單片機(jī)按鍵模塊設(shè)計(jì).ppt

單元5按鍵模塊設(shè)計(jì) 回顧 1 數(shù)碼管顯示原理 2 靜態(tài)數(shù)碼管工作原理 3 動(dòng)態(tài)數(shù)碼管工作原理 4 AT89C51有幾個(gè)定時(shí)器 各是多少位的 請(qǐng)簡(jiǎn)述定時(shí)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)原理 5 8051單片機(jī)定時(shí) 計(jì)數(shù)器工作方式有多少種 6 如何設(shè)置8051單片機(jī)工作在定時(shí) 計(jì)數(shù)模式下 7 如何啟動(dòng)定時(shí)器工作 8 請(qǐng)簡(jiǎn)述DS1302讀取時(shí)間的編程過程 本單元任務(wù) 任務(wù)1獨(dú)立式鍵盤設(shè)計(jì)任務(wù)2鍵盤中斷設(shè)計(jì)任務(wù)3矩陣式鍵盤設(shè)計(jì)任務(wù)4多個(gè)外部中斷設(shè)計(jì) 任務(wù)1獨(dú)立式鍵盤設(shè)計(jì) 任務(wù)描述 任務(wù)分析 眾多嵌入式單片機(jī)系統(tǒng) 嵌入式單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)備中 鍵盤模塊都是必不可少的 比如手機(jī)及各種智能家電等 本任務(wù)通過按鍵控制點(diǎn)亮流水燈 8個(gè)按鍵分別對(duì)應(yīng)控制8個(gè)LED 學(xué)習(xí)最簡(jiǎn)單的鍵盤 獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì)方法 鍵盤實(shí)際上是一組開關(guān)的集合 當(dāng)鍵按下時(shí) 兩根導(dǎo)線接通 釋放時(shí) 兩根導(dǎo)線不通 8個(gè)按鍵的鍵盤電路可考慮在P2口上設(shè)計(jì) 8個(gè)LED電路仍然安裝在單片機(jī)P1口 8個(gè)按鍵分別對(duì)應(yīng)控制8個(gè)LED 按下按鍵則點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的燈 獨(dú)立式鍵盤工作原理及應(yīng)用 獨(dú)立式鍵盤的組成是由若干個(gè)按鍵與單片機(jī)的I O口一一的對(duì)應(yīng)連接 然后通過讀取單片機(jī)I O的電平狀態(tài)來確認(rèn)哪個(gè)對(duì)應(yīng)的按鍵被按下 一般一個(gè)獨(dú)立式按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)功能 可以通過按鍵的組合來實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能 抖動(dòng) 當(dāng)用手按下一個(gè)鍵時(shí) 往往出現(xiàn)按鍵在閉合和斷開位置之間來回跳動(dòng)多次才能到閉合穩(wěn)定狀態(tài)的現(xiàn)象 在釋放一個(gè)鍵時(shí) 也會(huì)出現(xiàn)類似的情況 這種情況就是抖動(dòng) 按下一個(gè)鍵時(shí)產(chǎn)生前沿抖動(dòng) 釋放一個(gè)鍵時(shí)產(chǎn)生后沿抖動(dòng) 抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間隨鍵盤簧片的材料和操作員而異 通常在5 10ms 而5 10ms已經(jīng)對(duì)程序進(jìn)行多次循環(huán)掃描執(zhí)行 顯而易見 抖動(dòng)問題不解決 就會(huì)引起對(duì)閉合鍵的多次識(shí)別 應(yīng)用舉例 例5 1 include AT89X51 H voidmain while 1 if P2 0 0 判斷key0被按下 key delay 去抖延時(shí)10msif P2 0 0 再次判斷key0按下 while P2 0 等待閉合釋放P1 0 0 點(diǎn)亮LED if P2 1 0 判斷key1被按下 key delay 去抖延時(shí)10msif P2 1 0 再次判斷key1按下 while P2 1 等待閉合釋放P1 0 1 熄滅LED 1 Proteus電路設(shè)計(jì)2 KeilC51程序設(shè)計(jì)3 Proteus Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 任務(wù)實(shí)施 硬件電路圖 1 程序流程由獨(dú)立式鍵盤工作原理得知 按鍵是否按下是通過讀取按鍵對(duì)應(yīng)的IO的電平變化而判斷的 在程序設(shè)計(jì)上 即通過讀取按鍵對(duì)應(yīng)IO口的電平是否為低 軟件去抖 來決定哪個(gè)按鍵被按下 當(dāng)判斷key0被按下 則點(diǎn)亮LED0 當(dāng)判斷key1被按下 則點(diǎn)亮LED1 主程序設(shè)計(jì) include AT89X51 H unsignedcharcodeled light 0XFE 0XFD 0XFB 0XF7 0XEF 0XDF 0XBF 0X7F 點(diǎn)亮LED對(duì)應(yīng)的編碼voidmain while 1 if P2 0 0 判斷key0被按下 key delay 去抖延時(shí)10msif P2 0 0 再次判斷key0按下 while P2 0 等待閉合釋放P1 led light 0 點(diǎn)亮LED0 if P2 1 0 判斷key1被按下 key delay 去抖延時(shí)10msif P2 1 0 再次判斷key1按下 while P2 1 等待閉合釋放P1 led light 1 點(diǎn)亮LED1 運(yùn)行 Proteus Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 任務(wù)2鍵盤中斷設(shè)計(jì) 任務(wù)描述 任務(wù)分析 項(xiàng)目組掌握獨(dú)立式鍵盤設(shè)計(jì)后 現(xiàn)要求用1個(gè)按鍵控制流水燈運(yùn)行樣式 初始時(shí)8個(gè)LED按從頭到尾方式循環(huán)運(yùn)行 當(dāng)按下按鍵 首尾兩燈點(diǎn)亮向中間 到中間后返回首尾的循環(huán)運(yùn)行 再次按下按鍵又轉(zhuǎn)為從頭到尾循環(huán)運(yùn)行 即1個(gè)按鍵交替切換流水燈的兩種運(yùn)行樣式 此任務(wù)設(shè)計(jì)有兩個(gè)主要功能模塊 一是按鍵的判斷 二是LED流水燈的運(yùn)行 通過前面單元的學(xué)習(xí)得知 這兩個(gè)功能在主程序中無限循環(huán)判斷執(zhí)行 正常人完成一次按鍵的時(shí)間需要20ms 而LED流水燈運(yùn)行頻率應(yīng)小于50Hz 即應(yīng)大于20ms走一個(gè)燈 否則運(yùn)行太快人眼無法識(shí)別 那么如果單片機(jī)CPU在執(zhí)行流水燈顯示延時(shí)程序期間 正好發(fā)生按鍵 CPU無法運(yùn)行按鍵掃描程序而導(dǎo)致按鍵判斷的丟失 如果1s或更長(zhǎng)時(shí)間走一個(gè)燈 那么丟失按鍵的現(xiàn)象將更加嚴(yán)重 由此可見普通的程序查詢獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì)方法在此任務(wù)設(shè)計(jì)是無法勝任的 本任務(wù)將介紹單片機(jī)重要的內(nèi)部資源 中斷系統(tǒng) 它將有效解決上述問題 1 中斷的概念 例5 2 電路如5 10示 8個(gè)LED流水燈安裝在P1口 按鍵K0安裝在P2 0上 采用獨(dú)立式按鍵識(shí)別 實(shí)現(xiàn)任務(wù)描述中要求的功能 程序分析 主程序有兩個(gè)功能模塊 一方面按鍵判斷程序 另一方面LED流水燈程序 由于按鍵是兩種流水燈運(yùn)行方式的交替按鍵 因此可考慮設(shè)置按鍵控制標(biāo)志位狀態(tài) LED流水燈則判斷標(biāo)志位狀態(tài)決定運(yùn)行方式 即按鍵通過標(biāo)志位間接控制LED流水燈的運(yùn)行方式 每次按下按鍵則把標(biāo)志位取反 以達(dá)到控制LED流水燈的運(yùn)行 voidmain while 1 if P2 0 0 判斷key0被按下 key delay 去抖延時(shí)10msif P2 0 0 再次判斷key0按下 while P2 0 等待閉合釋放i 0 編碼下標(biāo)i清0run flag run flag 標(biāo)志位取反 if run flag 0 判斷LED運(yùn)行標(biāo)志位 P1 led light1 i 點(diǎn)亮LED流水燈led delay 點(diǎn)亮延時(shí)if i 8 i 0 else P1 led light2 i 點(diǎn)亮LED流水燈led delay 點(diǎn)亮延時(shí)if i 7 i 0 2 8051單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1 哪些事件可以引發(fā)中斷8051單片機(jī)有5個(gè)中斷源 外部中斷0 由連接在P3 2引腳的外部信號(hào)觸發(fā)定時(shí) 計(jì)數(shù)器0 T0 溢出中斷外部中斷1 由連接在P3 3引腳的外部信號(hào)觸發(fā)定時(shí) 計(jì)數(shù)器1 T1 溢出中斷串行口中斷 由發(fā)送中斷TXD和接收中斷RXD組成當(dāng)它們有中斷請(qǐng)求發(fā)出時(shí) 將相應(yīng)的中斷標(biāo)志IE0 TF0 IE1 TF1 TI RI自動(dòng)置位 單片機(jī)CPU根據(jù)中斷標(biāo)志位情況判別是哪個(gè)中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求 中斷標(biāo)志位存放在特殊功能寄存器TCON SCON中 2 中斷標(biāo)志TCON SCON 3 中斷允許與禁止IE 1 EA 總中斷允許控制 當(dāng)EA 1時(shí) 開放所有中斷 此時(shí)各中斷源的允許和禁止通過相應(yīng)的中斷允許位單獨(dú)加以控制 當(dāng)EA 0時(shí) 禁止所有中斷 2 ES 允許或禁止串行口中斷控制位 ES 1 允許中斷 ES 0 禁止中斷 3 ET1 允許或禁止定時(shí)器T1溢出中斷控制位 ET1 1 允許中斷 ET1 0 禁止中斷 4 EX1 允許或禁止中斷控制位 EX1 1 允許中斷 EX1 0 禁止中斷 5 ET0 允許或禁止定時(shí)器T0溢出中斷控制位 ET0 1 允許中斷 ET0 0 禁止中斷 6 EX0 允許或禁止中斷控制位 EX0 1 允許中斷 EX0 0 禁止中斷 4 中斷的響應(yīng)條件首先中斷源有請(qǐng)求 其次編程設(shè)置單片機(jī)CPU允許所有中斷源請(qǐng)求 EA 1 并且中斷允許寄存器IE相應(yīng)位置為1 這樣 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi) 單片機(jī)對(duì)所有中斷源進(jìn)行順序檢測(cè) 并找到所有有效的中斷請(qǐng)求 對(duì)其優(yōu)先級(jí)排隊(duì) 單片機(jī)在緊接著下一個(gè)機(jī)器周期響應(yīng)中斷條件是 1無同級(jí)或更高級(jí)中斷占用CPU控制權(quán) 2當(dāng)前指令執(zhí)行完畢 3如果當(dāng)前指令為RETI或需訪問IE IP的指令 執(zhí)行完該指令且緊隨其后的一條指令也已執(zhí)行完畢 否則 單片機(jī)將放棄對(duì)中斷請(qǐng)求的響應(yīng) 5 中斷響應(yīng)過程中斷的響應(yīng)過程由單片機(jī)CPU控制 自動(dòng)完成 具體有如下幾個(gè)步驟 執(zhí)行一個(gè)硬件子程序調(diào)用 處理優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求 清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志位 TI和RI除外 硬件子程序?qū)纹瑱C(jī)當(dāng)前執(zhí)行的內(nèi)容的地址壓入堆棧 轉(zhuǎn)入執(zhí)行相應(yīng)中斷服務(wù)程序的第一條指令 中斷處理程序從入口地址開始一直執(zhí)行到最后為止 系統(tǒng)返回原來被打斷的程序處開始繼續(xù)執(zhí)行 3 中斷編程結(jié)構(gòu) 1 編寫中斷初始化程序?yàn)槭箚纹瑱C(jī)CPU在執(zhí)行主程序過程中能夠響應(yīng)中斷 就必須先對(duì)使用中斷的相關(guān)寄存器 TMOD SCON IE等 進(jìn)行初始化 例5 3 假設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)允許外部中斷0 定時(shí) 計(jì)數(shù)器T0中斷 并設(shè)定采用邊沿觸發(fā) 則主程序中的中斷初始化程序如下 IT0 1 設(shè)置為下降沿觸發(fā)EX0 1 允許中斷ET0 1 允許T0中斷EA 1 開放所有中斷 2 編寫中斷服務(wù)程序中斷程序入口 C51規(guī)定了8051單片機(jī)每種中斷類型對(duì)應(yīng)中斷服務(wù)程序的入口編號(hào) 現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) 如果中斷服務(wù)程序中要使用與主程序有關(guān)的寄存器 那么CPU在執(zhí)行中斷服務(wù)程序之前要保護(hù)這些寄存器的內(nèi)容 即 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 中斷返回時(shí)再恢復(fù)它們的值 在使用KeiluVison4集成開發(fā)環(huán)境時(shí) 其C51編譯器為中斷服務(wù)程序提供自動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)以及返回時(shí)內(nèi)容恢復(fù)的功能 為用戶編程提供了方便 常用的中斷服務(wù)程序的結(jié)構(gòu)如下 void中斷程序名 interrupt中斷號(hào)usingn 其中 中斷程序名 最好依據(jù)中斷服務(wù)程序的功能 取一個(gè)比較直觀淺顯的名稱 interrupt 是中斷服務(wù)程序的關(guān)鍵字 中斷號(hào) 則根據(jù)表5 1所示 如果使用外部事件0中斷 則 中斷號(hào) 為0 using定義工作寄存器組 n為寄存器組編號(hào) 0 3 默認(rèn)為0 內(nèi)部為中斷服務(wù)要執(zhí)行的程序 4 按鍵與外部事件中斷 1 IT0 設(shè)置為1 選擇外部中斷0由下降沿觸發(fā) 即當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)下降沿表示有一個(gè)外部中斷0的請(qǐng)求信號(hào) 為什么將IT0設(shè)置為1呢 任務(wù)1學(xué)習(xí)得知 圖6 3 按鍵按下將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)從高電平到低電平的邊沿跳變 稱為 下降沿 按鍵松開產(chǎn)生從低電平到高電平的邊沿跳變 稱為 上升沿 因此1次按鍵信號(hào) 產(chǎn)生一次下降沿 正好轉(zhuǎn)化成外部中斷0信號(hào) 2 IE0 無需初始 它由硬件自動(dòng)設(shè)置 3 EX0 設(shè)置為1 即允許CPU響應(yīng)外部中斷0請(qǐng)求 4 EA 設(shè)置為1 允許CPU響應(yīng)所有中斷請(qǐng)求 1 Proteus電路設(shè)計(jì)2 KeilC51程序設(shè)計(jì)3 Proteus Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 任務(wù)實(shí)施 硬件電路圖 1 程序流程主程序根據(jù)標(biāo)志位狀態(tài) 無限循環(huán)執(zhí)行LED流水燈程序 按鍵的判斷轉(zhuǎn)化成中斷處理 按下按鍵則意味著一次中斷事件發(fā)生 單片機(jī)處理按鍵任務(wù) 即跳轉(zhuǎn)到INT0中斷處理程序中 交替將LED流水燈標(biāo)志位置1 清0 主程序設(shè)計(jì) voidmain IT0 1 設(shè)置外部中斷0觸發(fā)方式位 1為邊沿觸發(fā)EX0 1 外部中斷0中斷允許位EA 1 允許總中斷標(biāo)志位while 1 if run flag 0 判斷運(yùn)行標(biāo)志位狀態(tài) P1 led light1 i delay if i 8 i 0 else P1 led light2 i 點(diǎn)亮LED流水燈delay 點(diǎn)亮延時(shí)if i 7 i 0 中斷程序 voidint0 interrupt0 中斷服務(wù)函數(shù)入口 EX0 0 i 0 run flag run flag 每按一下按鍵 行標(biāo)志位取反EX0 1 運(yùn)行 Proteus Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 任務(wù)3矩陣式鍵盤設(shè)計(jì) 任務(wù)描述 任務(wù)分析 當(dāng)嵌入式產(chǎn)品 設(shè)備中的按鍵數(shù)目較多時(shí) 將采用更普遍的按鍵設(shè)計(jì)方法 矩陣式鍵盤 本任務(wù)要求運(yùn)用矩陣式鍵盤的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)9個(gè)按鍵控制點(diǎn)亮1個(gè)數(shù)碼管分別顯示1 9 獨(dú)立式鍵盤的每個(gè)按鍵都要獨(dú)占一位I O 當(dāng)按鍵較多就會(huì)嚴(yán)重耗費(fèi)單片機(jī)的I O資源 比如計(jì)算機(jī)的鍵盤功能有100多個(gè) 如果采用獨(dú)立式方法設(shè)計(jì) 就需要100多個(gè)I O 因此獨(dú)立式鍵盤設(shè)計(jì)在按鍵較多的情況下不再適合 本任務(wù)將探討新的方法 矩陣式鍵盤設(shè)計(jì) 盡可能少占用I O資源又保證設(shè)計(jì)的效果 矩陣式鍵盤工作原理及應(yīng)用 矩陣式鍵盤是利用幾根I O口線作為列 幾根作為行 行跟列相交叉 在交叉點(diǎn)用按鍵連接列和行的I O口線 4 掃描循環(huán) 矩陣式鍵盤的工作原理是單片機(jī)通過定時(shí)掃描的方式來查詢按鍵的狀態(tài) 如先從行掃描 在掃描第一行的時(shí)候查詢?cè)谶@一行上與列相交叉的按鍵有沒有被按下 如果沒有按鍵按下就以掃描第一行的方式掃描第二行 這樣循環(huán)掃描所有的行 如果有就作出相應(yīng)的處理 處理實(shí)現(xiàn)后再繼續(xù)重新掃描 由于在掃描第1行的時(shí)候P2 3 0 但行P2 3與列P2 7交叉處的按鍵被按下時(shí) P2 7就會(huì)從本來的高電平變?yōu)榈碗娖?從而確定是哪個(gè)按鍵被按下 應(yīng)用舉例 例5 5 definePortkeyP2 鍵盤控制端列線P2 0P2 1 defineKeyColm1P2 2 行線P2 2P2 3Portkey 0 xff 矩陣按鍵全輸出1KeyColm1 0 選擇掃描第一行key temp Portkey 讀按鍵控制端key temp key temp 1 Proteus電路設(shè)計(jì)2 KeilC51程序設(shè)計(jì)3 Proteus Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 任務(wù)實(shí)施 硬件電路圖 1 程序流程程序設(shè)計(jì)最重要的部分就是矩陣鍵盤的掃描 此電路為3 3鍵盤 編程從行開始逐行掃描 掃描至第三行 重新開始循環(huán)第一行掃描 主程序設(shè)計(jì) main key 9 初始顯示關(guān)閉while 1 Portkey 0 xff 矩陣按鍵全輸出1KeyColm1 0 選擇掃描第一行key temp Portkey 讀按鍵控制端key temp key temp 運(yùn)行 Proteus Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 課堂練習(xí) 構(gòu)建2 2矩陣式鍵盤 K0 K1 K2 K3 控制2個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管對(duì)應(yīng)顯示23 68 77 19 任務(wù)4多個(gè)外部中斷設(shè)計(jì) 任務(wù)描述 任務(wù)分析 在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中 有些時(shí)候可能需要將不止一個(gè)事件設(shè)計(jì)成中斷處理任務(wù) 這就涉及到多個(gè)中斷并存的情況 本任務(wù)要求設(shè)計(jì)兩個(gè)按鍵分別控制LED流水燈工作流程 當(dāng)k0按下 流水燈從兩頭向中間運(yùn)行 達(dá)到中間返回兩頭 來回往返 當(dāng)k1按下 流水燈先點(diǎn)亮紅燈 再點(diǎn)亮藍(lán)燈 即重復(fù)點(diǎn)亮紅燈 藍(lán)燈 按鍵控制流水燈工作狀態(tài) 不能采用獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì) 因此兩個(gè)按鍵都應(yīng)運(yùn)用 中斷 的設(shè)計(jì)方法 89C51有INT0 INT1兩個(gè)外部中斷 可以滿足兩個(gè)按鍵的設(shè)計(jì)要求 中斷優(yōu)先級(jí) 當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向單片機(jī)CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí) CPU應(yīng)優(yōu)先響應(yīng)最需緊急處理的中斷請(qǐng)求 為此 需要規(guī)定各個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí) 使CPU在多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)能找到優(yōu)先級(jí)最高的中斷源 響應(yīng)它的中斷請(qǐng)求 高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求處理完畢以后 再響應(yīng)優(yōu)先級(jí)低的中斷請(qǐng)求 中斷源的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)由寄存器IP確定 中斷系統(tǒng)可以在IP定義兩個(gè)優(yōu)先級(jí)水平 即高優(yōu)先級(jí)水平和低優(yōu)先級(jí)水平 同時(shí)規(guī)定了同一水平下不同中斷源的優(yōu)先級(jí) 特殊功能寄存器IP 1 Proteus電路設(shè)計(jì)2 KeilC51程序設(shè)計(jì)3 Proteus Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 任務(wù)實(shí)施 硬件電路圖 兩個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)為外部中斷0 外部中斷1 因此鍵盤電路必須設(shè)計(jì)在外部中斷口上 如圖5 30示將按鍵k0 k1分別設(shè)計(jì)在P3 2 INT0 P3 3 INT1管腳上 LED電路依然設(shè)計(jì)在P1口上 1 程序流程由于兩個(gè)按鍵分別控制流水燈不同運(yùn)行狀態(tài) 因此程序設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)運(yùn)行標(biāo)志位進(jìn)行相應(yīng)的判斷 而兩個(gè)按鍵的都轉(zhuǎn)化成中斷處理 按下按鍵k0 代表INT0中斷事件發(fā)生 按下按鍵k1 代表INT1中斷事件發(fā)生 單片機(jī)響應(yīng)按鍵 即跳轉(zhuǎn)到響應(yīng)中斷的處理程序中 將對(duì)應(yīng)的運(yùn)行標(biāo)志位置1 在使用 中斷 時(shí) 都應(yīng)初始兩個(gè)中斷相關(guān)的寄存器 主程序設(shè)計(jì) main IT0 1 設(shè)置外部中斷0觸發(fā)方式位 1為邊沿觸發(fā)EX0 1 外部中斷0中斷允許位IT1 1 設(shè)置外部中斷1觸發(fā)方式位 1為邊沿觸發(fā)EX1 1 外部中斷1中斷允許位EA 1 允許總中斷標(biāo)志位whil