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            跟我學(xué)51單片機(jī)(四):獨(dú)立-矩陣鍵盤應(yīng)用與設(shè)計(jì)

            作者: 時(shí)間:2013-02-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
              上講介紹并應(yīng)用了單片機(jī)的串口通信,并給出了實(shí)例。從這一講開始將介紹單片機(jī)的外圍電路。這講向大家介紹單片機(jī)外接鍵盤電路,通過該講,讀者可以掌握單片機(jī)外接鍵盤的工作原理從而實(shí)現(xiàn)電路與程序設(shè)計(jì)。

              一、原理簡介

              鍵盤接口電路是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要的一環(huán),作為人機(jī)交互界面里最常用的輸入設(shè)備。我們可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令來實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。在設(shè)計(jì)鍵盤電路與程序前,我們需要了解鍵盤和組成鍵盤的按鍵的一些知識。

              1. 按鍵的分類

              一般來說,按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類,一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵,如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等;另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵,如電氣式按鍵,磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低,后者壽命長。目前,微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵(如本學(xué)習(xí)板上所采用按鍵)。

              按鍵按照接口原理又可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類,這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對鍵的識別,非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的識別。

              全編碼鍵盤由專門的芯片實(shí)現(xiàn)識鍵及輸出相應(yīng)的編碼,一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵等保護(hù)電路,這種鍵盤使用方便,硬件開銷大,一般的小型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤按連接方式可分為獨(dú)立式和矩陣式兩種,其它工作都主要由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用,較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中(本學(xué)習(xí)板也采用非編碼鍵盤)。

              2. 按鍵的輸入原理

              在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān),其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說,它能提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL 邏輯電平,以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。此外,除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外,其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí),計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能。因此,鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。 對于一組鍵或一個(gè)鍵盤,通過接口電路與單片機(jī)相連。單片機(jī)可以采用查詢或中斷方式了解有無按鍵輸入并檢查是哪一個(gè)按鍵按下,若有鍵按下則跳至相應(yīng)的鍵盤處理程序處去執(zhí)行,若無鍵按下則繼續(xù)執(zhí)行其他程序。

              3. 按鍵的特點(diǎn)與去抖

              機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí),由于機(jī)械彈性作用的影響,通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng),然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。其抖動(dòng)過程如圖1(a) 所示,抖動(dòng)時(shí)間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān),一般為5 ~ 10 ms。從圖中可以看出,在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài),可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)。即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作,這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測誤判,必須采取去抖動(dòng)措施,可從硬件、軟件兩方面予以考慮。一般來說,在鍵數(shù)較少時(shí),可采用硬件去抖,而當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí),采用軟件去抖。( 本學(xué)習(xí)板采用軟件去抖方式)。軟件去抖的流程圖如圖1(b) 所示。

            圖1

              從按鍵的去抖流程圖我們可以知道,檢測到有鍵按下時(shí),應(yīng)延時(shí)等待一段時(shí)間(可調(diào)用一個(gè)5ms~10ms的延遲子程序),然后再次判斷按鍵是否被按下,若此時(shí)判斷按鍵仍被按下,則認(rèn)為按鍵有效,若此時(shí)判斷按鍵沒有被按下,說明為按鍵抖動(dòng)或干擾,應(yīng)返回重新判斷。鍵盤真正被按下才可進(jìn)行相應(yīng)的處理程序,此時(shí)基本就算實(shí)現(xiàn)了按鍵輸入,進(jìn)一步的話可以判斷按鍵是否釋放。

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