1、单片机应用技术单片机应用技术湖北职业技术学院机电工程系湖北职业技术学院机电工程系第2讲 键盘与单片机的接口项目二项目二 电子打铃装置电子打铃装置单片机应用技术单片机应用技术精品课程组精品课程组单片机应用技术单片机应用技术本讲主要内容本讲主要内容1 键盘工作原理键盘工作原理2 独立式按键独立式按键 3 矩阵式按键矩阵式按键4 键盘程序设计示例键盘程序设计示例单片机应用技术单片机应用技术按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。3.2.1
2、键盘工作原理键盘工作原理1按键的分类按键的分类单片机应用技术单片机应用技术 按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。下面将重点介绍非编码键盘接口。单片机应用技术单片机应用技术在单片机应用系
3、统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，将该键号送入累加器ACC，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。2键输入原理键输入原理单片机应用技术单片机应用技术 微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平
4、，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图7.2所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510 ms。3按键结构与特点按键结构与特点单片机应用技术单片机应用技术按键触点的机械抖动 闭合稳定键按下前沿抖动后沿抖动单片机应用技术单片机应用技术 在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用
5、硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路。图7.3是一种由R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器一旦翻转，触点抖动不会对其产生任何影响。单片机应用技术单片机应用技术 软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10 ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。4.按键编码按键编码 一组按键或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据
6、键盘结构的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。单片机应用技术单片机应用技术 5.编制键盘程序编制键盘程序 一个完善的键盘控制程序应具备以下功能：(1)检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。(2)有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。(3)准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。单片机应用技术单片机应用技术 3.2.2 独立式按键独立式按键 单片机控制系统中，往往只需要几个功
7、能键，此时，可采用独立式按键结构。1.独立式按键结构独立式按键结构 独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图所示。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。单片机应用技术单片机应用技术 独立式按键电路P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.78031VCC单片机应用技术单片机应用技术 2.独立式按键的软件结构独立式按键的软件结构 独立式按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询每根I
8、/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。图中的I/O口采用P1口，请读者自行编制相应的软件。单片机应用技术单片机应用技术 3.2.3 矩阵式按键矩阵式按键 单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。1.矩阵式键盘的结构及原理矩阵式键盘的结构及原理 矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图所示。由图可知，一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。单片机应用技术单片机应用技术 矩阵式
9、键盘结构0123456789101112131415001231235 V单片机应用技术单片机应用技术 矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。单片机应用技术单片机应用技术 2.矩阵式键盘按键的识别矩阵式键盘按键的识别 识别按键的方法很多，其中，最常
10、见的方法是扫描法。下面以图7.5中8号键的识别为例来说明扫描法识别按键的过程。按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键按下时处在高电平。显然，如果让所有的列线也处在高电平，那么，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此，必须使所有列线处在低电平。只有这样，当有键按下时，该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。CPU根据行电平的变化，便能判定相应的行有键按下。8号键按下时，第2行一定为低电平。然而，第2行为低电平时，能否肯定是8号键按下呢？单片机应用技术单片机应用技术 回答是否定的，因为9、10、11号键按下，同样会使第2行为低电平。为进一步确定具体键，不能使所有列线在同一时刻都处在低
11、电平，可在某一时刻只让一条列线处于低电平，其余列线均处于高电平，另一时刻，让下一列处在低电平，依此循环，这种依次轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。采用键盘扫描后，再来观察8号键按下时的工作过程，当第0列处于低电平时，第2行处于低电平，而第1、2、3列处于低电平时，第2行却处在高电平，由此可判定按下的键应是第2行与第0列的交叉点，即8号键。单片机应用技术单片机应用技术 3.键盘的编码键盘的编码 对于独立式按键键盘，因按键数量少，可根据实际需要灵活编码。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号惟一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。如
12、图7.5中的8号键，它位于第2行，第0列，因此，其键盘编码应为20H。采用上述编码对于不同行的键离散性较大，不利于散转指令对按键进行处理。因此，可采用依次排列键号的方式对按排进行编码。以图7.5中的44键盘为例，可将键号编码为：01H、02H、03H、0EH、0FH、10H等16个键号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。单片机应用技术单片机应用技术 4.键盘的工作方式键盘的工作方式 对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描
13、、定时扫描和中断扫描。1)编程扫描方式编程扫描方式 编程扫描方式是利用CPU完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。单片机应用技术单片机应用技术键盘扫描程序一般应包括以下内容：(1)判别有无键按下。(2)键盘扫描取得闭合键的行、列值。(3)用计算法或查表法得到键值。(4)判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。(5)将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。单片机应用技术单片机应用技术 四键盘程序设计示例四键盘程序设计示例 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevi
14、sionSizeBDate:28-Apr-2003Sheet of File:C:Documents and SettingssqwMy Documents单 片 机 教 材 ADB.DdbDrawn By:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10 8051S0S1S2S
15、3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15 在左图 中，用P1口接一个 4 X 4键盘。设：SO-S9为数字键，键值为0-9，用于向单片机系统输入数据；S10-S15为命令键，键值为A-F，用于对计算机系统送操作命令；每键只1个功能；行线接P1口的高4位；列线接P1口的低4位。单片机应用技术单片机应用技术（1）键盘扫描子程序KEY：MOVA，#0F0H MOVP1，A XRLA，P1JZKEYR ；无键按下返回ACALL DELAY；延时去抖动MOV30H，P1；读闭合键行位置MOVP1，#0FH；反转MOVA，P1；读闭合键列位置ORL30H，A；合成键盘位置码LOOP：
16、MOVA，P1；等待键释放XRLA，#0FHJNZLOOPACALL DELAY；延时去抖动KEYR：RET单片机应用技术单片机应用技术（2）键值转换键盘矩阵中各键的位置码的特点是：对应该键行、列的位为“0”，其他各位均为“1”。例如：S7键的位置码是：11010111B=0D7H；S12键的位置码是：01111110B=7EH。将各键的位置码顺序排列成键值表，用查表法进行键值转换。键值转换子程序TRAN：MOV DPTR，#KEYTAB；DPTR指向键值表 MOV R2，#0；键值初值送R2 MOV R3，#10H；循环次数送R3LOOPT：MOV A，R2 MOVC A，A+DPTR；读键值表 XRL A，30H；与位置码比较 JZ KTR；相等返回，键值在R2中 INC R2；键值+1 DJNZ R3，LOOPTKTR：RET；若返回时R2=10H为错KEYTAB：DB0EEH，0EDH，0EBH，0E7H；键值表 DB0DEH，0DDH，0DBH，0D7H DB0BEH，0BDH，0BBH，0B7H DB7EH，7DH，7BH，77H
