單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課件 第五章 鍵盤檢測原理及應(yīng)用

單原及接片理口技術(shù)機(jī)12第五章

鍵盤檢測原理及應(yīng)用01按鍵去抖動處理02按鍵工作原理和掃描方式03鍵盤檢測的應(yīng)用？04習(xí)題PrincipleandinterfacetechnologyofMicrocomputer按鍵去抖動處理按鍵實際就是一種常用的按鈕，按鍵未按下時，鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按鍵按下時，兩個觸點才閉合。而鍵盤上的按鍵大多數(shù)是利用機(jī)械觸點來實現(xiàn)鍵的閉合與釋放，由于其彈性作用的影響，機(jī)械觸點在閉合及斷開瞬間均會產(chǎn)生抖動過程，從而使按鍵輸入電壓信號也出現(xiàn)抖動，其電壓變化情況如圖5-1所示。01按鍵去抖動處理從圖5-1中可以看出，理想波形和實際波形之間是有區(qū)別的，實際波形在按下和釋放的瞬間都有抖動現(xiàn)象發(fā)生，抖動時間的長短與按鍵的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5~10ms。按鍵的穩(wěn)定閉合時間由操作人員的按鍵動作所確定，一般為幾百毫秒至幾秒。為了保證系統(tǒng)對鍵的一次閉合僅做一次鍵輸入處理，必須進(jìn)行消抖處理。一般可用硬件或軟件的辦法來消抖。在單片機(jī)組成的各種系統(tǒng)中，常采用軟件去抖動的辦法進(jìn)行消抖。軟件消抖就是在第一次檢測到有鍵按下時先不動作，延時一段時間（一般為10ms），再次檢測按鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)，則確認(rèn)真正有鍵按下。當(dāng)檢測按鍵釋放后，也要給一段時間（一般為10ms）的延時，待后沿抖動消失后才能轉(zhuǎn)入按鍵的處理程序。按鍵去抖動流程如圖5-2所示。按鍵工作原理和掃描方式獨立式鍵盤一般是指直接用I/O口線外接按鈕構(gòu)成。每個鍵單獨占用一根I/O口線，I/O線間的工作狀態(tài)互不影響。當(dāng)某一按鍵閉合時，對應(yīng)口線輸入低電平，釋放時輸入高電平。要判斷是否有鍵壓下，只需要檢測對應(yīng)的單片機(jī)I/O口是低電平還是高電平。獨立式鍵盤接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，在鍵數(shù)較多時，I/O口線浪費較大，故只在按鍵數(shù)量不多時才采用這種鍵盤電路。在電路中，按鍵輸入一般采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線有確定的高電平。當(dāng)I/O內(nèi)部有上拉電阻時，外電路可以不配置上拉電阻。02獨立式鍵盤電路如圖5-3所示，其中K1具有增數(shù)功能，K2具有減數(shù)功能。剛開始數(shù)碼管顯示0，按一下K1，顯示1，再按一下K1，顯示2……，若數(shù)碼管顯示9，再按一下K1，顯示0；同樣，若剛開始數(shù)碼管顯示0，按一下K2，顯示9，再按一下K2，顯示8……。元件清單如表5-1。例1解：每次按下K1，新顯示的數(shù)是原先的數(shù)加1；每次按下K2，新顯示的數(shù)是原先的數(shù)減1；也就是按下K1要執(zhí)行一個分支，按下K2執(zhí)行另一個分支。每次執(zhí)行完加1或者減1后都要在數(shù)碼管上顯示最后的結(jié)果；其次當(dāng)加到9再向上加時又回到繼續(xù)或當(dāng)減至0時再向下減又回到9繼續(xù)。流程如圖5-4，仿真結(jié)果如圖5-5所示。解按鍵工作原理和掃描方式矩陣鍵盤的結(jié)構(gòu)單片機(jī)的I/O口線數(shù)量是有限的，獨立鍵盤與單片機(jī)連接時，每一個按鍵都需要單片機(jī)的一個I/O口，當(dāng)一個單片機(jī)系統(tǒng)需要的按鍵數(shù)較多時，為了少占用I/O口線，通常采用矩陣式（又稱行列式）鍵盤接口電路。本書以4×4的矩陣式鍵盤為例介紹矩陣鍵盤，其結(jié)構(gòu)如圖5-6。其由4根行線和4根列線交叉構(gòu)成，每一行將每個按鍵的一端連接在一起構(gòu)成行線，每一列將每個按鍵的另一端連接在一起構(gòu)成列線，按鍵位于行列的交叉點上，這樣便構(gòu)成16個按鍵。交叉點的行列線是不連接的，行線和列線是通過某個按鍵的按下和抬起實現(xiàn)聯(lián)通和斷開的，當(dāng)按鍵按下的時候，此交叉點處的行線和列線導(dǎo)通。這樣，只占用一個8位的并口便可以實現(xiàn)16個按鍵，因此矩陣式鍵盤對端口的利用率很高。。02行列式鍵盤矩陣鍵盤的檢測獨立鍵盤與單片機(jī)連接時，一端與單片機(jī)的I/O口相連，另一端與地相連，檢測時只需判斷與單片機(jī)相連的I/O口是高電平還是低電平。而矩陣鍵盤兩端都與單片機(jī)的I/O口相連，所以檢測時需要人為通過單片機(jī)I/O口送出低電平。矩陣鍵盤常用的檢測方法有逐行掃描法（或逐列掃描法）和行列掃描法（又稱反轉(zhuǎn)法）。逐行掃描法檢測原理是：給單片機(jī)高四位（列）輪流輸出低電平來對矩陣鍵盤進(jìn)行逐行掃描，當(dāng)?shù)退奈唤邮盏降臄?shù)據(jù)不全為高電平的時候，說明有按鍵按下，然后通過接收到的數(shù)據(jù)是哪一位為低電平來判斷是哪一個按鍵被按下。以圖5-6為例說明，先給P1口的高四位（列）輸出“1110”，即P1.4－P1.7為輸出口；低四位（行）輸入高電平“1111”，即P1.0－P1.3作為輸入口，即P1=0xEF；然后對低四位進(jìn)行逐行檢測，若檢測到行有低電平，說明對應(yīng)的行有鍵按下。若讀P1口的值為0xEE,說明第一行有鍵按下（P1.0行有鍵按下,即k0鍵按下）；可以通過此法判斷其它行有鍵按下。接著給P1口輸入0xDF，來判斷第二列是否有鍵按下；依次類推可以判斷其它列是否有鍵按下。行列掃描法（又稱反轉(zhuǎn)法）檢測原理是：檢測時，通過給行、列端口輸出兩次相反的值，再將分別讀入的行值和列值進(jìn)行按位“或”運算，得到每個鍵的掃描碼。即通過高四位全部輸出低電平，低四位輸出高電平，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)，低四位不全為高電平時，說明有鍵按下，對應(yīng)低四位有低電平的那一行有按鍵按下；然后再反過來，高四位輸出高電平，低四位輸出低電平，根據(jù)接收到的高四位的值判斷是那一列有按鍵按下；有按鍵按下的行與有按鍵按下的列的交叉點的按鍵就是我們要找的按鍵。矩陣鍵盤的檢測具體以例2說明，先給P1口的高四位輸出低電平，即P1.4－P1.7為輸出口；低四位輸出高電平，即P1.0－P1.3作為輸入口，即P1=0x0f。若有鍵按下，讀P1口的低四位狀態(tài)為“1101”，其值為0xDH（P1.1行為低電平）。再給P1口的高四位輸出高電平，即P1.4－P1.7作為輸入口；低四位輸出低電平，即P1.0－P1.3為輸出口，即P1=0xf0。若有鍵按下，讀P1口的高四位狀態(tài)為“1110”，其值為0xE0H（P1.4列為低電平）。將兩次讀出的P1口狀態(tài)值進(jìn)行邏輯或運算就得到其按鍵的特征編碼為0xEDH（行與列交叉點k4鍵為此時按下的鍵）。用同樣的方法可以得到其它15個按鍵的特征編碼。編程時可以利用特征編碼與按鍵的編碼進(jìn)行比較來判斷是哪一個鍵按下。其流程圖如圖5-7。例2例2將矩陣鍵盤的按鍵號顯示在一位靜態(tài)數(shù)碼管上，仿真電路如圖5-8，元件清單如表5-2。解：要人為定義每個按鍵的按鍵號，然后根據(jù)矩陣鍵盤的掃描方法去獲取按鍵的特征鍵值，并根據(jù)特征鍵值列出對應(yīng)的按鍵號，通過共陽極數(shù)碼管顯示出來，主流程圖如圖5-9，仿真結(jié)果如圖5-10。解課程發(fā)展STM32-C函數(shù)編寫C函數(shù)來對H函數(shù)進(jìn)行具體的描述和說明STM32引入結(jié)構(gòu)體函數(shù)自建函數(shù)需要在主函數(shù)中引入定義H函數(shù)，注意ifdef和ifndef的用法異同點STM32-H函數(shù)Teachingcoursedesignofsinglechipmicrocomputer鍵盤檢測的應(yīng)用人機(jī)交互是單片機(jī)系統(tǒng)不可缺少，按鍵作為單片機(jī)系統(tǒng)的輸入設(shè)備，在單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。03例3例3開關(guān)的使用。電路如圖5-11，單片機(jī)P3.0引腳接一開關(guān)，P0口接8個發(fā)光二極管，當(dāng)開關(guān)SW1閉合時從D1到D8流水燈循環(huán)點亮，斷開時從D8到D1流水燈循環(huán)點亮，閉合或斷開循環(huán)進(jìn)行。元件清單如表5-3。解：開關(guān)在閉合后不會自動彈起，閉合與斷開都需要手動完成。原則上它的使用與按鍵的使用類似。流程圖如5-12，仿真結(jié)果如圖5-13所示。解例4例4一鍵多功能的應(yīng)用。電路如圖5-14，按一下k1鍵從D1到D8流水燈循環(huán)點亮，再按一下k1鍵從D8到D1流水燈循環(huán)點亮，再按一下k1鍵奇偶Led燈交替點亮一次，再按一下k1鍵循環(huán)進(jìn)行。元件清單如表5-4。解：一鍵多功能，主要是要對每次按下鍵后給定義一個特殊的值來區(qū)分，然后根據(jù)這個特殊的值去執(zhí)行相應(yīng)的功能。就如在生活中，相同姓名的人可以用身份證號來區(qū)別是一樣的，因為身份證號是唯一的。流程圖如5-14，仿真結(jié)果如5-15所示。解例5例5設(shè)計一個兩位正整數(shù)的加減法簡易計算器（減法要求被減數(shù)大于減數(shù)，否則報錯）。要求對輸入的正整數(shù)在輸入時顯示，計算加減法只顯示最后的結(jié)果。解：根據(jù)題意，輸入的數(shù)較多，采用矩陣鍵盤實現(xiàn)輸入，而兩位正整數(shù)加法的和可能是兩位數(shù)或三位數(shù)，故數(shù)碼管采用三位（由于proteus庫中沒有三位數(shù)碼管，故采用四位數(shù)碼管代替）。電路如圖5-16，元件清單如表5-5。揚聲器主要是在做減法運算時，被減數(shù)小于減數(shù)報警響三聲，表示不符合要求出錯。就像計算機(jī)中的計算器一樣，要對輸入的數(shù)要暫存處理保存，當(dāng)輸入為+、-、=時就取出暫存值賦給一個變量；若遇到等號時就根據(jù)前面輸入的+或-進(jìn)行加、減法計算。同時顯示時也要與生活習(xí)慣一致，高位在前，低位在后。流程圖如圖5-17，仿真結(jié)果如圖5-18所示。H文件對delayxms進(jìn)行定義，對delayxms函數(shù)聲明01主函數(shù)調(diào)用C文件，實現(xiàn)LED燈的閃爍，和原main函數(shù)對比03C文件實現(xiàn)具體延時函數(shù)的功能021.什么是按鍵抖動？單片機(jī)系統(tǒng)中如何消除按鍵抖動？2.獨立按鍵的檢測原理是什么？矩陣鍵盤的檢測原理是什么？3.什么是矩陣鍵盤行列掃描法？簡述其工作過程。4.電路如圖5-19，P0口接一位數(shù)碼管，P3口接8個按鍵，哪個按鍵按下，數(shù)碼管就顯示那個按鍵的按鍵號。如K5按下，就把鍵號5顯示在數(shù)碼管上。5.設(shè)計一電路滿足：用LED燈組成?形圖形，系統(tǒng)有三個按鍵，當(dāng)?shù)谝粋€按鍵按下時，所有的LED燈順時針逐一點亮；第二個按鍵按下時，逆時針逐一熄滅所有的LED燈；第三個按鍵按下時，所有的LE