單片機中的獨立按鍵與矩陣鍵盤
發布時間:2020-05-18 責任編輯:lina
【導讀】按鍵按照結構原理科分為兩類,一類是觸點式開關按鍵,如機械式開關、導電橡膠式開關燈;lingyileishiwuchudianshikaiguananjian,rudianqishianjian,ciganyinganjiandeng。qianzhezaojiadi,houzheshoumingchang。muqian,weijixitongzhongzuichangjiandeshichudianshikaiguananjian。
1.按鍵分類與輸入原理
按鍵按照結構原理科分為兩類,一類是觸點式開關按鍵,如機械式開關、導電橡膠式開關燈;lingyileishiwuchudianshikaiguananjian,rudianqishianjian,ciganyinganjiandeng。qianzhezaojiadi,houzheshoumingchang。muqian,weijixitongzhongzuichangjiandeshichudianshikaiguananjian。
在(zai)單(dan)片(pian)機(ji)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)中(zhong),除(chu)了(le)複(fu)位(wei)按(an)鍵(jian)有(you)專(zhuan)門(men)的(de)複(fu)位(wei)電(dian)路(lu)及(ji)專(zhuan)一(yi)的(de)複(fu)位(wei)功(gong)能(neng)外(wai),其(qi)他(ta)按(an)鍵(jian)都(dou)是(shi)以(yi)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai)來(lai)設(she)置(zhi)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)或(huo)輸(shu)入(ru)數(shu)據(ju)的(de)。當(dang)所(suo)設(she)置(zhi)的(de)功(gong)能(neng)鍵(jian)或(huo)數(shu)字(zi)鍵(jian)按(an)下(xia)時(shi),計(ji)算(suan)機(ji)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)應(ying)完(wan)成(cheng)該(gai)按(an)鍵(jian)所(suo)設(she)定(ding)的(de)功(gong)能(neng),鍵(jian)信(xin)息(xi)輸(shu)入(ru)時(shi)與(yu)軟(ruan)件(jian)結(jie)構(gou)密(mi)切(qie)相(xiang)關(guan)的(de)過(guo)程(cheng)。
對於一組鍵或一個鍵盤,總有一個接口電路與CPU相連。CPU可ke以yi采cai用yong查zha詢xun或huo中zhong斷duan方fang式shi了le解jie有you無wu將jiang按an鍵jian輸shu入ru,並bing檢jian查zha是shi哪na一yi個ge按an鍵jian按an下xia,將jiang該gai鍵jian號hao送song人ren累lei加jia器qi,然ran後hou通tong過guo跳tiao轉zhuan指zhi令ling轉zhuan入ru執zhi行xing該gai鍵jian的de功gong能neng程cheng序xu,執zhi行xing完wan成cheng後hou再zai返fan回hui主zhu程cheng序xu。
2.按鍵結構與特點
微機鍵盤通常使用機械觸點式按鍵開關,其主要功能式把機械上的通斷轉換為電氣上的邏輯關係。也就是說,它能提供標準的TTL邏(luo)輯(ji)電(dian)平(ping),以(yi)便(bian)於(yu)通(tong)用(yong)數(shu)字(zi)係(xi)統(tong)的(de)邏(luo)輯(ji)電(dian)平(ping)相(xiang)容(rong)。機(ji)械(xie)式(shi)按(an)鍵(jian)再(zai)按(an)下(xia)或(huo)釋(shi)放(fang)時(shi),由(you)於(yu)機(ji)械(xie)彈(dan)性(xing)作(zuo)用(yong)的(de)影(ying)響(xiang),通(tong)常(chang)伴(ban)隨(sui)有(you)一(yi)定(ding)的(de)時(shi)間(jian)觸(chu)點(dian)機(ji)械(xie)抖(dou)動(dong),然(ran)後(hou)其(qi)觸(chu)點(dian)才(cai)穩(wen)定(ding)下(xia)來(lai)。其(qi)抖(dou)動(dong)過(guo)程(cheng)如(ru)下(xia)圖(tu)1所示,抖動時間的長短與開關的機械特性有關,一般為5-10ms。在(zai)觸(chu)點(dian)抖(dou)動(dong)期(qi)間(jian)檢(jian)測(ce)按(an)鍵(jian)的(de)通(tong)與(yu)斷(duan),可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)判(pan)斷(duan)出(chu)錯(cuo),即(ji)按(an)鍵(jian)一(yi)次(ci)按(an)下(xia)或(huo)釋(shi)放(fang)錯(cuo)誤(wu)的(de)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)多(duo)次(ci)操(cao)作(zuo),這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)是(shi)不(bu)允(yun)許(xu)出(chu)現(xian)的(de)。為(wei)了(le)克(ke)服(fu)你(ni)、按鍵觸點機械抖動所致的檢測誤判,必須采取消抖措施。按鍵較少時,可采用硬件消抖;按鍵較多式,采用軟件消抖。
圖1 按鍵觸點機械抖動
(1)按鍵編碼
一組按鍵或鍵盤都要通過I/O口(kou)線(xian)查(zha)詢(xun)按(an)鍵(jian)的(de)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai)。根(gen)據(ju)鍵(jian)盤(pan)結(jie)構(gou)的(de)不(bu)同(tong),采(cai)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)編(bian)碼(ma)。無(wu)論(lun)有(you)無(wu)編(bian)碼(ma),以(yi)及(ji)采(cai)用(yong)什(shen)麼(me)編(bian)碼(ma),最(zui)後(hou)都(dou)要(yao)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)為(wei)與(yu)累(lei)加(jia)器(qi)中(zhong)數(shu)值(zhi)相(xiang)對(dui)應(ying)的(de)鍵(jian)值(zhi),以(yi)實(shi)現(xian)按(an)鍵(jian)功(gong)能(neng)程(cheng)序(xu)的(de)跳(tiao)轉(zhuan)。
(2)鍵盤程序
一個完整的鍵盤控製程序應具備以下功能:
a.檢測有無按鍵按下,並采取硬件或軟件措施消抖。
b.youkekaodeluojichulibanfa。meicizhichuliyigeanjian,qijianduirenheanjiandecaozuoduixitongbuchanshengyingxiang,qiewulunyicianjianshijianyouduochang,xitongjinzhixingyicianjiangongnengchengxu。
c.準確輸出按鍵值(或鍵號),以滿足跳轉指令要求。
3.獨立按鍵與矩陣鍵盤
(1)獨立按鍵
單片機控製係統中,如果隻需要幾個功能鍵,此時,可采用獨立式按鍵結構。
獨立按鍵式直接用I/O口線構成的單個按鍵電路,其特點式每個按鍵單獨占用一根I/O口線,每個按鍵的工作不會影響其他I/O口線的狀態。獨立按鍵的典型應用如圖所示。獨立式按鍵電路配置靈活,軟件結構簡單,但每個按鍵必須占用一個I/O口線,因此,在按鍵較多時,I/O口線浪費較大,不宜采用。獨立按鍵如圖2所示。

圖2 獨立鍵盤
獨立按鍵的軟件常采用查詢式結構。先逐位查詢沒跟I/O口線的輸入狀態,如某一根I/O口線輸入為低電平,則可確認該I/O口線所對應的按鍵已按下,然後,再轉向該鍵的功能處理程序。
(2)矩陣鍵盤
單片機係統中,若使用按鍵較多時如電子密碼鎖、電話機鍵盤等一般都至少有12到16個按鍵,通常采用矩陣鍵盤。
矩陣鍵盤又稱行列鍵盤,它是用四條I/O線作為行線,四條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每個交叉點上設置一個按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個數就為4*4個。這種行列式鍵盤結構能有效地提高單片機係統中I/O口的利用率。
矩陣鍵盤的工作原理
最常見的鍵盤布局如圖3所示。一般由16個按鍵組成,在單片機中正好可以用一個P口實現16個按鍵功能,這也是在單片機係統中最常用的形式,4*4矩陣鍵盤的內部電路如圖4所示。

圖3 矩陣鍵盤布局圖

圖4 矩陣鍵盤內部電路圖
當無按鍵閉合時,P3.0~P3.3與P3.4~P3.7之間開路。當有鍵閉合時,與閉合鍵相連的兩條I/O口線之間短路。判斷有無按鍵按下的方法是:第一步,置列線P3.4~P3.7為輸入狀態,從行線P3.0~P3.3輸出低電平,讀入列線數據,若某一列線為低電平,則該列線上有鍵閉合。第二步,行線輪流輸出低電平,從列線P3.4~P3.7durushuju,ruoyoumouyilieweididianping,zeduiyingxingxianshangyoujiananxia。zongheyierliangbudejieguo,kequedinganjianbianhao。danshijianbiheyicizhinengjinxingyicijiangongnengcaozuo,yincixudengdaoanjianshifanghou,zaijinxingjiangongnengcaozuo,fouzeanyicijian,youkenenghuilianxuduocijinxingtongyangdejiancaozuo。
識別按鍵的方法很多其中,最常見的方法是掃描法
按(an)鍵(jian)按(an)下(xia)時(shi),與(yu)此(ci)鍵(jian)相(xiang)連(lian)的(de)行(xing)線(xian)與(yu)列(lie)線(xian)導(dao)通(tong),行(xing)線(xian)在(zai)無(wu)按(an)鍵(jian)按(an)下(xia)時(shi)處(chu)在(zai)高(gao)電(dian)平(ping)。如(ru)果(guo)所(suo)有(you)的(de)列(lie)線(xian)都(dou)處(chu)在(zai)高(gao)電(dian)平(ping),則(ze)按(an)鍵(jian)按(an)下(xia)與(yu)否(fou)不(bu)會(hui)引(yin)起(qi)行(xing)線(xian)電(dian)平(ping)的(de)變(bian)化(hua),因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)使(shi)所(suo)有(you)列(lie)線(xian)處(chu)在(zai)電(dian)平(ping)。這(zhe)樣(yang),當(dang)有(you)按(an)鍵(jian)按(an)下(xia)時(shi),改(gai)鍵(jian)所(suo)在(zai)的(de)行(xing)電(dian)平(ping)才(cai)回(hui)由(you)高(gao)變(bian)低(di)。才(cai)能(neng)判(pan)斷(duan)相(xiang)應(ying)的(de)行(xing)有(you)鍵(jian)按(an)下(xia)。
獨(du)立(li)按(an)鍵(jian)數(shu)量(liang)少(shao),可(ke)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)需(xu)要(yao)靈(ling)活(huo)編(bian)碼(ma)。矩(ju)陣(zhen)鍵(jian)盤(pan),按(an)鍵(jian)的(de)位(wei)置(zhi)由(you)行(xing)號(hao)和(he)列(lie)號(hao)唯(wei)一(yi)確(que)定(ding),因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)分(fen)別(bie)對(dui)行(xing)號(hao)和(he)列(lie)號(hao)進(jin)行(xing)二(er)進(jin)製(zhi)編(bian)碼(ma),然(ran)後(hou)兩(liang)值(zhi)合(he)成(cheng)一(yi)個(ge)字(zi)節(jie),高(gao)4位是行號,低4位是列號。
4.鍵盤的工作方式
對鍵盤的響應取決於鍵盤的工作方式,鍵盤的工作方式應根據實際應用係統中的CPU的工作狀況而定,其選取的原則是既要保證CPU能及時響應按鍵操作,又不要過多占用CPU的工作時間。通常鍵盤的工作方式有三種,編程掃描、定時掃描和中斷掃描。
(1)編程掃描方式
編程掃描方式是利用CPU完成其它工作的空餘時間,調用鍵盤掃描子程序來響應鍵盤輸入的要求。在執行鍵功能程序時,CPU不再響應鍵輸入要求,直到CPU重新掃描鍵盤為止。
(2)定時掃描方式
定時掃描方式就是每隔一段時間對鍵盤掃描一次,它利用單片機內部的定時器產生一定時間(例如10ms)的定時,當定時時間到就產生定時器溢出中斷。CPU響應中斷後對鍵盤進行掃描,並在有按鍵按下時識別出該鍵,再執行該鍵的功能程序。
(3)中斷掃描方式
上述兩種鍵盤掃描方式,無論是否按鍵,CPU都要定時掃描鍵盤,而單片機應用係統工作時,並非經常需要鍵盤輸入,因此,CPU經常處於空掃描狀態。
為提高CPU工作效率,可采用中斷掃描工作方式。其工作過程如下:當無按鍵按下時,CPU處理自己的工作,當有按鍵按下時,產生中斷請求,CPU轉去執行鍵盤掃描子程序,並識別鍵號。
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