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1、单元11 键盘接口,学习目的： 掌握单片机键盘接口电路的设计方法。 重点难点： 独立式键盘，矩阵式键盘。 外语词汇： Keyboard(键盘)、Matrix（矩阵）。 键盘是是单片机最常用的输入设备，单片机中的键盘一般通过按键开关自己设计焊接，也可到厂家定制。本节主要讲解通过按键开关自己设计键盘的方法，根据按键开关与单片机接口的连接方式，可以分为独立式键盘和矩阵式键盘。单片机系统中键盘设计主要解决以下几个问题: 1）如何消除键的抖动。 2）键的识别。 3）键的保护。,11.1按键开关介绍,单片机中的键盘通常由按键开关组成，按键开关的外形和参数如图11-1所示，它是一种常开型按键开关，为了便于安
2、装固定，它有四个管脚，在常态时开关触点（1和2）处于断开状态，只有按下按键时开关触点才闭合短路，所以可以用万用表检测开关的管脚排列、好坏和质量。,图11-1 按键开关的外形和参数,11.2按键抖动消除,在单片机中，按键通常与I/O端口相连，常见按键电路如图11-2a所示。 当按键K1未按下时，P1.0输入为高电平，而当按键K1闭合时，P1.0输入为低电平，由于按键为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个机械开关闭合时不会马上稳定的闭合接通，断开时也不会马上断开，而是在闭合、断开的瞬间伴随有一连串的抖动，按键抖动过程如图11-2b所示，抖动时间的长短与按键的机械特性有
3、关，一般为510ms。 按键抖动是一种普遍的现象，如电流较大的电器开关闭合时，有时可以见到电火花，按键抖动将形成干扰和造成误动作。抖动将造成I/O端口输入的高低电平多次变化，使单片机系统误动作，一次按键产生多次按键效果，因此必须采取措施消除。 按键抖动消除可以采用硬件和软件方法消除。,图11-2 按键抖动干扰,在单片机中广泛采用的是软件延时去抖动，由图11-2b可知，按键闭合时存在前沿抖动，一般时间为510ms，因此可在按键按下后，延时10ms左右避开前沿抖动，然后再判断按键是否按下，即P1.0是否仍为低电平，如果仍为低电平，此时才确认为一次完整有效的按键闭合，否则认为只是抖动或干扰，系统对此
4、不作出响应。所以编写一个510ms的延时程序就可以实现软件方法去抖动。 硬件去抖动电路如图11-3所示。,图11-3 硬件去抖动电路,独立式键盘接口电路如图11-4所示，组成键盘的各按键相互独立，每个按键独立地与一个I/O端口相连，结构简单，其中图11-4a适合于端口内部有上拉电阻的端口，如P1、P2、P3口，所以外部不用上拉电阻，电路更简单，成本更低。图11-4b适合于端口内部没有上拉电阻的端口，如P0口，所以外部必须使用上拉电阻，成本稍高，所以一般尽量使用图11-4a的形式。,11.3 独立式键盘接口电路,图11-4独立式键盘接口电路,11.4 矩阵式键盘接口电路,独立式键盘虽然硬件、软件
5、结构简单，但在按键数量较多的情况下，将占有较多的I/O端口，所以在按键数量较多的情况下，一般采用可以有效减少I/O端口数量的矩阵式键盘。矩阵式键盘又称为行列式键盘，采用行、列线结构，按键设置在行列线的交叉点上，矩阵式键盘接口电路如图11-5所示。H0H3为四条行线，L0L3为四条列线，在行列相交的每个交点上通过按键来连通，按键开关的一个触点连行线，一个触点连列线，从而组成44矩阵键盘。,图11-5 矩阵式键盘接口电路,独立式键盘硬件结构简单，软件编程较简单，但每个按键独自占用一个I/O端口，在按键数量较多的情况下，将占有较多的I/O端口。所以，独立式键盘一般运用于按键数量不多的场合。 矩阵式键
6、盘能有效的减少I/O端口的占用量，但因为各按键不是单独的占有I/O端口，从而给按键的判断带来难度，造成编程难度加大。,11.5 键盘接口程序设计,11.5.1 独立式键盘控制LED灯,本项目基本任务为利用独立式键盘控制LED灯，键盘K1、K4一端触点接地，从而使按键K1、K4组成独立式键盘，独立式键盘控制LED灯接口电路如图11-6所示。,图11-6 独立式键盘控制LED灯接口电路,1.独立式键盘任务分析 本任务要求按下K1时，VL1VL8全亮，按下K4时，VL1VL8全灭。本任务的关键为设计独立式键盘的控制程序，它必须解决以下几个问题： 1）检测有无按键按下。先将各按键相连的I/O端口置为高
7、电平1，然后检测各I/O端口是否仍全为高电平，如果不是，表明有按键按下。 2）如果有键按下，运用软件去抖动。在有键按下的情况下，延时10ms，再次检测是否有键按下，如果是，表明确实有键按下，否则表示只是干扰或抖动。 3）确认有键按下，暂存键值，等键释放。这主要是为了保证一次按键仅执行一次按键功能，防止按住按键不放时，执行多次按键功能。 4）判断按键情况，执行相应的按键功能。如果按键K1按下，VL1VL8全亮，按键K4按下，VL1VL8全灭。 2.独立式键盘程序流程图设计 通过以上分析，独立式按键程序思路大致如下： （1）首先进行程序初始化 P1.0清零，使开关K1、K4一端接低电平；置位P2.
8、3、P2.4作为输入口，同时使P2.3、P2.4输出高电平。,（2）判断是否有键按下 读入P2.3、P2.4的状态，判断是否全为高电平1，否则表明有按键按下。 （3）延时去抖动 延时10ms，再次读入P2.3、P2.4的状态，判断是否仍然有键按下，如果有，表明确实有键按下，否则表明只是抖动或干扰信号。 （4）等待按键释放 在等待按键弹起的过程中，必须将前面的按键状态保存下来，以便后面取出判断具体的按键号。等待按键弹起的方法为延时一段时间，再次检测按键的状态，直到无键按下为止。 （5）执行相应的按键功能 取出前面暂存的按键状态，并判断具体是那个按键按下，执行相应的功能，如果是P2.3为低电平，表
9、明K1按下，置P1为低电平，VL1VL8全亮；如果是P2.4为低电平，表明K4按下，置P1为高电平，VL1VL8全灭。,独立式键盘控制LED灯流程图如图11-7所示。,图11-7 独立式键盘控制LED灯流程图,3.独立式键盘程序清单 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0050H、 MAIN: CLR P2.0 ;P2.0清0，使K1、K4一端触点接低电平 SETB P2.3 ;P2.3置1，作为输入口 SETB P2.4 ;P2.4置1，作为输入口 MAINHUI: LCALL KEY ;调用按键处理子程序 LJMP MAINHUI ;反复执行 LJMP KEYHUI ;否则，表
10、示没有键按下，键处理程序返回 DYS: LCALL DELAY ;键去抖动，延时10ms左右 MOV A,P2 ;再次取出P2口状态 ANL A,#00011000B;取出P2.3、P2.4位 CJNE A,#00011000B,DJTQ ;确认有键按下，跳到等待按键弹起 LJMP KEYHUI ;无键按下，表明只是干扰或键抖动 DJTQ: MOV R2,A ;暂存当前按键状态,DENDAI: LCALL DELAY ;延时10ms，再次取出当前按键状态 MOV A,P2 ANL A,#00011000B ;取出P2.3、P2.4位 CJNE A,#00011000B,DENDAI;按键没有弹
11、起，继续等待 MOV A,R2 ;取出暂存在R2中的按键状态 PJZ: JNB ACC.3,K1 ;ACC.3为0，表示K1按下，跳到K1处 JNB ACC.4,K4 ;ACC.4为0，表示K4按下，跳到K4处 LJMP KEYHUI ;如果K1、K4都没按下，跳到键处理子程序返回 K1: MOV P1,#00H ;按键K1按下处理，VL1VL8全亮 LJMP KEYHUI ;跳到键处理子程序返回 K4: MOV P1,#0FFH ;按键K4按下处理，VL1VL8全灭 KEYHUI: RET ;键处理子程序返回 DELAY: ;延时子程序 MOV R7,#0FH ;二层循环延时程序 LOOP2
12、: MOV R6,#0FFH LOOP1: DJNZ R6,LOOP1 DJNZ R7,LOOP2 RET,1.矩阵式键盘任务分析 本任务要求能用矩阵式键盘输入数据，当按下按键时，数码管显示相应的键值。矩阵式键盘控制数码管接口电路如图11-8所示。,11.5.2矩阵式键盘控制数码管,图11-8 矩阵式键盘控制数码管接口电路,与基本任务相比，这个任务的难度有所增加，本任务关键问题为具体键号的判断，既键的识别问题，对矩阵式按键的识别通常有二种方法，一种为常用的逐行（或列）扫描查询法，另一种为速度较快的反转法。 2.逐行（或列）扫描查询法工作原理 （1）判断有无按键按下 方法为将所有列线置为低电平“
13、0”，所有行线置为高电平“1”，作为输入口，然后读入所有行线的状态，如果行线全为高电平1，说明没有按键按下，否则说明有键按下（虽然暂时无法具体判断是哪个按键按下）。因为如果有按键按下，则按键所在的行、列线将短路，由于所有列线已经预置为低电平“0”，近似接地，则与该按键相连的行线必定被拉低为低电平“0”，所以由行线是否全为高电平“1”，就能判断是否有键按下。 （2）按键延时去抖动 在判断有按键按下后，为了去除按键机械抖动的影响，延时10ms左右再次检测是否仍有按键按下，判断方法和步骤（1）相同，如果仍有按键按下，表示确实有按键按下，否则表示只是干扰或抖动。 提示：此处延时去抖动程序可利用显示程序
14、代替，这样可利用显示程序的执行时间既能实现延时，又显示了数据，防止显示间断。,（3）判断按键列号 依次设置各列为低电平，读入行状态，如果将某一列设置为低电平0后，读入的行状态不全为高电平1，说明按下的按键在该列，将该列列值暂存起来，以便后面计算键值。同时将当前的行状态暂存起来，以便后面判断行号。 （4）等待按键释放 将列值和行状态暂存下来后，将等待按键释放，以保证按键按下一次，只执行一次按键功能，本处的延时程序仍以显示程序代替，在延时的同时保证显示不间断。 （5）判断按键行号 将暂存的行状态取出，依次判断按键在哪一行。方法为检测该行是否为低电平，如果是，表明按键在该行，并将行值暂存下来。 （6）计算键值 取出前面保存的列值、行值，利用如下公式计算键值： 键值行值列数列值 3.矩阵式按键逐行扫描程序流程图 矩阵式键盘控制数码管流程图如图11-9所示。 4.矩阵式按键逐行扫描程序清单 程序中30H单元为显示缓冲区，保存需显示的数据，40H为键值暂存单元，41H为列值暂存单元，42H为行值暂存单元。,图11-9 矩阵式键盘控制数码管流程图,
