键盘和LED显示器是单片机应用系统中构成人机对话的一种基本方式。本讲我们将以此内容为核心，系统介绍键盘和LED显示器的硬件扩展以及管理软件的编写，引导读者由单元实验向系统综合实验过渡，使读者逐步学会自己设计一个单片机应用系统。
矩阵式键盘结构原理
键盘通常由若干按钮式开关排列成行、列矩阵结构，开关的一端接行线，另一端接列线，见图1。单片机工作时，先由输出口向各列送出全0，使各列均为低电平，然后由输入口读入各行的状态，若无键按下，则读入的各行必然为全部高电平；若输入口中有一位为低电平，则说明有键按下。
如果逐列输出低电平（即扫描键盘），并读入行值，找出所按键的所在行列位置，就能准确地确定出所按键，单片机根据键号进行响应，从而完成某键的功能。
数码管显示原理
LED显示器采用七段数码管，七段数码管是由7（或8，加点）个发光二极管按一定规律排列构成的（如图2所示），这些发光二极管的正极（共阳）或负极（共阴）连在一起形成公共端。本实验采用共阴数码管，当公共端为低时，所有接高电平的发光二极管（即相应的段）均亮，从而形成相应的数码，图2绘出了0～9十个数的字型及其相应的代码，每一个代码实际上是一个8位二进制数，由低到高顺序为a、b、c、d、e、f、g，最高位h是小数点位。
在编写显示程序时，常将这些需要显示的字符代码排列成一个表，显示前先进行查表变换。
实验电路介绍
图3为16键键盘、6位LED数码管显示器与单片机连接的实验电路。由于键盘的行、列各需一个I／O口，显示器也至少还需一个I／O口，因而该实验电路至少需要三个I／O口，即两个基本输出口和一个基本输入口。这几个I／O口都可以用锁存器（如74LS373）扩展而成（见TD－Ⅱ型学习机的键盘、显示器电路）。本实验中，为硬件操作方便，用8155的PA、PB、PC三个口来实现键盘扫描和显示任务。
图3中，8155的PA口作为扫描输出口，地址为DF01H，一方面扫描键盘的各列，同时扫描选通LED显示器的各位：PB口为数据显示输出口，地址为DF2H；PC口为键盘输入口，地址为DF03H。74LS07和MC1413为段、位显示驱动器，以提高输出端的负载能力。
接线前，先将8155的各条引线擦磨干净，由于本实验连线较多，接线时除需正确无误外，还要连线可靠，不能虚焊。
加电时先不要插入各芯片，用万用表压档检查各插座引脚的电压是否正确，特别注意VCC和E引脚电平。待一切正常后再断电插入芯片，加电并输入程序指令。
如果读者需要进一步扩展显示器位数及键盘的按键数目，在硬件上是很容易修改的，例如PA口8根线的剩余两位（6PA、7PA）可使显示器增加两位，也可以使键盘增加两位。PC口6根线的剩余两位（4PC、5PC）可以使键盘增加两行。如果在PA口接入一个译码器，则扩展的范围就更大了。具体细节不作叙述，有兴趣的读者可以自己思考。
键盘监控程序的编写要点
1）利用软件延时清除键抖动。每当CPU查询到有键按下时，延时10ms，等稳定接触后再逐列扫描，查找按键的行、列位置，如果没有找到，则说明有键按下是由于干扰引起，CPU不作任何响应；如果找到键的位置，则等待按键稳定释放后再进行键处理。
2）键号的确定。图3中4×4键盘的16个键分别以用0～F赋以键号，扫描键盘时，设置一个列计数器R5，一个行计数器R2，键号=行号（即R2中内容）×4+列号（R5）。例如最后一行（第3行），最后一列（第3列）的键号等于3×4＋3=15，即F键。零行零列的键号为0。（本讲未完待续）(周振安)