單片機(jī)原理與接口技術(shù)：第8章 鍵盤接口

第8章數(shù)碼顯示和鍵盤接口8.1數(shù)碼顯示8.2鍵盤接口8.2鍵盤接口鍵盤是計(jì)算機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，用戶可通過鍵盤向單片機(jī)系統(tǒng)輸入指令和數(shù)據(jù)等，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的樞紐。8.2.1鍵盤的工作原理1.按鍵輸入的特點(diǎn)

鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的組合。通常使用的是機(jī)械彈性開關(guān)，利用機(jī)械觸電的通斷，實(shí)現(xiàn)按下時(shí)開關(guān)導(dǎo)通，釋放時(shí)開關(guān)斷開的功能。按鍵觸點(diǎn)的一端和單片機(jī)的I/O端口引腳連接，另一端與電壓信號相連，觸點(diǎn)的通斷即可引起端口引腳上的電壓變化，單片機(jī)通過程序讀入I/O端口引腳電平信號便可判斷按鍵的狀態(tài)。如圖1所示。圖1.按鍵當(dāng)開關(guān)S未被按下時(shí)，P1.7輸入為高電平，S閉合后，P1.7輸入為低電平。但由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用及電壓突跳等原因，在觸點(diǎn)閉合與斷開的瞬間，會出現(xiàn)電壓抖動，如圖2所示波形。圖2.

按鍵閉合和斷開時(shí)的抖動

抖動時(shí)間長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5～10ms。這種抖動對于人來說是感覺不到的，但對計(jì)算機(jī)來說，則是完全可以感應(yīng)到的，因?yàn)閱纹瑱C(jī)處理的速度是在微秒級。在實(shí)際工作中，按鍵有時(shí)靈，有時(shí)不靈，實(shí)際上可能是這個(gè)因素引起的，你只按了一次按鍵，可是計(jì)算機(jī)卻已執(zhí)行了好幾次任務(wù)。按鍵的穩(wěn)定閉合期，由操作人員的按鍵動作所決定，一般為十分之幾秒到幾秒不等。2.按鍵抖動的處理措施（去抖動處理）為了能夠使CPU能正確地讀出與按鍵相連的I/O端口的狀態(tài)，并對每一次按鍵只作一次鍵輸入處理，就必須去除抖動影響。常用的去抖動方法有兩種：硬件方法和軟件方法。1）濾波消除抖動這種電路是利用RC電路的充放電特性，通過調(diào)整RC的值選擇合適的時(shí)間常數(shù)，將按鍵抖動信號消除。適用于按鍵數(shù)目較少的情況下。2）.軟件消抖

在按鍵數(shù)目較多的情況下一般采用軟件延時(shí)的方法，即在單片機(jī)獲得某I/O端口為低的信息后，不是立即認(rèn)定按鍵已被按下，而是延時(shí)10～20ms時(shí)間后再次檢測該端口，如果仍為低，說明按鍵的確按下了，避開了按鍵按下時(shí)的抖動時(shí)間。并且在檢測到按鍵釋放后（I/O端口為高）再延時(shí)10～20ms，消除后沿的抖動，然后再對鍵值處理。

當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用中，對按鍵的要求也是千差萬別，要根據(jù)不同的需要來編制處理程序。8.2.2獨(dú)立式鍵盤及其接口程序1.獨(dú)立式鍵盤接口獨(dú)立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線上的工作狀態(tài)。最簡單的獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示，每個(gè)按鍵的輸出連接到單片機(jī)的某個(gè)端口引腳上，當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，對應(yīng)的輸出為0，斷開時(shí)輸出為1.按鍵可以采用循環(huán)或定時(shí)查詢的方式進(jìn)行檢測，也可以采用中斷方式檢測。(a)查詢方式(b).中斷方式圖3.獨(dú)立式鍵盤接口電路圖3中（a）為查詢方式的獨(dú)立式按鍵電路，通過I/O口連接，將每個(gè)按鍵的一端接到單片機(jī)的I/O口，另一端接地，這是最簡單的方法。圖中3個(gè)按鍵分別與P1.2～P1.0相連。對于這種按鍵程序可以采用不斷查詢的方法，功能就是：檢測是否有鍵閉合，如有鍵閉合，則P1.2～P1.0有一只引腳為低電平，否則全為高電平；然后延時(shí)去抖動，判斷鍵號并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序。圖中（b）為采用中斷方式的獨(dú)立式按鍵電路。各個(gè)按鍵都接到一個(gè)與門上，當(dāng)有任何一個(gè)按鍵按下時(shí)，都會使與門輸出為低電平，從而引起單片機(jī)的中斷，它的優(yōu)點(diǎn)在于不用在主程序中反復(fù)查詢按鍵，而等到有鍵按下，單片機(jī)才去執(zhí)行相應(yīng)的鍵處理程序。通常按鍵輸入都采用低電平有效，圖中上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口有確定的高電平。如I/O口內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路可以不配置上拉電阻。2.獨(dú)立式按鍵的軟件實(shí)現(xiàn)我們以查詢方式（a）為例介紹其軟件實(shí)現(xiàn)方法，為簡便說明起見，我們暫不考慮軟件去抖動措施，其程序?qū)崿F(xiàn)清單如下：

START：MOV A，#07H ；置輸入方式

MOVP1，ALOOP：MOVA，P1 ；讀入鍵盤狀態(tài)

ANLA，#07H CJNEA，#07H，L0 ；是否有鍵按下？

SJMPLOOP ；無鍵按下等待L0： …

；延時(shí)去抖動（省略），確實(shí)有鍵按下

MOVDPTR，#TAB ；送跳轉(zhuǎn)表首地址

CPLA ；輸入取反

RLA ；乘2，得表偏移量L1： …

；調(diào)用延時(shí)程序，鍵釋放（省略）

JMP @A+DPTRTAB：AJMP PRO0 ；入口地址表

AJMP PRO1 AJMP PRO2

PRO0：… LJMP START ；0號鍵執(zhí)行完返回

PRO1：…

LJMP START ；1號鍵執(zhí)行完返回

PRO2：… LJMP START ；2號鍵執(zhí)行完返回獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，浪費(fèi)較大，此一般適用于按鍵數(shù)量不多的情況。8.2.3行列式鍵盤（也稱矩陣式鍵盤）接口設(shè)計(jì)1.行列式鍵盤工作原理

在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖4所示行列式鍵盤，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，本來一個(gè)端口（如P1口）最多只有8個(gè)按鍵，現(xiàn)在就可以構(gòu)成4×4=16個(gè)按鍵，比它直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，可采用行列式法來做鍵盤。圖4.行列式鍵盤接口入出行行列式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，圖4所示接口電路由8051的P1口高、低4位構(gòu)成4×4行列矩陣鍵盤。鍵盤的列線一端通過電阻接正電源，另一端接單片機(jī)的輸入口線；行線的一端接單片機(jī)的輸出口線，另一端懸空。故P1.7～P1.4作為鍵盤掃描輸入口線；P1.3～P1.0為鍵盤的輸出口線。只有某按鍵被按下時(shí)的相應(yīng)行線和列線才會接通。2.按鍵識別方法（列掃描法）先判定是否有鍵按下，所有的輸出口向列線輸出低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。結(jié)合圖4所示，檢測的方法是P1.0～P1.3輸出全“0”，讀取P1.4～P1.7的狀態(tài)，若P1.4～P1.7為全“1”，則無鍵閉合，否則有鍵閉合。然后判斷按鍵的位置，如果有鍵按下，被按鍵處的行線和列線被接通，使穿過閉合鍵的那條行線變?yōu)榈碗娖健７椒ㄊ菍︽I盤的列線進(jìn)行掃描。P1.0～P1.3按下述4種組合依次輸出：P1.31110P1.21101P1.11011P1.00111然后測試行線狀態(tài)中是否有低電平。在每組列輸出時(shí)讀取P1.4～P1.7，若全為“1”，則表示這一列沒有鍵閉合，否則有鍵閉合，再查詢具體是哪一行為“0”。由此得到閉合鍵的行值和列值，然后可采用計(jì)算法或查表法將閉合鍵的行值和列值轉(zhuǎn)換成所定義的鍵值。根據(jù)得到的行值，可以知道該行的行首鍵號，則可求閉合鍵的鍵號：

閉合鍵的鍵號=行首鍵號+列值求得鍵號后，就可以利用查表指令求得閉合鍵的鍵值了，則就轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序。4×4鍵盤的行首鍵號分別為：00H、04H、08H、12H

列值為00H、01H、02H、03H輸出口線輸入口線按鍵識別程序由判斷有無按鍵按下程序段、按鍵掃描程序段及求鍵值程序段等三部分組成。其流程圖如圖5所示。若無鍵按下，則返回主程序；若有鍵按下，則CPU通過列掃描獲得被按鍵的行首鍵號和列值，并經(jīng)過查鍵值表得到被按鍵的鍵值，最后返回主程序。在行列式鍵盤中，也要考慮去抖動問題。圖5例：4×8鍵盤，結(jié)合數(shù)碼顯示，當(dāng)按下某個(gè)按鍵時(shí)，在數(shù)碼管上顯示出該被按鍵的鍵號。其列線控制口地址為：0FFDDH；行線控制口地址：0FFDEH程序如下：ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVSP,#60HMOVA,#00HMOV30H,AMOVA,#00HMOV31H,AMOVA,#10HMOV32H,AMOVA,#10HMOV33H,A

MOVA,#10HMOV34H,AMOVA,#10HMOV35H,A;數(shù)據(jù)緩沖區(qū)30H-35H中先存放0、0、-、-、-

MOVR0,#30H；無按鍵按下時(shí)，數(shù)碼管顯示0、0、-、-、-MOVR1,#01HMOVR2,#06HLOOP:LCALLAJLCALLXSLJMPLOOPAJ:MOVA,#00HMOVDPTR,#0FFDDHMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0FFDEHMOVXA,@DPTRCJNEA,#0FH,KEYSCANSJMPAJOUTKEYSCAN:MOVR5,#0FEHMOVR6,#00HAJKS:MOVA,R5MOVDPTR,#0FFDDHMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0FFDEHMOVXA,@DPTRANLA,#00001111BCJNEA,#OFH,AJCLMOVA,R5RLAMOVR5,AINCR6LJMPAJKSAJCL:CJNEA,#00000001B,AJNEMOVA,#00HADDA,R6LJMPAJNE3AJNE:CJNEA,#00000010B,AJNE1MOVA,#08HADDA,R6LJMPAJNE3AJNE1:CJNEA,#00000100B,AJNE2MOVA,#10HADDA,R6LJMPAJNE3AJNE2:CJNEA,#00001000B,AJNE3MOVA,#18HADDA,R6AJNE3:MOVB,#10DDIVABMOV31H,AMOVA,BMOV30H,ALJMPAJOUTAJOUT:RETXS:MOVDPTR,#TAB；顯示鍵號

MOVA,@R0MOVCA,@A+DPTRMOVDPTR,#0FFDCHMOVX@DPTR,AMOVA,R1MOVDPTR,#0FFDDHMOVX@DPTR,AINCR0

MOVA,R1RLAMOVR1,ALCALLDELAYDJNZR2,XSOUTMOVR0,