单片机原理与接口技术(第10章)课件

单片机原理与接口技术第10章10章单片机接口技术单片机原理与接口技术第10章10章单片机接口技术10.1键盘的工作原理10.1.1按键的分类按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。10章单片机接口技术10.1键盘的工作原理10章单片机接口技术

10．1．2．按键结构与特点微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图10.1所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510ms。10章单片机接口技术10．1．2．按键结构与特点10章单片机

图10.1按键触点的机械抖动10章单片机接口技术

图10.1按键触点的机械抖动10章单片机接口技术

在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。10章单片机接口技术在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路。图10.2是一种由R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器一旦翻转，触点抖动不会对其产生任何影响。10章单片机接口技术在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(图10.2硬件去抖电路图10章单片机接口技术图10.2硬件去抖电路图10章单片机接口技术

电路工作过程如下：按键未按下时，a=0，b=1，输出Q=1。按键按下时，因按键的机械弹性作用的影响，使按键产生抖动。当开关没有稳定到达b端时，因与非门2输出为0反馈到与非门1的输入端，封锁了与非门1，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为1，输出Q不会产生抖动的波形。10章单片机接口技术电路工作过程如下：按键未按下时，a=当开关稳定到达b端时，因a=1，b=0，使Q=0，双稳态电路状态发生翻转。当释放按键时，在开关未稳定到达a端时，因Q=0，封锁了与非门2，双稳态电路的状态不变，输出Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到达a端时，因a=0，b=0，使Q=1，双稳态电路状态发生翻转，输出Q重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双稳态电路之后，输出已变为规范的矩形方波。10章单片机接口技术当开关稳定到达b端时，因a=1，b

软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。

10章单片机接口技术软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执

按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。

10章单片机接口技术按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。下面将重点介绍非编码键盘接口。10章单片机接口技术全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对按键编码一组按键或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。10章单片机接口技术按键编码10章单片机接口技术键输入原理在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。

10章单片机接口技术键输入原理10章单片机接口技术对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。10章单片机接口技术对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与C编制键盘程序一个完善的键盘控制程序应具备以下功能：(1)检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。10章单片机接口技术编制键盘程序10章单片机接口技术(2)有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。(3)准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。10章单片机接口技术(2)有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个

10.2

独立式按键单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。

10章单片机接口技术10.2独立式按键10章单片1.独立式按键结构独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图10.3所示。

10章单片机接口技术1.独立式按键结构10章单片机接口技术独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。10章单片机接口技术独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个图10.3独立式按键电路

10章单片机接口技术图10.3独立式按键电路

10章单片机接口技术2.独立式按键的软件结构独立式按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。图10.4中的I/O口采用P1口，请读者自行编制相应的软件。

10章单片机接口技术2.独立式按键的软件结构10章单片机接例：独立式键盘实验10章单片机接口技术例：独立式键盘实验10章单片机接口技术10章单片机接口技术10章单片机接口技术#include<reg51.h>unsignedcharcodenum[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07};voidDelay_ms(unsignedcharnMs)//毫秒级的延时<65535ms{unsignedcharn=0;TR0=1;

10章单片机接口技术#include<reg51.h>10章单片机接口技术while(n<nMs)//利用T0做定时计数器，循环采样，直到达到定时值 {TH0=0;TL0=20; while(TH0<4){ } n++; }TR0=0;}10章单片机接口技术while(n<nMs)//利用T0做定时计数器，循环采样，voidmain(){unsignedcharsign=0x01,i,index=0; P2=0;TMOD=0x01;while(1) {index=-1; if(P1!=0xff) { Delay_ms(20); if(P1!=0xff) {for(i=0;i<8;i++) { index++; 10章单片机接口技术voidmain()10章单片机接口技术if(!(P1&(sign<<i))) {P2=num[index]; break; } } } } }}10章单片机接口技术if(!(P1&(sign<<i)))10章单片机接口技10.3行列式键盘

单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用行列式键盘。

10章单片机接口技术10.3行列式键盘10章单片机接口技术10.3.1．行列式键盘的工作原理

行列式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图10.4所示。由图可知，一个4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，行列式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。10章单片机接口技术10.3.1．行列式键盘的工作原理10章单片机接口技术图10.4行列式键盘结构10章单片机接口技术图10.4行列式键盘结构10章单片机接口技术 行列式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到＋5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，行列式键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。10章单片机接口技术 行列式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上10.3.2．按键的识别识别按键的方法很多，其中，最常见的方法是扫描法。下面以图10.5中8号键的识别为例来说明扫描法识别按键的过程。

10章单片机接口技术10.3.2．按键的识别10章单片机接口技术按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键按下时处在高电平。显然，如果让所有的列线也处在高电平，那么，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此，必须使所有列线处在低电平。只有这样，当有键按下时，该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。CPU根据行电平的变化，便能判定相应的行有键按下。8号键按下时，第2行一定为低电平。然而，第2行为低电平时，能否肯定是8号键按下呢？10章单片机接口技术按键按下时，与此键相连的行线与列线导通回答是否定的，因为9、10、11号键按下，同样会使第2行为低电平。为进一步确定具体键，不能使所有列线在同一时刻都处在低电平，可在某一时刻只让一条列线处于低电平，其余列线均处于高电平，另一时刻，让下一列处在低电平，依此循环，这种依次轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。采用键盘扫描后，再来观察8号键按下时的工作过程，当第0列处于低电平时，第2行处于低电平，而第1、2、3列处于低电平时，第2行却处在高电平，由此可判定按下的键应是第2行与第0列的交叉点，即8号键。10章单片机接口技术回答是否定的，因为9、10、11号键按下，同键盘的编码

对于独立式按键键盘，因按键数量少，可根据实际需要灵活编码。对于行列式键盘，按键的位置由行号和列号惟一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。10章单片机接口技术键盘的编码 10章单片机接口技术如图10.5中的8号键，它位于第2行，第0列，因此，其键盘编码应为20H。采用上述编码对于不同行的键离散性较大，不利于散转指令对按键进行处理。因此，可采用依次排列键号的方式对按排进行编码。以图10.5中的4×4键盘为例，可将键号编码为：01H、02H、03H、…、0EH、0FH、10H等16个键号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。10章单片机接口技术如图10.5中的8号键，它位于第2行，第10.3.3.键盘工作方式对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。

10章单片机接口技术10.3.3.键盘工作方式10章单片机接口技术1)编程扫描方式编程扫描方式是利用CPU完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。10章单片机接口技术1)编程扫描方式10章单片机接口技术键盘扫描程序一般应包括以下内容：(1)判别有无键按下。(2)键盘扫描取得闭合键的行、列值。(3)用计算法或查表法得到键值。(4)判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。(5)将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。10章单片机接口技术键盘扫描程序一般应包括以下内容：10章单片机接口技术2)定时扫描方式定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间（例如10ms）的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断。CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键按下时识别出该键，再执行该键的功能程序。定时扫描方式的硬件电路与编程扫描方式相同，程序流程图如图10.5所示。10章单片机接口技术2)定时扫描方式10章单片机接口技术图10.5定时扫描方式程序流程图10章单片机接口技术图10.5定时扫描方式程序流程图10章单片机接口技术

图10.5中，标志1和标志2是在单片机内部RAM的位寻址区设置的两个标志位，标志1为去抖动标志位，标志2为识别完按键的标志位。初始化时将这两个标志位设置为0，执行中断服务程序时，首先判别有无键闭合，若无键闭合，将标志1和标志2置0后返回；10章单片机接口技术图10.5中，标志1和标志2是在单片机内部R若有键闭合，先检查标志1，当标志1为0时，说明还未进行去抖动处理，此时置位标志1，并中断返回。由于中断返回后要经过10ms后才会再次中断，相当于延时了10ms，因此，程序无须再延时。10章单片机接口技术若有键闭合，先检查标志1，当标志1为0时，

下次中断时，因标志1为1，CPU再检查标志2，如标志2为0说明还未进行按键的识别处理，这时，CPU先置位标志2，然后进行按键识别处理，再执行相应的按键功能子程序，最后，中断返回。如标志2已经为1，则说明此次按键已做过识别处理，只是还未释放按键。当按键释放后，在下一次中断服务程序中，标志1和标志2又重新置0，等待下一次按键。

10章单片机接口技术下次中断时，因标志1为1，CPU再检查标志2，3)中断扫描方式采用上述两种键盘扫描方式时，无论是否按键，CPU都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此，CPU经常处于空扫描状态。10章单片机接口技术3)中断扫描方式10章单片机接口技术

为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下：当无键按下时，CPU处理自己的工作，当有键按下时，产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。10章单片机接口技术为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式图10.6是一种简易键盘接口电路，该键盘是由8051P1口的高、低字节构成的4×4键盘。键盘的列线与P1口的高4位相连，键盘的行线与P1口的低4位相连，因此，P1.4P1.7是键输出线，P1.0P1.3是扫描输入线。图中的4输入与门用于产生按键中断，其输入端与各列线相连，再通过上拉电阻接至+5V电源，输出端接至8051的外部中断输入端。10章单片机接口技术图10.6是一种简易键盘接口电路，

具体工作如下：当键盘无键按下时，与门各输入端均为高电平，保持输出端为高电平；当有键按下时，端为低电平，向CPU申请中断，若CPU开放外部中断，则会响应中断请求，转去执行键盘扫描子程序。10章单片机接口技术具体工作如下：10章单片机接口技术图10.6中断扫描键盘电路10章单片机接口技术图10.6中断扫描键盘电路10章单片机接口技术行列式键盘输入实验P1口接4×4键盘作为输入，P2口输出。按下0号键数码管显示0，按下1号键数码管按下时显示1，以此类推。10章单片机接口技术行列式键盘输入实验P1口接4×4键盘作为输入，P2口输出。10章单片机接口技术10章单片机接口技术10.4键盘、显示接口芯片HD7279A

HD7279A是比高公司生产的单片具有串行接口、可同时驱动８位共阴式数码管（或64只独立LED）的智能显示驱动芯片，该芯片同时可连接多达64键的键盘矩阵，一片即可完成LED显示及键盘接口的全部功能。

HD7279A内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。10章单片机接口技术10.4键盘、显示接口芯片HD7279A10章单片机接图10-7HD7279A引脚排列图10章单片机接口技术图10-710章单片机接口技术表10.1HD7279A引脚功能10章单片机接口技术表10.1HD7279A引脚功能10章单片机接口技图10.8HD7279A典型应用电路10章单片机接口技术图10.8HD7279A典型应用电路10章单片机接HD7279A的控制指令分为二大类：纯指令和带有数据的指令。·纯指令1,复位”清除”指令A4H

表10.2复位”清除”指令D7D6D5D4D3D2D1D010100100当HD7279A收到该指令后，将所有的显示清除，所有设置的字符消隐、闪烁等属性也被一起清除。执行该指令后，芯片所处的状态与系统上电后所处的状态一样。10章单片机接口技术HD7279A的控制指令分为二大类：纯指令和带有数据的指令2,测试指令BFH 该指令使所有的LED全部点亮，并处于闪烁状态，主要用于测试。表10.3测试指令D7D6D5D4D3D2D1D01011111110章单片机接口技术2,测试指令BFH表10.3测试指令D7D6D5D4D3、左移指令A1H使所有的显示自右向左(从第1位向第8位)移动一位(包括处于消隐状态的显示位)，但对各位所设置的消隐及闪烁属性不变。表10.4左移指令D7D6D5D4D3D2D1D01010000110章单片机接口技术3、左移指令A1H表10.4左移指令D7D6D5D4D34、右移指令AOH 与左移指令类似，但所做移动为自左向右(从第8位向第1位)移动，移动后，最左边一位为空。表10.5右移指令10章单片机接口技术4、右移指令AOH表10.5右移指令10章单片机接口5、循环左移指令A3H 与左移指令类似，不同之处在于移动后原最左边一位(第8位)的内容显示于最右位(第1位)。10章单片机接口技术5、循环左移指令A3H10章单片机接口技术6、循环右移指令A2H 与循环左移指令类似，但移动方向相反。表10.6循环右移指令10章单片机接口技术6、循环右移指令A2H表10.6循环右移指令10章单·带有数据的指令下载数据且按方式0译码，X＝无影响表10.7带有数据的指令D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010000a2a1a0dpXXXd3d2d1d0命令由一个字节组成，前半部分为指令，其中a2,a1,a0为位地址，具体分配如表10.7所示10章单片机接口技术·带有数据的指令表10.7带有数据的指令D7D6D5D表10.8a2,a1,a0为位地址的显示小数点的显示由DP位控制，DP=1时，小数点显示，DP=0时，小数点不显示。10章单片机接口技术表10.8a2,a1,a0为位地址的显示小数点的显示由下载数据且按方式1译码，X＝无影响表10.9下载数据且按方式1译码D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D011001a2a1a0dpXXXd3d2d1d0d0-d3为数据，收到此指令时，HD7279A如表10.9所示规则(译码方式0)进行译码10章单片机接口技术下载数据且按方式1译码，X＝无影响表10.9下载数据且按方表10.10HD7279A十六进制的7段显示d3-d0(十六进制)d3d2d1d07段显示00H0000001H0001102H0010203H0011304H0100405H0101506H0110607H0111708H1000809H100190AH1010-0BH1011E0CH1100H0DH1101L0EH1110P0FH1111空(无显示)10章单片机接口技术表10.10HD7279A十六进制的7段显示d3-d0(说明此指令与上一条指令基本相同，所不同的是译码方式，该指令的译码按下表进行:10章单片机接口技术说明此指令与上一条指令基本相同，所不同的是译码方表10.11十六进制的7段显示

10章单片机接口技术表10.11十六进制的7段显示

10章单片机接口技术3、下载数据但不译码表10.12对应7段LED数码管的各段D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010010a2a1a0HABCDEFG 其中，a2，a1,a0为位地址(参见‘下载数据且‘译码’指令)，A-G和H为显示数据，分别对应7段LED数码管的各段。数码管各段的定义见下图。当相应的数据位为1时，该段点亮，否则不亮。10章单片机接口技术3、下载数据但不译码表10.12对应7段LED数码管的各4、闪烁控制88H 此命令控制各个数码管的闪烁属性。d1-d8分别对应数码管1-8,0＝闪烁，1＝不闪烁。开机后，缺省的状态为各位均不闪烁。表10.13闪烁控制指令D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010001000D8D7D6D5D4D3D2D110章单片机接口技术4、闪烁控制88H表10.13闪烁控制指令D7D6D5D4、消隐控制98H此命令控制各个数码管的消隐属性。d1-d8分别对应数码管1-8,1＝显示，0＝消隐。当某一位被赋予了消隐属性后，HD7279A在扫描时将跳过该位，因此在这种情况下无论对该位写入何值，均不会被显示，但写入的值将被保留，在将该位重新设为显示状态后，最后一次写入的数据将被显示出来。当无需用到全部8个数码管显示的时候，将不用的位设为消隐属性，可以提高显示的亮度。10章单片机接口技术4、消隐控制98H10章单片机接口技术表10.14消隐控制指令D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010011000D8D7D6D5D4D3D2D1注意:至少应有一位保持显示状态，如果消隐控制指令中d1-d8全部为0，该指令将不被接受，HD7279A保持原来的消隐状态不变。10章单片机接口技术表10.14消隐控制指令D7D6D5D4D3D2D1D05、段点亮指令E0H表10.15段点亮指令D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D011100000XXD6D5D4D3D2D1此为段寻址指令，作用为点亮数码管中某一指定的段，或LED矩阵中某一指定的LED。指令中，X＝无影响;d0-d5为段地址，范围从OOH-3FH，具体分配为:第1个数码管的G段地址为OOH,F段为01H,…，A段为06H，小数点H为07H,第2个数码管的G段为08H,F段为09H,…，依此类推直至第8个数码管的小数点DP地址为3FH。10章单片机接口技术5、段点亮指令E0H表10.15段点亮指令D7D6D5D6、段关闭指令C0H段寻址命令，作用为关闭(熄灭)数码管中的某一段，指令结构与‘段点亮指令’相同。表10.16段关闭指令D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D011000000XXD5D4D3D2D1D010章单片机接口技术6、段关闭指令C0H表10.16段关闭指令D7D6D5D7、读键盘数据指令15H表10.17读键盘数据指令D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D000010101D7D6D5D4D3D2D1D0该指令从HD7279A读出当前的按键代码。与其它指令不同，此命令的前一个字节00010101B为微控制器传送到HD7279A的指令，而后一个字节d0-d7则为HD7279A返回的按键代码，其范围是0-3FH(无键按下时为0xFF)。10章单片机接口技术7、读键盘数据指令15H表10.17读键盘数据指令D7串行接口HD7279A采用串行方式与微处理器通讯，串行数据从DATA引脚送入芯片，并由CLK端同步。当片选信号变为低电平后，DATA引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入HD7279A的缓冲寄存器。10章单片机接口技术串行接口10章单片机接口技术HD7279A的指令结构有二种类型:1、不带数据的纯指令，指令的宽度为8个BIT，即微处理器需发送8个CLK脉冲。2、带有数据的指令，宽度为16个BIT，即微处理器需发送16个CLK脉冲。10章单片机接口技术HD7279A的指令结构有二种类型:1、不带数据的纯指1、纯指令串行接口纯指令的时序如图10.9所示:图10.9串行接口纯指令的时序10章单片机接口技术1、纯指令图10.9串行接口纯指令的时序10章单片机2、读键盘指令串行接口读键盘指令的时序如图10.10所示:图10.10串行接口读键盘指令的时序10章单片机接口技术2、读键盘指令图10.10串行接口读键盘指令的时序10章第10章结束

10章单片机接口技术第10章结束10章单片机接口技术单片机原理与接口技术第10章10章单片机接口技术单片机原理与接口技术第10章10章单片机接口技术10.1键盘的工作原理10.1.1按键的分类按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。10章单片机接口技术10.1键盘的工作原理10章单片机接口技术

10．1．2．按键结构与特点微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图10.1所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510ms。10章单片机接口技术10．1．2．按键结构与特点10章单片机

图10.1按键触点的机械抖动10章单片机接口技术

图10.1按键触点的机械抖动10章单片机接口技术

在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。10章单片机接口技术在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路。图10.2是一种由R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器一旦翻转，触点抖动不会对其产生任何影响。10章单片机接口技术在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(图10.2硬件去抖电路图10章单片机接口技术图10.2硬件去抖电路图10章单片机接口技术

电路工作过程如下：按键未按下时，a=0，b=1，输出Q=1。按键按下时，因按键的机械弹性作用的影响，使按键产生抖动。当开关没有稳定到达b端时，因与非门2输出为0反馈到与非门1的输入端，封锁了与非门1，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为1，输出Q不会产生抖动的波形。10章单片机接口技术电路工作过程如下：按键未按下时，a=当开关稳定到达b端时，因a=1，b=0，使Q=0，双稳态电路状态发生翻转。当释放按键时，在开关未稳定到达a端时，因Q=0，封锁了与非门2，双稳态电路的状态不变，输出Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到达a端时，因a=0，b=0，使Q=1，双稳态电路状态发生翻转，输出Q重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双稳态电路之后，输出已变为规范的矩形方波。10章单片机接口技术当开关稳定到达b端时，因a=1，b

软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。

10章单片机接口技术软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执

按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。

10章单片机接口技术按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。下面将重点介绍非编码键盘接口。10章单片机接口技术全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对按键编码一组按键或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。10章单片机接口技术按键编码10章单片机接口技术键输入原理在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。

10章单片机接口技术键输入原理10章单片机接口技术对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。10章单片机接口技术对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与C编制键盘程序一个完善的键盘控制程序应具备以下功能：(1)检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。10章单片机接口技术编制键盘程序10章单片机接口技术(2)有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。(3)准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。10章单片机接口技术(2)有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个

10.2

独立式按键单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。

10章单片机接口技术10.2独立式按键10章单片1.独立式按键结构独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图10.3所示。

10章单片机接口技术1.独立式按键结构10章单片机接口技术独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。10章单片机接口技术独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个图10.3独立式按键电路

10章单片机接口技术图10.3独立式按键电路

10章单片机接口技术2.独立式按键的软件结构独立式按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。图10.4中的I/O口采用P1口，请读者自行编制相应的软件。

10章单片机接口技术2.独立式按键的软件结构10章单片机接例：独立式键盘实验10章单片机接口技术例：独立式键盘实验10章单片机接口技术10章单片机接口技术10章单片机接口技术#include<reg51.h>unsignedcharcodenum[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07};voidDelay_ms(unsignedcharnMs)//毫秒级的延时<65535ms{unsignedcharn=0;TR0=1;

10章单片机接口技术#include<reg51.h>10章单片机接口技术while(n<nMs)//利用T0做定时计数器，循环采样，直到达到定时值 {TH0=0;TL0=20; while(TH0<4){ } n++; }TR0=0;}10章单片机接口技术while(n<nMs)//利用T0做定时计数器，循环采样，voidmain(){unsignedcharsign=0x01,i,index=0; P2=0;TMOD=0x01;while(1) {index=-1; if(P1!=0xff) { Delay_ms(20); if(P1!=0xff) {for(i=0;i<8;i++) { index++; 10章单片机接口技术voidmain()10章单片机接口技术if(!(P1&(sign<<i))) {P2=num[index]; break; } } } } }}10章单片机接口技术if(!(P1&(sign<<i)))10章单片机接口技10.3行列式键盘

单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用行列式键盘。

10章单片机接口技术10.3行列式键盘10章单片机接口技术10.3.1．行列式键盘的工作原理

行列式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图10.4所示。由图可知，一个4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，行列式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。10章单片机接口技术10.3.1．行列式键盘的工作原理10章单片机接口技术图10.4行列式键盘结构10章单片机接口技术图10.4行列式键盘结构10章单片机接口技术 行列式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到＋5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，行列式键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。10章单片机接口技术 行列式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上10.3.2．按键的识别识别按键的方法很多，其中，最常见的方法是扫描法。下面以图10.5中8号键的识别为例来说明扫描法识别按键的过程。

10章单片机接口技术10.3.2．按键的识别10章单片机接口技术按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键按下时处在高电平。显然，如果让所有的列线也处在高电平，那么，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此，必须使所有列线处在低电平。只有这样，当有键按下时，该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。CPU根据行电平的变化，便能判定相应的行有键按下。8号键按下时，第2行一定为低电平。然而，第2行为低电平时，能否肯定是8号键按下呢？10章单片机接口技术按键按下时，与此键相连的行线与列线导通回答是否定的，因为9、10、11号键按下，同样会使第2行为低电平。为进一步确定具体键，不能使所有列线在同一时刻都处在低电平，可在某一时刻只让一条列线处于低电平，其余列线均处于高电平，另一时刻，让下一列处在低电平，依此循环，这种依次轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。采用键盘扫描后，再来观察8号键按下时的工作过程，当第0列处于低电平时，第2行处于低电平，而第1、2、3列处于低电平时，第2行却处在高电平，由此可判定按下的键应是第2行与第0列的交叉点，即8号键。10章单片机接口技术回答是否定的，因为9、10、11号键按下，同键盘的编码

对于独立式按键键盘，因按键数量少，可根据实际需要灵活编码。对于行列式键盘，按键的位置由行号和列号惟一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。10章单片机接口技术键盘的编码 10章单片机接口技术如图10.5中的8号键，它位于第2行，第0列，因此，其键盘编码应为20H。采用上述编码对于不同行的键离散性较大，不利于散转指令对按键进行处理。因此，可采用依次排列键号的方式对按排进行编码。以图10.5中的4×4键盘为例，可将键号编码为：01H、02H、03H、…、0EH、0FH、10H等16个键号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。10章单片机接口技术如图10.5中的8号键，它位于第2行，第10.3.3.键盘工作方式对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。

10章单片机接口技术10.3.3.键盘工作方式10章单片机接口技术1)编程扫描方式编程扫描方式是利用CPU完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。10章单片机接口技术1)编程扫描方式10章单片机接口技术键盘扫描程序一般应包括以下内容：(1)判别有无键按下。(2)键盘扫描取得闭合键的行、列值。(3)用计算法或查表法得到键值。(4)判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。(5)将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。10章单片机接口技术键盘扫描程序一般应包括以下内容：10章单片机接口技术2)定时扫描方式定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间（例如10ms）的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断。CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键按下时识别出该键，再执行该键的功能程序。定时扫描方式的硬件电路与编程扫描方式相同，程序流程图如图10.5所示。10章单片机接口技术2)定时扫描方式10章单片机接口技术图10.5定时扫描方式程序流程图10章单片机接口技术图10.5定时扫描方式程序流程图10章单片机接口技术

图10.5中，标志1和标志2是在单片机内部RAM的位寻址区设置的两个标志位，标志1为去抖动标志位，标志2为识别完按键的标志位。初始化时将这两个标志位设置为0，执行中断服务程序时，首先判别有无键闭合，若无键闭合，将标志1和标志2置0后返回；10章单片机接口技术图10.5中，标志1和标志2是在单片机内部R若有键闭合，先检查标志1，当标志1为0时，说明还未进行去抖动处理，此时置位标志1，并中断返回。由于中断返回后要经过10ms后才会再次中断，相当于延时了10ms，因此，程序无须再延时。10章单片机接口技术若有键闭合，先检查标志1，当标志1为0时，

下次中断时，因标志1为1，CPU再检查标志2，如标志2为0说明还未进行按键的识别处理，这时，CPU先置位标志2，然后进行按键识别处理，再执行相应的按键功能子程序，最后，中断返回。如标志2已经为1，则说明此次按键已做过识别处理，只是还未释放按键。当按键释放后，在下一次中断服务程序中，标志1和标志2又重新置0，等待下一次按键。

10章单片机接口技术下次中断时，因标志1为1，CPU再检查标志2，3)中断扫描方式采用上述两种键盘扫描方式时，无论是否按键，CPU都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此，CPU经常处于空扫描状态。10章单片机接口技术3)中断扫描方式10章单片机接口技术

为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下：当无键按下时，CPU处理自己的工作，当有键按下时，产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。10章单片机接口技术为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式图10.6是一种简易键盘接口电路，该键盘是由8051P1口的高、低字节构成的4×4键盘。键盘的列线与P1口的高4位相连，键盘的行线与P1口的低4位相连，因此，P1.4P1.7是键输出线，P1.0P1.3是扫描输入线。图中的4输入与门用于产生按键中断，其输入端与各列线相连，再通过上拉电阻接至+5V电源，输出端接至8051的外部中断输入端。10章单片机接口技术图10.6是一种简易键盘接口电路，

具体工作如下：当键盘无键按下时，与门各输入端均为高电平，保持输出端为高电平；当有键按下时，端为低电平，向CPU申请中断，若CPU开放外部中断，则会响应中断请求，转去执行键盘扫描子程序。10章单片机接口技术具体工作如下：10章单片机接口技术图10.6中断扫描键盘电路10章单片机接口技术图10.6中断扫描键盘电路10章单片机接口技术行列式键盘输入实验P1口接4×4键盘作为输入，P2口输出。按下0号键数码管显示0，按下1号键数码管按下时显示1，以此类推。10章单片机接口技术行列式键盘输入实验P1口接4×4键盘作为输入，P2口输出。10章单片机接口技术10章单片机接口技术10.4键盘、显示接口芯片HD7279A

HD7279A是比高公司生产的单片具有串行接口、可同时驱动８位共阴式数码管（或64只独立LED）的智能显示驱动芯片，该芯片同时可连接多达64键的键盘矩阵，一片即可完成LED显示及键盘接口的全部功能。

HD7279A内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。10章单片机接口技术10.4键盘、显示接口芯片HD7279A10章单片机接图10-7HD7279A引脚排列图10章单片机接口技术图10-710章单片机接口技术表10.1HD7279A引脚功能10章单片机接口技术表10.1HD7279A引脚功能10章单片机接口技图10.8HD7279A典型应用电路10章单片机接口技术图10.8HD7279A典型应用电路10章单片机接HD7279A的控制指令分为二大类：纯指令和带有数据的指令。·纯指令1,复位”清除”指令A4H

表10.2复位”清除”指令D7D6D5D4D3D2D1D010100100当HD7279A收到该指令后，将所有的显示清除，所有设置的字符消隐、闪烁等属性也被一起清除。执行该指令后，芯片所处的状态与系统上电后所处的状态一样。10章单片机接口技术HD7279A的控制指令分为二大类：纯指令和带有数据的指令2,测试指令BFH 该指令使所有的LED全部点亮，并处于闪烁状态，主要用于测试。表10.3测试指令D7D6D5D4D3D2D1D01011111110章单片机接口技术2,测试指令BFH表10.3测试指令D7D6D5D4D3、左移指令A1H使所有的显示自右向左(从第1位向第8位)移动一位(包括处于消隐状态的显示位)，但对各位所设置的消隐及闪烁属性不变。表10.4左移指令D7D6D5D4D3D2D1D01010000110章单片机接口技术3、左移指令A1H表10.4左移指令D7D6D5D4D34、右移指令AOH 与左移指令类似，但所做移动为自左向右(从第8位向第1位)移动，移动后，最左边一位为空。表10.5右移指令10章单片机接口技术4、右移指令AOH表10.5右移指令10章单片机接口5、循环左移指令A3H 与左移指令类似，不同之处在于移动后原最左边一位(第8位)的内容显示于最右位(第1位)。10章单片机接口技术5、循环左移指令A3H10章单片机接口技术6、循环右移指令A2H 与循环左移指令类似，但移动方向相反。表10.6循环右移指令10章单片机接口技术6、循环右移指令A2H表10.6循环右移指令10章单·带有数据的指令下载数据且按方式0译码，X＝无影响表10.7带有数据的指令D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010000a2a1a0dpXXXd3d2d1d0命令由一个字节组成，前半部分为指令，其中a2,a1,a0为位地址，具体分配如表10.7所示10章单片机接口技术·带有数据的指令表10.7带有数据的指令D7D6D5D表10.8a2,a1,a0为位地址的显示小数点的显示由DP位控制，DP=1时，小数点显示，DP=0时，小数点不显示。10章单片机接口技术表10.8a2,a1,a0为位地址的显示小数点的显示由下载数据且按方式1译码，X＝无影响表10.9下载数据且按方式1译码D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D011001a2a1a0dpXXXd3d2d1d0d0-d3为数据，收到此指令时，HD7279A如表10.9所示规则(译码方式0)进行译码10章单片机接口技术下载数据且按方式1译码，X＝无影响表10.9下载数据且按方表10.10HD7279A十六进制的7段显示d3-d0(十六进制)d3d2d1d07段显示00H0000001H0001102H0010203H0011304H0100405H0101506H0110607H0111708H1000809H100190AH1010-0BH1011E0CH1100H0DH11