1、主講人：施保華AVR單片機C語言程序設(shè)計三峽大學電子設(shè)計及創(chuàng)新實驗室（32學時）第1頁，共30頁。在單片機嵌入式系統(tǒng)中，按鍵和鍵盤是一個基本和常用的接口，它是構(gòu)成人機對話通道的一種常用的方式。按鍵和鍵盤能實現(xiàn)向嵌入式系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、傳輸命令等功能，是人工干預(yù)、設(shè)置和控制系統(tǒng)運行的主要手段。我們先討論簡單的單個按鍵的輸入。2第2頁，共30頁。3第3頁，共30頁。圖9-2 是簡單按鍵輸入接口硬件連接電路圖，圖中單片機的三個I/O 口PC7、PC6、PC5作為輸入口（輸入方式），分別與K3、K2、K1 三個按鍵連接。其中K2 是標準的連接方式，當沒有按下K2 時，PC6 的輸入為高電平，按下K2 輸入

2、為低電平。PC6 引腳上的電平值反映了按鍵的狀態(tài)。按鍵K1 是一種經(jīng)濟的接法，它充分利用了AVR 單片機I/O 口的內(nèi)部上拉特點。在K1的連接中，除了把PC5 定義為輸入方式時（DDRC.5=0），同時設(shè)置PC5 口的上拉電阻有效(PORTC.5=1)，這樣當K1 處在斷開狀態(tài)時，PC5 引腳在內(nèi)部上拉電阻的作用下為穩(wěn)定的高電平（如果上拉電阻無效，則PC5 處在高阻輸入態(tài)，PC5 的輸入易受到干擾，不穩(wěn)定），按下K1 輸入為低電平4第4頁，共30頁。與K2 連接方式比較，K1 連接電路中省掉了一個外部上拉電阻，而在K2的連接方法中，由于外部使用了上拉電阻，所以只要設(shè)置PC6 口為輸入方式即可，

3、該口內(nèi)部的上拉電阻有效與否則不必考慮了。而對于K3 的連接方式，我們不提倡使用，因當K3 按下閉合時，PC7 口直接與Vcc 接通了，有可能會造成大的短路電流流過PC7 引腳，從而把端口燒毀。因此電阻R2 不僅起到上拉的作用，還有限流的作用，通常在5K-50K 之間。5第5頁，共30頁。根據(jù)按鍵連接電路可知，按鍵狀態(tài)的確認就是判別按鍵是否閉合，反映在輸入口的電平就是和按鍵相連的I/O 引腳呈現(xiàn)出高電平或低電平。如果輸入高電平表示斷開的話，那么低電平則表示按鍵閉合，所以簡單的講，在程序中通過檢測引腳電平的高低，便可確認按鍵是否按下。但對于實際的按鍵確認并不是象上面描述的那么簡單。首先要考慮的是按

4、鍵消抖的問題。通常，按鍵的開關(guān)為機械彈性觸點開關(guān)，它是利用機械觸點接觸和分離實現(xiàn)電路的通、斷。6第6頁，共30頁。由于機械觸點的彈性作用，加上人們按鍵時的力度、方向的不同，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，既在按下的幾十毫秒時間里會連續(xù)產(chǎn)生多個脈沖。釋放按鍵時，電路也不會一下斷開，同樣會產(chǎn)生抖動（圖9-3）。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?？赡軐⒍秳赢a(chǎn)生的多個脈沖誤認為多次的按鍵。7第7頁，共

5、30頁。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(shè)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)濟的做法，但增加了軟件設(shè)計的復(fù)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15ms 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8第8頁，共30頁。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。，在

6、程序中一旦檢測到按鍵輸入口為低電平時（圖9-2），便采用（調(diào)用）軟件延時程序延時15ms。然后再次檢測按鍵輸入口，如果還是低電平則表示按鍵按下，轉(zhuǎn)入執(zhí)行按鍵處理程序。如果第二次檢測按鍵輸入口為高電平，則放棄本次按鍵的檢測，從頭開始一次新的按鍵檢測過程。9第9頁，共30頁。10.2 鍵盤接口原理1. 鍵盤輸入的特點鍵盤：一組按鍵開關(guān)的集合。 行線電壓信號通過鍵盤開關(guān)機械觸點的斷開、閉合，輸出波形如圖10-6。10第10頁，共30頁。2. 按鍵的確認 檢測行線電平 高電平：斷開；低電平：閉合，常用軟件來消除按鍵抖動。 基本思想：檢測到有鍵按下，鍵對應(yīng)的行線為低，軟件延時10ms后，行線如仍為低，則

7、確認該行有鍵按下。3.如何消除按鍵的抖動 當鍵松開時，行線變高，軟件延時10ms后，行線仍為高，說明按鍵已松開。采取以上措施，躲開了兩個抖動期t1和t3的影響。11第11頁，共30頁。10.2.2 鍵盤接口的工作原理獨立式按鍵接口和行列式鍵盤接口。1.獨立式鍵盤接口 各鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可很容易判斷那個鍵被按下。此種接口適于鍵數(shù)較少或操作速度較高的場合。圖10-7（a）為中斷方式的獨立式鍵盤工作電路圖10-7（b）為查詢方式的獨立式鍵盤工作電路。12第12頁，共30頁。13第13頁，共30頁。2. 行列式(矩陣式)鍵盤接口 用于按鍵數(shù)目較多的場合，由行

8、線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。如圖10-10所示。 按鍵數(shù)目較多的場合，行列式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口線。14第14頁，共30頁。（1）行列式鍵盤工作原理 無鍵按下，該行線為高電平，當有鍵按下時，行線電平由列線的電平來決定。 由于行、列線為多鍵共用，各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，必須將行、列線信號配合起來并作適當?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。（2）按鍵的識別方法a. 掃描法 圖10-10（b）中3號鍵被按下為例，來說明此鍵時如何被識別出來的。15第15頁，共30頁。識別鍵盤有無鍵被按下的方法，分兩步進行：第1步：識別鍵盤有無鍵按下；第2步：如有鍵被按下，識別出具體的按鍵

9、。 把所有列線置0，檢查各行線電平是否有變化，如有變化，說明有鍵按下，如無變化，則無鍵按下。 上述方法稱為掃描法，即先把某一列置低電平，其余各列為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行線電平為低，可確定此行列交叉點處的按鍵被按下。 b. 線反轉(zhuǎn)法 只需兩步便能獲得此按鍵所在的行列值，線反轉(zhuǎn)法的原理如圖10-11。16第16頁，共30頁。17第17頁，共30頁。第1步：列線輸出為全低電平，則行線中電平由高變低的所在行為按鍵所在行。第2步：行線輸出為全低電平，則列線中電平由高變低所在列為按鍵所在列。 結(jié)合上述兩步，可確定按鍵所在行和列。（3）鍵盤的編碼 根據(jù)實際需要靈活編碼。10.2.3 鍵盤的工

10、作方式 單片機在忙于各項工作任務(wù)時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。18第18頁，共30頁。原則：即要保證能及時響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時間。 通常，鍵盤工作方式有3種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。1. 編程掃描方式 只有當單片機空閑時，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，掃描鍵盤。工作過程：（1）在鍵盤掃描子程序中，先判斷有無鍵按下。方法：PA口8位輸出全0，讀PC口低4位狀態(tài)，若PC0PC3為全1，則說明鍵盤無鍵按下；若不全為1，則說明鍵盤可能有鍵按下。19第19頁，共30頁。（2）用軟件來消除按鍵抖動的影響。如有鍵按下，則進行下一步。（3）求按下鍵的鍵號。（4）等待按鍵釋放后，再進行按鍵功能的處理操作。2. 定時掃描工作方式 利用單片機內(nèi)的定時器，產(chǎn)生10ms的定時中斷，對鍵盤進行掃描。3.中斷工作方式 只有在鍵盤有鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序，如無鍵按下，單片機將不理睬鍵盤。 鍵盤所做的工作分為三個層次，如圖10-13。20第20頁，共30頁。第1層：單片機如何來監(jiān)視鍵盤的輸入。三種工作方 式：編程掃描定時掃描中斷掃描。第2層