单片机按键模块设计ppt课件.ppt

单元5按键模块设计 1 回顾 1 数码管显示原理 2 静态数码管工作原理 3 动态数码管工作原理 4 AT89C51有几个定时器 各是多少位的 请简述定时器实现定时原理 5 8051单片机定时 计数器工作方式有多少种 6 如何设置8051单片机工作在定时 计数模式下 7 如何启动定时器工作 8 请简述DS1302读取时间的编程过程 2 本单元任务 任务1独立式键盘设计任务2键盘中断设计任务3矩阵式键盘设计任务4多个外部中断设计 3 任务1独立式键盘设计 任务描述 任务分析 众多嵌入式单片机系统 嵌入式单片机产品设备中 键盘模块都是必不可少的 比如手机及各种智能家电等 本任务通过按键控制点亮流水灯 8个按键分别对应控制8个LED 学习最简单的键盘 独立式按键设计方法 键盘实际上是一组开关的集合 当键按下时 两根导线接通 释放时 两根导线不通 8个按键的键盘电路可考虑在P2口上设计 8个LED电路仍然安装在单片机P1口 8个按键分别对应控制8个LED 按下按键则点亮对应的灯 4 独立式键盘工作原理及应用 独立式键盘的组成是由若干个按键与单片机的I O口一一的对应连接 然后通过读取单片机I O的电平状态来确认哪个对应的按键被按下 一般一个独立式按键对应一个功能 可以通过按键的组合来实现多个功能 5 抖动 当用手按下一个键时 往往出现按键在闭合和断开位置之间来回跳动多次才能到闭合稳定状态的现象 在释放一个键时 也会出现类似的情况 这种情况就是抖动 按下一个键时产生前沿抖动 释放一个键时产生后沿抖动 抖动的持续时间随键盘簧片的材料和操作员而异 通常在5 10ms 而5 10ms已经对程序进行多次循环扫描执行 显而易见 抖动问题不解决 就会引起对闭合键的多次识别 6 应用举例 例5 1 7 include AT89X51 H voidmain while 1 if P2 0 0 判断key0被按下 key delay 去抖延时10msif P2 0 0 再次判断key0按下 while P2 0 等待闭合释放P1 0 0 点亮LED if P2 1 0 判断key1被按下 key delay 去抖延时10msif P2 1 0 再次判断key1按下 while P2 1 等待闭合释放P1 0 1 熄灭LED 8 1 Proteus电路设计2 KeilC51程序设计3 Proteus Keil联合调试仿真 任务实施 9 硬件电路图 10 1 程序流程由独立式键盘工作原理得知 按键是否按下是通过读取按键对应的IO的电平变化而判断的 在程序设计上 即通过读取按键对应IO口的电平是否为低 软件去抖 来决定哪个按键被按下 当判断key0被按下 则点亮LED0 当判断key1被按下 则点亮LED1 11 主程序设计 include AT89X51 H unsignedcharcodeled light 0XFE 0XFD 0XFB 0XF7 0XEF 0XDF 0XBF 0X7F 点亮LED对应的编码voidmain while 1 if P2 0 0 判断key0被按下 key delay 去抖延时10msif P2 0 0 再次判断key0按下 while P2 0 等待闭合释放P1 led light 0 点亮LED0 if P2 1 0 判断key1被按下 key delay 去抖延时10msif P2 1 0 再次判断key1按下 while P2 1 等待闭合释放P1 led light 1 点亮LED1 12 运行 Proteus Keil联合调试仿真 13 任务2键盘中断设计 任务描述 任务分析 项目组掌握独立式键盘设计后 现要求用1个按键控制流水灯运行样式 初始时8个LED按从头到尾方式循环运行 当按下按键 首尾两灯点亮向中间 到中间后返回首尾的循环运行 再次按下按键又转为从头到尾循环运行 即1个按键交替切换流水灯的两种运行样式 此任务设计有两个主要功能模块 一是按键的判断 二是LED流水灯的运行 通过前面单元的学习得知 这两个功能在主程序中无限循环判断执行 正常人完成一次按键的时间需要20ms 而LED流水灯运行频率应小于50Hz 即应大于20ms走一个灯 否则运行太快人眼无法识别 那么如果单片机CPU在执行流水灯显示延时程序期间 正好发生按键 CPU无法运行按键扫描程序而导致按键判断的丢失 如果1s或更长时间走一个灯 那么丢失按键的现象将更加严重 由此可见普通的程序查询独立式按键设计方法在此任务设计是无法胜任的 本任务将介绍单片机重要的内部资源 中断系统 它将有效解决上述问题 14 1 中断的概念 例5 2 电路如5 10示 8个LED流水灯安装在P1口 按键K0安装在P2 0上 采用独立式按键识别 实现任务描述中要求的功能 程序分析 主程序有两个功能模块 一方面按键判断程序 另一方面LED流水灯程序 由于按键是两种流水灯运行方式的交替按键 因此可考虑设置按键控制标志位状态 LED流水灯则判断标志位状态决定运行方式 即按键通过标志位间接控制LED流水灯的运行方式 每次按下按键则把标志位取反 以达到控制LED流水灯的运行 15 16 17 voidmain while 1 if P2 0 0 判断key0被按下 key delay 去抖延时10msif P2 0 0 再次判断key0按下 while P2 0 等待闭合释放i 0 编码下标i清0run flag run flag 标志位取反 if run flag 0 判断LED运行标志位 P1 led light1 i 点亮LED流水灯led delay 点亮延时if i 8 i 0 else P1 led light2 i 点亮LED流水灯led delay 点亮延时if i 7 i 0 18 2 8051单片机中断系统结构 19 1 哪些事件可以引发中断8051单片机有5个中断源 外部中断0 由连接在P3 2引脚的外部信号触发定时 计数器0 T0 溢出中断外部中断1 由连接在P3 3引脚的外部信号触发定时 计数器1 T1 溢出中断串行口中断 由发送中断TXD和接收中断RXD组成当它们有中断请求发出时 将相应的中断标志IE0 TF0 IE1 TF1 TI RI自动置位 单片机CPU根据中断标志位情况判别是哪个中断源发出的中断请求 中断标志位存放在特殊功能寄存器TCON SCON中 20 2 中断标志TCON 21 SCON 22 3 中断允许与禁止IE 23 1 EA 总中断允许控制 当EA 1时 开放所有中断 此时各中断源的允许和禁止通过相应的中断允许位单独加以控制 当EA 0时 禁止所有中断 2 ES 允许或禁止串行口中断控制位 ES 1 允许中断 ES 0 禁止中断 3 ET1 允许或禁止定时器T1溢出中断控制位 ET1 1 允许中断 ET1 0 禁止中断 4 EX1 允许或禁止中断控制位 EX1 1 允许中断 EX1 0 禁止中断 5 ET0 允许或禁止定时器T0溢出中断控制位 ET0 1 允许中断 ET0 0 禁止中断 6 EX0 允许或禁止中断控制位 EX0 1 允许中断 EX0 0 禁止中断 24 4 中断的响应条件首先中断源有请求 其次编程设置单片机CPU允许所有中断源请求 EA 1 并且中断允许寄存器IE相应位置为1 这样 在每个机器周期内 单片机对所有中断源进行顺序检测 并找到所有有效的中断请求 对其优先级排队 单片机在紧接着下一个机器周期响应中断条件是 1无同级或更高级中断占用CPU控制权 2当前指令执行完毕 3如果当前指令为RETI或需访问IE IP的指令 执行完该指令且紧随其后的一条指令也已执行完毕 否则 单片机将放弃对中断请求的响应 25 5 中断响应过程中断的响应过程由单片机CPU控制 自动完成 具体有如下几个步骤 执行一个硬件子程序调用 处理优先级最高的中断请求 清除中断请求标志位 TI和RI除外 硬件子程序将单片机当前执行的内容的地址压入堆栈 转入执行相应中断服务程序的第一条指令 中断处理程序从入口地址开始一直执行到最后为止 系统返回原来被打断的程序处开始继续执行 26 3 中断编程结构 1 编写中断初始化程序为使单片机CPU在执行主程序过程中能够响应中断 就必须先对使用中断的相关寄存器 TMOD SCON IE等 进行初始化 例5 3 假设单片机系统允许外部中断0 定时 计数器T0中断 并设定采用边沿触发 则主程序中的中断初始化程序如下 IT0 1 设置为下降沿触发EX0 1 允许中断ET0 1 允许T0中断EA 1 开放所有中断 27 2 编写中断服务程序中断程序入口 C51规定了8051单片机每种中断类型对应中断服务程序的入口编号 28 现场保护 如果中断服务程序中要使用与主程序有关的寄存器 那么CPU在执行中断服务程序之前要保护这些寄存器的内容 即 保护现场 中断返回时再恢复它们的值 在使用KeiluVison4集成开发环境时 其C51编译器为中断服务程序提供自动现场保护以及返回时内容恢复的功能 为用户编程提供了方便 29 常用的中断服务程序的结构如下 void中断程序名 interrupt中断号usingn 其中 中断程序名 最好依据中断服务程序的功能 取一个比较直观浅显的名称 interrupt 是中断服务程序的关键字 中断号 则根据表5 1所示 如果使用外部事件0中断 则 中断号 为0 using定义工作寄存器组 n为寄存器组编号 0 3 默认为0 内部为中断服务要执行的程序 30 4 按键与外部事件中断 1 IT0 设置为1 选择外部中断0由下降沿触发 即当出现一个下降沿表示有一个外部中断0的请求信号 为什么将IT0设置为1呢 任务1学习得知 图6 3 按键按下将会产生一个从高电平到低电平的边沿跳变 称为 下降沿 按键松开产生从低电平到高电平的边沿跳变 称为 上升沿 因此1次按键信号 产生一次下降沿 正好转化成外部中断0信号 2 IE0 无需初始 它由硬件自动设置 3 EX0 设置为1 即允许CPU响应外部中断0请求 4 EA 设置为1 允许CPU响应所有中断请求 31 1 Proteus电路设计2 KeilC51程序设计3 Proteus Keil联合调试仿真 任务实施 32 硬件电路图 33 1 程序流程主程序根据标志位状态 无限循环执行LED流水灯程序 按键的判断转化成中断处理 按下按键则意味着一次中断事件发生 单片机处理按键任务 即跳转到INT0中断处理程序中 交替将LED流水灯标志位置1 清0 34 主程序设计 voidmain IT0 1 设置外部中断0触发方式位 1为边沿触发EX0 1 外部中断0中断允许位EA 1 允许总中断标志位while 1 if run flag 0 判断运行标志位状态 P1 led light1 i delay if i 8 i 0 else P1 led light2 i 点亮LED流水灯delay 点亮延时if i 7 i 0 35 中断程序 voidint0 interrupt0 中断服务函数入口 EX0 0 i 0 run flag run flag 每按一下按键 行标志位取反EX0 1 36 运行 Proteus Keil联合调试仿真 37 任务3矩阵式键盘设计 任务描述 任务分析 当嵌入式产品 设备中的按键数目较多时 将采用更普遍的按键设计方法 矩阵式键盘 本任务要求运用矩阵式键盘的设计方法设计9个按键控制点亮1个数码管分别显示1 9 独立式键盘的每个按键都要独占一位I O 当按键较多就会严重耗费单片机的I O资源 比如计算机的键盘功能有100多个 如果采用独立式方法设计 就需要100多个I O 因此独立式键盘设计在按键较多的情况下不再适合 本任务将探讨新的方法 矩阵式键盘设计 尽可能少占用I O资源又保证设计的效果 38 矩阵式键盘工作原理及应用 矩阵式键盘是利用几根I O口线作为列 几根作为行 行跟列相交叉 在交叉点用按键连接列和行的I O口线 39 4 扫描循环 40 矩阵式键盘的工作原理是单片机通过定时扫描的方式来查询按键的状态 如先从行扫描 在扫描第一行的时候查询在这一行上与列相交叉的按键有没有被按下 如果没有按键按下就以扫描第一行的方式扫描第二行 这样循环扫描所有的行 如果有就作出相应的处理 处理实现后再继续重新扫描 由于在扫描第1行的时候P2 3 0 但行P2 3与列P2 7交叉处的按键被按下时 P2 7就会从本来的高电平变为低电平 从而确定是哪个按键被按下 41 应用举例 例5 5 42 definePortkeyP2 键盘控制端列线P2 0P2 1 defineKeyColm1P2 2 行线P2 2P2 3Portkey 0 xff 矩阵按键全输出1KeyColm1 0 选择扫描第一行key temp Portkey 读按键控制端key temp key temp 43 1 Proteus电路设计2 KeilC51程序设计3 Proteus Keil联合调试仿真 任务实施 44 硬件电路图 45 1 程序流程程序设计最重要的部分就是矩阵键盘的扫描 此电路为3 3键盘 编程从行开始逐行扫描 扫描至第三行 重新开始循环第一行扫描 46 主程序设计 main key 9 初始显示关闭while 1 Portkey 0 xff 矩阵按键全输出1KeyColm1 0 选择扫描第一行key temp Portkey 读按键控制端key temp key temp 47 运行 Proteus Keil联合调试仿真 课堂练习 构建2 2矩阵式键盘 K0 K1 K2 K3 控制2个共阳极数码管对应显示23 68 77 19 48 任务4多个外部中断设计 任务描述 任务分析 在实际项目设计中 有些时候可能需要将不止一个事件设计成中断处理任务 这就涉及到多个中断并存的情况 本任务要求设计两个按键分别控制LED流水灯工作流程 当k0按下 流水灯从两头向中间运行 达到中间返回两头 来回往返 当k1按下 流水灯先点亮红灯 再点亮蓝灯 即重复点亮红灯 蓝灯 按键控制流水灯工作状态 不能采用独立式按键设计 因此两个按键都应运用 中断 的设计方法 89C51有INT0 INT1两个外部中断 可以满足两个按键的设计要求 49 中断优先级 当几个中断源同时向单片机CPU发出中断请求时 CPU应优先响应最需紧急处理的中断请求 为此 需要规定各个中断源的优先级 使CPU在多个中断源同时发出中断请求时能找到优先级最高的中断源 响应它的中断请求 高优先级的中断请求处理完毕以后 再响应优先级低的中断请求 中断源的响应优先级由寄存器IP确定 中断系统可以在IP定义两个优先级水平 即高优先级水平和低优先级水平 同时规定了同一水平下不同中断源的优先级 50 特殊功能寄存器IP 51 1 Proteus电路设计2 KeilC51程序设计3 Proteus Keil联合调试仿真 任务实施 52 硬件电路图 53 两个按键对应为外部中断0 外部中断1 因此键盘电路必须设计在外部中断口上 如图5 30示将按键k0 k1分别设计在P3 2 INT0 P3 3 INT1管脚上 LED电路依然设计在P1口上 54 1 程序流程由于两个按键分别控制流水灯不同运行状态 因此程序设计中采用两个运行标志位进行相应的判断 而两个按键的都转化成中断处理 按下按键k0 代表INT0中断事件发生 按下按键k1 代表INT1中断事件发生 单片机响应按键 即跳转到响应中断的处理程序中 将对应的运行标志位置1 在使用 中断 时 都应初始两个中断相关的寄存器 55 主程序设计 main IT0 1 设置外部中断0触发方式位 1为边沿触发EX0 1 外部中断0中断允许位IT1 1 设置外部中断1触发方式位 1为边沿触发EX1 1 外部中断1中断允许位EA 1 允许总中断标志位while 1