按鍵控制鍵盤檢測原理與應(yīng)用

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1、按鍵控制鍵盤檢測原理與應(yīng)用 一、任務(wù)目標(biāo): 認(rèn)知目標(biāo) 1、掌握按鍵分類及工作原理 2、掌握IF條件選擇結(jié)構(gòu)和使用方法 3、掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)和使用原理 4、掌握獨(dú)立按鍵子函數(shù)的編寫原理及方法 1、 獨(dú)立鍵盤 在簡單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，往往只需要幾個(gè)功能鍵就能滿足要求，此時(shí)，可采用獨(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1.2.1所示。 獨(dú)立式按鍵示意圖 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，因此，在按鍵較

2、多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)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(dòng)機(jī)器人啟動(dòng)，未被按下，繼續(xù)檢測。這里將程序分成三個(gè)部分，分別是延時(shí)子函數(shù)、按鍵子函數(shù)、主函數(shù)。 延時(shí)子函數(shù)，通過參數(shù)t設(shè)置延時(shí)時(shí)間；按鍵模塊子函數(shù)需用到延時(shí)函數(shù)，對(duì)按鍵進(jìn)行消抖；主函數(shù)主要調(diào)用按鍵檢測程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)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(jìn)來，對(duì)常用的變量類型進(jìn)行宏定義，規(guī)劃各函數(shù)和變量，對(duì)變量進(jìn)行定義和初始化，對(duì)自定義子函數(shù)進(jìn)行聲明并添加相應(yīng)標(biāo)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(shù)，在主函數(shù)中就是調(diào)用按鍵檢測函數(shù)。 Void main() { key(); } 編寫key（）按鍵檢測函數(shù)，按鍵按下，輸出低電平，通過if語句檢測低電平，延時(shí)10ms后，再次檢測，若檢測為高電平，則表示為機(jī)械抖動(dòng)，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(gè)檢查按鍵掃描的函數(shù)key()，key()函數(shù)是檢查有沒有按鍵按下編寫的。當(dāng)有按鍵下的時(shí)候P2口取反。 2、 矩陣鍵盤 （1）矩陣連接式鍵盤 在單片機(jī)系統(tǒng)中鍵盤中按鈕數(shù)量較多時(shí)，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(shí)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(jié)點(diǎn)處,CPU通過對(duì)連在行(列)的I/O線送已知電平的信號(hào),然后讀取列(行)線的狀態(tài)信息。逐線掃描,得出鍵碼。其特點(diǎn)是鍵多時(shí)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(shè)置

5、數(shù)字鍵，適用于鍵數(shù)多的場合。 （2）按鍵識(shí)別方法 ① 掃描法 第1步，識(shí)別鍵盤有無鍵按下；第2步，如有鍵被按下，識(shí)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(shí)刻只讓1條列線處于低電平，其余所有列線處于高電平，識(shí)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(diǎn)處的按鍵被按下。 ② 線反轉(zhuǎn)法 線反轉(zhuǎn)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(shí)別，按鍵識(shí)別是采用線翻轉(zhuǎn)的方法。線翻轉(zhuǎn)法是先讓P2= 0xf0；當(dāng)有按鍵按下時(shí)P2口的狀態(tài)就會(huì)改變不在是0xf0，當(dāng)按鍵按下時(shí)，P2的狀態(tài)改變了，此時(shí)存儲(chǔ)當(dāng)前P2口的狀態(tài)1，然后讓P2=0xf0因?yàn)槌绦驁?zhí)行時(shí)間很短，此時(shí)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(chǔ)此時(shí)P2口的狀態(tài)2，把狀態(tài)1與狀態(tài)2的值相或，因?yàn)槊總€(gè)按鍵按下的值都是不一樣的，根據(jù)按鍵返回的值給數(shù)碼管賦

7、不同的斷碼值，從而達(dá)到顯示0~F的目的。利用線反轉(zhuǎn)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(shù)注釋，定義keyscan函數(shù)并編寫框架。keyscan函數(shù)主要負(fù)責(zé)掃描矩陣鍵盤是否被按下，并且根據(jù)按下的按鍵返回不同的值，所以應(yīng)該為無參、有返回值函數(shù)。因?yàn)橛邪存I按下時(shí)返回值是將兩次P2=0xf0和P2=0x0f的結(jié)果相或，無按鍵按下時(shí)返回值為0xff，所以將函數(shù)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(shù)，系統(tǒng)從主函數(shù)開始執(zhí)行，首先點(diǎn)亮數(shù)碼管，將數(shù)字“0”的段碼賦值給P0口，然后進(jìn)入while無限循環(huán)，在while循環(huán)里，調(diào)用keyscan函數(shù)，并將返回值賦值給變量key，同時(shí)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(shí)物調(diào)試 1）、電路連接 電路連接 2）、上電調(diào)試 上電測試 五、背景知識(shí)： 在控制系統(tǒng)中，通常需利用按鍵進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。按鍵時(shí)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸入設(shè)備之一，線性鍵盤分為獨(dú)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(gè)按鍵實(shí)際上是一個(gè)開關(guān)元件，也就是說鍵盤是一組規(guī)則排列的開關(guān)。鍵盤的工作方式有3種，即程序控制掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描方式。 通常，按鍵的開關(guān)為機(jī)械彈性觸點(diǎn)開關(guān)，它是利用機(jī)械觸點(diǎn)接觸和分離實(shí)現(xiàn)電路的通、斷。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，加上人們按鍵時(shí)的力度、方

12、向的不同，按鍵開關(guān)從按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)毫秒的彈跳抖動(dòng)，既在按下的幾十毫秒時(shí)間里會(huì)連續(xù)產(chǎn)生多個(gè)脈沖。釋放按 鍵時(shí)，電路也不會(huì)一下斷開，同樣會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)。這兩次抖動(dòng)的時(shí)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(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次，在確認(rèn)按鍵是否閉合時(shí)，必須要進(jìn)行消抖處理。否則，由于 MCU 軟件執(zhí)行的速度很快，非?？赡軐⒍秳?dòng)產(chǎn)生的多個(gè)脈沖誤認(rèn)為多次的按鍵。 消除按鍵的抖動(dòng)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(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)的做法，但增加了軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。 軟件方式消抖的基本原理是在軟件中對(duì)按鍵進(jìn)行兩次測試確認(rèn)，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(shí)才最終確認(rèn)有鍵按下，從而消除了抖動(dòng)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(dòng)作完成。 按鍵識(shí)別方法分為三種,分別是程序控制掃描方式、定時(shí)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(jī)在空閑時(shí)，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，并反復(fù)地掃描鍵盤，直到用戶

14、從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)，而在執(zhí)行鍵入命令或處理鍵入數(shù)據(jù)過程中，CPU將不再響應(yīng)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(shí)后判斷是否確實(shí)有鍵按下。如果有，確認(rèn)有鍵按下，如果沒有，那么確認(rèn)為鍵抖動(dòng)； ⑶判斷是哪個(gè)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(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序進(jìn)行處理。 ②定時(shí)掃描方式 定時(shí)掃描方式就是每隔一定時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次，它利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生一定的時(shí)間的定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到就產(chǎn)生定時(shí)器溢出中斷，CPU響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時(shí)識(shí)別出該鍵執(zhí)行響應(yīng)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(shí)，當(dāng)無鍵按下時(shí)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(yīng)。定時(shí)掃描方式只要時(shí)間一到，CPU就去掃描鍵盤，工作效率有了進(jìn)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(shí)發(fā)出中斷申請(qǐng)，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，才對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，從而提高了CPU的工作效率。