单片机·按键

1. 引言

计算机的主要组成是：运算器+控制器+存储器+输入输出设备，这一次讲一下常用的输入设备中的按键。按键组成键盘，键盘是单片机应用系统中最常用的输入设备，在单片机应用系统中，操作人员一般都是通过键盘向单片机系统输入指令。

2. 按键基础概念

键盘是一组按键开关的集合，按键是键盘中的一个。我们先看一下单个按键按下和弹起的状态。平时按键总是处于断开状态，当按下按键是他才闭合。按下键后计算机将长生一个脉冲波。结构如图：

1. 通过读入P1.1的高、低电平状态来判断按键开关是否按下。
2. 当按键未按下时，开关处于断开状态，向P1.1输入高电平.
3. 当按键开关按下时，开关处于闭合状态，向P1.1输入低电平。
   

3. 消抖

3.1 抖动的产生

按键开关通常为机械式开关，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时王伟不会马上稳定的接通，断开时也不会马上断开，因而在闭合和断开的瞬间都会伴随着一串抖动。按下式产生的抖动为前沿抖动，松开键位时产生的抖动为后沿抖动。如果对抖动不做处理，会出现一次键而输入多次的问题，为确保按一次键只确认一次，必须消除按键抖动。消除按键抖动通常有硬件消抖和软件消抖两种方式。

3.2 硬件消抖

硬件消抖是通过在按键输出电路上添加一定的硬件线路来消除抖动，一般采用 RS触发器或单稳态电路。下图是由两个与非门组成的RS触发器消抖电路。平时，没有按键时，开关倒向下方，上面的与非门输入高电平，下面的与非门输入低电平，输出端输出高电平。当按下按键时，开关倒向上方，上面的与非门输入低电平，下面的与非门输入高电平，由于RS触发器的反馈作用，使输出端迅速变为低电平，而不会产生抖动波形，而当按键松开时，开关回到下方时也一样，输出端迅速回到高电平而不会产生抖动波形。经过下图中的RS触发器消抖后，输出端的信号就变为标准的矩形波。

3.3 软件消抖

软件消抖是利用延时程序消除抖动。由于抖动时间都比较短，因此可以这样处理:当检测到有键按下时，执行一段延时程序跳过抖动，再去检测，通过两次检测来识别一次按键，这样就可以消除前沿抖动的影响。对于后沿抖动，由于在接收一个键位后，一般都要经过一定时间再去检测有无按键，这样就自然跳过后沿抖动时间而消除后沿抖动了。如下图

4. 键盘分类

键盘可分为两类，独立键盘和行列键盘。

4.1 独立键盘

每个按键接一根I/O接口线，通过检测I/O接口线的电平状态就可以很容易地判断出哪个按键被按下了。

独立式键盘的电路配置灵活，软件简单。但每个按键要占用一根I/O接口线，I/O接口线浪费很大。故在按键数量不多时，采用这种形式。

4.2 行列键盘

行列键盘往往又叫矩阵键盘。用两组I/O接口线排列成行、列结构，一组设定为输入，另一组设定为 输出，输入线要带上拉电阻，键位设置在行、列线的交点上，按键的一端接行线，另一端接列线。由4根行线和4根列线组成44矩阵键盘，行线为输入，列线为输出，可管理44=16个键。

矩阵键盘占用的I/O接口线数目少，4*4矩阵键盘只用了8根I/O接口线，比独立式键盘少了一半的I/O接口线，而且键位越多越明显。

键位的识别

1. 首先检测按键是否按下。
2. 其次识别哪一个键被按下。

① 检测键盘上是否有按键被按下的处理方法：将列线送入全扫描字，读入行线的状态来判别。以上图为例，其具体过程：P2口高4位都输出低电平，然后读连接行线的P2口低4位（P2内部自带上拉电阻），如果读入的内容都是高电平，说明没有键被按下，则不用进行下一步；如果读入的内容不全为1，则说明有键被按下，再进行第2步，识别哪一个键被按下。
②识别键盘中哪一个键被按下的处理方式：将列线逐列置成低电平，检查行输入状态，称为列扫描。其具体过程如下：从P2.4开始，依次输出“0”，置对应的列线为低电平，其他列为高电平，然后从P2口低4位读入行线状态。在扫描某列时，如果读入的行线全为“1”，则说明按下的键不在此列;如果读入的行不全为“1”，则说明按下的键必在此列。而且是该列与“0”电平行线交点上的那个键。

5. 独立键盘编程

例：在P2口低4位增加了发光二级管（LED-RED）,当按键按下时，相应的发光二极管亮1s。

5.1 参考代码

#include<reg51.h>#defineuintunsignedintsbit K0=P1^0;sbit K1=P1^1;sbit K2=P1^2;sbit K3=P1^3;sbit D0=P2^0;sbit D1=P2^1;sbit D2=P2^2;sbit D3=P2^3;voiddelay(uint k){uint i,j;for(i=0;i<k;i++)for(j=0;j<125;j++);}voidmain(void){while(1){if(K0==0){delay(10);if(K0==0){D0=0;delay(1000);D0=1;}}if(K1==0){delay(10);if(K1==0){D1=0;delay(1000);D1=1;}}if(K2==0){delay(10);if(K2==0){D2=0;delay(1000);D2=1;}}if(K3==0){delay(10);if(K3==0){D3=0;delay(1000);D3=1;}}}}

5.2 运行效果

6. 矩阵键盘编程

例：通过4*4的矩阵键盘，输出十六进制1~9、A ~ F

6.1 参考代码

#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoiddelay(uint);voiddisplay(void);ucharcheckkey();ucharkeyscan(void);uchar disbuffer[8]={0,1,2,3,4,5,6,7};voidmain(void){uchar key;while(1){key=keyscan();if(key!=0xff){disbuffer[0]=disbuffer[1];disbuffer[1]=disbuffer[2];disbuffer[2]=disbuffer[3];disbuffer[3]=disbuffer[4];disbuffer[4]=disbuffer[5];disbuffer[5]=disbuffer[6];disbuffer[6]=disbuffer[7];disbuffer[7]=key;}display();}}voiddelay(uint i){uint j;for(j=0;j<i;j++){;}}voiddisplay(void){uchar codevalue[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};uchar chocode[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};uchar i,p,temp;for(i=0;i<8;i++){temp=chocode[i];P2=temp;p=disbuffer[i];temp=codevalue[p];P0=temp;delay(20);}}ucharcheckkey(){uchar i;P3=0x0f;i=P3;i=i|0xf0;if(i==0xff)return(0xff);elsereturn(0);}ucharkeyscan(){uchar scancode;uchar codevalue;uchar m;uchar k;uchar i,j;if(checkkey()==0xff)return(0xff);else{delay(20);if(checkkey()==0xff)return(0xff);else{scancode=0xef;/**1110 1111**/for(i=0;i<4;i++){k=0x01;//0000 0001P3=scancode;/**1101 1101**/m=0x00;for(j=0;j<4;j++){if((P3&k)==0)/**0000 1101**///0000 0010{codevalue=m+i;while(checkkey()!=0xff);}else{k=k<<1;m=m+4;}}scancode=scancode<<1;/**1101 1110**/scancode++;/**1101 1111**/}}return(codevalue);}}

6.2 运行效果

7. 总结

通过本文的学习，读者可以掌握按键输入的基本原理、消抖方法以及独立键盘和矩阵键盘的编程思路，为后续设计更复杂的单片机人机交互系统打下基础。