單片機(jī)教程-鍵盤程序設(shè)計(jì)23課件

第23章鍵盤程序設(shè)計(jì)一個(gè)好的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，通常要有優(yōu)秀的人機(jī)交互接口。鍵盤是與單片機(jī)進(jìn)行人機(jī)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(gè)開關(guān)量。人們通過鍵盤輸入一些命令或數(shù)據(jù)，以達(dá)到控制單片機(jī)運(yùn)行的目的。常用的鍵盤有獨(dú)立式按鍵鍵盤和矩陣式按鍵鍵盤兩種。獨(dú)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(fù)雜的系統(tǒng)，可以最大限度地使用單片機(jī)的引腳資源。本章主要介紹了獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵鍵盤輸入的相關(guān)知識(shí)及其編程接口。23.1鍵盤接口概述鍵盤就是在人機(jī)交互系統(tǒng)中用來輸入控制信號(hào)或數(shù)據(jù)的接口。其中，人機(jī)交互系統(tǒng)是一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)的組成部分，用來使單片機(jī)識(shí)別不同的輸入信號(hào)，并做出不同的響應(yīng)。對(duì)于一個(gè)優(yōu)秀的人機(jī)鍵盤接口設(shè)計(jì)，需要占用合理的單片機(jī)資源，并能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地響應(yīng)用戶的輸入信息。在進(jìn)行單片機(jī)鍵盤接口設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要注意如下幾個(gè)方面。23.1.1按鍵編碼按鍵的編碼也就是每個(gè)按鍵在單片機(jī)程序設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)應(yīng)的鍵值。每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的鍵值。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，鍵盤將向單片機(jī)發(fā)送該按鍵對(duì)應(yīng)的鍵值，單片機(jī)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(jī)的I/O線與CPU進(jìn)行通信。其中單片機(jī)I/O線接收的是高低邏輯電平信號(hào)，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(jì)的主要任務(wù)就是選擇合理的鍵盤結(jié)構(gòu)，為每個(gè)按鍵分配不同的I/O輸入信號(hào)，以供單片機(jī)識(shí)別并響應(yīng)。23.1.3程序檢測及響應(yīng)單片機(jī)對(duì)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(fù)查詢每一個(gè)按鍵的狀態(tài)，因此會(huì)占用大量的CPU處理時(shí)間，這種方法適用于一般用途的程序。中斷法是當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候向CPU申請(qǐng)中斷，平時(shí)不會(huì)占用CPU處理時(shí)間，適用于一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的復(fù)雜單片機(jī)系統(tǒng)。程序中，對(duì)鍵盤的處理應(yīng)該包括如下幾個(gè)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(shí)程序，用來實(shí)現(xiàn)軟件去抖動(dòng)，消除抖動(dòng)的影響；掃描按鍵，準(zhǔn)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(dú)立式按鍵及其編程接口鍵盤有很多種類型，對(duì)于簡單的系統(tǒng)，如果按鍵個(gè)數(shù)比較少、單片機(jī)資源比較寬裕，則可以使用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)，這樣可以簡化程序設(shè)計(jì)。23.2.1獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)獨(dú)立式按鍵采用每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一個(gè)I/O口的結(jié)構(gòu)，這是最簡單的鍵盤輸入設(shè)計(jì)。當(dāng)按下和釋放按鍵時(shí)，輸入到I/O端口的電平是不一樣的，單片機(jī)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(gè)按鍵被按下，并執(zhí)行相應(yīng)的程序段。1．獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)23.34×4矩陣式鍵盤及其編程接口對(duì)于比較復(fù)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(jì)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(diǎn)上，這樣便構(gòu)成16個(gè)按鍵。交叉點(diǎn)的行列線是不連接的，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，此交叉點(diǎn)處的行線和列線導(dǎo)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(jī)的一個(gè)8位的并行端口上，程序中分別對(duì)行線和列線進(jìn)行不同的操作便可以確定按鍵的狀態(tài)。這樣，只占用一個(gè)8位的并口便可以實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵，因此矩陣式鍵盤對(duì)端口的利用率很高。23.3.1掃描法及其程序設(shè)計(jì)掃描法是在程序中反復(fù)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(shí)候，單片機(jī)不能再次響應(yīng)按鍵請(qǐng)求。因此，單片機(jī)的按鍵處理子程序應(yīng)該盡可能少占用CPU的運(yùn)行時(shí)間，并且盡可能將鍵盤掃描安排在程序空余的時(shí)候，以滿足實(shí)時(shí)準(zhǔn)確響應(yīng)按鍵請(qǐng)求的目的。1．掃描法的原理2．掃描法程序設(shè)計(jì)23.3.2線反轉(zhuǎn)法及其程序設(shè)計(jì)線反轉(zhuǎn)法從本質(zhì)上來說也是一種掃描法。在實(shí)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(shí)，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(jì)23.4矩陣式鍵盤的接口實(shí)例前面介紹了矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)，以及單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常采用的掃描法、線反轉(zhuǎn)法和中斷法。實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)中，采用線反轉(zhuǎn)法比較多。這里給出一個(gè)完整電路實(shí)例，其中采用線反轉(zhuǎn)法來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)矩陣式鍵盤的識(shí)別。單片機(jī)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(jī)選用ATMEL公司的新型單片機(jī)AT89S52，也可以采用其他兼容的51系列單片機(jī)，如AT89S51、AT89C51、8051等。23.4.2程序設(shè)計(jì)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(xiàng)目2．程序代碼23.5小結(jié)本章詳細(xì)講述了鍵盤設(shè)計(jì)需要注意的一些問題，然后介紹了獨(dú)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