的位址為 ACG

設定 DD RAM 位址執行時間： 40 µs

0 0 1 ADD 設定 DD RAM 的位址為 ADD

讀取忙碌旗號與 AC 位址執行時間： 40 µs

0 1 BF AC 讀取忙碌旗號(BF)與 AC 位址

寫入資料於 CG/DD RAM 執行時間： 40 µs

1 0 欲寫入的資料寫入 8 位元資料於 CG/DD RAM

自 CG/DD RAM 讀取資料執行時間： 40 µs

1 1 讀取的資料自 CG/DD RAM 讀取 8 位元資料

(10)

LCD模組與MCS-51的界接--- 當作記憶器元件使用

WR P2.7P2.6 P2.4P2.5 P2.3P2.2 P2.1P2.0

DD DD DD DD

QQ QQ QQ QQ G

OE 13 11 148 177 184 3

1 25 191669 1512

74LS373

ALE

P3.616 2827 2526 2423 2221

30

P0.7P0.6 P0.5P0.4 P0.3P0.2 P0.1P0.0 3233 3435 3637 3839

D7D6 D5D4 D3D2 D1D0 A7A6 A5A4 A3A2 A1A0 A15A14 A12A13 A11A10 A9A8

AB C

G1GND Y0

G2A 16

23 45 6874LS13810111213141579

Y1Y2 Y3Y4 Y5Y6 Y7 G2B 1

V_{C C}

E

RS DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7

7 8 9 10 11 12 13 14 5

6 V_{D D}

2

MCS-51 1

LCD

R/W V_SS 4 A0

鍵盤電路設計原理

常用的開關類型

B ∆V

接觸跳彈現象

硬體方式開關防彈技術

鍵盤電路設計原理

設計鍵盤電路時，一般均須考慮下列問題：

1. 辨認閉合的按鍵：如何辨認那一個按鍵已經閉合；

2. 多重閉合按鍵認知問題：當有數個按鍵同時按下時，要如何處理？

即應該認知那一個按鍵，或是全部認知；

3. 按鍵跳彈問題：按鍵的跳彈問題與如何防止；

4. 按鍵編碼：使用查表法，轉換閉合的按鍵為適當的ASCII碼或是其

它文字數碼。

輪呼式鍵盤電路

+5 V 10 k

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3

P2.0 P2.1 P2.2 P2.3

K1 K2

K0 K3

K7 K4 K5 K6

KB K8 K9 KA

KF KC KD KE

0 1 2 3 MCS-51



 



 

N鍵滑越鍵盤電路



 



 

中斷式鍵盤電路

商用中斷式鍵盤電路IC

MCS-51與LED顯示器界接

七段LED顯示器

直接推動的七段LED顯示器電路

+5V

74LS47 74LS47 74LS47 74LS47 74LS47 74LS47 74LS47 74LS47

PPI

輸出埠 0 輸出埠 1 輸出埠 2 輸出埠3

150

多工顯示器電路

單擊電路

個共陰極七段

顯示器

數字值

對七段顯示器 解碼推動器

緩衝器

對

解碼器

數字位址

未使用單擊電路時， 直接接地

LCD內部結構

液晶 垂直極化板

水平極化板

前板電極

背板電極 反射板

商用LCD模組電路方塊圖

典型的LCD模組時序圖

初值設定程序

BEGIN

1. 在 Vdd 上升到 4.5 V 之後，再等待 15 ms 以上；

2. 寫入命令 000011xxxx 並等待 4.1 ms 以上；

3. 寫入命令 000011xxxx 並等待 100 µs 以上；

4. 寫入命令 000011xxxx ，然後接著寫入下列命令設定 LCD 模組的功能：

功能設定： 000011NFxx ；

顯示器 OFF ： 0000001000 ；

清除顯示器： 0000000001 ；

輸入模式設定： 00000001I/DS 。

END {初值設定程序}

HD 44780(LCD-II)命令表

HD 44780(LCD-II)命令表

LCD模組與MCS-51的界接--- 當作記憶器元件使用

LCD模組與MCS-51的界接--- 當作I/O裝置使用

MCS-51

LCD模組 E

RS R/W DB7~DB0 P1.7 ~ P1.0

P2.2

P2.1

B ^∆V

對七段顯示器解碼推動器

未使用單擊電路時，直接接地

液晶垂直極化板

背板電極反射板