第7講矩陣鍵盤電路的仿真實(shí)驗(yàn)

1、7.1 矩陣鍵盤電路的原理介紹矩陣鍵盤電路的原理介紹7.2 矩陣鍵盤硬件電路的設(shè)計(jì)矩陣鍵盤硬件電路的設(shè)計(jì)7.3 軟件編程實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤的處理軟件編程實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤的處理 7.4 矩陣鍵盤電路在矩陣鍵盤電路在Proteus中的驗(yàn)證中的驗(yàn)證7.5 實(shí)例講解實(shí)例講解第七講第七講 矩陣鍵盤電路的仿真實(shí)驗(yàn)矩陣鍵盤電路的仿真實(shí)驗(yàn) 7.1 矩陣鍵盤電路的原理介紹矩陣鍵盤電路的原理介紹v鍵盤功能：向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、命令等，是鍵盤功能：向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、命令等，是人與單片機(jī)對(duì)話的主要手段人與單片機(jī)對(duì)話的主要手段。7.1.1 鍵盤接口應(yīng)解決的問(wèn)題鍵盤接口應(yīng)解決的問(wèn)題1鍵盤的任務(wù)鍵盤的任務(wù)任務(wù)有任務(wù)有3項(xiàng)：項(xiàng)：（1）首

2、先判別是否有鍵按下？若有，進(jìn)入下一步。）首先判別是否有鍵按下？若有，進(jìn)入下一步。（2）識(shí)別哪一個(gè)鍵被按下，并求出相應(yīng)的鍵值。）識(shí)別哪一個(gè)鍵被按下，并求出相應(yīng)的鍵值。（3）根據(jù)鍵值，找到相應(yīng)鍵值的處理程序入口。）根據(jù)鍵值，找到相應(yīng)鍵值的處理程序入口。 32. 鍵盤輸入的特點(diǎn)鍵盤輸入的特點(diǎn)v常見鍵盤包括觸摸式鍵盤、薄膜鍵盤和按鍵式鍵盤，最常用常見鍵盤包括觸摸式鍵盤、薄膜鍵盤和按鍵式鍵盤，最常用的是的是按鍵式鍵盤按鍵式鍵盤。v鍵盤按鍵實(shí)質(zhì)上是一個(gè)開關(guān)。如圖鍵盤按鍵實(shí)質(zhì)上是一個(gè)開關(guān)。如圖7-1(a)所示，按鍵開關(guān)的所示，按鍵開關(guān)的兩端分別連接在行線和列線上，通過(guò)鍵盤開關(guān)機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、兩端分別連接在行

3、線和列線上，通過(guò)鍵盤開關(guān)機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合，其行線電壓輸出波形如圖閉合，其行線電壓輸出波形如圖7-1(b)所示。所示。v圖圖7-1(b)所示的所示的t1和和t3分別為鍵的閉合和斷開過(guò)程中的分別為鍵的閉合和斷開過(guò)程中的抖動(dòng)抖動(dòng)期期（呈現(xiàn)一串負(fù)脈沖），抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，（呈現(xiàn)一串負(fù)脈沖），抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為一般為510ms，t2為穩(wěn)定的為穩(wěn)定的閉合期閉合期，其時(shí)間由按鍵動(dòng)作確定，其時(shí)間由按鍵動(dòng)作確定，一般為十分之幾秒到幾秒，一般為十分之幾秒到幾秒，t0、t4為為斷開期斷開期。 4圖圖7-1 鍵盤開關(guān)及其行線波形鍵盤開關(guān)及其行線波形 3按鍵的識(shí)別按鍵的識(shí)別v按

4、鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)按鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)高電平或低電平，通過(guò)對(duì)行線電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，高電平或低電平，通過(guò)對(duì)行線電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可確認(rèn)按鍵是否按下以及是否釋放。便可確認(rèn)按鍵是否按下以及是否釋放。v為確保單片機(jī)對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵有效，為確保單片機(jī)對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵有效，必須必須消除抖動(dòng)期消除抖動(dòng)期t1和和t3的影響的影響.64如何消除按鍵的抖動(dòng)如何消除按鍵的抖動(dòng)v去抖動(dòng)的方法有兩種，一種是用去抖動(dòng)的方法有兩種，一種是用軟件延時(shí)軟件延時(shí)來(lái)消除按鍵抖動(dòng)。來(lái)消除按鍵抖動(dòng)。v基本思想是：在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線為低基

5、本思想是：在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線為低電平，執(zhí)行一段延時(shí)電平，執(zhí)行一段延時(shí)10ms的子程序后，確認(rèn)該行線電平是否的子程序后，確認(rèn)該行線電平是否仍為低電平，如果仍為低電平，則確認(rèn)該行確實(shí)有鍵按下。當(dāng)仍為低電平，如果仍為低電平，則確認(rèn)該行確實(shí)有鍵按下。當(dāng)按鍵松開時(shí)，行線的低電平變?yōu)楦唠娖?，按鍵松開時(shí)，行線的低電平變?yōu)楦唠娖?，?zhí)行一段延時(shí)執(zhí)行一段延時(shí)10ms10ms的的子程序后，檢測(cè)該行線為高電平，說(shuō)明按鍵確實(shí)已經(jīng)松開。采子程序后，檢測(cè)該行線為高電平，說(shuō)明按鍵確實(shí)已經(jīng)松開。采取以上措施，可消除兩個(gè)抖動(dòng)期取以上措施，可消除兩個(gè)抖動(dòng)期t t1 1和和t t3 3的影響。的影響。v另一種去除按

6、鍵抖動(dòng)的方法是另一種去除按鍵抖動(dòng)的方法是采用專用的鍵盤采用專用的鍵盤/ /顯示器接口顯示器接口芯片芯片，這類芯片中都有自動(dòng)去抖動(dòng)的硬件電路。，這類芯片中都有自動(dòng)去抖動(dòng)的硬件電路。77.1.2 鍵盤分類和設(shè)計(jì)方法鍵盤分類和設(shè)計(jì)方法v鍵盤分為兩類，包括鍵盤分為兩類，包括非編碼鍵盤非編碼鍵盤和和編碼鍵盤編碼鍵盤。v非編碼鍵盤按鍵直接與單片機(jī)相連，通常使用在按非編碼鍵盤按鍵直接與單片機(jī)相連，通常使用在按鍵數(shù)量較少的場(chǎng)合。用這種鍵盤，系統(tǒng)功能通常比較鍵數(shù)量較少的場(chǎng)合。用這種鍵盤，系統(tǒng)功能通常比較簡(jiǎn)單，需處理的任務(wù)較少，但可降低成本、簡(jiǎn)化電路簡(jiǎn)單，需處理的任務(wù)較少，但可降低成本、簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。按下按鍵的鍵

7、號(hào)信息通過(guò)軟件來(lái)獲取。設(shè)計(jì)。按下按鍵的鍵號(hào)信息通過(guò)軟件來(lái)獲取。v非編碼鍵盤常見的為兩種結(jié)構(gòu)：非編碼鍵盤常見的為兩種結(jié)構(gòu)：獨(dú)立式鍵盤獨(dú)立式鍵盤和和矩陣矩陣式鍵盤式鍵盤。1. 獨(dú)立式鍵盤獨(dú)立式鍵盤（1）查詢方式的獨(dú)立式鍵盤）查詢方式的獨(dú)立式鍵盤v特點(diǎn)特點(diǎn)：一鍵一線，鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一條：一鍵一線，鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一條I/O口線，通過(guò)檢測(cè)口線，通過(guò)檢測(cè)I/O輸入線的電平狀態(tài)，可很容易判斷哪輸入線的電平狀態(tài)，可很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下，如圖個(gè)按鍵被按下，如圖7-2所示。圖中的上拉電阻保證按鍵所示。圖中的上拉電阻保證按鍵釋放時(shí)，輸入檢測(cè)線上有穩(wěn)定的高電平。釋放時(shí)，輸入檢測(cè)線上有穩(wěn)定的高電

8、平。v優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，各條檢測(cè)線獨(dú)立，識(shí)別按鍵號(hào)的軟：電路簡(jiǎn)單，各條檢測(cè)線獨(dú)立，識(shí)別按鍵號(hào)的軟件編寫簡(jiǎn)單。件編寫簡(jiǎn)單。v不足不足：獨(dú)立式鍵盤適用于按鍵數(shù)目較少的場(chǎng)合，在按：獨(dú)立式鍵盤適用于按鍵數(shù)目較少的場(chǎng)合，在按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，要占用較多的鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，要占用較多的I/O口線?？诰€。9圖圖7-2 獨(dú)立式鍵盤的接口電路獨(dú)立式鍵盤的接口電路 （2）中斷掃描方式的獨(dú)立式鍵盤）中斷掃描方式的獨(dú)立式鍵盤v為進(jìn)一步提高掃描鍵盤工作效率，可采用中斷掃描方為進(jìn)一步提高掃描鍵盤工作效率，可采用中斷掃描方式，如圖式，如圖7-3。v優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：鍵盤只有在鍵盤有按鍵按下時(shí)，才進(jìn)行處理，：鍵盤只有在鍵盤有按鍵按

9、下時(shí)，才進(jìn)行處理，所以實(shí)時(shí)性強(qiáng)，效率高。所以實(shí)時(shí)性強(qiáng)，效率高。v工作原理工作原理：當(dāng)鍵盤中有按鍵按下時(shí)，：當(dāng)鍵盤中有按鍵按下時(shí)，74LS30的輸出經(jīng)的輸出經(jīng)過(guò)過(guò)74LS04反相后向單片機(jī)的中斷請(qǐng)求輸入引腳反相后向單片機(jī)的中斷請(qǐng)求輸入引腳INT0*發(fā)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)中斷，執(zhí)行鍵盤掃描程序出中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)中斷，執(zhí)行鍵盤掃描程序中斷服務(wù)子程序，識(shí)別出按下按鍵的鍵號(hào)，并跳向該按中斷服務(wù)子程序，識(shí)別出按下按鍵的鍵號(hào)，并跳向該按鍵的處理程序。鍵的處理程序。 1112圖圖7-3 獨(dú)立式鍵盤的接口電路獨(dú)立式鍵盤的接口電路2. 矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤v矩陣式（也稱行列式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多

10、場(chǎng)合，矩陣式（也稱行列式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多場(chǎng)合，由由行線行線和和列線列線組成，一組為行線，另一組為列線，按組成，一組為行線，另一組為列線，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。如圖鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。如圖7-4所示，所示， 一個(gè)一個(gè)4 4的的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)16個(gè)按鍵的鍵盤。個(gè)按鍵的鍵盤。v優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：在按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，與獨(dú)立式鍵盤相比，：在按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省較多的要節(jié)省較多的I/O口線?？诰€。13圖圖7-4 矩陣式鍵盤接口矩陣式鍵盤接口查詢方式的矩陣式鍵盤工作原理。查詢方式的矩陣式鍵盤工作原理。v首先判鍵盤有無(wú)鍵按下，即把所有行線首先判鍵盤

11、有無(wú)鍵按下，即把所有行線P1.0P1.3均均置為低電平，然后檢查各列線的狀態(tài)，若列線不全為高置為低電平，然后檢查各列線的狀態(tài)，若列線不全為高電平，則表示鍵盤中有鍵被按下；若所有列線列均為高電平，則表示鍵盤中有鍵被按下；若所有列線列均為高電平，說(shuō)明鍵盤中無(wú)鍵按下。電平，說(shuō)明鍵盤中無(wú)鍵按下。v在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。判斷閉合鍵所在的位置，其方法是依次將行線置為低電判斷閉合鍵所在的位置，其方法是依次將行線置為低電平，在逐行檢查各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該平，在逐行檢查各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與行線交叉處的按鍵

12、就是閉合的按鍵。列線與行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。157.2 矩陣鍵盤硬件電路的設(shè)計(jì)矩陣鍵盤硬件電路的設(shè)計(jì)v以以4*4矩陣鍵盤為例，介紹矩陣鍵盤電路的設(shè)矩陣鍵盤為例，介紹矩陣鍵盤電路的設(shè)計(jì)。計(jì)。v在在Proteus中，常用的按鍵是中，常用的按鍵是Button，它在，它在Proteus元件庫(kù)元件庫(kù)Switches & Relays類類中，如中，如圖圖7-5所示，也可以直接在所示，也可以直接在Keyword欄輸入欄輸入Button拾取。拾取。圖圖7-5 按鍵元器件按鍵元器件v除此以外，我們?cè)诒纠杏玫降臈l形除此以外，我們?cè)诒纠杏玫降臈l形LED，在在Proteus的元件庫(kù)的元件庫(kù)Opt

13、oelectronics，子類，子類為為Bargraph Displays，里面包括兩個(gè)元器，里面包括兩個(gè)元器件，主要是顯示的顏色的差異。件，主要是顯示的顏色的差異。v這里我們選取的是這里我們選取的是2只條形只條形LED，顯示顏色為，顯示顏色為綠色，名稱為綠色，名稱為L(zhǎng)ED-BARGRAPH-GRN，顯示，顯示的原理是，引腳號(hào)小的一端接高電平，引腳的原理是，引腳號(hào)小的一端接高電平，引腳號(hào)大的一端接低電平，每個(gè)條形號(hào)大的一端接低電平，每個(gè)條形LED相當(dāng)于相當(dāng)于十個(gè)十個(gè)LED二極管并排放置在一起。二極管并排放置在一起。4*4矩陣鍵盤控制條形矩陣鍵盤控制條形LED顯示顯示v如圖如圖7-6所示為控制電

14、路。所示為控制電路。v圖中，圖中，4*4矩陣鍵盤的四條行線接到矩陣鍵盤的四條行線接到P1.0P1.3，四條列線接到，四條列線接到P1.4P1.7，注意，注意總線和標(biāo)號(hào)的運(yùn)用；條形總線和標(biāo)號(hào)的運(yùn)用；條形LED一塊接到一塊接到P2端端口和部分口和部分P3端口，另一塊接到端口，另一塊接到P3剩下部分端剩下部分端口。口。v4*4矩陣鍵盤節(jié)約了矩陣鍵盤節(jié)約了I/O口線，但是識(shí)別按鍵口線，但是識(shí)別按鍵的代碼要比獨(dú)立鍵盤復(fù)雜一些。的代碼要比獨(dú)立鍵盤復(fù)雜一些。圖圖7-6 矩陣鍵盤控制電路矩陣鍵盤控制電路7.3 軟件編程實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤的處理軟件編程實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤的處理 v以圖以圖7-6為例，我們要求電路運(yùn)行時(shí)，點(diǎn)亮

15、的為例，我們要求電路運(yùn)行時(shí)，點(diǎn)亮的LED個(gè)數(shù)與按鍵的鍵值相等，例如，按下個(gè)數(shù)與按鍵的鍵值相等，例如，按下K1時(shí)，第時(shí)，第1只只LED（最下方）點(diǎn)亮，按下（最下方）點(diǎn)亮，按下K2時(shí)，時(shí)，前前2只只LED點(diǎn)亮，點(diǎn)亮，按下，按下K16時(shí)，第時(shí)，第116只只LED被點(diǎn)亮。被點(diǎn)亮。v由原理圖可知，矩陣鍵盤行線連接由原理圖可知，矩陣鍵盤行線連接P1.0P1.3，列線連接列線連接P1.4P1.7，掃描過(guò)程如下。，掃描過(guò)程如下。v首先判斷是否有鍵按下。為判斷首先判斷是否有鍵按下。為判斷16個(gè)按鍵中是否有鍵個(gè)按鍵中是否有鍵按下，程序首先在按下，程序首先在4條行線上放置條行線上放置4個(gè)個(gè)0，即在，即在P1端口端口

16、輸出輸出0 xf0，如果有任一按鍵按下，則，如果有任一按鍵按下，則4條列線上必有一條列線上必有一位為位為0。v如果已有鍵按下，則判斷按鍵所在行、列位置，并返如果已有鍵按下，則判斷按鍵所在行、列位置，并返回按鍵序號(hào)。代碼中行掃描碼回按鍵序號(hào)。代碼中行掃描碼sCode初值為初值為0 xfe(1111 1110)，通過(guò)將該值循環(huán)左移，可對(duì)，通過(guò)將該值循環(huán)左移，可對(duì)P1.0P1.3對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的4行逐行發(fā)送行逐行發(fā)送0，每次發(fā)送掃描碼后即判斷高，每次發(fā)送掃描碼后即判斷高4位的位的4個(gè)個(gè)1中是否有中是否有0出現(xiàn)，如果出現(xiàn)出現(xiàn)，如果出現(xiàn)0則說(shuō)明按鍵在該列上，這則說(shuō)明按鍵在該列上，這時(shí)可將發(fā)送的低時(shí)可將發(fā)送的

17、低4位與讀取的高位與讀取的高4位取反，也就是位取反，也就是P1取取反，這樣反，這樣P1中將出現(xiàn)中將出現(xiàn)2個(gè)個(gè)1，其余位均變?yōu)椋溆辔痪優(yōu)?，2個(gè)個(gè)1分分別處在低別處在低4位和高位和高4位中，高低位中，高低4位中位中1所處的位置各有所處的位置各有4種可能，共計(jì)種可能，共計(jì)16種，根據(jù)取反后的值查詢矩陣鍵盤按種，根據(jù)取反后的值查詢矩陣鍵盤按鍵特征碼表，可得按鍵序號(hào)。鍵特征碼表，可得按鍵序號(hào)。參考源代碼為：參考源代碼為：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code KeyCodeTa

18、ble=0 x11,0 x12,0 x14,0 x18,0 x21, 0 x22,0 x24,0 x28,0 x41,0 x42,0 x44,0 x48,0 x81,0 x82,0 x84,0 x88; /矩陣鍵盤按鍵特征碼表矩陣鍵盤按鍵特征碼表void delay() uchar i;for(i=0;i200;i+);參考源代碼為：參考源代碼為：uchar Keys_Scan()uchar sCode,kCode,i,k;P1=0 xf0; /低低4位置位置0，放入四行，放入四行if(P1&0 xf0)!=0 xf0) /判斷是否有鍵按下判斷是否有鍵按下delay(); /延時(shí)去抖動(dòng)

19、延時(shí)去抖動(dòng)if(P1&0 xf0)!=0 xf0)sCode=0 xfe; /行掃描碼初值行掃描碼初值for(k=0;k4;k+) /對(duì)四行分別進(jìn)行掃描對(duì)四行分別進(jìn)行掃描P1=sCode;if(P1&0 xf0)!=0 xf0)kCode=P1;for(i=0;i16;i+) /查表得到按鍵序號(hào)并返回查表得到按鍵序號(hào)并返回 if(kCode = KeyCodeTablei) return i;else sCode=_crol_(sCode,1);return -1;參考源代碼為：參考源代碼為：void main()uchar KeyNo=-1; /-1表示無(wú)鍵按下表示無(wú)鍵按下u

20、char i,P2_LED,P3_LED;while(1)KeyNo=Keys_Scan(); /掃描鍵盤獲取按鍵序號(hào)掃描鍵盤獲取按鍵序號(hào)KeyNoif(KeyNo!=-1)P2_LED=0 xff;P3_LED=0 xff;for(i=0;i=KeyNo;i+) /鍵值越大，點(diǎn)亮的鍵值越大，點(diǎn)亮的LED越多越多if(i=1;else P2_LED=1;P3=P3_LED;P2=P2_LED;7.4 矩陣鍵盤電路在矩陣鍵盤電路在Proteus中的驗(yàn)證中的驗(yàn)證7.4.1 Proteus電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)1. 元件清單列表元件清單列表 打開打開Proteus ISIS編輯環(huán)境，按表編輯環(huán)境，按表7-

21、1所列的清單添加元件所列的清單添加元件 元元 件件 名名 稱稱所所 屬屬 類類所所 屬屬 子子 類類AT89C51Microprocessor ICs8051 FamilyCAPCapacitorsGenericCAP-ELECCapacitorsGenericCRYSTALMiscellaneousRESResistorsGenericRX8ResistorsResistor PacksLED-BARGRAPH-GRNOptoelectronicsBargraph DisplaysBUTTONSwitches & RelaysSwitches表表7-1 元元 件件 清清 單單2. 電路原理圖電路原理圖 元件全部添加后，在元件全部添加后，在Proteus ISIS的編輯區(qū)域中按圖的編輯區(qū)域中按圖7-7所示的原理圖連接硬件電路。所示的原理圖連接硬件電路。圖圖7-7 電路原理圖電路原理圖3、源程序的添加、源程序的添加參照第五講在參照第五講在Keil中建立工程，添加源程序文件、構(gòu)中建立工程，添加源程序文件、構(gòu)建建.hex文件，加載目標(biāo)代碼，執(zhí)行程序，觀察不同按鍵文件，加載目標(biāo)代碼，執(zhí)行程序，觀察不同按鍵被按下后被按下后LED燈的顯示過(guò)程，如圖燈的顯示過(guò)程，如圖7-8所示。所示。圖圖7-8 電路運(yùn)行過(guò)程電路運(yùn)行過(guò)程7.5 實(shí)例講解實(shí)例講解v參照之前的例子，