第4章 MCS-51单片机输入口及其应用

源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构单片机原理与应用邓耀辉源点教育第四章MCS51输入口及其应用源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构第4章MCS-51单片机输入口及其应用4.1输入设备的分类4.2键盘去抖方法4.3独立式键盘4.4行列式键盘4.5键盘扫描程序源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构学习要点在设计键盘接口时，解决以下几个问题：1。开关状态的可靠输入—可设计硬件去抖动电路或设计去抖动软件。2。键盘状态的监测方法—中断方式还是查询方式。3。键盘编码方法。4。键盘控制程序的编制。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构4.1输入设备的分类1。按钮开关2。单刀开关3。BCD指拨开关源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构4.2键盘去抖方法键盘防抖（消抖）概念通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号小型如下图。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构键盘去抖方法按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。按键的抖动，可用硬件或软件两种方法。1。硬件消抖2。软件消抖源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构硬件消抖在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。下图所示的RS触发器为常用的硬件去抖。图中两个“与非”门构成一个RS触发器。当按键未按下时，输出为1;当键按下时，输出为0。此时即使用按键的机械性能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开B），只要按键不返回原始状态A，双稳态电路的状态不改变，输出保持为0，不会产生抖动的波形。也就是说，即使B点的电压波形是抖动的，但经双稳态电路之后，其输出为正规的矩形波。这一点通过分析RS触发器的工作过程很容易得到验证。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构硬件消抖状态表：初始：A=01=0;B=15=16=02=0;3=1按键：A=11=1;B=05=06=12=1;3=0抖动：A=11=1;B=15=14=0(3=0)6=12=1;3=0源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构软件消抖如果按键较多，常用软件方法去抖，即检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms～10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms～10ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构4.3独立式键盘1．独立式按键结构独立式按键是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每根I/O口线上按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。独立式按键电路如图4-1所示。2．独立式按键的软件结构包括按键查询、键功能程序转移。FP0～FP7为功能程序入口地址标号，PROM0～PROM7分别为每个按键的功能程序。图4-2为使用扩展I/O的独立式按键电路，按键数量可多可少。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构独立式按键电路图4-1独立式按键电路8031INT0＋５ＶI/O8031（ａ）（ｂ）查询方式I/O中断方式+5VINT1源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构8255扩展I/O的独立式键盘8031P2.7ALEP0WRRD74LS3730AA1D~7D0CSPAPA568255RESETGNDPA0PA1PA2PA3PA4PA7WRRD+5V+5V1K10μF7123456088图4-2使用8255扩展I/O的独立式键盘源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构4.4行列式键盘1．键盘工作原理行列式键盘电路原理如图4-3所示。按键设置在行列式交点上，行列线分别连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接+5伏时，被钳位在高电平状态。键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的。键盘中哪一个键按下可由列线逐列置低电平后，检查行输入状态来判断。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构行列式键盘原理电路图4-3行列式键盘原理电路源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构行列式键盘工作方式2．键盘工作方式（如图4-4所示）键盘的工作方式：编程扫描方式、定时扫描方式、中断扫描方式三种。在键盘扫描子程序中完成下述几个功能。（1）判断键盘上有无键按下（2）去键的机械抖动影响。（3）求按下键的键号。（4）键闭合一次仅进行一次键功能操作。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构8155扩展I/O口组成的行列式键盘图4-48155扩展I/O口组成的行列式键盘源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构键扫描子程序框图调用子程序延时6ms调用子程序延时12ms开始有键闭合否？有键闭合否？判断闭合键键号栈闭合键释放否？输入键号A返回YNNYNY源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构键盘扫描方式3．键盘扫描方式扫描法：在判定有键按下后逐列（或逐行）置低电平，同时读入行（或列）的状态，如果行（或列）的状态出现非全1状态，这时0状态的行、列交点的键就是所按下的键。特点是逐列（或逐行）扫描查询。这时相应行（或列）应有上拉电阻接高电平。反转法：只要经过两个步骤就可获得键值。反转法原理如图4-5所示。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构（a）线反转法第一步（b）线反转法第二步图4-5线反转法原理源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构行列式键盘接口4．行列式键盘接口（如图4-6所示）通用并行扩展I/O口键盘接口8031串行I/O口扩展的键盘接口源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构图4-68031串行I/O口扩展的行列式键盘接口源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构1.键输入检查键盘是否有键被按下，消除按键抖动。确定被按键的键号，获取键号。硬件电路消除抖动或软件消除抖动。＆I/O接口＆+5v+5v消除抖动电路开关单片机抖动时间＜10ms开关动作时间＞100ms“1”“0”＜10ms延时等待10ms仍有按键信号？Y有按键信号？NYN键盘处理按键释放？NY4.5键盘扫描程序源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构2.键译码键号为键盘位置码，根据键号查表得出被按键的键值。键值：数字键0～9、字符键0AH～0FH、功能键10H～。3.键处理根据键值转移到不同程序段。若键值属于数字、字符键，则调用显示数字和字符的子程序。若键值属于功能键，则进行多分支转移，执行各个功能程序段。键盘处理程序任务源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构独立式键盘电路矩阵式键盘01+5vC0C1R0R1键盘I/O接口1.扫描法列线输出，行线输入。列线逐行输出0，某行有按键，行线输入有0，若无按键，行线输入全部为1。2.反转法行列线交换输入、输出，两步获取按键键号。P1.0P1.1P1.7+5v每个按键单独占有一根I/O接口引线。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构独立式按键（例程讲解）独立式按键是指直接用I／0口线构成的单个按键电路。每个独立式按键单独占有一根I／O口线，每根I／O口线上的按键的工作状态不会影响其它1／0口线的工作状态。下图为一种独立式四按键电路，键值由软件用中断或查询方式获得。1、K0—K3四个按键在沒有按下时，P1.0—P1.3均处于高电平状态；只要有键按下，则相应的I/O口线就变成低电平；一个按键与一根I/O口线状态相对应。3、显然，在中断服务程序中，应设计键盘去抖动延时程序和读键值程序。4、等待键释放以后，再退出中断服务程序，转向各键定义的各功能程序。这样可以避免发生一键按下、多次处理的現象。2．在图中，为了使CPU能及时处理键盘功能，四根键盘状态输出线被送到四与门输入端。这样，只要有任一键按下，该四与门输出端便由高电平变成低电平，再通过INT0向CPU发出中断请求。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构ORG0000HAJMPMAIN；转向主程序。ORG0003HAJMPJSB；设置键识别中断服务程序入口。ORG0030HMAIN：MOVSP,#30H；设置堆栈。SETBEA；开中断。SETBEX0；允许INT0中断。MOVP1,#0FFH；设P1口为输入方式。HERE：SJMPHERE；等待键闭合。键识别中断服务程序：ORG0120HJSB：PUSHACC；保护现场。CLREA；暂时关中断。MOVA,P1；取P1口当前状态。ANLA,#0FH；屏蔽高4位。CJNEA,#0FH,KEY；有键按下，转键处理KEY。SETBEA；开中断。POPACC；现场恢复。RETI；返回。KEY：MOVB,A；保存键闭合信息到B。LCALLDELAY10；延时10ms,消去键闭合抖动。LOOP：MOVA,P1；取P1口状态。ANLA,#0FH；屏蔽高4位。CJNEA,#0FH,LOOP；等待键释放。LCALLDELAY10；延迟10ms,消去键释放抖动。MOVA,B；取键闭合信息。JNBACC.0,KEY0；若K0按下，转键处理程序KEY0。JNBACC.1,KEY1；若K1按下，转键处理程序KEY1。JNBACC.2,KEY2；若K2按下，转键处理程序KEY2。AJMPKEY3；转键处理程序KEY3。源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构行列式按键（例程讲解）4条列线：P04-P074条行线：P00-P03注：P0口有上拉电阻源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构行-列式键盘的扫描键值可归结为二个步骤:判断有无键按下；判断按下键的行、列号,并求出键值，键值＝行号×04H＋列号若求得键值，则可利用散转指令,去执行键盘各自的功能程序。硬件图中，设定：行号=0，1，2，3；列号=0，1，2，3；可得键值如图所示:扫描步骤（逐列）行/列01230012314567289AB3CDEF键值表源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构行列式按键（逐列或逐行扫描原理）扫描步骤（逐列）1。全扫描：作用：判断是否有键按下。先对各行送低电平，如读回各列值都为1，则说明没有键按下，如某列上出现低电平，则说明有跨接到该列的键按下；例程：MOVP0,#0FH;P0口的高四位置0，低四位置1MOVA,P0;读取P0口ANLA，#0FH；提取低四位CJNEA，#0FH，YKEY0；判断是否有键按下AJMPKEYOUT源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构扫描步骤（逐列）延时去抖YKEY0:LCALLDELAYMOVP0,#0FH;P0口的高四位置0，低四位置1MOVA,P0;读取P0口ANLA,#0FH;提取P0口的低四位CJNEA,#0FH,YKEY1AJMPKEYOUT源于科技点石成金源点教育专业IC、嵌入式教育机构扫描步骤（逐列）1。逐行扫描：作用：判断具体是哪个键按下，并提取键值。判断已有键按下的情况下，一行一行的判断看是哪一行有键按下，这样就能找出是哪一行和哪一列的键按下，从而得出具体的键值。YKEY1:MOVR3,#0;列号寄存器MOVR4,#0;hang号寄存器MOVR0,#0EFH;从第一列开始扫描YKEY:MOVA,R0MOVP0,AMOVA,P0JNBACC.0,H1;转第一行JNBACC.1,H2;转第二行JNBACC.2,H3;转第三行JNBACC.3,H4;转第四行INCR3CJNER3,#04H,KEYNEXTAJMPKEYOUT源于科技点石成金源