实验4-矩阵键盘的设计与应用

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1、实验4■矩阵键盘的设计与应用实验四矩阵键盘的设计与应用在单片机及智能仪器应用中，键盘是人机交互的又一个重要的部分。在单片机应用系统中为了控制系统的工作状态，以及向系统屮输入数据,键盘是必不可少的输入设备，它由若干个按键组成。单片机应用系统中所配备的键盘，通常是非编码键盘一一即：键盘中的按键及键值由单片机中的键盘扫描程序来识别和解释。由此看来在一个单片机应用系统中其键盘扫描程序段是肯定存在的。因此，我们有必要将单片机中键盘的设计与键值的解释作为一种单片机应用的技能来加以训练。本实验我们主耍讨论键盘的工作原理、组成键盘的硬件电路设

2、计以及按键识别和键值解释的程序设计。第一部分教学要求一、目的要求1.了解键盘的工作原理。2.掌握简单键盘的设计方法和键盘扫描程序的设计方法。3.利用51系列单片机的P1口进行简单键盘设计及键盘扫描程序设计训练。4.键盘及键盘扫描程序的排（查）错训练。二、预备知识1.在电子电路中按键的状态是以开关量形式表示的（闭合与断开），具体到单片机电路中按键的状态即以TTL电平（5V〜3V表示逻辑“：L”,2V0V表示逻辑“0”）來表示，即逻辑“1”与逻辑“0”分别表示按键的两种状态。1.单片机逻辑电平的输入形式：图22.51系列单片机的I

3、/O指令1）直接对单片机引脚的位操作指令：JBbit,relJNBbit,rel2）对单片机扩展I/O口地输入指令：MOVDPTR,#addrl6MOVXA,@DPTR键盘组成原理1.独立的按键电路图3按键断开时，由于上拉电路的存在读入按键的状态为逻辑“1”。按键闭合时，由于按键的另一端接地，此时，读入按键的状态为逻辑“0”。由独立按键组成的键盘系统，每一个按键都要占用一位I/O接口位。例：若某应用系统有4个按键，4个按键通过8031的P1.0、Pl.l>P1.2及P1.3接入，设计如下:图4特点：电路及键盘解释程序简单。由于

4、每个按键都要占用一位I/O接口位。若键盘的按键全部为独立按键，则该键盘中按键的数量通常少于6个。1.键盘矩阵由于由独立按键组成的键盘系统每一个按键都要占用一位I/O接口位,而对于单片机系统而言，每一位

5、/0接口位都是非常宝贵的资源。这对于应用系统屮有较多数量按键的系统而言，采用由独立按键组成的键盘系统显然是不可収的。为了节省宝贵的I/O接口位可采用键盘矩阵方法，将所有的按键组织成一个有X行Y列的矩阵，按照坐标的原理在矩阵中的每一个按键都有一个不同的坐标值（编码），我们可根据不同的坐标值来识别每一个按键。下面以一个4X4的键盘（

6、实验平台实际电路）來具体说明键盘矩阵工作原理：图5将A键至P键按图5的方式组织成一个4X4的矩阵，其中4根“行”线分别接入8031的P1.0-P1.3,4根“列”线,则分别接入8031的P1.4^P1.7并同时通过4个上拉电阻接5V电源。当键盘中无任何键按下吋，读入8031的P1.4-P1.7的编码应为“1111”（4个上拉电阻的状态）。为了使键盘中的按键具有各自不同的编码,可使8031的P1.0-P1.3依次输出逻辑“0”，即只输出“0111”（P1.0输出逻辑“0”,P1.1-P1.3均输出逻辑“1”）、“1011”、"1

7、101"和“1110”四组编码。当有按键被按下时，按键所在的“行”线与“列”线便会连通,此时若“行”线输出逻辑“0”，则8031读入“列”线的编码便会是一个非全"1"码。例如图5中的P1.0^P1.3输出为u0111v（P1.0输出逻辑“0”,P1.1^P1.3均输出逻辑“1”）,此时若A键被按下,则8031读入8031的P1.4-P1.7的编码应为“1110^（P1.4-P1.6为逻辑“T,B、C、D键未按下。P1.7为逻辑“0”，A键被按下）。根据同样的原则，A键至P键的编码见下表：表1矩阵式键盘就是根据这些不同的编码來识

8、别不同的按键的。特点：利用较少的I/O接口位，获得较多按键数（8位I/O接口位，16个按键）。而且，键盘矩阵越大所节省的I/O接口位就越多。电路及键盘解释程序较独立按键的键盘复杂。a）按键状态变化过程由于按键是一个机械器件，在进行按键操作时由于按键的机械特性,按键在闭合与断开的瞬间都存在一个抖动期，抖动期的长短与按键质量有关，一般为5~20mso图6图6中tl、t2为抖动期，t2为按键被按下的时间。目前51单片机处理与判断事件的速度为us级，而按键的抖动期是ms级的。显然若不加以处理，这个抖动期对按键操作的识别是有影响的，具体

9、反映是：实际为单次按键操作，而识别为多次按键操作，俗称“连击”。处理方法是在按键操作进入抖动期后，先让51单片机延时20ms,然后再进行按键逻辑值的判断，这样就避开了按键的抖动期。1.按键识别及键盘扫描程序在以单片机为核心应用系统屮，键盘除了具体的电路结构外，管理键盘的程序也