按鍵控制鍵盤檢測原理與應(yīng)用一、任務(wù)目標:認知目標1、掌握按鍵分類及工作原理2、掌握IF條件選擇結(jié)構(gòu)和使用方法3、掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)和使用原理4、掌握獨立按鍵子函數(shù)的編寫原理及方法1、 獨立鍵盤在簡單的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，往往只需要幾個功能鍵就能滿足要求，此時，可采用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)。獨立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是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它I/O口線的狀態(tài)。獨立式按鍵的典型應(yīng)用如圖1.2.1所示。獨立式按鍵示意圖獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜采用。 程序開始，檢測按鍵是否被按下，若按下，則移動機器人啟動，未被按下，繼續(xù)檢測。這里將程序分成三個部分，分別是延時子函數(shù)、按鍵子函數(shù)、主函數(shù)。延時子函數(shù)，通過參數(shù)t設(shè)置延時時間；按鍵模塊子函數(shù)需用到延時函數(shù)，對按鍵進行消抖；主函數(shù)主要調(diào)用按鍵檢測程序，實現(xiàn)對移動機器人的控制。程序流程圖如圖1.2.2所示程序流程圖程序示例：在編寫程序開始的部分，將系統(tǒng)頭文件“STC89C52RC.H”包含進來，對常用的變量類型進行宏定義，規(guī)劃各函數(shù)和變量，對變量進行定義和初始化，對自定義子函數(shù)進行聲明并添加相應(yīng)標注，程序開始部分如下sbit IN1=P10;sbit IN2=P11;Void key()；編寫主函數(shù)，在主函數(shù)中就是調(diào)用按鍵檢測函數(shù)。Void main() key(); 編寫key（）按鍵檢測函數(shù)，按鍵按下，輸出低電平，通過if語句檢測低電平，延時10ms后，再次檢測，若檢測為高電平，則表示為機械抖動，若檢測到低電平表示按鍵按下。 Void key() if(IN1=0) delay_ms(10); if(IN1=0) while(IN1=0); IN2=IN2； 在上面的程序中，就只有一個檢查按鍵掃描的函數(shù)key()，key()函數(shù)是檢查有沒有按鍵按下編寫的。當有按鍵下的時候P2口取反。2、 矩陣鍵盤（1）矩陣連接式鍵盤 在單片機系統(tǒng)中鍵盤中按鈕數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，常常將按鈕排列成矩陣形式，如下圖所示：矩陣鍵盤形式 矩陣按鍵實物圖矩陣連接式鍵盤鍵按矩陣排列,各鍵處于矩陣行/列的結(jié)點處,CPU通過對連在行(列)的I/O線送已知電平的信號,然后讀取列(行)線的狀態(tài)信息。逐線掃描,得出鍵碼。其特點是鍵多時占用I/O口線少,硬件資源利用合理，但判斷按鍵速度慢。多用于設(shè)置數(shù)字鍵，適用于鍵數(shù)多的場合。 （2）按鍵識別方法 掃描法第1步，識別鍵盤有無鍵按下；第2步，如有鍵被按下，識別出具體的鍵位。其工作過程為先把所有列線均置為0，然后檢查各行線電平是否都為高，如果不全為高，說明有鍵按下，否則無鍵被按下。再采用逐列掃描法，在某一時刻只讓1條列線處于低電平，其余所有列線處于高電平，識別出按鍵具體位置。綜上所述，掃描法的思想是，先把某一列置為低電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行線電平為低電平，則可確定此行此列交叉點處的按鍵被按下。 線反轉(zhuǎn)法線反轉(zhuǎn)法的具體步驟為讓行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并使輸出線輸出為全低電平，則行線中電平由高變低的所在行為按鍵所在行。再把行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并使輸出線輸出為全低電平，則列線中電平由高變低所在列為按鍵所在列。程序編寫矩陣式鍵盤最主要的是按鍵識別，按鍵識別是采用線翻轉(zhuǎn)的方法。線翻轉(zhuǎn)法是先讓P2= 0xf0；當有按鍵按下時P2口的狀態(tài)就會改變不在是0xf0，當按鍵按下時，P2的狀態(tài)改變了，此時存儲當前P2口的狀態(tài)1，然后讓P2=0xf0因為程序執(zhí)行時間很短，此時按鍵還沒抬起來，由于按鍵按下的原因P2狀態(tài)不再是0xf0，存儲此時P2口的狀態(tài)2，把狀態(tài)1與狀態(tài)2的值相或，因為每個按鍵按下的值都是不一樣的，根據(jù)按鍵返回的值給數(shù)碼管賦不同的斷碼值，從而達到顯示0F的目的。利用線反轉(zhuǎn)法編寫程序流程如圖1.2.4所示：程序流程圖程序示例 編寫keyscan函數(shù)注釋，定義keyscan函數(shù)并編寫框架。keyscan函數(shù)主要負責掃描矩陣鍵盤是否被按下，并且根據(jù)按下的按鍵返回不同的值，所以應(yīng)該為無參、有返回值函數(shù)。因為有按鍵按下時返回值是將兩次P2=0xf0和P2=0x0f的結(jié)果相或，無按鍵按下時返回值為0xff，所以將函數(shù)返回值定義為uchar型即可。uchar keyscan(void)uchar cord_h=0;uchar cord_l=0;P2=0xf0;if(P2!=0xf0)Delay_ms(10);if(P2!=0xf0) cord_h=P2; P2=0x0f; cord_l=P2; return(cord_h|cord_l); return(0xff); 編寫主函數(shù)，系統(tǒng)從主函數(shù)開始執(zhí)行，首先點亮數(shù)碼管，將數(shù)字“0”的段碼賦值給P0口，然后進入while無限循環(huán)，在while循環(huán)里，調(diào)用keyscan函數(shù)，并將返回值賦值給變量key，同時要定義變量可以。void main()uchar key;P0=0XC0;while(1)key=keyscan();switch(key) case 0xee:P0=LED_Val0;break; case 0xed:P0=LED_Val1;break; case 0xeb:P0=LED_Val2;break; case 0xe7:P0=LED_Val3;break; case 0xde:P0=LED_Val4;break; case 0xdd:P0=LED_Val5;break; case 0xdb:P0=LED_Val6;break; case 0xd7:P0=LED_Val7;break; case 0xbe:P0=LED_Val8;break; case 0xbd:P0=LED_Val9;break; case 0xbb:P0=LED_Val10;break; case 0xb7:P0=LED_Val11;break; case 0x7e:P0=LED_Val12;break; case 0x7d:P0=LED_Val13;break; case 0x7b:P0=LED_Val14;break; case 0x77:P0=LED_Val15;break; 1、 實物調(diào)試1）、電路連接電路連接2）、上電調(diào)試上電測試五、背景知識：在控制系統(tǒng)中，通常需利用按鍵進行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。按鍵時單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸入設(shè)備之一，線性鍵盤分為獨立按鍵、矩陣鍵盤兩種。鍵盤是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個按鍵實際上是一個開關(guān)元件，也就是說鍵盤是一組規(guī)則排列的開關(guān)。鍵盤的工作方式有3種，即程序控制掃描、定時掃描和中斷掃描方式。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。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。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。 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 10ms 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。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。按鍵識別方法分為三種,分別是程序控制掃描方式、定時掃描方式和中斷掃描方式。程序控制掃描方式程序控制掃描方式是指單片機在空閑時，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，并反復(fù)地掃描鍵盤，直到用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)，而在執(zhí)行鍵入命令或處理鍵入數(shù)據(jù)過程中，CPU將不再響應(yīng)鍵入要求，直到CPU重新掃描鍵盤為止。過程如下：判斷有無鍵按下；延時后判斷是否確實有鍵按下。如果有，確認有鍵按下，如果沒有，那么確認為鍵抖動；判斷是哪個鍵被按下（鍵掃描獲得閉合鍵的行、列值）；等待按鍵被釋放。如果沒有釋放，繼續(xù)等待；如果釋放，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序進行處理。定時掃描方式定時掃描方式就是每隔一定時間對鍵盤掃描一次，它利用單片機內(nèi)部的定時器產(chǎn)生一定的時間的定時，當定時時間到就產(chǎn)生定時器溢出中斷，CPU響應(yīng)中斷后對鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵執(zhí)行響應(yīng)的鍵功能程序。中斷掃描方式鍵盤工作在程序控制掃描方式時，當無鍵按下時CPU要不間斷的掃描鍵盤，直到有鍵按下為止。如果CPU要處理很多事情，這種方式將不能適應(yīng)。定時掃描方式只要時間一到，CPU就去掃描鍵盤，工作效率有了進一步的提高。但這兩種方式常使CPU處于空掃狀態(tài)，而中斷方式下，CPU可以一直處理自己的工作，知道有鍵閉合時發(fā)出中斷申請，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，才對鍵盤進行掃描，從而提高了CPU的工作效率。