单片机 人机接口

图9-1 按键及其按下和释放时的输出电压波形
左图是按键电路，右图是按键输出给单片机的波形
去除抖动可以采用硬件和软件两种方法
硬件方法就是在按键输入通道上加硬件去抖动电 路，从根本上避免电压抖动的产生。比如将按键 输出信号经过单稳态触发器然后再送给单片机， 就可以保证按一次键只发出一个脉冲，等等。 软件方法则采用时间延迟，躲过抖动，待电压稳 定之后，再进行状态输入。 由于人的按键速度与单片机的运行速度相比要慢 很多，所以，软件延时的方法从技术上完全可行， 而且经济上更加实惠，因而被越来越多地采用。
9.1 键盘接口
键盘用于实现单片机应用系统中的数据和控制 命令的输入，常用的键盘大多由若干开关组成。 常见的有按键开关，BCD拨码盘、按键阵列等。 根据输入信息的特点，不同的键盘有不同的应 用场合。键盘接口就是将这些按键开关连接到 单片机上的电路。
9.1.1 按键与去抖
1．键盘的分类 ． 键盘输入是单片机应用系统中使用最广泛的一 种输入方式。键盘输入的主要对象是各种按键 或开关。这些按键或开关可以独立使用，也可 以组合成键阵使用。在单片机应用系统中，使 用较多的按键或开关有带自锁和非自锁的、常 开或常闭的以及微动开关、DIP开关等。
CPU对键盘扫描可以采取以下方式： (1)程序控制的随机方式。CPU空闲时扫描键盘； (2)定时控制方式。每隔一段时间，CPU对键盘扫 描一次，CPU可以定时响应键输入请求； (3)中断方式。当键盘上有键闭合时，向CPU请求 中断，CPU响应键盘输入中断，对键盘扫描以识 别哪一个键处于闭合状态，并对键输入的信息进 行处理。 CPU对键盘上闭合键键号的确定，可根据扫描线 和回送线的状态计算求得，也可以根据行线和列 线的状态查表求得。
4、键盘扫描程序处理过程 、
对于非编码键盘而言，仅有键盘的接口电路是不够的， 还需要编制相应的键输入程序，实现对键盘输入内容 的识别。键输入程序的功能包括以下五部分。 (1)判断键盘上是否有键闭合 即采取程序控制方式、定时控制方式对键盘进行扫描 或采取中断方式接受键盘的中断信号，判断是否有键 闭合。 (2)去除键的机械抖动 为保证键的正确识别，需进行去抖动处理。其方法是 得知键盘上有键闭合后延迟一段时间，再判别键盘的 状态，若仍有键闭合，则认为键盘上有一个键处于稳 定的闭合期，否则认为是键的抖动或者是干扰。
6按键的程序清单如下：
；初始化程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H ； 外部中断0中断服务入口地址 LJMP INTI ； 转中断服务 MAIN： SETB EA ；开总中断允许 SETB EX0 ；开INT0中断 SETB IT0 ；下降沿有效 …………
中断服务程序清单如下：
(1)独立连接式键盘
独立连接式键盘是一种最简单的键盘，每个键 独立地接入一根数据输入线，如图9-1所示。 可以根据需要使用几个这样的电路。前面几章 多次用到，由若干个按键组成的开关矩阵。 4行4列矩阵式键盘如图9-2所示。这种键盘适 合采取动态扫描的方式进行识别，其优点是使 用较少的I／O口线可以实现对较多键的控制。 例如，如果把16个键排列成4×4的矩阵形式， 则使用1个8位I／O口(行、列各用4位)即可完 成控制；如果把64个键排列成8×8的矩阵形式， 则使用2个8位I／O口(行、列各用1个8位I／O 口)即可完成控制。
下面的KSl子程序用于判断键盘上是否有键闭合
KSl： MOV DPTR，#7F01H ；将PA口地址送 DPTR,PA口作为扫描线 MOV A，#00H ；所有扫描线均为低电平 MOVX @DPTR，A ；PA口向列线输出00H INC DPTR INC DPTR ；指向PC口 MOVX A，@DPTR ；取回送线状态 CPL A ；行线状态取反 ANL A，#0FH ；屏蔽A的高半字节，低半字节 有按键信息 RET ；返回
扫描键盘、识别按键子程序KEY
下面的KEY子程序用于扫描键盘、识别按键的 键码。该程序应该在按键抖动消除之后执行。 如果有键按下，则返回键码在累加器A中，如 果没有键按下，则累加器A中返回FFH。程序 中的DIR子程序是一个延时子程序。程序清单 如下： KEY： ACALL KSl ；检查是否有键闭合 JNZ LKl ；A非0，说明有键按下 AJMP KND ；无按键返回
键盘接口的工作原理（ ） 键盘接口的工作原理（续2）
可见，如果XO～X3均为高电平，说明无键闭合； 任一条回送线变为低电平，则说明该回送线上 有键闭合。与此键相连的扫描线也一定处于低 电平(正在扫描)。因此，可以确定扫描线与回 送线的编号，这样闭合按键的位置就可确定了。
3、CPU对键盘扫描的方式 、 对键盘扫描的方式
第九章 人机接口
键盘与显示
第九章 人机接口
9.1 键盘接口 9.2 LED显示接口 显示接口 9.3 LCD显示接口 显示接口
人机接口 概述
人机接口是单片机应用系统不可缺少的组成部分， 是指人与计算机系统进行信息交互的接口，包括 信息的输入和输出。控制信息和原始数据需要通 过输入设备输入到计算机中，计算机的处理结果 需要通过输出设备实现显示或打印。这里的输入 设备与输出设备构成了人—机界面。人-机界面中 的输入设备主要是键盘，常用的键盘设备包括独 立式键盘、矩阵式键盘等;常用的输出设备包括发 光二极管、七段数码管、液晶显示器等。本章重 点介绍键盘、显示器接口工作原理和编程方法。
键盘扫描程序处理过程（ 键盘扫描程序处理过程（续）
(3)确定闭合键的物理位置 对于独立式按键来说，采取逐条I／O口线查询的方式 实现对按键物理位置的确定；对于键阵来说，需要采 取扫描的方式来确定被按键的物理位置。 (4)得到闭合键的编号 (4) 在得到闭合键物理位置的基础上，根据给定的按键编 号规律，计算得出闭合键的编号。 (5)确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理 为实现这一功能，可以采用等待闭合键释放以后再处 理的方法。
NEXT： JNB ACC．5，FUNC5 ；查询5 号键 JNB ACC．4，FUNC4 ；查询4号键 JNB ACC．3，FUNC3 ；查询3号键 JNB ACC．2，FUNC2 ；查询2号键 JNB ACC．1，FUNCl ；查询1号键 JNB ACC．0，FUNC0 ；查询0号键 INT0： RETI
2．按键电路及按键抖动处理 ．
对于图9-1所示的按键电路来说，按下和释放 按键K的过程中，输出Y的电压波形如图9-1右 所示。图中的t1和t3分别为键的闭合和断开过 程中的抖动期(分别称为前沿抖动和后沿抖动)， 抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般 为10—20ms；t2为稳定的闭合期，其时间的 长短由按键的动作决定，一般为几百毫秒至几 秒；t0和t4为断开期。为了保证CPU对键闭合 的正确确定，必须去除抖动，在键的稳定闭合 和断开期间读取键的状态。
图9-3 含6个按键独立式键盘的线路连接
电路分析
由图9-3可知，P1口的6条I／O线经一片74LSll 和一片74LS08实现逻辑相与后，将所得信号 传至MCS-51的INT0引脚上。这样，每当有键 按下时，INT0引脚上将有一个下降沿产生，申 请中断。在中断服务程序中，首先延时20ms 左右，等待按键抖动过后再对各键进行查询， 找到所按的键，并转到相应的处理程序中去。
当键盘上某一键闭合时，则该键所对应的扫描 线和回送线被短路。 例如仅6号键被按下时，由于YO～Y3四条扫 描线上逐一扫描，未扫描到Y2线时，回送线 的4位数据均为高电平，当扫描到Y2线(仅Y2 为低时)，由于6号键处于闭合状态，回送线Xl 也将变为低电平，因此可知扫描线Y2与回送 线X1相交处的键闭合了。
9.1.2 键盘接口
键盘接口的主要功能是对键盘上所按下的键进 行识别。使用专用的硬件进行识别的键盘称为 编码键盘，使用软件进行识别的键盘称为非编 码键盘。这里主要研究非编码键盘的工作原理、 接口技术和接口设计，按键识别常用键盘扫描 法。
1、键盘分类 、
单片机中常用的按键式键盘可以分为两类：独 立连接式和矩阵式。
扫描键盘、识别按键子程序KEY（续1）
LKl： ACALL DIR ACALL DIR ；有键闭合延时2×6ms=12ms，以 去抖动 ACALL KSl ；延时12ms以后，再检查是否有键 闭合 JNZ LK2 ；有键闭合，转LK2 AJMP KND ；无按键返回 LK2： MOV R2，#0FEH ；扫描初值送R2， 设定PA0为当前扫描线 MOV R4，#00H ；回送初值送R4 LK4： MOV DPTR，#7F01H ；指向PA口 MOV A，R2 MOVX @DPTR，A ；扫描初值送PA口
中断服务程序清单（续2）
………… FUNC5： ；5号键处理程序 FUNC51：MOV A,P1 ；再读P1口各引脚 JNB ACC．5，FUNC51；确认键是否释放 RETI FUNC4： …… ；其他键 处理程序（略）
【例题9-2】矩阵式键盘
用8155实现4行8列键盘的接口线路连接如图94所示。8155的PA设定为输出口，称其为扫描 线。PC3～PC0设定为输入口，称其为回送线。 在这里，8155与MCS-51单片机的接口采取第 8章图8-15的形式，即PA口的端口地址为 7F01H，PC口的端口地址为7F03H。 图中的2个LED数码管是自带译码器的模块， 作用是显示扫描得到的键号。
扫描键盘、识别按键子程序KEY（续2）
INC DPTR INC DPTR ；指向PC口 MOV A，@DPTR ；取回送线状态 JB Acc.0，LONE ；Acc.0=1，第0行无键闭合， 转LONE MOV A，#00H ；装第0行行值 AJMP LKP ；转计算键码 LONE： JB Acc.1，LTWO ；Acc.1=1，第1行 无键闭合，转LTWO MOV A，#08H ；装第1行行值 AJMP LKP ；转计算键码
图9-2 4行4列矩阵式键盘
2、键盘接口的工作原理 、
以图9-2所示的4行4列的矩阵式键盘为例，图中 键盘的行线XO～X3通过电阻接+5V，当键盘上没 有键闭合时，所有的扫描线和回送线都断开， 无论扫描线处于何种状态，回送线都呈高电平。 将扫描线轮流接通低电平，称为扫描。