• 一、基本知识  1.按键分类与输入原理 ...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的。当所设置的功能键或数字键按下时

    一、基本知识

            1.按键分类与输入原理

            按键按照结构原理科分为两类,一类是触点式开关按键,如机械式开关、导电橡胶式开关灯;另一类是无触点式开关按键,如电气式按键,磁感应按键等。前者造价低,后者寿命长。目前,微机系统中最常见的是触点式开关按键。

            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的。当所设置的功能键或数字键按下时,计算机应用系统应完成该按键所设定的功能,键信息输入时与软件结构密切相关的过程。

             对于一组键或一个键盘,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将按键输入,并检查是哪一个按键按下,将该键号送人累加器,然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序,执行完成后再返回主程序。

            2.按键结构与特点

            微机键盘通常使用机械触点式按键开关,其主要功能式把机械上的通断转换为电气上的逻辑关系。也就是说,它能提供标准的TTL逻辑电平,以便于通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时,由于机械弹性作用的影响,通常伴随有一定的时间触点机械抖动,然后其触点才稳定下来。其抖动过程如下图1所示,抖动时间的长短与开关的机械特性有关,一般为5-10ms。在触点抖动期间检测按键的通与断,可能导致判断出错,即按键一次按下或释放错误的被认为是多次操作,这种情况是不允许出现的。为了克服你、按键触点机械抖动所致的检测误判,必须采取消抖措施。按键较少时,可采用硬件消抖;按键较多式,采用软件消抖。


    图1  按键触点机械抖动

            (1)按键编码

             一组按键或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构的不同,采用不同的编码。无论有无编码,以及采用什么编码,最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值,以实现按键功能程序的跳转。

           (2)键盘程序

             一个完整的键盘控制程序应具备以下功能:

              a.检测有无按键按下,并采取硬件或软件措施消抖。

              b.有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键,期间对任何按键的操作对系统不产生影响,且无论一次按键时间有多长,系统仅执行一次按键功能程序。

              c.准确输出按键值(或键号),以满足跳转指令要求。

            3.独立按键与矩阵键盘

           (1)独立按键

            单片机控制系统中,如果只需要几个功能键,此时,可采用独立式按键结构。

            独立按键式直接用I/O口线构成的单个按键电路,其特点式每个按键单独占用一根I/O口线,每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态。独立按键的典型应用如图所示。独立式按键电路配置灵活,软件结构简单,但每个按键必须占用一个I/O口线,因此,在按键较多时,I/O口线浪费较大,不宜采用。独立按键如图2所示。


    图2  独立键盘

            独立按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询没跟I/O口线的输入状态,如某一根I/O口线输入为低电平,则可确认该I/O口线所对应的按键已按下,然后,再转向该键的功能处理程序。

           (2)矩阵键盘

            单片机系统中,若使用按键较多时如电子密码锁、电话机键盘等一般都至少有12到16个按键,通常采用矩阵键盘。

    矩阵键盘又称行列键盘,它是用四条I/O线作为行线,四条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4*4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

        矩阵键盘的工作原理 

        最常见的键盘布局如图3所示。一般由16个按键组成,在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能,这也是在单片机系统中最常用的形式,4*4矩阵键盘的内部电路如图4所示。

     

    图3 矩阵键盘布局图 

    图4 矩阵键盘内部电路图         

       

        当无按键闭合时,P3.0~P3.3与P3.4~P3.7之间开路。当有键闭合时,与闭合键相连的两条I/O口线之间短路。判断有无按键按下的方法是:第一步,置列线P3.4~P3.7为输入状态,从行线P3.0~P3.3输出低电平,读入列线数据,若某一列线为低电平,则该列线上有键闭合。第二步,行线轮流输出低电平,从列线P3.4~P3.7读入数据,若有某一列为低电平,则对应行线上有键按下。综合一二两步的结果,可确定按键编号。但是键闭合一次只能进行一次键功能操作,因此须等到按键释放后,再进行键功能操作,否则按一次键,有可能会连续多次进行同样的键操作。  

       

        识别按键的方法很多其中,最常见的方法是扫描法

        按键按下时,与此键相连的行线与列线导通,行线在无按键按下时处在高电平。如果所有的列线都处在高电平,则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电平。这样,当有按键按下时,改键所在的行电平才回由高变低。才能判断相应的行有键按下。

        独立按键数量少,可根据实际需要灵活编码。矩阵键盘,按键的位置由行号和列号唯一确定,因此可以分别对行号和列号进行二进制编码,然后两值合成一个字节,高4位是行号,低4位是列号。

        4.键盘的工作方式

        对键盘的响应取决于键盘的工作方式,键盘的工作方式应根据实际应用系统中的CPU的工作状况而定,其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作,又不要过多占用CPU的工作时间。通常键盘的工作方式有三种,编程扫描、定时扫描和中断扫描。

        (1)编程扫描方式

        编程扫描方式是利用CPU完成其它工作的空余时间,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。

        (2)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,并在有按键按下时识别出该键,再执行该键的功能程序。

        (3)中断扫描方式

        上述两种键盘扫描方式,无论是否按键,CPU都要定时扫描键盘,而单片机应用系统工作时,并非经常需要键盘输入,因此,CPU经常处于空扫描状态。

        为提高CPU工作效率,可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下:当无按键按下时,CPU处理自己的工作,当有按键按下时,产生中断请求,CPU转去执行键盘扫描子程序,并识别键号。



     
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  • 单片机检测按键原理

    2018-03-25 12:40:26
    单片机检测按键原理按键的一端接地,另一端与单片机的某个I/O口相连,开始先给I/O赋一高电平,然后让单片机不断检测该I/O口是否变为低电平,当按键闭合时,相当于I/O口与地相连,就会变为低电平。在单片机检测...

          首先说一下独立键盘检测,在单片机外围电路中  ,通常用到的按键都是机械弹性开关,当开关闭合时,线路导通,开关断开时,线路断开。单片机检测按键的原理:按键的一端接地,另一端与单片机的某个I/O口相连,开始先给I/O赋一高电平,然后让单片机不断检测该I/O口是否变为低电平,当按键闭合时,相当于I/O口与地相连,就会变为低电平。在单片机检测按键是否被按下时,电压的实际波形与理想波形时有一点=定差别的,波形在按下和释放瞬间都有抖动现象,抖动时间的长短和按键的机械特性有关 。所以单片机在检测键盘是否被按下都要加上去抖操作,所以在编写单片机的键盘检测程序时,一般在检测按下时加入去抖延时。独立键盘与单片机连接时每一个按键都需要一个I/O口,会过多占用I/O口资源。所以就引出了矩阵键盘。

         矩阵键盘的连接方式,每一行将每个按键的一端连接在一起构成行线,每一列将按键的另一端连接在一起构成列线。这样的话,16个按键排成4行4列就只要8根线。它的按键检测,简单点说,就是先送一列低电平,其余均为高电平,然后轮流检测,确认行列。

         这里就要提到另外一个东西,switch-case语句又称开关语句,它是一个专门用于处理多分支结构的条件选择语句。使用switch语句可直接处理多个分支。

        

        

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  • 单片机常用按键电路

    2017-06-16 09:07:42
    最常见的按键电路大致有,一对一的直接连接和动态扫描的矩阵式连接两种。 1. 一对一的直接连接 左右两个电路作用一样,区别是左边CPU的输入端常态为高电位,按下按键时为低电位;右边的常态为低电位,按下...

    单片机组成的小系统中,有的需要人机交互功能,按键是最常见的输入方式。

    最常见的按键电路大致有,一对一的直接连接和动态扫描的矩阵式连接两种。

    1. 一对一的直接连接


    左右两个电路作用一样,区别是左边CPU的输入端常态为高电位,按下按键时为低电位;右边的常态为低电位,按下按键是高电位。 这样的电路简单直接,一个按键独占一个端口,在按键数量较少端口数量富裕时可以直接使用。


    2. 矩阵式的按键链接

       很多场合需要的按键数比较多,要尽量少地占用端口就必须使用矩阵式的按键链接。如下图:


    图中将按键按行列矩阵的方式排列,其中的每一行公用一根行线,每一列公用一根列线。

    以此图为例,16个按键,按一对一方式连接的话需要16个端口,而按这样的矩阵方式链接只需8个端口,

    图中的Px,PyCPUIO端口,在本例中可以使用不同的端口也可以使用同一个8位端口。上拉电阻不是必须,单片机IO口内部有上拉电路时此处就可省略。

    这个电路的工作原理是采用程序扫描的方式检测某个按键状态

    比如将Px口的4位全置为低电平,这时如果没有任何按键按下的话,从Py口读回的4位应全为高,而如果有某一键按下,则对应按下键的那一列的位读回值将为低。

    这样就能知道按下键所在的列;接着确定按键所处行,把Py口的输入值作为输出,Px全部置高并读取输入,就能得到按键所在行位置,于是就确定了所按按键的行列位置。

    扫描可以有两种实现的方法,一种是全行全列扫描,一种是逐行全列扫描。

    上面的例子其实就是全行全列扫描方式,

    其特点是,一个流程就能知道是否有按键按下,并能确定按下按检测行列值,检测步骤简单迅速。但作为行列接口的Px,Py必须是双向的,亦即同时具有输入输出功能,单片机的端口基本都能满足。

     换种检测方式,就是先给定行,再检测列。比如行端口Px每次输出不是全部,而是只有一位输出为低,也就是预先给定了行,那么对应行有按键按下时,Py读回的值就代表按键所在列。Px口按位逐一输出低,每次读回Py值,这样的处理方式,更贴近扫描的含义。因为按键是机械动作,相对单片机运行速度来说,一次扫描流程足够检测到按键按下的动作。这种扫描方式就是逐行全列扫描。

    种扫描方式的特点是逐行扫描,有多少行就扫多少次,当有按键按下时,行列数就确定了。虽然显得麻烦点,但好处是Px只需是输出而Py只是输入,Px输出每次只有唯一的一位为低,这样的特点就可以对端口数进行简化,比如使用译码器。如图所示:


    由图可以看出,同样按键数,增加一个138译码器之后,CPU所用端口数就减为5了。

    Px口的3位只需输出07,译码器输出就能得到和前面一样的行扫描信号。这时候的程序处理流程,和上面的略有不同,主要是行的表示上不同。上面是行数的对应位表示对应行,下面的是行数的对应值就是对应行。程序框图如所示。

    逐行扫描还有另外一个用处,就是当系统中有需要动态扫描的装置比如LED数码管或点阵时,行扫描线就可以为其提供动态扫描信号,这样也是为了减少端口使用数量,达到信号复用并减少代码量的目的。

     

     

    除了上面提到的几种按键电路,还有一种按键电路,使用更少的端口数量,如图


    该电路同矩阵式按键电路一样,所不同的是行列端口使用的是同一个端口,并且矩阵的一条对角线上按键由二极管代替。如此图所示,

    按键数Knum=Pnum*Pnum-1,其中Pnum就是使用的端口数。

    4个端口数为例,

    一对一连接方式只能是4个按键;

    不带译码器最多4个按键,

    使用2-4译码器或3-8译码器方式最多8个按键

    而这种电路可以达到12个按键。此电路程序部分和不带译码器的一样,只是注意对角线上被二极管替代的地方没有按键。

     



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  • 按键单片机应用中必不可少的输入器件,本文我们基于51单片机来介绍独立按键的工作原理。 在我们使用的开发板上,独立按键电路如下图所示。 在使用51单片机读取按键转态时,将按键连接的单片机接口赋值1...

            按键是单片机应用中必不可少的输入器件,本文我们基于51单片机来介绍独立按键的工作原理。

            在我们使用的开发板上,独立按键的电路如下图所示。

            在使用51单片机读取按键转态时,将按键连接的单片机接口赋值1(这种方式适合51单片机,但不一定适合其他单片机),如果按键按下,则端口被拉低。因此,通过读取单片机接口的电平状态就可以判断按键是否按下,如果输入时高电平,则按键没有按下;如果输入是低电平,则按键按下。

            当按下或松开按键时,由于按键的机械抖动,使信号也会存在抖动。如下图所示。

             信号的抖动会造成单片机的误判断。可能造成按下一下按键却判断成按下了多次按键。为了得到正确的结果,要对按键进行去抖。去抖分为硬件去抖和软件去抖两种。硬件去抖就是在按键的两端加上一个电容,软件去抖则不需要增加硬件成本。只需要软件处理。

           软件去抖的具体方法是:当判断有按键按下时,程序延时一段时间,跳过这个抖动区域,之后再检测按键状态。如果再次检测时输入时高电平,说明是抖动或干扰造成的。如果输入是低电平,说明确实有按键按下。

            下面的代码是对按键按下的典型判断语句,先判断KEY的值是否为0,如果为0则延时10ms,然后再次读取KEY的值,依然为0则判断为按键按下,进行按键按下的处理代码,最后等待按键松开后退出。

    if(KEY==0)	    //按键KEY按下
    {
        delay1ms(10);  //延时10ms去抖
        if(KEY==0)      //再次判断按键KEY按下
        {
        //加入处理代码
        }  
        while(KEY==0);  //等待按键松开 
    }
    

     

     

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  • 首先需要注意RST引脚上边是否画了一条横线,如果画了一条横线,则是...复位电路的工作原理 在书本上有介绍,51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2us就可以实现,那这个过程是如何实现的呢?在单片机系统...

    首先需要注意RST引脚上边是否画了一条横线,如果画了一条横线,则是RST引脚接收到低电平复位,如果无横线,则RST引脚接收到高电平复位。

    以下摘自 http://mouser.eetrend.com/content/2018/100011514.html

    复位电路的工作原理

    在书本上有介绍,51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2us就可以实现,那这个过程是如何实现的呢?在单片机系统中,系统上电启动的时候复位一次,当按键按下的时候系统再次复位,如果释放后再按下,系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。

    开机的时候为什么为复位

    在电路图中,电容的的大小是10uf,电阻的大小是10k。所以根据公式,可以算出电容充电到电源电压的0.7倍(单片机的电源是5V,所以充电到0.7倍即为3.5V),需要的时间是10K*10UF=0.1S。也就是说在电脑启动的0.1S内,电容两端的电压时在0~3.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少(串联电路各处电压之和为总电压)。所以在0.1S内,RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号,而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内,单片机系统自动复位(RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右)。

    按键按下的时候为什么会复位

    在单片机启动0.1S后,电容C两端的电压持续充电为5V,这是时候10K电阻两端的电压接近于0V,RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候,开关导通,这个时候电容两端形成了一个回路,电容被短路,所以在按键按下的这个过程中,电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移,电容的电压在0.1S内,从5V释放到变为了1.5V,甚至更小。根据串联电路电压为各处之和,这个时候10K电阻两端的电压为3.5V,甚至更大,所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。

    总结:

    1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号,只要保证电容的充放电时间大于2US,即可实现复位,所以电路中的电容值是可以改变的。

    2、按键按下系统复位,是电容处于一个短路电路中,释放了所有的电能,电阻两端的电压增加引起的。

     

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