《单片机技术与应用》教案13项目5任务1-键盘接口概述及行列式扫描编程原理

PAGEPAGE1教案学习领域项目5简易电子琴设计学习情境任务1键盘接口概述及行列式扫描编程原理序号13课型理实一体化课时2教具学具电教设施pc机；keil以及proteus软件；任务书（供学生用）；课件教学目标知识目标①掌握矩阵键盘原理②掌握行列扫描法原理能力目标①能够通过Keil和Proteus软件的初步使用，提高观察和分析能力②能够通过行列扫描方法方式编写程序，培养逻辑思维能力③能够编制按键状态机程序，提高分析和解决问题的能力情感目标①能够透过实验现象归纳事物本质②培养学生对本专业的职业认同感③培养学生科学探索的兴趣、严谨扎实的工作作风和团结协作精神教学重难点重点①掌握矩阵键盘原理②掌握行列扫描法原理难点①掌握矩阵键盘原理②掌握行列扫描法原理学法教法实验探究、任务引领法、讨论法、张贴法、头脑风暴法、演示法教学内容更新、补充、删节参考资料课后体会学生在任务的驱动下，利用仿真电路自主探究电路规律，结合教师对相关知识点的讲授，达到对所学知识的掌握。这个思路带来了很好的教学效果，但增加的实验部分会使得教学时数稍显紧张，这一点还需日后改进。

教与学互动设计教师活动内容学生活动内容一、组织教学（2分钟）1.首先清点学生出勤情况，填写考勤记录。2.检查学生工作服、帽、鞋等是否符合安全要求。3.宣布今天的实习内容、技术要求、工时、劳动纪律等。4.强调生产实习安全注意事项。5.学生分组分上机、实习工位。6.发放任务书、自评和互评表以及白纸到每组的学生手中。二、布置任务（3分钟）下达任务，使用如图4-12所示电路，用AT89C51设计一个数显频率计数器对0~300KHz的方波信号进行测量，信号从P3.5引脚输入，P1、P2口做输出口，接液晶1602，编写程序，测出从P3.5引脚输入的方波信号的频率并显示出来。三、资讯计划（25分钟）这里就矩阵键盘识别检测作一介绍：键盘是由若干个案件组成的开关电路，它是简单的单片机输入设备，操作员可以通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机通信。键盘有独立式键盘和矩阵式键盘两种，独立式键盘在前面项目中已有介绍。若键盘闭合键的识别是由专用硬件实现的，则称为编码键盘；若用软件实现闭合键识别的，则称为非编码键盘。键盘接口应有以下功能：键盘扫描功能，即检测是否有键闭合；键识别功能，确定被闭合键所在的行列位置；产生相应的键的代码（键值）功能；消除按键抖动及对应对多键串按（复键）的功能。在单片机的运行过程中，执行键盘扫描和处理，可有以下3种情况：随机方式，每当CPU空闲执行键盘扫描程序；中断方式，每当有键闭合时才向CPU发出中断请求，中断响应后执行键盘扫描程序；定时方式，每隔一定时间执行一次键盘扫描程序，定时可由单片机的定时器完成。矩阵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5-1所示。图5-1矩阵式键盘结构由图可知，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，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。矩阵式键盘中，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，矩阵键盘中的行线、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。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5-2中K7号键的识别为例来说明扫描法识别按键的过程。图5-2矩阵式键盘接口矩阵式（也称行列式）键盘用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。如图5-2所示，一个4´4的行、列结构可以构成一个16个按键键盘。在按键数目较多的场合，要节省较多的I/O口线。矩阵中无按键按下时，行线为高电平；当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线的电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线的电平也为高，这是识别按键是否按下的关键所在。由于矩阵式键盘中行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合，才能确定闭合键位置。下面讨论矩阵式键盘按键的识别方法。第1步，识别键盘有无键按下。先把所有列线均置为0（执行P3=0xf0），然后检查各行线电平是否都为高，如果不全为高，说明有键按下，否则无键被按下。例如，当K7键按下时，第2行线为低，还不能确定是K7键被按下，因为如果同一行的键4、5或6之一被按下，行线也为低电平。只能得出第2行有键被按下的结论。第2步，识别出哪个按键被按下。采用逐行扫描法，在某一时刻只让1条行线处于低电平，其余所有行线处于高电平。（输出指令P3=0xef指令）当第1行为低电平，其余各行为高电平时，因为是键7被按下，第1行的行线仍处于高电平，此时读回P3口的值为P3=0xef,只要P3口输出与输入的值相等，便说明不是此行的键按下。当第2行为低电平(输出指令P3=0xdf)，由于K7键按下，第4列被拉成了0电平，此时读回P3口的值为P3=0xd7，只要P3口输出与输入的值不相等，便说明是此行的键按下，把读回P3口的值作为特征码，在程序中作进一步判定。请大家分析一下如果是K9键按下时，单片机是如何判定的。综上所述，扫描法的思想是，先把某一行置为低电平，其余各行置为高电平，检查各行线电平的变化，如果某列线电平为低电平，则可确定此行此列交叉点处的按键被按下。四、计划实施（50分钟）在proteus中绘制如下电路图:然后在keil中新建工程，录入下面程序，并生成.hex文件。#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharkey;unsignedcharcodedisp_code[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//共阴段码表unsignedcharcodekey_code[]={0xee,0xed,0xeb,0xe7,0xde,0xdd,0xdb,0xd7,0xbe,0xbd,0xbb,0xb7,0x7e,0x7d,0x7b,0x77};//按键按下产生的特征码unsignedcharcodetest_code[]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//行扫描用的值voiddelayms(uintms){uchart;while(ms--){for(t=0;t<120;t++);}}ucharkeyscan()//键盘扫描程序{ucharscan1,temp,j;P3=0xf0;scan1=P3;if((scan1&0xf0)!=0xf0)//判键是否按下{delayms(30);//延时10msscan1=P3; if((scan1&0xf0)!=0xf0)//二次判键是否按下temp=0x0e; { for(j=0;j<4;j++)//用特征码扫描1-4次，最少1次跳出此循环 { P3=test_code[j];//输出行扫描用的值 switch(P3)//读入P3口的特征值 { case0xee:P0=disp_code[0];break; case0xed:P0=disp_code[1];break; case0xeb:P0=disp_code[2];break; case0xe7:P0=disp_code[3];break; case0xde:P0=disp_code[4];break; case0xdd:P0=disp_code[5];break; case0xdb:P0=disp_code[6];break; case0xd7:P0=disp_code[7];break; case0xbe:P0=disp_code[8];break; case0xbd:P0=disp_code[9];break; case0xbb:P0=disp_code[10];break; case0xb7:P0=disp_code[11];break; case0x7e:P0=disp_code[12];break; case0x7d:P0=disp_code[13];break; case0x7b:P0=disp_code[14];break; case0x77:P0=disp_code[15];break; } }}}elseP3=0xff;return(16);}main(){P0=0x40;//数码管显示"-"P3=0xff; while(1){keyscan();