按键控制键盘检测原理与应用

按键控制键盘检测原理与应用一、任务目标:认知目标1、掌握按键分类及工作原理2、掌握IF条件选择结构和使用方法3、掌握循环结构和使用原理4、掌握独立按键子函数的编写原理及方法1、独立键盘在简单的单片机应用系统中，往往只需要几个功能键就能满足要求，此时，可采用独立式按键结构。独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图1.2.1所示。独立式按键示意图独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。程序开始，检测按键是否被按下，若按下，则移动机器人启动，未被按下，继续检测。这里将程序分成三个部分，分别是延时子函数、按键子函数、主函数。延时子函数，通过参数t设置延时时间；按键模块子函数需用到延时函数，对按键进行消抖；主函数主要调用按键检测程序，实现对移动机器人的控制。程序流程图如图1.2.2所示延时消抖按键按下？按键释放？状态取反按键按下？开始是是否否否程序流程图程序示例：在编写程序开始的部分，将系统头文件“STC89C52RC.H”包含进来，对常用的变量类型进行宏定义，规划各函数和变量，对变量进行定义和初始化，对自定义子函数进行声明并添加相应标注，程序开始部分如下sbitIN1=P1^0;sbitIN2=P1^1;Voidkey()；编写主函数，在主函数中就是调用按键检测函数。Voidmain(){key();}编写key（）按键检测函数，按键按下，输出低电平，通过if语句检测低电平，延时10ms后，再次检测，若检测为高电平，则表示为机械抖动，若检测到低电平表示按键按下。Voidkey(){if(IN1==0){delay_ms(10);if(IN1==0){while(IN1==0);IN2=~IN2；}}}在上面的程序中，就只有一个检查按键扫描的函数key()，key()函数是检查有没有按键按下编写的。当有按键下的时候P2口取反。2、矩阵键盘（1）矩阵连接式键盘在单片机系统中键盘中按钮数量较多时，为了减少I/O口的占用，常常将按钮排列成矩阵形式，如下图所示：矩阵键盘形式矩阵按键实物图矩阵连接式键盘键按矩阵排列,各键处于矩阵行/列的结点处,CPU通过对连在行(列)的I/O线送已知电平的信号,然后读取列(行)线的状态信息。逐线扫描,得出键码。其特点是键多时占用I/O口线少,硬件资源利用合理，但判断按键速度慢。多用于设置数字键，适用于键数多的场合。（2）按键识别方法①扫描法第1步，识别键盘有无键按下；第2步，如有键被按下，识别出具体的键位。其工作过程为先把所有列线均置为0，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。再采用逐列扫描法，在某一时刻只让1条列线处于低电平，其余所有列线处于高电平，识别出按键具体位置。综上所述，扫描法的思想是，先把某一列置为低电平，其余各列置为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平为低电平，则可确定此行此列交叉点处的按键被按下。②线反转法线反转法的具体步骤为让行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所在行为按键所在行。再把行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出为全低电平，则列线中电平由高变低所在列为按键所在列。程序编写矩阵式键盘最主要的是按键识别，按键识别是采用线翻转的方法。线翻转法是先让P2=0xf0；当有按键按下时P2口的状态就会改变不在是0xf0，当按键按下时，P2的状态改变了，此时存储当前P2口的状态1，然后让P2=0xf0因为程序执行时间很短，此时按键还没抬起来，由于按键按下的原因P2状态不再是0xf0，存储此时P2口的状态2，把状态1与状态2的值相或，因为每个按键按下的值都是不一样的，根据按键返回的值给数码管赋不同的断码值，从而达到显示0~F的目的。利用线反转法编写程序流程如图1.2.4所示：系统初始化显示键值开始主程序键盘扫描程序switch按键返回值Case0xee;P0口送0段码……Break开始P2=0XF0有键按下？延时消抖有键按下？存储当前P2的状态2存储当前P2的状态1P2=0X0f返回（状态1|状态2）返回0xff是否是否键盘扫描程序Case0xed;P0口送1段码Case0x77;P0口送F段码结束开始键值显示函数程序流程图程序示例编写keyscan函数注释，定义keyscan函数并编写框架。keyscan函数主要负责扫描矩阵键盘是否被按下，并且根据按下的按键返回不同的值，所以应该为无参、有返回值函数。因为有按键按下时返回值是将两次P2=0xf0和P2=0x0f的结果相或，无按键按下时返回值为0xff，所以将函数返回值定义为uchar型即可。ucharkeyscan(void){ucharcord_h=0;ucharcord_l=0;P2=0xf0;if(P2!=0xf0){Delay_ms(10);if(P2!=0xf0){cord_h=P2;P2=0x0f;cord_l=P2;return(cord_h|cord_l);}}return(0xff);}编写主函数，系统从主函数开始执行，首先点亮数码管，将数字“0”的段码赋值给P0口，然后进入while无限循环，在while循环里，调用keyscan函数，并将返回值赋值给变量key，同时要定义变量可以。voidmain(){ucharkey;P0=0XC0;while(1){key=keyscan();switch(key){case0xee:P0=LED_Val[0];break;case0xed:P0=LED_Val[1];break;case0xeb:P0=LED_Val[2];break;case0xe7:P0=LED_Val[3];break;case0xde:P0=LED_Val[4];break;case0xdd:P0=LED_Val[5];break;case0xdb:P0=LED_Val[6];break;case0xd7:P0=LED_Val[7];break;case0xbe:P0=LED_Val[8];break;case0xbd:P0=LED_Val[9];break;case0xbb:P0=LED_Val[10];break;case0xb7:P0=LED_Val[11];break;case0x7e:P0=LED_Val[12];break;case0x7d:P0=LED_Val[13];break;case0x7b:P0=LED_Val[14];break;case0x77:P0=LED_Val[15];break;}}}1、实物调试1）、电路连接电路连接2）、上电调试上电测试五、背景知识：在控制系统中，通常需利用按键进行系统参数的设置。按键时单片机应用系统中常用的输入设备之一，线性键盘分为独立按键、矩阵键盘两种。键盘是由一组规则排列的按键组成，一个按键实际上是一个开关元件，也就是说键盘是一组规则排列的开关。键盘的工作方式有3种，即程序控制扫描、定时扫描和中断扫描方式。通常，按键的开关为机械弹性触点开关，它是利用机械触点接触和分离实现电路的通、断。由于机械触点的弹性作用，加上人们按键时的力度、方向的不同，按键开关从按下到接触稳定要经过数毫秒的弹跳抖动，既在按下的几十毫秒时间里会连续产生多个脉冲。释放按键时，电路也不会一下断开，同样会产生抖动。这两次抖动的时间分别为10.20ms左右，而按键的稳定闭合期通常大于0.3.0.5秒。因此，为了确保MCU对一次按键动作只确认一次，在确认按键是否闭合时，必须要进行消抖处理。否则，由于MCU软件执行的速度很快，非常可能将抖动产生的多个脉冲误认为多次的按键。消除按键的抖动既可采用硬件方法，也可采用软件的方法。使用硬件消抖的方式，需要在按键连接的硬件设计上增加硬件消抖电路，如采用R.S触发器或RC积分电路等。采用硬件消抖方式增加了系统的成本，而利用软件方式消抖则是比较经济的做法，但增加了软件设计的复杂性。软件方式消抖的基本原理是在软件中对按键进行两次测试确认，既在第一次检测到按键按下后，间隔10ms左右再次检测该按键是否按下，只有在两次都测到按键按下时才最终确认有键按下，从而消除了抖动的影响。在按键接口软件中，除了要考虑按键消抖外，一般还要判别按键的释放，只有检测到按键释放以后，才能确定为一次完整的按键动作完成。按键识别方法分为三种,分别是程序控制扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式。①程序控制扫描方式程序控制扫描方式是指单片机在空闲时，才调用键盘扫描子程序，并反复地扫描键盘，直到用户从键盘上输入命令或数据，而在执行键入命令或处理键入数据过程中，CPU将不再响应键入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。过程如下：⑴判断有无键按下；⑵延时后判断是否确实有键按下。如果有，确认有键按下，如果没有，那么确认为键抖动；⑶判断是哪个键被按下（键扫描获得闭合键的行、列值）；⑷等待按键被释放。如果没有释放，继续等待；如果释放，转到相应的处理程序进行处理。②定时扫描方式定时扫描方式就是每隔一定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的时间的定时，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执行响应的键功能程序。③中断扫描方式键盘工作在程序控制扫描方式时，当无键按下时CPU要不间断的扫描键盘，直到有键按下为止。如果CPU要处理很多事情，这种方式将不能适应。定时扫描方式只要时间一到，CPU就去扫描键盘，工作效率有了进一步的提高。但这两种方式常使CPU处于空扫状态，而中断方式下，CPU可以一直处理自己的工作，知道有键闭合时发出中断申请，CPU响应中断，执行相应的中断服务程序，才对键盘进行扫描，从而提高了CPU的工作效率。