《嵌入式技术应用开发项目教程》项目4 嵌入式键盘与中断控制

嵌入式键盘与中断控制
教学目标
知识目标
技能目标
素质目标
1.了解独立式和矩阵式键盘结构；2.掌握键盘的接口电路和程序设计的方法；3.掌握LK32T102单片机外部中断的设置；4.掌握外部中断的编程方法和中断服务程序编写。
能完成独立式和矩阵式键盘电路设计，能应用C语言程序完成对键盘的按键识别程序设计，实现中断方式的按键控制设计、运行及调试。
任务11 矩阵键盘设计
任务11 矩阵键盘设计
4×4矩阵键盘行线依次连接到LK32T102单片机PB口的PB8～PB11引脚上，列线依次连接到PB12～PB15引脚上。
4×4矩阵键盘的程序设计，本任务采用常见的行列反转扫描方法。（1）判断有无键按下方法是：PB口输出0x0f00，既PB12～PB15输出低电平、PB8～PB11输出高电平；然后读PB口，若高8位的低4位PB8～PB11全为1，则键盘上没有键按下，若PB8～PB11不全为1，则有键按下。（2）消除按键的抖动方法是：当判断到键盘上有键按下后，先延时一段时间，再判断键盘的状态，若仍为有键按下状态，则认为有一个键按下，否则当作按键抖动来处理。（3）保存按键的行号方法是：消除按键的抖动后，仍有行线为低电平“0”，该行线既为按键按下的所在行，保存该按键所在的行号。
任务11 矩阵键盘设计
编写矩阵键盘设备文件
02
任务11 矩阵键盘设计
（1）矩阵键盘设备头文件keyboard4x4.h
编写矩阵键盘设备文件
02
任务11 矩阵键盘设计
（2）矩阵键盘设备驱动文件keyboard4x4.c
修改oledfont.h头文件
02
任务11 矩阵键盘设计
根据任务描述要求，需要在OLED显示屏在显示“矩阵键盘测试、按键被按下、朗迅科技公司”等汉字、显示“0～9、A～D、*、#”等字符。ASCII常用字符集的点阵数据不需要提取，只要更换“按键被按下”等汉字的点阵数据即可，修改的oledfont.h头文件。
任务11 矩阵键盘设计
（1）逐行扫描法逐行扫描法是最常见的方法是按键识别的扫描方法，其方法是往列线上按顺序一列一列的送出低电平。1）先送第0列为低电平，其它列为高电平，读入的行的电平状态就表明了第0列的4个键的情况，若读入的行值全为高电平，则表示无键按下；2）再送第1列为低电平，其它列为高电平，读入的行的电平状态则显示了该列上的4个按键的情况，若读入的行值全为高电平，则表示无键按下；3）然后依次轮流给各列送出低电平，直至4列全部送完，再从第0列开始，依此循环。
（2）如何识别按下的按键在判断有键按下后，可以通过程序逐个检测PA0、PA1、PA10以及PA11中的哪个引脚是“0”，这样就可以识别出是哪一个键按下，并返回需要的键值，按键S2的键值是1、S3的键值是2、S4的键值是3、S5的键值是4。（3）按键去抖软件方法去抖。当有键按下时，先调用一个延时10ms左右的延时函数，然后再确认该按键是否还在按下状态，若是则表示本次按键按下不是由抖动造成的，否则就是由抖动造成。
【技能训练4-1】一键多功能控制设计
通过按键S2实现4个功能控制，功能要求：（1）第1次按下S2，执行功能1模块代码：LED1点亮，LED2、LED3和LED4熄灭；（2）第2次按下S2，执行功能2模块代码：LED2点亮，LED1、LED3和LED4熄灭；（3）第3次按下S2，执行功能3模块代码：LED3点亮，LED1、LED2和LED4熄灭；（4）第4次按下S2，执行功能4模块代码：LED4点亮，LED1、LED2和LED3熄灭；（5）重复（1）~（4）操作。
任务10 按键控制设计
程序下载与调试
04
（1）修改好主文件main.c后，我们就可以直接对工程进行编译，生成目标代码文件。若编译发生错误，要进行分析检查，直到编译正确。（2）然后连接J-link下载 器和开发板，单击快捷工具栏的
按键完成程序下载。
【技能训练4-1】一键多功能控制设计
嵌入式键盘与中断控制
任务10 按键控制设计
01
编写按键设备文件
02
（1）编写KEY.h头文件（2）编写KEY.c文件
任务10 按键控制设计
编写主文件main.c
02
任务10 按键控制设计
工程编译
03
1.把Project Targets栏下的LK32T102_M0名，修改为M0_KEY
2.对工程进行编译，若编译发生错误，要进行分析检查，直到编译正确
任务10 按键控制设计
硬件双稳态去抖动电路
软件去抖流程
任务10 按键控制设计
任务10 按键控制设计
按键控制电路是由基于Cortex-M0的LK32T102单片机、按键电路、LED电路以及蜂鸣器电路组成。其中4个按键电路设计如下图：
任务10 按键控制设计
（1）如何判断有键按下当按键S2按下时，S2闭合，使得PA0引脚经S2接地，被拉低为低电平，既PA0引脚为“0”。当按键S2未按下时，S2断开，使得PA0引脚经上拉电阻接电源，被拉高为高电平，既PA0为“1”，按键S3、S4和S5同理。
按照按键的结构原理分为如下2类：（1）触点式开关按键。（2）无触点开关按键。
任务10 按键控制设计
按照键盘的接口原理，键盘可以分为如下2类：（1）编码键盘。编码键盘主要是用硬件来实现对按键的识别，硬件结构复杂；（2）非编码键盘。非编码键盘主要是由软件来实现按键的定义与识别，硬件结构简单，软件编程量大。这2类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。非编码键盘由于使用经济，较多的应用于单片机应用系统中，以下我们重点介绍非编码键盘。
1. 启发学生创新思维、关注社会发展；2.引导学生甘于奉献、勤奋学习；3.培养学生勇敢肩负起时代赋予的历史重任；4.养成优先处理重要紧急程度高的任务的做事惯。
嵌入式键盘与中断控制
任务10 按键控制设计
嵌入式键盘与中断控制
任务10 按键控制设计
嵌入式键盘与中断控制
任务10 按键控制设计
键盘由一组规则排列的按键开关组成，一个按键实际上是一个开关元件。按键的主要功能是把机械上的通断转换为电气上的逻辑关系（1和0）。
任务11 矩阵键盘设计
移植工程模板
编写源文件
工程编译
程序下载与调试
STEP01
STEP02
STEP03
STEP04
任务11 矩阵键盘设计
移植工程模板
01
复制“任务9 OLED显示设计”文件夹，然后修改文件夹名为“任务11 矩阵键盘设计”，USER文件夹下的工程名修改为Matrix_keyboard.uvprojx
任务11 矩阵键盘设计
（4）保存按键的列号方法是：在获得按键按下的所在行后，根据行列反转扫描方法，在PB口输出0xf000，既PB8～PB11输出低电平、PB12～PB15输出高电平，读取列线数据，列线为低电平“0”，则为按键按下的所在列，保存该按键所在的列号。（5）查表获得键值采用查表方式，先对按键位置表格进行查表，获得按键所在位置（既colrow数组的下标）；然后根据按键所在位置（既下标）直接获得按键的键值。（6）最后根据键值转向不同的功能程序（7）判断闭合键是否释放由于按键闭合一次，只能进行一次功能操作。所以要等按键释放后，才能根据键值执行相应的功能键操作。
嵌入式技术应用开发项目教程（微课版）
——嵌入式键盘与中断控制
中断是单片机或嵌入式开发中一个相当重要的概念，定时器、串口通信等外设都需要用到中断，中断使计算机系统具备应对对处理突发事件的能力，提高了CPU的工作效率，及时响应紧急事件，我们处理事情也需要按照重要紧急的程度来安排事情的先后顺序，优先做重要紧急程度高的，提高效率。本项目从按键控制设计入手，首先让读者对键盘有一个初步了解；然后通过矩阵键盘设计，介绍键盘结构、电路设计和按键识别方法；最后通过中断方式的按键控制设计，介绍LK32T102单片机外部中断的编程方法，让读者进一步了解键盘和外部中断的应用。
任务10 按键控制设计
常见的非编码键盘种类有2种：独立式键盘和矩阵式键盘。（1）独立式键盘的结构简单，但占用的资源多；（2）矩阵式键盘的结构相对复杂些，但占用的资源较少。 因此，当单片机应用系统中只需少数几个功能键时，可以采用独立式键盘结构。而当需要较多按键时，则可以采用矩阵式键盘结构。
任务10 按键控制设计
任务11 矩阵键盘设计
（2）行列反转法行列反转法的矩阵键盘扫描过程，主要有以下2个步骤：1）先将列线全部设置为低电平“0”、行线全部设置为高电平“1”；然后将行线设置为输入线并读取行线数据，若行线全为高电平“1”，则没有按键按下，若有行线为低电平“0”，则为按键按下的所在行。2）将第一步反过来，列线全部设置为低电平“1”、行线全部设置为高电平“0”；然后将列线设置为输入线并读取列线数据，若列线全为高电平“1”，则没有按键按下，若有列线为低电平“0”，则为按键按下的所在列。
任务11 矩阵键盘设计
由于矩阵键盘的按键较多，按键的位置又是由行号和列号唯一确定的，因此可以对按键进行编码，并把得到的编码称为键值。 由以上分析，矩阵键盘有如下编程步骤：（1）先判断是否有键按下；（2）若有再判断是哪一个按键按下；（3）然后查表或计算得到键值；（4）最后根据键值转向不同的功能程序。
移植任务10工程
工程编译
一键多功能控制程序设计
程序下载与调试
【技能训练4-1】一键多功能控制设计
一键多功能控制设计（部分）
【技能训练4-1】一键多功能控制设计
任务11 矩阵键盘设计
嵌入式键盘与中断控制
任务11 矩阵键盘设计
嵌入式键盘与中断控制
任务11 矩阵键盘设计
一个4×4的行、列结构，可以构成一个含有16个按键的键盘，节省了很多IO口。按键开关的两端分别接行线和列线，列线通过上拉电阻接到+5V的电源上。
修改主文件main.c文件
02
任务11 矩阵键盘设计
工程编译
03
对工程进行编译，生成“keyboard4x4.hex”目标代码文件。若编译发生错误，要进行分析检查，直到编译正确。
任务11 矩阵键盘设计
程序下载与调试
04
（1）修改好主文件main.c后，我们就可以直接对工程进行编译，生成“LCD12864.hex”目标代码文件。若编译发生错误，要进行分析检查，直到编译正确。（2）然后连接J-link下载 器和开发板，单击快捷工具栏的
任务10 按键控制设计
移植工程模板
编写源文件
工程编译
程序下载与调试
STEP01
STEP02
STEP03
STEP04
任务10 按键控制设计
移植工程模板
01
（1）复制“任务6 基于设备文件的声光跑马灯设计”文件夹（2）修改文件夹名为“任务10 按键控制设计”（3）修改USER文件夹下的“M0_ LED.uvprojx”工程名为“M0_KEY.uvprojx”。
任务11 矩阵键盘设计
判断是否有键按下的方法：（1）向所有的行线输出高电平，向所有的列线输出低电平（不能为高电平，因为若为高电平，按键按下与否都不会引起行线电平的变化）；（2）将所有行线的电平状态读入；（3）判断所有行线是否都保持高电平状态。若无键按下，所有的行线仍保持高电平状态；若有键按下，行线中至少应有一条线为低电平。
机械式按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如右图所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5～10ms。
消除抖动常用的方法有：硬件去抖和软件去抖。在按键数较少时，可采用硬件去抖，而当按键数较多时，采用软件去抖。
按键触点的机械抖动
在“任务10 按键控制设计”中，是通过4个按键来完成控制的。那么，我们如何实现一键多功能控制呢？
【技能训练4-1】一键多功能控制设计
对于要通过一个按键来完成不同功能控制，我们可以给每个不同的功能模块，使用不同的ID号标识，这样就使得每按下一次按键，ID的值是不相同的，所以就很容易识别不同功能的身份了。给LED1到LED4点亮的时段，定义出不同的ID号，LED1点亮时，ID＝1；LED2点亮时，ID＝2；LED3点亮时，ID＝3；LED4点亮时，ID＝4。很显然，只要每次按下按键，就分别给出不同的ID号，就能够完成上面的任务了。
按键完成程序下载。
任务11 矩阵键盘设计
任务12 中断方式的按键控制设计
嵌入式键盘与中断控制
1.认识LK32T102单片机中断2.中断方式的按键控制设计与实现