4.2键盘输入数码课件 - 2022-2023学年高二下学期（中职）《单片机应用技术（C语言 第二版）》（劳动版）

在单片机应用控制系统中，一些控制常需要用多只按键以实现不同的控制，如果采用简单的独立式按键将会占用较多的单片机端口。因此，常常需要使用矩阵键盘。 任务提出 任务二　键盘输入数码 本任务的内容是用键盘输入数据，并用数码管显示输入的数据，具体要求为： 1.使用16键的矩阵键盘作为系统输入。 2.使用8只数码管作键盘控制输出功能显示系统。为简便起见，用数码管显示出键盘编号。 3.按键编号为0~F，每次按下键时，4只数码管的显示内容左移一位，将按键编号显示在最右边的数码管上。 根据任务目标，使用8只数码管动态显示电路作为系统输出。数码动态显示需要段码的锁存驱动电路和位码的锁存驱动电路。 使用16只键的矩阵键盘作为系统输入，就是要将矩阵键盘连接到单片机的输入端口。整个系统的框图如图所示。 任务分析 参数设定系统电路框图 若直接使用机械开关，其输出电平有抖动，与普通按键处理方法相同，需要硬件或软件消除抖动后控制系统工作；若使用输出信号没有抖动的电路、器件、设备，则可以直接用其输出信号的电平或边沿作为动作点来控制系统工作。 在数码管显示中，使用全局变量来存储显示内容，8只数码管对应有8个元素的数组，修改数组元素的内容将使数码管的显示内容相应更改。 根据任务要求，当按下按键时，控制数码管显示内容左移，并把按键的值显示在最后一只数码管上。因此在程序中，检测到有按键按下时，应将数码管显示对应的数组元素依次向左赋值，同时将按键的编号赋值给最后一个元素即能实现任务目标。 一、矩阵键盘扫描与译码的原理 在单片机控制系统中，当要求按键数目较多时，通常采用矩阵键盘。 1．矩阵键盘的结构及原理 矩阵键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图所示。 2．矩阵键盘按键的识别 （1）判断键盘中有无键按下。 （2）判断闭合键所在的位置。 相关知识 矩阵式键盘的结构 3．键盘的编码 键盘的编码，就是表达和区分按键功能的数值或符号。这是键盘检测程序和键盘功能执行程序之间的数据约定。 对于行列式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定。但按键所在物理位置和逻辑连接不一致，而且按键功能的不同也将影响键盘编码。图所示为常见的两种键盘布局。 若要将键盘的扫描行号和列号转换为有象征意义的键盘编码，可通过行列计算或通过数组查表的方法来实现。 键盘示意图 二、键盘扫描程序编写 在单片机应用系统中，常采用键盘作为系统输入。单片机对键盘状态的检测方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。 1．编程扫描方式 编程扫描方式是利用CPU完成其他工作的空余时段，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重新扫描键盘时再次响应键盘输入。 键盘扫描程序一般包括以下内容。 （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）将闭合键的键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。 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段（例如10 ms）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，只是在主程序中进行了定时扫描时间段设置。 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经常处于无键盘按下的空扫描状态。为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式。 中断扫描方式要求当任何一个按键按下都会给单片机中断引脚提供低电平。独立键盘将所有口线接到多输入与门，与门输出送入单片机中断引脚。而行列式键盘必须将作为输出的行或列置为低电平，把输入的所有线接到与门，与门输出送入单片机的中断引脚。 当单片机中断引脚出现低电平时，单片机暂停正在运行的程序，进入中断服务程序，单片机转去执行键盘扫描子程序，并识别键号与完成键功能。键盘处理完毕后，单片机回到被暂停的程序处继续运行，这种方式程序运行效率高。 4．键盘扫描消抖分析 用手按动键盘的时间一般为零点几秒到几秒，按键的电平抖动时间小于10 ms。因此，间隔10 ms检测一次键盘不会出现按键漏检的情况，若连续两次检测到有键被按下的信息，则一定是按键被按下。 要比较两次检测到的按键情况，需要将上一次的按键编码使用变量存储起来。 一、硬件设计 根据任务分析，本任务的硬件由单片机最小系统、数码管动态显示电路和矩阵键盘三大部分组成。单片机的最小系统电路由复位电路和振荡电路等组成，本任务中选择12 MHz的晶振为系统振荡器件。 选择8位共阴极数码管动态显示电路，考