單片機教程-鍵盤程序設(shè)計23課件

第23章鍵盤程序設(shè)計一個好的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，通常要有優(yōu)秀的人機交互接口。鍵盤是與單片機進行人機交互的最基本的途徑，其以按鍵的形式來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。按鍵的輸入狀態(tài)本質(zhì)上是一個開關(guān)量。人們通過鍵盤輸入一些命令或數(shù)據(jù)，以達到控制單片機運行的目的。常用的鍵盤有獨立式按鍵鍵盤和矩陣式按鍵鍵盤兩種。獨立式按鍵接口簡單，適合于簡單而且少的開關(guān)量的輸入。矩陣式按鍵鍵盤則適合于輸入?yún)?shù)較多、功能復雜的系統(tǒng)，可以最大限度地使用單片機的引腳資源。本章主要介紹了獨立式按鍵和矩陣式按鍵鍵盤輸入的相關(guān)知識及其編程接口。23.1鍵盤接口概述鍵盤就是在人機交互系統(tǒng)中用來輸入控制信號或數(shù)據(jù)的接口。其中，人機交互系統(tǒng)是一個完整的單片機系統(tǒng)的組成部分，用來使單片機識別不同的輸入信號，并做出不同的響應(yīng)。對于一個優(yōu)秀的人機鍵盤接口設(shè)計，需要占用合理的單片機資源，并能夠及時、準確地響應(yīng)用戶的輸入信息。在進行單片機鍵盤接口設(shè)計的時候，需要注意如下幾個方面。23.1.1按鍵編碼按鍵的編碼也就是每個按鍵在單片機程序設(shè)計時對應(yīng)的鍵值。每個按鍵對應(yīng)一個唯一的鍵值。當按鍵按下的時候，鍵盤將向單片機發(fā)送該按鍵對應(yīng)的鍵值，單片機程序?qū)Σ煌逆I值做出不同的響應(yīng)。在硬件上，鍵盤按鍵使用單片機的I/O線與CPU進行通信。其中單片機I/O線接收的是高低邏輯電平信號，因此，鍵盤輸入的不同鍵值可以表示為I/O線上不同的高低電平的組合。鍵盤編碼設(shè)計的主要任務(wù)就是選擇合理的鍵盤結(jié)構(gòu)，為每個按鍵分配不同的I/O輸入信號，以供單片機識別并響應(yīng)。23.1.3程序檢測及響應(yīng)單片機對鍵盤輸入的檢測可以采用查詢和中斷兩種方式。查詢方式需要在程序中反復查詢每一個按鍵的狀態(tài)，因此會占用大量的CPU處理時間，這種方法適用于一般用途的程序。中斷法是當有按鍵按下的時候向CPU申請中斷，平時不會占用CPU處理時間，適用于一些對實時性要求較高的復雜單片機系統(tǒng)。程序中，對鍵盤的處理應(yīng)該包括如下幾個方面：檢測按鍵是否按下；如果檢測到按鍵被按下，執(zhí)行延時程序，用來實現(xiàn)軟件去抖動，消除抖動的影響；掃描按鍵，準確判斷按鍵的鍵值；轉(zhuǎn)向相應(yīng)的程序處理子程序。23.2獨立式按鍵及其編程接口鍵盤有很多種類型，對于簡單的系統(tǒng)，如果按鍵個數(shù)比較少、單片機資源比較寬裕，則可以使用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)，這樣可以簡化程序設(shè)計。23.2.1獨立式按鍵結(jié)構(gòu)獨立式按鍵采用每個按鍵單獨占有一個I/O口的結(jié)構(gòu)，這是最簡單的鍵盤輸入設(shè)計。當按下和釋放按鍵時，輸入到I/O端口的電平是不一樣的，單片機程序根據(jù)不同端口電平的變化判斷是否有按鍵按下以及是哪一個按鍵被按下，并執(zhí)行相應(yīng)的程序段。1．獨立式按鍵結(jié)構(gòu)23.34×4矩陣式鍵盤及其編程接口對于比較復雜的系統(tǒng)或者按鍵比較多的場合，可用采用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤有很多種，這里以應(yīng)用最為廣泛的4×4矩陣式鍵盤為例來介紹，其他矩陣式鍵盤的設(shè)計方法類似。4×4矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)，如圖23.2所示。其由4根行線和4根列線交叉構(gòu)成，按鍵位于行列的交叉點上，這樣便構(gòu)成16個按鍵。交叉點的行列線是不連接的，當按鍵按下的時候，此交叉點處的行線和列線導通。在電路結(jié)構(gòu)上，一般將行（X0~X3）和列（Y0~Y3）分別接到單片機的一個8位的并行端口上，程序中分別對行線和列線進行不同的操作便可以確定按鍵的狀態(tài)。這樣，只占用一個8位的并口便可以實現(xiàn)16個按鍵，因此矩陣式鍵盤對端口的利用率很高。23.3.1掃描法及其程序設(shè)計掃描法是在程序中反復掃描查詢鍵盤接口，根據(jù)端口的輸入情況，調(diào)用不同的按鍵處理子程序。由于在執(zhí)行按鍵處理子程序的時候，單片機不能再次響應(yīng)按鍵請求。因此，單片機的按鍵處理子程序應(yīng)該盡可能少占用CPU的運行時間，并且盡可能將鍵盤掃描安排在程序空余的時候，以滿足實時準確響應(yīng)按鍵請求的目的。1．掃描法的原理2．掃描法程序設(shè)計23.3.2線反轉(zhuǎn)法及其程序設(shè)計線反轉(zhuǎn)法從本質(zhì)上來說也是一種掃描法。在實際使用過程中，掃描法需要逐列掃描查詢，根據(jù)鍵的位置不同，每次查詢的次數(shù)不一樣。如果按下的鍵位于最后一列時，則要經(jīng)過多次掃描查詢才能獲得該按鍵的位置。而采用線反轉(zhuǎn)法，無論被按得按鍵處于第一列還是最后一列，都只需要經(jīng)過兩步便可以獲得此按鍵的位置。因此，線反轉(zhuǎn)法更加方便。1．線反轉(zhuǎn)法的原理2．線反轉(zhuǎn)法程序設(shè)計23.4矩陣式鍵盤的接口實例前面介紹了矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)，以及單片機系統(tǒng)中經(jīng)常采用的掃描法、線反轉(zhuǎn)法和中斷法。實際的單片機系統(tǒng)中，采用線反轉(zhuǎn)法比較多。這里給出一個完整電路實例，其中采用線反轉(zhuǎn)法來實現(xiàn)單片機對矩陣式鍵盤的識別。單片機根據(jù)鍵值的大小，使LED閃爍相應(yīng)的次數(shù)。23.4.1電路圖系統(tǒng)完整的電路圖，如圖所示。這里的單片機選用ATMEL公司的新型單片機AT89S52，也可以采用其他兼容的51系列單片機，如AT89S51、AT89C51、8051等。23.4.2程序設(shè)計本例的程序功能是采用線反轉(zhuǎn)法來掃描查詢4×4矩陣式鍵盤，如果檢測到按鍵按下，則閃爍發(fā)光二極管，否則將熄滅發(fā)光二極管。1．創(chuàng)建項目2．程序代碼23.5小結(jié)本章詳細講述了鍵盤設(shè)計需要注意的一些問題，然后介紹了獨立式按鍵和矩陣式鍵盤的工作方式。其中著重講了矩陣式鍵盤的掃