项目7 单片机的按键

项目7单片机的按键项目导读：

单片机作为计算机的一类，同样有输入输出（I/O）系统。按键是计算机系统外设常见的输入设备。在单片机系统中，按键数目一般比较少，常采用独立按键方式或矩阵按键方式实现系统输入功能。本项目首先介绍机械按键相关知识，再分析按键与单片机接口的连接，最后通过典型程序代码段展示单片机按键功能。任务7.1独立按键输入控制LED状态的设计与仿真任务描述：

本任务要求利用AT89C51单片机的I/O接口连接4个独立按键和4位LED，使独立按键动作被LED的状态反映出来。用Keil、Proteus等开发平台进行系统搭建、编程、仿真，实现独立按键控制LED亮灭状态的功能。

键盘是单片机应用系统中常用的输入设备。

在单片机应用系统中，操作人员一般都是通过键盘向单片机系统输入指令、地址、数据，实现简单的人机交互。7.1.1键盘的工作原理

键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。按键开关结构和按键产生的波形如下图

所示。1．按键的识别

当按键未按下时，开关处于断开状态，向P1.1输入高电平；

当按键按下时，开关处于闭合状态，向P1.1输入低电平。

因此，可通过读入P1.1的高低电平状态来判断按键是否按下。2．按键的消抖

在单片机应用系统中，通常按键开关为机械式开关，由于机械触点的弹性作用，按键开关在闭合时往往不会马上稳定地接通，断开时也不会马上断开，因而在闭合和断开的瞬间都会伴随着一串抖动，其波形如下图所示。2．按键的消抖

按下键时产生的抖动称为前沿抖动，松开键时产生的抖动称为后沿抖动。如果不对抖动做处理，会出现按一次键而确认多次的情况，为确保按一次键只确认一次，必须消除按键抖动。

消除按键抖动通常有硬件消抖和软件消抖两种方法。硬件消抖是通过在按键输出电路上添加一定的硬件线路来消除抖动，一般采用R-S触发器或单稳态电路实现。

由两个与非门组成的R-S触发器消抖电路如下图所示。

当未按下按键时，开关倒向下方，上面的与非门输入高电平，下面的与非门输入低电平，输出端输出高电平。

当按下按键时，开关倒向上方，上面的与非门输入低电平，下面的与非门输入高电平，由于R-S触发器的反馈作用，使输出端迅速地变为低电平，而不会产生抖动波形，而当按键松开时，输出端迅速地回到高电平而不会产生抖动波形。

经过图中的R-S触发器消抖后，输出端的信号就变为标准的矩形波。

软件消抖是利用延时程序消除抖动。

由于抖动时间都比较短，因此可以这样处理：当检测到有键被按下时，执行一段延时程序跳过抖动，再去检测，通过两次检测来识别一次按键，这样就可以消除前沿抖动的影响。

对于后沿抖动，由于在接收一个键位后，一般都要经过一定时间再去检测是否按键，这样就自然跳过后沿抖动时间而消除后沿抖动了。当然在第二次检测时有可能发现又没有键被按下，这是怎么回事呢？这种情况一般是线路受到外部电路干扰使输入端产生干扰脉冲，这时就认为键没有被按下。7.1.2独立式键盘与单片机的接口

独立式键盘就是各按键相互独立，每个按键各接一根I/O接口线，每根I/O接口线上的按键都不会影响其他的I/O接口线。

因此，通过检测各I/O接口线的电平状态就可以很容易地判断出哪个按键被按下了。

7.1.2独立式键盘与单片机的接口

独立式键盘与单片机的接口如下图所示。

独立式键盘的电路配置灵活、简单。但每个按键要占用一根I/O接口线，在按键数量较多时，I/O接口线需求很大。故一般仅在按键数量不多时采用这种形式。任务7.2矩阵按键输入控制数码管显示的设计与仿真任务描述：

本任务要求利用AT89C52单片机的I/O接口连接16位矩阵按键，使矩阵按键动作控制数码管显示。用Keil、Proteus等开发平台进行系统搭建、编程、仿真，实现矩阵按键控制数码管数字的功能。7.2.1矩阵按键的结构

矩阵键盘又叫行列式键盘。

它用两组I/O接口线排列成行、列结构，一组设定为输入，另一组设定为输出，输入线要带上拉电阻器，键位设置在行、列线的交点上，按键的一端接行线，另一端接列线。

由4根行线和4根列线组成的4×4矩阵键盘如下图所示。

行线为输入，列线为输出，可管理4×4=16个键。矩阵键盘占用的I/O接口线数目少，图中4×4矩阵键盘总共只用了8根I/O接口线，比独立式键盘少了一半，而且键位越多，情况越明显。因此，在按键数量较多时，往往采用矩阵键盘。

矩阵键盘的处理一般需注意两个方面：键位的编码和键位的识别。1．键位的编码

矩阵键盘的编码通常有两种：二进制组合编码和顺序排列编码。

二进制组合编码如图所示，每一根行线有一个编码，每一根列线也有一个编码，行线的编码从下到上分别为1、2、4、8，列线的编码从右到左分别为1、2、4、8，每个键位的编码直接用该键位的行线编码和列线编码组合得到。1．键位的编码

图中4×4键盘从右到左、从下到上的键位编码分别是十六进制数11、12、14、18、21、22、24、28、41、42、44、48、81、82、84、88。这种编码过程简单，但得到的编码复杂、不连续，程序处理起来不方便。

顺序排列编码如图所示，每一行有一个行首码，每一列有一个列号，4行的行首码从下到上分别为0、4、8、12，4列的列号从右到左分别是0、1、2、3，每个键位的编码用行首码加列号得到，即编码=行首码+列号。

图中4×4键盘从右到左、从下到上的键位编码分别是十六进制数0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。这种编码虽然编码过程复杂，但得到的编码简单、连续，程序处理起来方便。

现在矩阵键盘一般都采用顺序排列编码。2．键位的识别

矩阵键盘键位的识别可分为两步：第一步是检测键盘上是否有键被按下；第二步是识别哪一个键被按下。

第一步，检测键盘上是否有键被按下的处理方法：将列线送入全扫描字，读入行线的状态来判别。

2．键位的识别

以图为例，其具体过程如下：P2口低4位输出都为低电平，然后读连接行线的P1口低4位（P1内部自带上拉电阻器），如果读入的内容都是高电平，说明没有键被按下，则不用做第二步；如果读入的内容不全为1，则说明有键被按下，再做第二步，识别是哪一个键被按下。

第二步，识别键盘中哪一个键被按下的处理方法：将列线逐列置成低电平，检查行输入状态，称为逐列扫描。

其具体过程如下：从P2.0开始，依次输出0，置对应的列线为低电平，其他列为高电平，然后从P1低4位读入行线状态。在扫描某列时，如果读入的行线全为1，则说明被按下的键不在此列；如果读入的行线不全为1，则被按下的键在此列，而且是该列与0电平行线相交的点上的键。

为求取编码，在逐列扫描时，可用计数器记录下当前扫描列的列号，检测到第几行有键被按下，就用该行的行首码加列号得到当前按键的编码。7.2.2矩阵键盘的工作方式

矩阵键盘常采用查询工作方式和中断工作方式。

查询工作方式是直接在主程