項(xiàng)目7單片機(jī)的按鍵項(xiàng)目導(dǎo)讀：

單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)的一類，同樣有輸入輸出（I/O）系統(tǒng)。按鍵是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外設(shè)常見(jiàn)的輸入設(shè)備。在單片機(jī)系統(tǒng)中，按鍵數(shù)目一般比較少，常采用獨(dú)立按鍵方式或矩陣按鍵方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸入功能。本項(xiàng)目首先介紹機(jī)械按鍵相關(guān)知識(shí)，再分析按鍵與單片機(jī)接口的連接，最后通過(guò)典型程序代碼段展示單片機(jī)按鍵功能。任務(wù)7.1獨(dú)立按鍵輸入控制LED狀態(tài)的設(shè)計(jì)與仿真任務(wù)描述：

本任務(wù)要求利用AT89C51單片機(jī)的I/O接口連接4個(gè)獨(dú)立按鍵和4位LED，使獨(dú)立按鍵動(dòng)作被LED的狀態(tài)反映出來(lái)。用Keil、Proteus等開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)搭建、編程、仿真，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立按鍵控制LED亮滅狀態(tài)的功能。

鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸入設(shè)備。

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，操作人員一般都是通過(guò)鍵盤向單片機(jī)系統(tǒng)輸入指令、地址、數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)交互。7.1.1鍵盤的工作原理

鍵盤實(shí)際上是一組按鍵開關(guān)的集合，平時(shí)按鍵開關(guān)總是處于斷開狀態(tài)，當(dāng)按下鍵時(shí)它才閉合。按鍵開關(guān)結(jié)構(gòu)和按鍵產(chǎn)生的波形如下圖

所示。1．按鍵的識(shí)別

當(dāng)按鍵未按下時(shí)，開關(guān)處于斷開狀態(tài)，向P1.1輸入高電平；

當(dāng)按鍵按下時(shí)，開關(guān)處于閉合狀態(tài)，向P1.1輸入低電平。

因此，可通過(guò)讀入P1.1的高低電平狀態(tài)來(lái)判斷按鍵是否按下。2．按鍵的消抖

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常按鍵開關(guān)為機(jī)械式開關(guān)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，按鍵開關(guān)在閉合時(shí)往往不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，斷開時(shí)也不會(huì)馬上斷開，因而在閉合和斷開的瞬間都會(huì)伴隨著一串抖動(dòng)，其波形如下圖所示。2．按鍵的消抖

按下鍵時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)稱為前沿抖動(dòng)，松開鍵時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)稱為后沿抖動(dòng)。如果不對(duì)抖動(dòng)做處理，會(huì)出現(xiàn)按一次鍵而確認(rèn)多次的情況，為確保按一次鍵只確認(rèn)一次，必須消除按鍵抖動(dòng)。

消除按鍵抖動(dòng)通常有硬件消抖和軟件消抖兩種方法。硬件消抖是通過(guò)在按鍵輸出電路上添加一定的硬件線路來(lái)消除抖動(dòng)，一般采用R-S觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)。

由兩個(gè)與非門組成的R-S觸發(fā)器消抖電路如下圖所示。

當(dāng)未按下按鍵時(shí)，開關(guān)倒向下方，上面的與非門輸入高電平，下面的與非門輸入低電平，輸出端輸出高電平。

當(dāng)按下按鍵時(shí)，開關(guān)倒向上方，上面的與非門輸入低電平，下面的與非門輸入高電平，由于R-S觸發(fā)器的反饋?zhàn)饔?，使輸出端迅速地變?yōu)榈碗娖?，而不?huì)產(chǎn)生抖動(dòng)波形，而當(dāng)按鍵松開時(shí)，輸出端迅速地回到高電平而不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)波形。

經(jīng)過(guò)圖中的R-S觸發(fā)器消抖后，輸出端的信號(hào)就變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的矩形波。

軟件消抖是利用延時(shí)程序消除抖動(dòng)。

由于抖動(dòng)時(shí)間都比較短，因此可以這樣處理：當(dāng)檢測(cè)到有鍵被按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)程序跳過(guò)抖動(dòng)，再去檢測(cè)，通過(guò)兩次檢測(cè)來(lái)識(shí)別一次按鍵，這樣就可以消除前沿抖動(dòng)的影響。

對(duì)于后沿抖動(dòng)，由于在接收一個(gè)鍵位后，一般都要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間再去檢測(cè)是否按鍵，這樣就自然跳過(guò)后沿抖動(dòng)時(shí)間而消除后沿抖動(dòng)了。當(dāng)然在第二次檢測(cè)時(shí)有可能發(fā)現(xiàn)又沒(méi)有鍵被按下，這是怎么回事呢？這種情況一般是線路受到外部電路干擾使輸入端產(chǎn)生干擾脈沖，這時(shí)就認(rèn)為鍵沒(méi)有被按下。7.1.2獨(dú)立式鍵盤與單片機(jī)的接口

獨(dú)立式鍵盤就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根I/O接口線，每根I/O接口線上的按鍵都不會(huì)影響其他的I/O接口線。

因此，通過(guò)檢測(cè)各I/O接口線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷出哪個(gè)按鍵被按下了。

7.1.2獨(dú)立式鍵盤與單片機(jī)的接口

獨(dú)立式鍵盤與單片機(jī)的接口如下圖所示。

獨(dú)立式鍵盤的電路配置靈活、簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵要占用一根I/O接口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O接口線需求很大。故一般僅在按鍵數(shù)量不多時(shí)采用這種形式。任務(wù)7.2矩陣按鍵輸入控制數(shù)碼管顯示的設(shè)計(jì)與仿真任務(wù)描述：

本任務(wù)要求利用AT89C52單片機(jī)的I/O接口連接16位矩陣按鍵，使矩陣按鍵動(dòng)作控制數(shù)碼管顯示。用Keil、Proteus等開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)搭建、編程、仿真，實(shí)現(xiàn)矩陣按鍵控制數(shù)碼管數(shù)字的功能。7.2.1矩陣按鍵的結(jié)構(gòu)

矩陣鍵盤又叫行列式鍵盤。

它用兩組I/O接口線排列成行、列結(jié)構(gòu)，一組設(shè)定為輸入，另一組設(shè)定為輸出，輸入線要帶上拉電阻器，鍵位設(shè)置在行、列線的交點(diǎn)上，按鍵的一端接行線，另一端接列線。

由4根行線和4根列線組成的4×4矩陣鍵盤如下圖所示。

行線為輸入，列線為輸出，可管理4×4=16個(gè)鍵。矩陣鍵盤占用的I/O接口線數(shù)目少，圖中4×4矩陣鍵盤總共只用了8根I/O接口線，比獨(dú)立式鍵盤少了一半，而且鍵位越多，情況越明顯。因此，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，往往采用矩陣鍵盤。

矩陣鍵盤的處理一般需注意兩個(gè)方面：鍵位的編碼和鍵位的識(shí)別。1．鍵位的編碼

矩陣鍵盤的編碼通常有兩種：二進(jìn)制組合編碼和順序排列編碼。

二進(jìn)制組合編碼如圖所示，每一根行線有一個(gè)編碼，每一根列線也有一個(gè)編碼，行線的編碼從下到上分別為1、2、4、8，列線的編碼從右到左分別為1、2、4、8，每個(gè)鍵位的編碼直接用該鍵位的行線編碼和列線編碼組合得到。1．鍵位的編碼

圖中4×4鍵盤從右到左、從下到上的鍵位編碼分別是十六進(jìn)制數(shù)11、12、14、18、21、22、24、28、41、42、44、48、81、82、84、88。這種編碼過(guò)程簡(jiǎn)單，但得到的編碼復(fù)雜、不連續(xù)，程序處理起來(lái)不方便。

順序排列編碼如圖所示，每一行有一個(gè)行首碼，每一列有一個(gè)列號(hào)，4行的行首碼從下到上分別為0、4、8、12，4列的列號(hào)從右到左分別是0、1、2、3，每個(gè)鍵位的編碼用行首碼加列號(hào)得到，即編碼=行首碼+列號(hào)。

圖中4×4鍵盤從右到左、從下到上的鍵位編碼分別是十六進(jìn)制數(shù)0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。這種編碼雖然編碼過(guò)程復(fù)雜，但得到的編碼簡(jiǎn)單、連續(xù)，程序處理起來(lái)方便。

現(xiàn)在矩陣鍵盤一般都采用順序排列編碼。2．鍵位的識(shí)別

矩陣鍵盤鍵位的識(shí)別可分為兩步：第一步是檢測(cè)鍵盤上是否有鍵被按下；第二步是識(shí)別哪一個(gè)鍵被按下。

第一步，檢測(cè)鍵盤上是否有鍵被按下的處理方法：將列線送入全掃描字，讀入行線的狀態(tài)來(lái)判別。

2．鍵位的識(shí)別

以圖為例，其具體過(guò)程如下：P2口低4位輸出都為低電平，然后讀連接行線的P1口低4位（P1內(nèi)部自帶上拉電阻器），如果讀入的內(nèi)容都是高電平，說(shuō)明沒(méi)有鍵被按下，則不用做第二步；如果讀入的內(nèi)容不全為1，則說(shuō)明有鍵被按下，再做第二步，識(shí)別是哪一個(gè)鍵被按下。

第二步，識(shí)別鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下的處理方法：將列線逐列置成低電平，檢查行輸入狀態(tài)，稱為逐列掃描。

其具體過(guò)程如下：從P2.0開始，依次輸出0，置對(duì)應(yīng)的列線為低電平，其他列為高電平，然后從P1低4位讀入行線狀態(tài)。在掃描某列時(shí)，如果讀入的行線全為1，則說(shuō)明被按下的鍵不在此列；如果讀入的行線不全為1，則被按下的鍵在此列，而且是該列與0電平行線相交的點(diǎn)上的鍵。

為求取編碼，在逐列掃描時(shí)，可用計(jì)數(shù)器記錄下當(dāng)前掃描列的列號(hào)，檢測(cè)到第幾行有鍵被按下，就用該行的行首碼加列號(hào)得到當(dāng)前按鍵的編碼。7.2.2矩陣鍵盤的工作方式

矩陣鍵盤常采用查詢工作方式和中斷工作方式。

查詢工作方式是直接在主程