《单片机原理与C51程序设计基础教程 教学课件 ppt 作者 978-7-302-23075-5 chap11》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理与C51程序设计基础教程 教学课件 ppt 作者 978-7-302-23075-5 chap11（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、重点内容： 输入设备种类及结构 键盘与单片机的接口 本章小结,第11章 输入设备,一、输入设备种类及结构,1、开关和按键,在单片机系统中常用的开关为DIP（双列直插式）封装。在一般使用中将DIP开关的两端分别接在电路中需要链接和断开的地方，当DIP开关推到“ON”端时两端的线路接通，当推到“OFF”端时两端断开连接，DIP开关原理的简单示意图如图11.1所示。 按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等。另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者价格便宜，后者寿命长，安全性好但比较贵。,一、输入设备种类及结构,2、按键去抖动,按键通常使用机
2、械触点式按键开关。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图11.2所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510ms。 在触点抖动期 间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错。即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施，可从硬件、软件两方面予以考虑。,一、输入设备种类及结构,2、按键去抖动,1.硬件去抖 在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路（如图11.2所示），一般在键数较少的情
3、况下采用，在此不作介绍。,一、输入设备种类及结构,2、按键去抖动,2.软件去抖 软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态；同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。软件去抖动流程图如下图11.4 所示：,一、输入设备种类及结构,3、非编码独立式键盘,开关和按键只能实现电路中简单的电气信号选择，在需要向CPU输入数据是要用到键盘。键盘是一个由开关组成的矩阵，是重要的输入设备。在小型微机系统中，如单板微型计算机、
4、带有微处理器的专用设备中，键盘的规模小，可采用简单实用的接口方式，在软件控制下完成键盘的输入功能。 独立式按键是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每根I/O线上按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。独立式键盘的示意图如图11.5所示。,一、输入设备种类及结构,4、非编码矩阵式键盘,在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的资源占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图11.6所示。.矩阵式键盘与单片机的接口将在本章的11.2.2进行详细介绍。,一、输入设备种类及结构,4、非编码矩阵式键盘,编码键盘 全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键等的保
5、护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，在一般的小型系统中使用的不是很多。 但是随着硬件设计的越来越复杂，加上硬件设计也倾向于使用集成度较高的模块，所以编码式键盘在实际应用中也越来越普及。 从掌握单片机接口及其程序设计的角度看，对于非编码独立式、行列式键盘的接口及其键值的程序读取还是比较重要的，其编程思想在其他接口模块中也经常用到，所以请读者务必掌握。,一、输入设备种类及结构,5、编码键盘,全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键等的保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，在一般的小型系统中使用的不是很多。 但是随着硬件设
6、计的越来越复杂，加上硬件设计也倾向于使用集成度较高的模块，所以编码式键盘在实际应用中也越来越普及。 从掌握单片机接口及其程序设计的角度看，对于非编码独立式、行列式键盘的接口及其键值的程序读取还是比较重要的，其编程思想在其他接口模块中也经常用到，所以请读者务必掌握。,二、键盘与单片机的接口,1、编码键盘,独立式键盘与单片机的接口 单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个 按键单独占用一根I/O口线 ，每个按键的工作不会影 响其它I/O口线的状态。 独立式按键的典型应用 如图11.7所示。,二、键盘与单片机的接
7、口,1、独立式键盘与单片机的接口,独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。 图11.7中按键输入均采用低电平有效，此外，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。当I/O口线内部有上拉电阻时，外电路可不接上拉电阻。 独立式按键的程序设计一般采用查询法编程。所谓查询法编程，就是先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如果某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。因此，实现比较简单。,二、键盘与单片机的接口,1、独立式键盘与单片机的接口,【例11-1】
8、本例采用的原理图如图11.7所示，当按下ki键时，要求在keil中用printf函数输出如下字样：“您已经按下i号键”，例如，当按下k0键时，此时输出字样为：“您已经按下0号键”。试编写程序实现如上功能。 分析：题目要求用printf函数进行输出，因此首先要进行串口初始化。程序详细请参考教材：,二、键盘与单片机的接口,2、矩阵式键盘与单片机的接口,在单片机系统中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，常常将按键排列成矩阵形式。 1. 矩阵式键盘的原理与识别 由图11.6可知，一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/
9、O口。 矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。 键盘识别按键的方法很多，其中，最常见的方法是扫描法。下面以图11.6中8号键的识别为例来说明扫描法识别按键的过程。,二、键盘与单片机的接口,2、矩阵式键盘与单片机的接口,按键按下时，与此键相连的行线与
10、列线导通，行线在无键按下时处在高电平，显然，如果让所有的列线也处在高电平，那么，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此，必须使所有列线处在低电平，只有这样，当有键按下时，该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。CPU根据行电平的变化，便能判定相应的行有键按下。8号键按下时，第2行一定为低电平，然而，第2行为低电平时，不一定是8号键按下，因为9、10、11号键按下同样使第2行为低电平。为进一步确定具体键，不能使所有列线在同一时刻都处在低电平，可在某一时刻只让一条列线处于低电平，其余列线均处于高电平，另一时刻，让下一列处在低电平，依此循环，这种依次轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。采用键盘
11、扫描后，再来观察8号键按下时的工作过程，当第0列处于低电平时，第2行处于低电平，而第1、2、3列处于低电平时，第2行却处在高电平，由此可判定按下的键应是第2行与第0列的交叉点，即8号键。,二、键盘与单片机的接口,2、矩阵式键盘与单片机的接口,2. 键盘的编码 对于独立式按键键盘，因按键数量少，可根据实际需要灵活编码。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。如图11.4中的8号键，它位于第2行，第0列，因此，其键盘编码应为20H。采用上述编码对于不同行的键离散性较大，不利于散转指令对按键进行处理。因
12、此，可采用依次排列键号的方式对安排进行编码。以图11.4中的44键盘为例，可将键号编码为：01H、02H、03H0EH、0FH、10H等16个键号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。,二、键盘与单片机的接口,2、矩阵式键盘与单片机的接口,3. 键盘的工作方式 在单片机应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一。CPU对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。 （1）编程扫描方式 编程扫描方式是利用CP
13、U完成其它工作的空余调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。 键盘扫描程序一般应包括以下内容： 判别有无键按下。 键盘扫描取得闭合键的行、列值。 用计算法或查表法得到键值。 判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。 将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。,二、键盘与单片机的接口,2、矩阵式键盘与单片机的接口,（2）定时扫描方式： 定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间（例如10ms）的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键按下时识
14、别出该键，再执行该键的功能程序。 (3）中断扫描方式 中断扫描方式是通过产生中断而去键盘执行扫描程序。对于上述两种键盘扫描方式，无论是否按键，CPU都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此，CPU经常处于空扫描状态，浪费了CPU资源。但是，如果采用中断扫描工作方式，当键按下后，产生一个中断，再去执行键盘扫描程序，这样将大大节约CPU资源。,二、键盘与单片机的接口,2、矩阵式键盘与单片机的接口,图11.5是中断扫描方式的硬件电路图。其工作过程如下：当无键按下时，CPU处理自己的工作，当有键按下时，产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。当键盘无键按下时
15、，与门各输入端均为高电平，保持输出端为高电平；当有键按下时， 端为低电平，向CPU申请中断，若CPU开放外部中断，则会响应中断请求，转去执行键盘扫描子程序。,二、键盘与单片机的接口,2、矩阵式键盘与单片机的接口,图11.5是中断扫描方式的硬件电路图。其工作过程如下：当无键按下时，CPU处理自己的工作，当有键按下时，产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。当键盘无键按下时，与门各输入端均为高电平，保持输出端为高电平；当有键按下时， 端为低电平，向CPU申请中断，若CPU开放外部中断，则会响应中断请求，转去执行键盘扫描子程序。 【例11-2】 采用中断扫描的方式， 按图11.9的电路编写键盘接口程序。 程序参考教材,三、本章小结,本章小结 本章主要介绍了常用的输入设备，详细介绍了输入设备的结构和分类，并分别对独立式键盘和矩阵式键盘做了详细介绍，包括接口、连线以及编程方法，并用实例进行说明。 通过本章的学习，读者应该掌握以下几个知识点： 1.知道单片机的输入设备，学会对输入设备的选择。 2.掌握独立式键盘的接口以及编程。 3.掌握矩阵式键盘的编码、工作方式以及编程,
