單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)323矩陣式按鍵-湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系第2講鍵盤與單片機(jī)的接口項(xiàng)目二電子打鈴裝置《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》精品課程組單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系第2講鍵盤與單片1單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)本講主要內(nèi)容

1鍵盤工作原理2獨(dú)立式按鍵3矩陣式按鍵4鍵盤程序設(shè)計(jì)示例單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)本講主要內(nèi)容

2單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵。

3.2.1鍵盤工作原理1．按鍵的分類單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按3單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)

按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的識(shí)別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的定義與識(shí)別。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與鍵對(duì)應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路。這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤只簡(jiǎn)單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中。下面將重點(diǎn)介紹非編碼鍵盤接口。

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)按鍵按照接口原理可分為編碼鍵4單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。對(duì)于一組鍵或一個(gè)鍵盤，總有一個(gè)接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢或中斷方式了解有無將鍵輸入，并檢查是哪一個(gè)鍵按下，將該鍵號(hào)送入累加器ACC，然后通過跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序。2．鍵輸入原理單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電5單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)微機(jī)鍵盤通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。其抖動(dòng)過程如圖7.2所示，抖動(dòng)時(shí)間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5

10ms。3．按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)微機(jī)鍵盤通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵6單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)按鍵觸點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)按鍵觸點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)7單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測(cè)按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)，即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測(cè)誤判，必須采取去抖動(dòng)措施。這一點(diǎn)可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，采用軟件去抖。在硬件上可采用在鍵輸出端加R-S觸發(fā)器(雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成去抖動(dòng)電路。圖7.3是一種由R-S觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動(dòng)電路，當(dāng)觸發(fā)器一旦翻轉(zhuǎn)，觸點(diǎn)抖動(dòng)不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生任何影響。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測(cè)按鍵的通與斷8單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)軟件上采取的措施是：在檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms左右（具體時(shí)間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整）的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)。同理，在檢測(cè)到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動(dòng)的影響。

4.按鍵編碼一組按鍵或鍵盤都要通過I/O口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的編碼。無論有無編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對(duì)應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的跳轉(zhuǎn)。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)軟件上采取的措施是：在檢測(cè)到有9單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)

5.編制鍵盤程序一個(gè)完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能：(1)檢測(cè)有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。(2)有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個(gè)按鍵，其間對(duì)任何按鍵的操作對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無論一次按鍵時(shí)間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。(3)準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號(hào)），以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)5.編制鍵盤程序10單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)

3.2.2獨(dú)立式按鍵

單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個(gè)功能鍵，此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。1.獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖所示。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)3.2.2獨(dú)立式按鍵11單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)

獨(dú)立式按鍵電路

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)獨(dú)立式按鍵電路

12單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)2.獨(dú)立式按鍵的軟件結(jié)構(gòu)獨(dú)立式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。圖中的I/O口采用P1口，請(qǐng)讀者自行編制相應(yīng)的軟件。

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)2.獨(dú)立式按鍵的軟件結(jié)構(gòu)13單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)3.2.3矩陣式按鍵

單片機(jī)系統(tǒng)中，若使用按鍵較多時(shí)，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤。

1.矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及原理矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點(diǎn)上，其結(jié)構(gòu)如圖所示。由圖可知，一個(gè)4×4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤較之獨(dú)立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多I/O口。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)3.2.3矩陣式按鍵14單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)

15單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到＋5V上。當(dāng)無鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線將導(dǎo)通，此時(shí)，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個(gè)鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號(hào)配合起來作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接16單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)

2.矩陣式鍵盤按鍵的識(shí)別識(shí)別按鍵的方法很多，其中，最常見的方法是掃描法。下面以圖7.5中8號(hào)鍵的識(shí)別為例來說明掃描法識(shí)別按鍵的過程。按鍵按下時(shí)，與此鍵相連的行線與列線導(dǎo)通，行線在無鍵按下時(shí)處在高電平。顯然，如果讓所有的列線也處在高電平，那么，按鍵按下與否不會(huì)引起行線電平的變化，因此，必須使所有列線處在低電平。只有這樣，當(dāng)有鍵按下時(shí)，該鍵所在的行電平才會(huì)由高電平變?yōu)榈碗娖健PU根據(jù)行電平的變化，便能判定相應(yīng)的行有鍵按下。8號(hào)鍵按下時(shí)，第2行一定為低電平。然而，第2行為低電平時(shí)，能否肯定是8號(hào)鍵按下呢？單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)2.矩陣式鍵盤按鍵的識(shí)別17單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)回答是否定的，因?yàn)?、10、11號(hào)鍵按下，同樣會(huì)使第2行為低電平。為進(jìn)一步確定具體鍵，不能使所有列線在同一時(shí)刻都處在低電平，可在某一時(shí)刻只讓一條列線處于低電平，其余列線均處于高電平，另一時(shí)刻，讓下一列處在低電平，依此循環(huán)，這種依次輪流每次選通一列的工作方式稱為鍵盤掃描。采用鍵盤掃描后，再來觀察8號(hào)鍵按下時(shí)的工作過程，當(dāng)?shù)?列處于低電平時(shí)，第2行處于低電平，而第1、2、3列處于低電平時(shí)，第2行卻處在高電平，由此可判定按下的鍵應(yīng)是第2行與第0列的交叉點(diǎn)，即8號(hào)鍵。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)回答是否定的，因?yàn)?、10、118單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)

3.鍵盤的編碼對(duì)于獨(dú)立式按鍵鍵盤，因按鍵數(shù)量少，可根據(jù)實(shí)際需要靈活編碼。對(duì)于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)惟一確定，因此可分別對(duì)行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，高4位是行號(hào)，低4位是列號(hào)。如圖7.5中的8號(hào)鍵，它位于第2行，第0列，因此，其鍵盤編碼應(yīng)為20H。采用上述編碼對(duì)于不同行的鍵離散性較大，不利于散轉(zhuǎn)指令對(duì)按鍵進(jìn)行處理。因此，可采用依次排列鍵號(hào)的方式對(duì)按排進(jìn)行編碼。以圖7.5中的4×4鍵盤為例，可將鍵號(hào)編碼為：01H、02H、03H、…、0EH、0FH、10H等16個(gè)鍵號(hào)。編碼相互轉(zhuǎn)換可通過計(jì)算或查表的方法實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)3.鍵盤的編碼19單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)

4.鍵盤的工作方式對(duì)鍵盤的響應(yīng)取決于鍵盤的工作方式，鍵盤的工作方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU的工作狀況而定，其選取的原則是既要保證CPU能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時(shí)間。通常，鍵盤的工作方式有三種，即編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。

1)編程掃描方式編程掃描方式是利用CPU完成其它工作的空余時(shí)間，調(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵盤輸入的要求。在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵盤為止。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)4.鍵盤的工作方式20單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)鍵盤掃描程序一般應(yīng)包括以下內(nèi)容：(1)判別有無鍵按下。(2)鍵盤掃描取得閉合鍵的行、列值。(3)用計(jì)算法或查表法得到鍵值。(4)判斷閉合鍵是否釋放，如沒釋放則繼續(xù)等待。(5)將閉合鍵鍵號(hào)保存，同時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行該閉合鍵的功能。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)鍵盤掃描程序一般應(yīng)包括以下內(nèi)容：21單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)

四．鍵盤程序設(shè)計(jì)示例

在左圖中，用P1口接一個(gè)4X4鍵盤。設(shè)：SO-S9為數(shù)字鍵，鍵值為0-9，用于向單片機(jī)系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)；S10-S15為命令鍵，鍵值為A-F，用于對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)送操作命令；每鍵只1個(gè)功能；行線接P1口的高4位；列線接P1口的低4位。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)四．鍵盤程序設(shè)計(jì)示例在左圖中，用22單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（1）鍵盤掃描子程序KEY： MOV A，#0F0H MOV P1，AXRL A，P1 JZ KEYR；無鍵按下返回 ACALLDELAY ；延時(shí)去抖動(dòng) MOV 30H，P1 ；讀閉合鍵行位置 MOV P1，#0FH ；反轉(zhuǎn) MOV A，P1 ；讀閉合鍵列位置 ORL 30H，A ；合成鍵盤位置碼LOOP：MOV A，P1 ；等待鍵釋放 XRL A，#0FH JNZ LOOP ACALL DELAY ；延時(shí)去抖動(dòng) KEYR： RET單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（1）鍵盤掃描子程序23單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（2）鍵值轉(zhuǎn)換 鍵盤矩陣中各鍵的位置碼的特點(diǎn)是：對(duì)應(yīng)該鍵行、列的位為“0”，其他各位均為“1”。例如：S7鍵的位置碼是：11010111B=0D7H；S12鍵的位置碼是：01111110B=7EH。將各鍵的位置碼順序排列成鍵值表，用查表法進(jìn)行鍵值轉(zhuǎn)換。鍵值轉(zhuǎn)換子程序TRAN： MOVDPTR，#KEYTAB ；DPTR指向鍵值表 MOVR2，#0 ；鍵值初值送R2 MOVR3，#10H ；循環(huán)次數(shù)送R3LOOPT：MOVA，R2