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;另(ling)一(yi)類(lei)是(shi)無(wu)觸(chu)點(dian)式(shi)開(kai)關(guan)按(an)鍵(jian),如(ru)電(dian)氣(qi)式(shi)按(an)鍵(jian),磁(ci)感(gan)應(ying)按(an)鍵(jian)等(deng)。前(qian)者(zhe)造(zao)價(jia)低(di),後(hou)者(zhe)壽(shou)命(ming)長(chang)。目(mu)前(qian),微(wei)機(ji)係(xi)統(tong)中(zhong)最(zui)常(chang)見(jian)的(de)是(shi)觸(chu)點(dian)式(shi)開(kai)關(guan)按(an)鍵(jian)。
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;另(ling)一(yi)類(lei)是(shi)無(wu)觸(chu)點(dian)式(shi)開(kai)關(guan)按(an)鍵(jian),如(ru)電(dian)氣(qi)式(shi)按(an)鍵(jian),磁(ci)感(gan)應(ying)按(an)鍵(jian)等(deng)。前(qian)者(zhe)造(zao)價(jia)低(di),後(hou)者(zhe)壽(shou)命(ming)長(chang)。目(mu)前(qian),微(wei)機(ji)係(xi)統(tong)中(zhong)最(zui)常(chang)見(jian)的(de)是(shi)觸(chu)點(dian)式(shi)開(kai)關(guan)按(an)鍵(jian)。
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TTLluojidianping,yibianyutongyongshuzixitongdeluojidianpingxiangrong。jixieshianjianzaianxiahuoshifangshi,youyujixiedanxingzuoyongdeyingxiang,tongchangbansuiyouyidingdeshijianchudianjixiedoudong,ranhouqichudiancaiwendingxialai。qidoudongguochengruxiatu1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.有you可ke靠kao的de邏luo輯ji處chu理li辦ban法fa。每mei次ci隻zhi處chu理li一yi個ge按an鍵jian,期qi間jian對dui任ren何he按an鍵jian的de操cao作zuo對dui係xi統tong不bu產chan生sheng影ying響xiang,且qie無wu論lun一yi次ci按an鍵jian時shi間jian有you多duo長chang,係xi統tong僅jin執zhi行xing一yi次ci按an鍵jian功gong能neng程cheng序xu。
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。
dulianjianshuliangshao,kegenjushijixuyaolinghuobianma。juzhenjianpan,anjiandeweizhiyouxinghaoheliehaoweiyiqueding,yincikeyifenbieduixinghaoheliehaojinxingerjinzhibianma,ranhouliangzhihechengyigezijie,gao4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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