項目2簡易計算器設(shè)計副標題2.1學(xué)習(xí)目標［知識目標］

掌握GPIO口的配置方法；

掌握鍵盤的硬件設(shè)計原理；

掌握行列式鍵盤的驅(qū)動原理；

掌握數(shù)碼管的硬件設(shè)計方法及其驅(qū)動原理。

［能力目標］

能夠熟練使用查詢方式識別按鍵；

能夠熟練使用復(fù)用引腳驅(qū)動數(shù)碼管的顯示；

能夠CCITSTC單片機綜合實驗儀Keil編輯環(huán)境下編寫和在線調(diào)試簡易計算器程序。

2.2項目分析選用簡易計算器設(shè)計項目，主要目的是通過該項目簡要介紹鍵盤、數(shù)碼管的驅(qū)動原理和編程方法，具體包括：GPIO口的配置、行列式鍵盤的識別、多位數(shù)碼管的顯示驅(qū)動、GPIO

口的復(fù)用方法和簡易計算器的綜合調(diào)試。簡易計算器項目主要是設(shè)計兩個子任務(wù)：行列式鍵盤掃描和多位數(shù)碼管顯示。通過這兩

個子任務(wù)的整合設(shè)計實現(xiàn)簡易計算器的加、減、乘、除功能。通過該項目的訓(xùn)練，使讀者可以靈活運用鍵盤和數(shù)碼管這兩個常用輸入和輸出模塊，同時進一步熟悉ＳＴＣ單片機的基本資源，為后續(xù)項目的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2.4支撐知識2.4.1行列式鍵盤１鍵盤模型及接口

鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是嵌入式系統(tǒng)中最簡單的數(shù)字量輸入設(shè)備，操作員通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人－機通信。

（１）鍵盤模型

鍵盤的基本電路是一個接觸開關(guān)，通、斷兩種狀態(tài)分別表示０和１，微處理器可以容易地檢測到開關(guān)的閉合。當(dāng)開關(guān)打開時，提供邏輯“１”；當(dāng)開關(guān)

閉合時，提供邏輯“０”。鍵盤接口１）獨立方式。獨立方式是指將每個獨立按鍵按一對一的方式直接接到I/O輸入線上，讀鍵值時直接讀I/O口，每一個鍵的狀態(tài)通過讀入鍵值來反映，所以也稱這種方式為一維直讀方式（按習(xí)慣稱為獨立式）。這種方式查鍵實現(xiàn)簡單，但占用I/O資源較多，一般在鍵的數(shù)量較少時采用。

鍵盤接口２）矩陣方式。矩陣方式是用ｎ條I/O線組成行輸入口，ｍ條I/O線組成列輸出口，在

行列線的每一個交點上設(shè)置一個按鍵。讀鍵值方法一般采用掃描方式，即輸出口按位輪換輸出低電平，再從輸入口讀入鍵信息，最后獲得鍵碼。這種方式占用I/O線較少，在實際應(yīng)用系統(tǒng)中采用較多。

鍵盤的基本問題

為了能實現(xiàn)對鍵盤的編程，應(yīng)該了解下面幾個問題：第一，如何識別鍵盤上的按鍵？第二，如何區(qū)分按鍵是被真正地按下，還是抖動？第三，如何處理重鍵問題？了解這些問題有助于鍵盤編程。

（１）鍵盤識別

如何知道鍵盤上哪個鍵被按下就是鍵的識別問題。若鍵盤上閉合鍵的識別由專用硬件實現(xiàn)，稱為編碼鍵盤；而靠軟件實現(xiàn)的稱為未編碼鍵盤。在這里，主要討論未編碼鍵盤的接口技術(shù)和鍵輸入程序的設(shè)計。識別是否有鍵被按下，主要用查詢法。而要識別鍵盤上哪個鍵被按下，主要有行掃描法。

（２）抖動問題

當(dāng)手按下一個鍵時，會出現(xiàn)所按的鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況，當(dāng)釋放一個按鍵時也會出現(xiàn)類似的情況，這就是抖動問題。抖動持續(xù)的時間因操作者而異，一般為５～１０ｍｓ之間，穩(wěn)定閉合時間一般為十分之幾秒至幾秒，由操作者的按鍵動作所確定。在軟件上，解決抖動的方法通常是延遲等待抖動的消失或多次識別判定。４×４行列式鍵盤驅(qū)動設(shè)計分析

行列式鍵盤掃描驅(qū)動的步驟：

１）判斷有無鍵閉合。

使行線P3.0～P3.3都輸出０，檢測列線P3.4、P3.5、P4.2、P4.4是否全為1。如果有鍵被按下，就會有某一根列線變?yōu)椋?，從而使Ｐ?４、Ｐ３.５、Ｐ４.２、Ｐ４.４不為全１；如果Ｐ３.４、Ｐ３.５、Ｐ４.２、Ｐ４.４為全１，說明無鍵閉合。

２）消除鍵抖動。

在檢測到有鍵閉合后，需延時１０～２０ｍｓ，避開抖動階段，然后再檢測Ｐ３.４、Ｐ３.５、Ｐ４.２、Ｐ４.４是否為全１。如果為全１，作無鍵閉合處理，否則，則進一步檢測閉合鍵鍵號。

３）確定閉合鍵鍵號。

如果有鍵按下，再逐行逐列地掃描，以檢測出所按鍵的鍵號。先使行線Ｐ３.０～Ｐ３.３＝０１１１，分別檢測Ｐ３.４、Ｐ３.５、Ｐ４.２、Ｐ４.４。如果Ｐ３.４為０，則為１號鍵按下了；如果Ｐ３.５為０，則為２號鍵按下了。如果Ｐ３.４、Ｐ３.５、Ｐ４.２、Ｐ４.４都為１，說明Ｐ３.４、Ｐ３.５、Ｐ４.２、Ｐ４.４這一行上沒有鍵被按下，再使Ｐ３.０～Ｐ３.３＝１０１１，并逐列檢查。這樣依次地逐行逐列地掃描，直至找到閉合鍵為止。

鍵盤通用函數(shù)編程2.4.2數(shù)碼管驅(qū)動４位數(shù)碼管驅(qū)動設(shè)計分析

關(guān)于數(shù)碼管的硬件接線，使用宏定義描述硬件接線，且每個接線單獨宏定義，更具普適性，這樣，若數(shù)碼管ＳＥＧ接在ＭＣＵ的不同引腳，只需修改ＳＥＧ的硬件接線宏定義即可。關(guān)于位選問題，設(shè)置靜態(tài)變量ｂｓｅｌ（初值為０ｘ０１）作為數(shù)碼管片選端的位選信號，每隔１０ｍｓ左右，循環(huán)左移１次，由于人眼的“視覺暫留”，可穩(wěn)定地在２個４位數(shù)碼管上穩(wěn)定顯示８個字節(jié)的數(shù)據(jù)。

2.5項目實施

通過行列式鍵盤掃描，在兩個４位數(shù)碼管上動態(tài)顯示相應(yīng)的鍵值和計算結(jié)果值。定義三個字符ａ、ｂ、ｃ作為操作數(shù)、被操作數(shù)以及結(jié)果，利用顯示緩存來存放鍵盤輸入的數(shù)值，主循環(huán)中不斷調(diào)用顯示函數(shù)及鍵盤掃描函數(shù)，確保穩(wěn)定顯示以及按鍵能得到及時響應(yīng)。如果有鍵被按下，就將顯示緩存現(xiàn)有的內(nèi)容右移一位，將按鍵的鍵值填入顯示緩存的最高位，同時在ＬＥＤ顯示器上顯示出來，當(dāng)按下“＋、－、"、／”任意符號鍵時，先將顯示緩存中已輸入的數(shù)值保存到字符ａ中作為被操作數(shù)，然后把后續(xù)的按鍵值再逐次放到顯示緩存中，當(dāng)按下“＝”鍵時，再將顯示緩存中已輸入的數(shù)值保存到字符ｂ中作為操作數(shù)，同時運算得出結(jié)果，并保存在字符ｃ中，將ｃ的數(shù)值顯示在數(shù)碼管上；當(dāng)下“Ｃ”鍵時，表示清零。

2.6項目小結(jié)程序中，可利用顯示緩存來存放輸入的鍵值，主循環(huán)中應(yīng)不斷調(diào)用顯示函數(shù)keycount()函數(shù)和segdisp(dbuf)函數(shù)，實現(xiàn)計算器功能，按鍵掃描函數(shù)和數(shù)碼管顯示函數(shù)均通過構(gòu)建通用函數(shù)實現(xiàn)構(gòu)建化編程。本實驗通過IAP15F2K61S2與74HC138連接，對7