《AT89S52单片机基础项目教程》203-按键及按键矩阵输入控制

课题序号203教学班级教学课时0.5教学形式多媒体教学课题名称全自动洗衣机--按键及按键矩阵输入控制使用教具课件，多媒体教学，按键实物教学目的实现按键及按键矩阵输入控制教学重点按键的控制及4*4矩阵键盘接口教学难点4*4矩阵键盘的行列扫描读取键值的方法更新、补充、删节内容无课前准备制作课件，整理任务指导书课外作业每按一个键点亮对应的二极管；设计加法计算器板书设计一、按键及按键矩阵输入控制（一）按键与键盘基本知识（二）机械触点按键的防抖动问题（三）4*4矩阵键盘接口（四）4*4矩阵键盘的程序设计方法（五）在Proteus中仿真教学感想

课堂教学安排教学环节主要教学内容教学手段与方式课程导入（以提问的方式引入本课的主要内容）讲授新课（讲解本课的主要内容）课程讲授课程小结课后作业在生活中我们经常见到按键，如手机、计算器等，通常利用按键来实现某项功能，如启动程序或者输入信息等，在单片机系统中，按键的作用同样重要，本课将为大家揭晓按键的结构以及如何使用按键去控制程序及实现输入。（一）按键与键盘基本知识按键或键盘（多个按键组成键盘）是人向仪器、设备发出指令、输入信息的必须设备，是人机交互的重要组成部分。可以毫不夸张的说，任何一个可控的设备都离不开按键或键盘。当然，随着技术的不断进步，按键形式出现了很大变化，比如导电橡胶轻触键、电容或电阻形式的触摸屏等，不管形式如何变化，其最终作用都是与传统机械式按键一样的。以单片机控制系统常用的机械式微型按键为例，按键在单片机电路中的工作原理是这样的：通过按键的接通与断开，产生两种相反的逻辑状态：低电平“0”与高电平“1”。有电平变化时，由软件控制完成按键所设定的功能。按键及符号以上图为例，有4只按键分别接在51单片机的P2.0、P2.2、P2.4、P2.6口上，按键的另一端接地。很明显，如果先给单片机这几个口置高电平，那么当这几个按键中的一只或几只按下去时，其相应的单片机口将得到低电平。如果这个低电平信号被单片机接收，则可以控制程序执行相应的功能。（二）机械触点按键的防抖动问题当机械触点的按键按下与释放时，因机械触点的弹性作用，在闭合与断开的瞬间均有一个抖动过程。通过图2-3-3可以看出，当按键闭合与松开时，在10毫秒内有抖动，造成按键瞬间多次接通与释放，这种抖动对程序的控制会产生重大影响，单片机程序的执行速度是非常块的，当按键抖动时，会让程序判断执行产生错误，造成控制不稳定甚至无法预料的结果。所以，使用按键控制时必须想办法消除这种抖动的影响。总体上有两种处理办法，一种是在按键电路外围加一些硬件的方法来消除抖动，在按键数较少时可用。具体的电路有很多种，这里就不再介绍了，大家可以上网查阅或参考其它书籍。机械触点按键的抖动过程还有一种用得较多，也很普遍的办法就是采用程序设计，即软件去抖动法。其基本思想是：检测到有键按下，则该按键对应的单片机接口线为低，软件延时10ms后，如仍为低，则确认该接口处有键按下。当键松开时，接口线变高，软件延时10ms后，如接口线仍为高，说明按键已松开。采取以上措施后，就能躲开两个抖动期对程序的影响。（三）4*4矩阵键盘接口4*4矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是16个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。4*4矩阵键盘（四）4*4矩阵键盘的程序设计方法要确定是哪个键按下，其设计思想是：无键按下，该行线为高电平，当有键按下时，行线电平由列线的电平来决定。由于行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发生影响，必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。以图2-3-4为例，键盘接口至单片机的P1口，其中P1.0-P1.3是列线，P1.4-P1.7是行线。先读取键盘的状态，得到按键的特征编码。先从P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，即P1=0x0f。从P1口的低四位读取键盘状态后，再让P1口低四位输出低电平，高四位输出高电平，即P1=0xf0。从P1口的高四位读取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码，我们称为键值。使用上述方法我们得到16个键的键值。假如“S2”键被按下，找到其键值的过程是：从P1口的高四位输出低电平，即P1.4－P1.7为输出口。低四位输出高电平，即P1.0－P1.3为输入口。读P1口的低四位状态为“1101”，其值为“0DH”。再从P1口的高四位输出高电平，即P1.4－P1.7为输入口。低四位输出低电平，即P10－P13为输出口，读P1口的高四位状态为“1110”，其值为“E0H”。将两次读出的P0口状态值进行逻辑或运算就得到其按键的特征编码为“EDH”。用同样的方法可以得到其它15个按键的特征编码。程序设计框图如下图所示。4*4键盘程序设计流程（五）在Proteus中仿真按键加减计数装置在Proteus中的接线原理图参见图2-3-1，大家可以自行选择单片机端口连接按键、数码管，当然程序应作相应的修改。参考程序见教材。2、模拟电话拨号显示控制装置建议在亚龙YL-236单片机控制考核台上完成。如果在其它实训实施上完成，注意数码管扫描部分是否是总线型的，如不是则作适当修改即可。完成该功能的参考程序见教材。按键加减计数Proteus仿真1、按键在单片机电路中是通过接通与断开，产生两种相反的逻辑状态，由软件控制完成按键所设定的功能。2、机械触点的按键按下与释放时，因机械触点的弹性作用，在闭合与断开的瞬间均有一个抖动过程，抖动时间一般小于10ms。抖动会让程序判断执行产生错误，造成控制不稳定甚至无法预料的结果。消除按键抖动的方法有硬件的方法与软件的方法。3、4*4矩阵键盘能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。其按键识别程序设计方法有行扫描法、列扫描法、反转法等几种。我们教材中的例程是反转法，程序相对简单，容易理解。1、编写程序，做到在按键键盘上每按一个数字键（0—F）用发光二极管显示出来，按其他键推出。2、设计加法计算器，实验板上有12个按键，编写程序，实现一位整数加法运算功能。可定义“A”键为“+”，“B”键为“-”。启发式提问（由生活中常见的例子引导学生思考问题，引出课程内容）讲授法（教师讲解按键与键盘的基本知识，学生听课、做笔记及思考）讲授法（结合图形及实物，讲解按键的结构及特点，学生听课、做笔记及思考）讲授法（结合图形讲解机械触点按键的抖动过程，学生听课、做笔记及思考）电路分析（着重讲