按鍵控制鍵盤檢測原理與應用

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1、按鍵控制鍵盤檢測原理與應用 一、任務目標: 認知目標 1、掌握按鍵分類及工作原理 2、掌握IF條件選擇結構和使用方法 3、掌握循環(huán)結構和使用原理 4、掌握獨立按鍵子函數的編寫原理及方法 1、 獨立鍵盤 在簡單的單片機應用系統(tǒng)中，往往只需要幾個功能鍵就能滿足要求，此時，可采用獨立式按鍵結構。 獨立式按鍵是直接用I/O口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨立式按鍵的典型應用如圖1.2.1所示。 獨立式按鍵示意圖 獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較

2、多時，I/O口線浪費較大，不宜采用。 程序開始，檢測按鍵是否被按下，若按下，則移動機器人啟動，未被按下，繼續(xù)檢測。這里將程序分成三個部分，分別是延時子函數、按鍵子函數、主函數。 延時子函數，通過參數t設置延時時間；按鍵模塊子函數需用到延時函數，對按鍵進行消抖；主函數主要調用按鍵檢測程序，實現對移動機器人的控制。程序流程圖如圖1.2.2所示 程序流程圖 程序示例： 在編寫程序開始的部分，將系統(tǒng)頭文件“STC89C52RC.H”包含進來，對常用的變量類型進行宏定義，規(guī)劃各函數和變量，對變量進行定義和初始化，對自定義子函數進行聲明并添加相應標注，程序開始部分如下 sbit IN1=

3、P1^0; sbit IN2=P1^1; Void key()； 編寫主函數，在主函數中就是調用按鍵檢測函數。 Void main() { key(); } 編寫key（）按鍵檢測函數，按鍵按下，輸出低電平，通過if語句檢測低電平，延時10ms后，再次檢測，若檢測為高電平，則表示為機械抖動，若檢測到低電平表示按鍵按下。 Void key() { if(IN1==0) { delay_ms(10); if(IN1==0) { while(IN1==0); IN2=~IN2； }

4、 } } 在上面的程序中，就只有一個檢查按鍵掃描的函數key()，key()函數是檢查有沒有按鍵按下編寫的。當有按鍵下的時候P2口取反。 2、 矩陣鍵盤 （1）矩陣連接式鍵盤 在單片機系統(tǒng)中鍵盤中按鈕數量較多時，為了減少I/O口的占用，常常將按鈕排列成矩陣形式，如下圖所示： 矩陣鍵盤形式 矩陣按鍵實物圖 矩陣連接式鍵盤鍵按矩陣排列,各鍵處于矩陣行/列的結點處,CPU通過對連在行(列)的I/O線送已知電平的信號,然后讀取列(行)線的狀態(tài)信息。逐線掃描,得出鍵碼。其特點是鍵多時占用I/O口線少,硬件資源利用合理，但判斷按鍵速度慢。多用于設置

5、數字鍵，適用于鍵數多的場合。 （2）按鍵識別方法 ① 掃描法 第1步，識別鍵盤有無鍵按下；第2步，如有鍵被按下，識別出具體的鍵位。其工作過程為先把所有列線均置為0，然后檢查各行線電平是否都為高，如果不全為高，說明有鍵按下，否則無鍵被按下。再采用逐列掃描法，在某一時刻只讓1條列線處于低電平，其余所有列線處于高電平，識別出按鍵具體位置。 綜上所述，掃描法的思想是，先把某一列置為低電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行線電平為低電平，則可確定此行此列交叉點處的按鍵被按下。 ② 線反轉法 線反轉法的具體步驟為讓行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并使

6、輸出線輸出為全低電平，則行線中電平由高變低的所在行為按鍵所在行。再把行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并使輸出線輸出為全低電平，則列線中電平由高變低所在列為按鍵所在列。 程序編寫 矩陣式鍵盤最主要的是按鍵識別，按鍵識別是采用線翻轉的方法。線翻轉法是先讓P2= 0xf0；當有按鍵按下時P2口的狀態(tài)就會改變不在是0xf0，當按鍵按下時，P2的狀態(tài)改變了，此時存儲當前P2口的狀態(tài)1，然后讓P2=0xf0因為程序執(zhí)行時間很短，此時按鍵還沒抬起來，由于按鍵按下的原因P2狀態(tài)不再是0xf0，存儲此時P2口的狀態(tài)2，把狀態(tài)1與狀態(tài)2的值相或，因為每個按鍵按下的值都是不一樣的，根據按鍵返回的值給數碼管賦

7、不同的斷碼值，從而達到顯示0~F的目的。利用線反轉法編寫程序流程如圖1.2.4所示： 程序流程圖 程序示例 編寫keyscan函數注釋，定義keyscan函數并編寫框架。keyscan函數主要負責掃描矩陣鍵盤是否被按下，并且根據按下的按鍵返回不同的值，所以應該為無參、有返回值函數。因為有按鍵按下時返回值是將兩次P2=0xf0和P2=0x0f的結果相或，無按鍵按下時返回值為0xff，所以將函數返回值定義為uchar型即可。 uchar keyscan(void) { uchar cord_h=0; uchar cord_l=0; P2=0xf0; if(P2

8、!=0xf0) { Delay_ms(10); if(P2!=0xf0) { cord_h=P2; P2=0x0f; cord_l=P2; return(cord_h|cord_l); } } return(0xff); } 編寫主函數，系統(tǒng)從主函數開始執(zhí)行，首先點亮數碼管，將數字“0”的段碼賦值給P0口，然后進入while無限循環(huán)，在while循環(huán)里，調用keyscan函數，并將返回值賦值給變量key，同時要定義變量可以。 void main() { uchar key; P0=0X

9、C0; while(1) { key=keyscan(); switch(key) { case 0xee:P0=LED_Val[0];break; case 0xed:P0=LED_Val[1];break; case 0xeb:P0=LED_Val[2];break; case 0xe7:P0=LED_Val[3];break; case 0xde:P0=LED_Val[4];break; case 0xdd:P0=LED_Val[5];break; case 0xdb:P0=LED_Val[6];break

10、; case 0xd7:P0=LED_Val[7];break; case 0xbe:P0=LED_Val[8];break; case 0xbd:P0=LED_Val[9];break; case 0xbb:P0=LED_Val[10];break; case 0xb7:P0=LED_Val[11];break; case 0x7e:P0=LED_Val[12];break; case 0x7d:P0=LED_Val[13];break; case 0x7b:P0=LED_Val[14];break; case 0x77

11、:P0=LED_Val[15];break; } } } 1、 實物調試 1）、電路連接 電路連接 2）、上電調試 上電測試 五、背景知識： 在控制系統(tǒng)中，通常需利用按鍵進行系統(tǒng)參數的設置。按鍵時單片機應用系統(tǒng)中常用的輸入設備之一，線性鍵盤分為獨立按鍵、矩陣鍵盤兩種。 鍵盤是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個按鍵實際上是一個開關元件，也就是說鍵盤是一組規(guī)則排列的開關。鍵盤的工作方式有3種，即程序控制掃描、定時掃描和中斷掃描方式。 通常，按鍵的開關為機械彈性觸點開關，它是利用機械觸點接觸和分離實現電路的通、斷。由于機械觸點的彈性作用，加上人們按鍵時的力度、方

12、向的不同，按鍵開關從按下到接觸穩(wěn)定要經過數毫秒的彈跳抖動，既在按下的幾十毫秒時間里會連續(xù)產生多個脈沖。釋放按 鍵時，電路也不會一下斷開，同樣會產生抖動。這兩次抖動的時間分別為 10.20ms 左右，而按鍵的穩(wěn)定閉合期通常大于 0.3.0.5 秒。因此，為了確保 MCU 對一次按鍵動作只確認一次，在確認按鍵是否閉合時，必須要進行消抖處理。否則，由于 MCU 軟件執(zhí)行的速度很快，非常可能將抖動產生的多個脈沖誤認為多次的按鍵。 消除按鍵的抖動既可采用硬件方法，也可采用軟件的方法。使用硬件消抖的方式，需要在按鍵連接的硬件設計上增加硬件消抖電路，如采用 R.S 觸發(fā)器或 RC 積分電路等。采用硬件消

13、抖方式增加了系統(tǒng)的成本，而利用軟件方式消抖則是比較經濟的做法，但增加了軟件設計的復雜性。 軟件方式消抖的基本原理是在軟件中對按鍵進行兩次測試確認，既在第一次檢測到按鍵按下后，間隔 10ms 左右再次檢測該按鍵是否按下，只有在兩次都測到按鍵按下時才最終確認有鍵按下，從而消除了抖動的影響。在按鍵接口軟件中，除了要考慮按鍵消抖外，一般還要判別按鍵的釋放，只有檢測到按鍵釋放以后，才能確定為一次完整的按鍵動作完成。 按鍵識別方法分為三種,分別是程序控制掃描方式、定時掃描方式和中斷掃描方式。 ①程序控制掃描方式 程序控制掃描方式是指單片機在空閑時，才調用鍵盤掃描子程序，并反復地掃描鍵盤，直到用戶

14、從鍵盤上輸入命令或數據，而在執(zhí)行鍵入命令或處理鍵入數據過程中，CPU將不再響應鍵入要求，直到CPU重新掃描鍵盤為止。 過程如下： ⑴判斷有無鍵按下； ⑵延時后判斷是否確實有鍵按下。如果有，確認有鍵按下，如果沒有，那么確認為鍵抖動； ⑶判斷是哪個鍵被按下（鍵掃描獲得閉合鍵的行、列值）； ⑷等待按鍵被釋放。如果沒有釋放，繼續(xù)等待；如果釋放，轉到相應的處理程序進行處理。 ②定時掃描方式 定時掃描方式就是每隔一定時間對鍵盤掃描一次，它利用單片機內部的定時器產生一定的時間的定時，當定時時間到就產生定時器溢出中斷，CPU響應中斷后對鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵執(zhí)行響應的鍵功能程序。 ③中斷掃描方式 鍵盤工作在程序控制掃描方式時，當無鍵按下時CPU要不間斷的掃描鍵盤，直到有鍵按下為止。如果CPU要處理很多事情，這種方式將不能適應。定時掃描方式只要時間一到，CPU就去掃描鍵盤，工作效率有了進一步的提高。但這兩種方式常使CPU處于空掃狀態(tài)，而中斷方式下，CPU可以一直處理自己的工作，知道有鍵閉合時發(fā)出中斷申請，CPU響應中斷，執(zhí)行相應的中斷服務程序，才對鍵盤進行掃描，從而提高了CPU的工作效率。