基于STM32控制的矩阵键盘的仿真设计

1、 成绩课程论文题 目：基于STM32控制的矩阵键盘的仿真设计 课程名称： ARM 嵌入式系统 学生姓名： 张宇 学生学号： 1314030140 系 别： 电子工程学院 专 业： 通信工程 年 级： 2013级 指导教师： 权循忠 电子工程学院制 2015年10月 目 录1摘要12关键字13引言14 STM32控制的矩阵键盘系统方案计制定14.1 系统总体设计方案14.2总体设计框图14.3矩阵键盘简介25 矩阵键盘设计原理分析25.1 STM32复位和时钟电路设计25.2 矩阵键盘电路的设计25.3按键去抖动35.4 按键显示电路36程序流程图47 总体电路图58 软件仿真59 总结610

2、参考文献：611 附录7基于STM32控制的矩阵键盘的仿真设计学生：张宇指导老师：权循忠电子工程学院 通信工程1摘要矩阵键盘又称行列键盘，它是用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4*4个。这种行列式键盘结构能有效地提高ARM嵌入式系统中I/O口的利用率。2关键字 矩阵键盘 行列键盘 ARM嵌入式系统3引言 随着人们生活水平的不断提升，ARM嵌入式无疑是人们追求的目标之一，它给人带来的方便也是不可否认的，要为现代人工作、科研、生活、提供更好更方便的设备就需要从ARM嵌入式技术入手，一切向若数字化控制，智能化控制方

3、向发展。用ARM嵌入式来控制的数码管显示按键也在广泛应用，其控制系统具有极大意义。展望未来，急速的响应速度将成为个性的ARM嵌入式发展的趋势，越来越多的ARM嵌入式正如雨后春笋般涌现。4 STM32控制的矩阵键盘系统方案计制定4.1 系统总体设计方案该智能键盘电路由ARM最小系统，矩阵键盘电路和显示电路组成，在常规的4*4矩阵键盘的基础上，通过改进实现了用4个IO口完成4*4矩阵键盘。 4.2总体设计框图本电路主要由3大部分电路组成：矩阵键盘电路、ARM最小系统电路、按键显示电路。其中ATM最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。电路复位后数码管显示字符“” 表示没有按键，显示电路由STM32的

4、PD0PD7来控制数码管显示是哪个按键按下。总体设计方框图，如图1所示。 图1总体设计方框图4.3矩阵键盘简介矩阵键盘又称行列键盘，它是用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4*4个。这种行列式键盘结构能有效地提高ARM嵌入式系统中I/O口的利用率。5 矩阵键盘设计原理分析5.1 STM32复位和时钟电路设计 此电路主要是复位电路和时钟电路两部分，其中复位电路采用按键手动复位和上电自动复位组合，电路如图2（右）所示：其中14脚为STM32的复位端。时钟电路如图2（左）所示：晶振采用的是8MHz和32.786KHz

5、，8MKz分别接STM32的12脚和13脚，32.786KHz分别接STM32的8脚和9脚。图2 STM复位和时钟电路设计5.2 矩阵键盘电路的设计 该电路的四个端子分别接STM32的PB12PB15，电路如图3所示。图3 矩阵键盘电路该矩阵键盘电路扫描方法如下：（1）PB15，PB14，PB13，PB12设置为输入并内部上拉。程序读取这四个IO口引脚电平，如果某个IO为低电平，则该列中相应IO口对应行处的按键按下。（2）PB15输出低电平，PB14，PB13，PB12设置为输入并内部上拉。程序读取PB14，PB13，PB12这三个IO口的引脚电平。如果某个IO为低电平，则是第一列中相应IO口

6、对应行处的按键按下。（3）PB14输出低电平，PB15，PB13，PB12设置为输入并内部上拉。程序读取PB15，PB13，PB12这三个IO口的引脚电平。如果某个IO为低电平，则是第二列中相应IO口对应行处的按键按下。（4）PB13输出低电平，PB15，PB14，PB12设置为输入并内部上拉。程序读取PB15，PB14，PB12这三个IO口的引脚电平。如果某个IO为低电平，则是第三列中相应IO口对应行处的按键按下。（5）PB12输出低电平，PB15，PB14，PB13设置为输入并内部上拉。程序读取PB15，PB14，PB13这三个IO口的引脚电平。如果某个IO为低电平，则是第四列中相应IO口

7、对应行处的按键按下。5.3按键去抖动每隔10ms扫描键盘一次，当扫描某个按键按下时，则开始计数，当连续4次 扫描（也就是40ms）都是这个按键按下时，说明按键有效。如果不到四次计数，就采集不到该按键按下，则说明该按键无效。5.4 按键显示电路本设计采用STM32的IO口PD0PD7来控制数码管来实时显示按键状态。当按键有按下时，数码管将显示对应的按键编号“0F”，对应表示的按键是“SW1SW16”。按键显示电路，如图4。图4 按键显示电路6程序流程图 先对键盘初始化,看读列线是否有键按键,再延时消抖,再看读列是否有键按下,最后根据当前状态识别按键,显示键值。程序流程图，如图5所示。图5 程序流

8、程图流程图描述：先对键盘值进行初始化，判断列线是否有按键按下，若无直接返回结果，若有则进行延时消抖，然后继续判断列线是否有按键按下，若无直接返回结果，若有根据当前状态识别按键，显示按键值，返回结果。7 总体电路图 把矩阵键盘电路、ARM最小系统电路、按键显示电路连接在一起。其中ATM最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。 总体电路图，如图6所示。图6 总体电路图8 软件仿真首先，我们进行软件仿真，点击按钮Debug，然后再点击波形图按钮，出现逻辑分析窗口，点击Setup，新建6个信号PORTB.2、PORTB.8、PORTB.9、PORTB.10、PORTB.13、和PORTB.14。Disp

9、lay Type全部选择Bit，然后选择各个颜色。然后再点击Peripherals General Purpose I/O GPIOB。然后设置各个引脚电平，然后在x=KEY_Scan（）处设置一个断点，点击Run按钮，会出现以下波形即实验成功。图7 软件仿真9 总结一学期的ARM课程即将结束，从一开始对ARM的完全陌生到现在的慢慢入门，其中体会到了很多ARM的妙处和实用意义。通过这次矩阵键盘的设计，使我对ARM有了更深的理解。在做课程论文时增强了对论文格式的修改，熟悉和掌握了ARM工程项目的建立与生成，在遇到程序出现错误时及时的翻书查看或者上网查找，并且在后期的ARM实训课中自己尝试在ARM

10、开发板上进行调试，让我深刻领悟到理论和实践相结合的重要意义。只有把理论运用到实践中才能很好掌握理论和技术。所以以后不管在学什么知识都要重视理论与实践相结合。这样就好觉得其实学知识也不是那么难，更重要的是体现的学习的实际用处。 10 参考文献：1 彭刚、秦志强等.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践M.北京:电子工业出版社2 李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用 M.北京航空航天大学出版社，2008. 3潘松、黄继业等.EDA技术实用教程（第一版）M.科学出版社 2002年10月4陆坤、奚大顺、李之权等.电子设计技术M.四川：电子科技大学出版社.1997年.

11、682-688,838-9415赵俊超.集成电路设计VHDL教程（第一版）M.北京：北京希望电子出版社.2002年6杨邦文.新型实用电路制作200例M.北京：人民邮电出版社.1998年.175-2887许海燕、付炎著.嵌入式系统技术与应用.机械工业出版社.2002年8周主力主编.ARM嵌入式系统基础教程.北京航空航天大学出版社.2005年9田泽主编.嵌入式系统开发与应用教程.北京航空航天大学出版社11 附录主程序#include "led.h"#include "delay.h"#include "sys.h"#include &qu

12、ot;key.h"#include "usart.h"#include "stdio.h" int main(void) int x;SystemInit();delay_init(72); /延时初始化NVIC_Configuration();uart_init(9600); LED_Init();KEY_Init();/初始化与按键连接的硬件接口while(1) x=KEY_Scan(); /得到键值 switch(x)case 0:/ LED=0; printf("Dn"); break;case 1:LED=1; p

13、rintf("Cn"); break;case 2:LED=2; printf("Bn"); break;case 3:LED=3; printf("An"); break;case 4:LED=4; printf("#n"); break;case 5:LED=5; printf("9n"); break;case 6:LED=6; printf("6n"); break;case 7:LED=7; printf("3n"); break;case 8:

14、LED=8; printf("0n"); break;case 9:LED=9; printf("8n"); break; case 10:LED=10; printf("5n"); break;case 11:LED=11; printf("2n"); break;case 12:LED=12; printf("*n"); break; case 13:LED=13; printf("7n"); break;case 14:LED=14; printf("4n&q

15、uot;); break;case 15:LED=15; printf("1n"); break; /key.c /按键扫描#include "stm32f10x.h"#include "delay.h"#include "key.h"/*本文件的函数，主要实现矩阵键盘的功能。矩阵键盘使用PB8到PB15引脚，其中，PB8到PB11固定为推挽输出，PB12到PB15固定为下拉输入。即，无键按下时，对应PB12到PB15为0，有键按下时，PB12到PB15中，对应的引脚为高。*/void KEY_Init(void)

16、 /初始化矩阵键盘要使用的GPIO口。 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; /定义PB8到PB11为上拉输入、。GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;

17、GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; /定义PB12到PB15为下拉输入。GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15; /因为上面定义引脚为输出时，已经打开整个GPIOA的时钟了，/所以此处不再需要函数RCC_APB2PeriphClockCmd()来打开

18、时钟了。 GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);int KEY_Scan(void) /实现矩阵键盘。返回值为，各按键的键值，此键值由用户自己定义。u8 KeyVal; /keyVal为最后返回的键值。GPIO_Write(GPIOB,(GPIOB->ODR & 0xf0ff | 0x0f00); /先让PB8到PB11全部输出高。if(GPIOB->IDR & 0xf000)=0x0000) /如果PB12到PB15全为0，则没有键按下。此时，返回值为-1.return -1;else delay_ms(5); /延时5

19、ms去抖动。 if(GPIOB->IDR & 0xf000)=0x0000)/如果延时5ms后，PB12到PB15又全为0，则，刚才引脚的电位变化是抖动产生的. return -1;GPIO_Write(GPIOB,(GPIOB->ODR & 0xf0ff | 0x0100);/让PB11到PB8输出二进制的0001.switch(GPIOB->IDR & 0xf000)/对PB12到PB15的值进行判断，以输出不同的键值。case 0x1000: KeyVal=15; break;case 0x2000: KeyVal=11;break;case 0

20、x4000: KeyVal=7;break;case 0x8000: KeyVal=3;break; GPIO_Write(GPIOB,(GPIOB->ODR & 0xf0ff | 0x0200);/让PB11到PB8输出二进制的0.switch(GPIOB->IDR & 0xf000) /对PB12到PB15的值进行判断，以输出不同的键值。case 0x1000: KeyVal=14;break;case 0x2000: KeyVal=10;break;case 0x4000: KeyVal=6;break;case 0x8000: KeyVal=2;break;GPIO_Write(GPIOB,(GPIOB->ODR & 0xf0ff | 0x0400);/让PB11到PB8输出二进制的1011.switch(GPIOB->IDR & 0xf000) /对PB12到PB15的值进行判断，以输出不同的键值。case 0x1000: KeyVal=13;break;case 0x2000: KeyVal=9;break;case 0x400