按键输入课件

1、主讲人：施保华AVR单片机C语言程序设计三峡大学电子设计及创新实验室（32学时）第1页，共30页。在单片机嵌入式系统中，按键和键盘是一个基本和常用的接口，它是构成人机对话通道的一种常用的方式。按键和键盘能实现向嵌入式系统输入数据、传输命令等功能，是人工干预、设置和控制系统运行的主要手段。我们先讨论简单的单个按键的输入。2第2页，共30页。3第3页，共30页。图9-2 是简单按键输入接口硬件连接电路图，图中单片机的三个I/O 口PC7、PC6、PC5作为输入口（输入方式），分别与K3、K2、K1 三个按键连接。其中K2 是标准的连接方式，当没有按下K2 时，PC6 的输入为高电平，按下K2 输入

2、为低电平。PC6 引脚上的电平值反映了按键的状态。按键K1 是一种经济的接法，它充分利用了AVR 单片机I/O 口的内部上拉特点。在K1的连接中，除了把PC5 定义为输入方式时（DDRC.5=0），同时设置PC5 口的上拉电阻有效(PORTC.5=1)，这样当K1 处在断开状态时，PC5 引脚在内部上拉电阻的作用下为稳定的高电平（如果上拉电阻无效，则PC5 处在高阻输入态，PC5 的输入易受到干扰，不稳定），按下K1 输入为低电平4第4页，共30页。与K2 连接方式比较，K1 连接电路中省掉了一个外部上拉电阻，而在K2的连接方法中，由于外部使用了上拉电阻，所以只要设置PC6 口为输入方式即可，

3、该口内部的上拉电阻有效与否则不必考虑了。而对于K3 的连接方式，我们不提倡使用，因当K3 按下闭合时，PC7 口直接与Vcc 接通了，有可能会造成大的短路电流流过PC7 引脚，从而把端口烧毁。因此电阻R2 不仅起到上拉的作用，还有限流的作用，通常在5K-50K 之间。5第5页，共30页。根据按键连接电路可知，按键状态的确认就是判别按键是否闭合，反映在输入口的电平就是和按键相连的I/O 引脚呈现出高电平或低电平。如果输入高电平表示断开的话，那么低电平则表示按键闭合，所以简单的讲，在程序中通过检测引脚电平的高低，便可确认按键是否按下。但对于实际的按键确认并不是象上面描述的那么简单。首先要考虑的是按

4、键消抖的问题。通常，按键的开关为机械弹性触点开关，它是利用机械触点接触和分离实现电路的通、断。6第6页，共30页。由于机械触点的弹性作用，加上人们按键时的力度、方向的不同，按键开关从按下到接触稳定要经过数毫秒的弹跳抖动，既在按下的几十毫秒时间里会连续产生多个脉冲。释放按键时，电路也不会一下断开，同样会产生抖动（图9-3）。这两次抖动的时间分别为10-20ms 左右，而按键的稳定闭合期通常大于0.3-0.5 秒。因此，为了确保MCU 对一次按键动作只确认一次，在确认按键是否闭合时，必须要进行消抖处理。否则，由于MCU 软件执行的速度很快，非常可能将抖动产生的多个脉冲误认为多次的按键。7第7页，共

5、30页。消除按键的抖动既可采用硬件方法，也可采用软件的方法。使用硬件消抖的方式，需要在按键连接的硬件设计上增加硬件消抖电路，如采用R-S 触发器或RC 积分电路等。采用硬件消抖方式增加了系统的成本，而利用软件方式消抖则是比较经济的做法，但增加了软件设计的复杂性。软件方式消抖的基本原理是在软件中对按键进行两次测试确认，既在第一次检测到按键按下后，间隔15ms 左右再次检测该按键是否按下，只有在两次都测到按键按下时才最终确认有键按下，从而消除了抖动的影响8第8页，共30页。在按键接口软件中，除了要考虑按键消抖外，一般还要判别按键的释放，只有检测到按键释放以后，才能确定为一次完整的按键动作完成。，在

6、程序中一旦检测到按键输入口为低电平时（图9-2），便采用（调用）软件延时程序延时15ms。然后再次检测按键输入口，如果还是低电平则表示按键按下，转入执行按键处理程序。如果第二次检测按键输入口为高电平，则放弃本次按键的检测，从头开始一次新的按键检测过程。9第9页，共30页。10.2 键盘接口原理1. 键盘输入的特点键盘：一组按键开关的集合。 行线电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合，输出波形如图10-6。10第10页，共30页。2. 按键的确认 检测行线电平 高电平：断开；低电平：闭合，常用软件来消除按键抖动。 基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时10ms后，行线如仍为低，则

7、确认该行有键按下。3.如何消除按键的抖动 当键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为高，说明按键已松开。采取以上措施，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。11第11页，共30页。10.2.2 键盘接口的工作原理独立式按键接口和行列式键盘接口。1.独立式键盘接口 各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可很容易判断那个键被按下。此种接口适于键数较少或操作速度较高的场合。图10-7（a）为中断方式的独立式键盘工作电路图10-7（b）为查询方式的独立式键盘工作电路。12第12页，共30页。13第13页，共30页。2. 行列式(矩阵式)键盘接口 用于按键数目较多的场合，由行

8、线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。如图10-10所示。 按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。14第14页，共30页。（1）行列式键盘工作原理 无键按下，该行线为高电平，当有键按下时，行线电平由列线的电平来决定。 由于行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发生影响，必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。（2）按键的识别方法a. 扫描法 图10-10（b）中3号键被按下为例，来说明此键时如何被识别出来的。15第15页，共30页。识别键盘有无键被按下的方法，分两步进行：第1步：识别键盘有无键按下；第2步：如有键被按下，识别出具体的按键

9、。 把所有列线置0，检查各行线电平是否有变化，如有变化，说明有键按下，如无变化，则无键按下。 上述方法称为扫描法，即先把某一列置低电平，其余各列为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平为低，可确定此行列交叉点处的按键被按下。 b. 线反转法 只需两步便能获得此按键所在的行列值，线反转法的原理如图10-11。16第16页，共30页。17第17页，共30页。第1步：列线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所在行为按键所在行。第2步：行线输出为全低电平，则列线中电平由高变低所在列为按键所在列。 结合上述两步，可确定按键所在行和列。（3）键盘的编码 根据实际需要灵活编码。10.2.3 键盘的工

10、作方式 单片机在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。18第18页，共30页。原则：即要保证能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。 通常，键盘工作方式有3种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。1. 编程扫描方式 只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，扫描键盘。工作过程：（1）在键盘扫描子程序中，先判断有无键按下。方法：PA口8位输出全0，读PC口低4位状态，若PC0PC3为全1，则说明键盘无键按下；若不全为1，则说明键盘可能有键按下。19第19页，共30页。（2）用软件来消除按键抖动的影响。如有键按下，则进行下一步。（3）求按下键的键号。（4）等待按键释放后，再进行按键功能的处理操作。2. 定时扫描工作方式 利用单片机内的定时器，产生10ms的定时中断，对键盘进行扫描。3.中断工作方式 只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序，如无键按下，单片机将不理睬键盘。 键盘所做的工作分为三个层次，如图10-13。20第20页，共30页。第1层：单片机如何来监视键盘的输入。三种工作方 式：编程扫描定时扫描中断扫描。第2层