8 键盘接口技术

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，再执
行该键的功能程序。
定时扫描方式
程序流程图
中断扫描方式
当无键按下时，CPU处理自己的工作，当有键按下时，产 生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。中
断扫描方式可以提高CPU工作效率 。
按键开关的抖动问题
单片机系统中应用的一般是由机械触点构成的按键。当机械触点 断开、闭合时，会有抖动，如下图所示。在触点抖动期间检测按键的 通与断状态，可能导致判断出错。即按键一次按下或释放被错误地认
为是多次操作，这种情况是不允许出现的。
常用的去抖动的方法有两种：
1.硬件方法
2.软件方法
硬件方法
在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器（双稳态触 发器）或单稳态触发器构成去抖动电路，如图所示 。
（1）程序功能。若有键被按下，应识别出是哪一个键闭合。方法是对键盘的 行线进行扫描。 （2）检测当前是否有键被按下。检测的方法是P1.4～P1.7输出全“0”，读取 P1.0～P1.3的状态，若P1.0～P1.3为全“1”，则无键闭合，否则有键闭合。 （3）去除键抖动。当检测到有键按下后，延时一段时间再做下一步的检测判 断。 （4）P1.4～P1.7按下述4种组合依次输出： P1.7 1 1 1 0 P1.6 1 1 0 1 P1.5 1 0 1 1 P1.4 0 1 1 1
第2章 键盘接口技术
1. 按键
2. 简单键盘接口
3. 矩阵式键盘接口 4. 可编程键盘接口
按键
键盘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。单片机使用的按键是一种常开型 的开关，平时按键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合。
1. 按键的分类
2. 按键输入原理 3. 按键开关的抖动问题
达a端时，因a = 0，b = 1，使Q = 1，双稳态电路状态发生翻转，输出Q
重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双稳态电路之后，输出已变为规 范的矩形方波。
软件方法
软件方法其实很简单，就是在单片机获得P1.0口为低电平的信息
后，不是立即认定S已被按下，而是延时10ms或更长一些时间后再次 检测P1.0口，如果仍为低电平，说明S的确按下了，这实际上是避开 了按键按下时的抖动时间。而在检测到按键释放后（P1.0为高电平） 再延时5～10ms，消除后沿的抖动，然后再对键值处理。不过一般情
线和多个键相连，各按键按下与否均影响 该键所在行线和列线的电平，各按键间将 相互影响，因此，必须将行线、列线信号 配合起来作适当处理，才能确定闭合键的 位置。
矩阵式键盘按键的识别
1. 扫描法 2. 线反转法
扫描法
按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键按下时处在高电平， 显然，如果让所有的列线也处在高电平，那么，按键按下与否不会引起行线电平的 变化，因此，必须使所有列线处在低电平，只有这样，当有键按下时，该键所在的 行电平才会由高电平变为低电平。CPU根据行平电的变化，便能判定相应的行有 键按下。8号键按下时，第2行一定为低电平，然而，第2行为低电平时，能否肯定 是8号键按下呢？回答是否定的，因为9、10、11号键按下同样使第2行为低电平。 为进一步确定具体键，不能使所有列线在同一时刻都处在低电平，可在某一时刻只 让一条列线处于低电平，其余列线均处于高电平，另一时刻，让下一列处在低电平，
表示出来，最后再去写代码，这样，才能快速有效地写好
代码。
实践与思考
1. 设计一个简单3个按键的键盘来控制一组发光二极管，使 这组发光二极管可以以6种不同的花色循环点亮。
2. 改用单键实现题1所示功能。
矩阵式键盘接口
• 矩阵式键盘的结构与工作原理
• 矩阵式键盘按键的识别
• 键盘的编码
• 键盘的工作方式
程序实现的功能
检测是否有键闭合，如有键闭合，则去除键 抖动，判断键号并转入相应的按键处理。
程序采用的方法
程序采用查询的方法，P1口接8个发光二极管，4个按键 分别接到P3.2 、P3.3、P3.4和P3.5，且定义如下。 P3.2：开始，按此键则灯开始流动（由上而下） P3.3：停止，按此键则停止流动，所有灯为暗 P3.4：上，按此键则灯由上向下流动 P3.5：下，按此键则灯由下向上流动
按键的分类
按键按照结构原理可分为两类: 1.触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等； 2.无触点开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。.
前者造价低，后者寿命长。目前，单片机系统中最常见的是触点式开 关按键。
按键按照接口原理可分为:
编码键盘主要是用硬件来实现
1.编码键盘
2.非编码键盘两类，
对键的识别，非编码键盘主要是 由软件来实现键盘的定义与识别。
图中的4输入与门用于产生按键中断，其输入端
与各列线相连，再通过上拉电阻接至+5V电源，输出
端接至8051的外部中断输入端。具体工作如下：当 键盘无键按下时，与门各输入端均为高电平，保持
输出端为高电平；当有键按下时，端为低电平，向
CPU申请中断，若CPU开放外部中断，则会响应中 断请求，转去执行键盘扫描子程序。
这种电路每个按键需要
占用一根I/O线，在按
键数量较多时，输入口 浪费大且电路结构很烦
琐，因此这种键盘接口
电路只适用于按键较少 或要求较高操作速度的
场合。
简单键盘的接口电路与编程
下面以图 (a)为例进行编程。 （1）程序实现的功能 （2）程序采用的方法
（3）程序中用到的变量和常量的定义
（4）程序中调用的子程序 （5）程序清单 （6）程序分析与思考
在每组行输出时读取P1.0～P1.3，若全为“1”，则 表示为“0”这一行没有键闭合，否则有键闭合。由此得 到闭合键的行值和列值，然后可采用计算法或查表法将 闭合键的行值和列值转换成所定义的键值。
矩阵键盘的接口实例
（5）为了保证键每闭合一次CPU 仅做一次处理，必须去除键释放时 的抖动。
（6）扫描程序的流程图
8279的内部结构 8279的内部结构框图
8279的工作原理
（1）I/O控制及数据缓冲器
（2）控制与定时寄存器及定时控制
（3）扫描计数器
（4）回复缓冲器、键盘去抖及控制
下提供保护。显示输出时，它有一个16×8位显示RAM，
其内容通过自动扫描，可由8或16 位LED数码管显示。
可编程键盘接口
• 8279的基本功能 • 8279的控制 • 8279与单片机、键盘/显示器的接口
• 实践与思考
8279的基本功能
• 8279的内部结构和工作原理 • 8279的引脚和功能 • • 8279的工作方式
电路工作过程
电路工作过程
按键未按下时，a = 0，b = 1，输出Q = 1，按键按下时，因按键的机 械弹性作用的影响，使按键产生抖动，当开关没有稳定到达b端时，因与 非门2输出为0反馈到与非门1的输入端，封锁了与非门1，双稳态电路的状 态不会改变，输出保持为1，输出Q不会产生抖动的波形。当开关稳定到 达b端时，因a = 1，b = 0，使Q = 0，双稳态电路状态发生翻转。当释放 按键时，在开关未稳定到达a端时，因Q = 0，封锁了与非门2，双稳态电 路的状态不变，输出Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到
（7）键盘扫描程序
实践与思考
设计一个简易计算器，有键盘锁定功能。具体要求如下： （1）键盘锁定密码为8888，用户输入“锁定”“8888”后再按“锁定” 键解锁。用户连续按两次“锁定”键，可以锁定键盘。 （2）简易计算器共有16个按键，0～9十个数字键，加、减、等于、乘、 除共5个功能键，还有一锁定键。
总结：
无论以何种方式编码，均应以处理问题方便为原则，而最基本的就是 键所处的物理位置即行号和列号，它是各种编码之间相互转换的基础，编 码相互转换可通过计算或查表的方法实现。
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
编程扫描方式
编程扫描方式是利用CPU完成其他工作的空余调用键盘扫描子程 序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入 要求，直到CPU重新扫描键盘为止。
矩阵键盘的接口实例
8051单片机的P1口作为键盘I/O
口，键盘的列线接到P1口的低4位，
键盘的行线接到P1口的高4位。列线 P1.0～P1.3分别接有4个上拉电阻到 正电源+5V，并把列线P1.0～P1.3设 置为输入线，行线P1.4～P.17设置为
输出线。4根行线和4根列线形成16
个相交点。
矩阵键盘的接口实例
（3）设定一个指示锁定状态的指示位，该位为“0”表示解锁状态，为
“1”表示锁定状态。 （4）编程实现键盘功能部分。
可编程键盘接口
Intel8279是一种可编程键盘/显示器接口芯片，它
含有键盘输入和显示器输出两种功能。键盘输入时，它
提供自动扫描，能与按键或传感器组成的矩阵相连，接
收输入信息，它能自动消除键盘抖动并能对多Baidu Nhomakorabea同时按
按键输入原理
在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的 复位功能外，其他按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。 当所设置的功能键或数字键按下时，单片机系统应完成该按键所设定
的功能，按键信息输入是与软件结构密切相关的过程。
对于一个键盘或一组按键，单片机系统中总有一个接口电路与 CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无按键输入并检查是 哪一个键按下，将该键号送入累加器ACC，然后通过跳转指令转入执 行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。
键盘的编码
1.独立式键盘 2.矩阵式键盘 按键数量少，可根据实际需要灵活编码。 按键的位置由行号和列号唯一确定，因此可分别对行号和列
号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是 列号。
问题： 不同行的键离散性较大，不利于散 转指令对按键进行处理。 采用依次排列键号的方式对安排进行编码。
况下，通常不对按键释放的后沿进行处理，实践证明，也能满足一定
的要求。当然，在实际应用中，对按键的要求也是千差万别的，要根 据不同的需要来编制处理程序，但以上是消除按键抖动的原则。
简单键盘接口
• 简单键盘的工作原理
• 简单键盘的接口电路与编程 • 实践与思考
简单键盘的工作原理
如果系统只需几个按键，可直接采用I/O线构成单个按键电路，各个按 键之间相互独立，一根线上的按键状态不会影响其他输入线上的工作状态， 又称独立式键盘接口电路。
依次循环，这种依次轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。
线反转法
• 第1步：将列线P1.4～P1.7 作为输入线，行线P1.3～P1.0
作为输出线，并将输出线输出全为低电平，读列线状态，
则列线中电平为低的是按键所在的列。 • 第2步：将行线作为输入线，列线作为输出线，并将输出 线输出为低电平，读行线状态，则行线中电平为低的是按 键所在的行。 • 综合第1、2两步结果，可确定按键所在的行和列，从而识 别出所按下的键。
程序中用到的变量和常量的定义
UpDown
；上下行标志
StartEnd
LAMPCODE
；启动及停止标志
；存放流动的数据代码
程序中调用的子程序
KEY ；键盘程序
KEYPROC
LAMP DELAY
；键盘处理程序
；灯显示程序 ；延时程序，键盘处理中调用
程序分析与思考
这里介绍的键盘处理程序比较简单，实际上，键盘的 处理是很复杂的，但这种复杂并不来自于单片机的本身， 而是来自于操作者的习惯等问题，因此，在编写键盘处理 程序之前，最好先把它从逻辑上理清，然后用适当的算法
• 矩阵键盘的接口实例
• 实践与思考
矩阵式键盘的结构与工作原理
矩阵式键盘中，行、列线分别连接到 按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到 +5V上。当无键按下时，行线处于高电平状 态；当有键按下时，行、列线将导通，此 时，行线电平将由与此行线相连的列线电 平决定。这一点是识别矩阵按键是否被按
下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列
键盘扫描程序一般应包括以下内容：
（1）判别有无键按下。 （2）键盘扫描取得闭合键的行、列值。 （3）用计算法或查表法得到键值。 （4）判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。 （5）将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。
定时扫描方式
定时扫描方式就是每隔一段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时间（例如10ms）的