單片機原理與應(yīng)的項目-鍵值顯示課件

1、單片機與嵌入系統(tǒng)2019 /02電氣與自動化單片機與嵌入系統(tǒng)2019 /02項目 鍵值顯示 項目 鍵值顯示 一、項目描述 通過完成二個鍵值顯示任務(wù)，掌握獨立式鍵盤和行列式鍵盤電路的構(gòu)成與工作原理、鍵盤接口電路的設(shè)計與鍵值顯示程序的編寫。 一、項目描述 通過完成二個鍵值顯示任務(wù)，掌握獨立二、主要知識點與能力目標(biāo)知識要點： （1）鍵盤結(jié)構(gòu)與應(yīng)用特點； （2）獨立式鍵盤接口電路設(shè)計與程序編寫； （3）行列式鍵盤接口電路設(shè)計與程序編寫。能力目標(biāo)： （1）能根據(jù)項目要求正確選用鍵盤的結(jié)構(gòu)； （2）能設(shè)計典型的鍵盤接口電路； （3）能編寫鍵值顯示應(yīng)用程序。二、主要知識點與能力目標(biāo)知識要點：項目任務(wù)一： 編

2、寫程序，將八位獨立式按鍵的鍵值顯示在八位數(shù)碼管對應(yīng)位上。 項目任務(wù)一： 編寫程序，將八位獨立式按鍵的鍵值顯示在八位數(shù)碼相關(guān)知識 1：鍵盤的分類按結(jié)構(gòu)分： 獨立式 矩陣式按編碼分： 全編碼鍵盤（硬件電路實現(xiàn)） 非編碼鍵盤：軟件查詢實現(xiàn)相關(guān)知識 1：鍵盤的分類按結(jié)構(gòu)分： 獨立式相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題1. 鍵抖動問題：機械式按鍵在按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點機械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖5.1所示，抖動時間的長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般為510 ms。相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題1. 鍵抖動問題：相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題

3、 圖5.1 按鍵觸點的機械抖動 相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題圖5.1 按鍵觸點的機械相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題抖動的消除方法： 在鍵數(shù)較少時，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時，采用軟件去抖。相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題抖動的消除方法：相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題硬件消抖： 采用在鍵輸出端加R-S觸發(fā)器(雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成去抖動電路。圖5.2是一種由R-S觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動電路，當(dāng)觸發(fā)器一旦翻轉(zhuǎn)，觸點抖動不會對其產(chǎn)生任何影響。相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題硬件消抖：相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題圖5.2 雙穩(wěn)態(tài)去抖電路相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問

4、題圖5.2 雙穩(wěn)態(tài)去抖電路相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題軟件消抖： 當(dāng)檢測有鍵按下時，執(zhí)行10 20ms左右的延時程序，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)。同理，在檢測到按鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進行確認(rèn)，從而可消除抖動的影響。相關(guān)知識2：鍵盤接口需要解決的問題軟件消抖：相關(guān)知識3：獨立式按鍵單片機控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個功能鍵時，可采用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)。獨立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O

5、口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜采用。獨立式按鍵的典型應(yīng)用如圖5.3所示。相關(guān)知識3：獨立式按鍵單片機控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個功能鍵相關(guān)知識3：獨立式按鍵圖5.3 獨立式按鍵電路相關(guān)知識3：獨立式按鍵圖5.3 獨立式按鍵電路完成項目任務(wù)一 利用實驗儀平臺編寫程序，將八位KG1KG8開關(guān)鍵的鍵值顯示在八位數(shù)碼管對應(yīng)位上。即當(dāng)KG3開關(guān)撥動時，在八位數(shù)碼管SM3上顯示數(shù)字3。 完成項目任務(wù)一 利用實驗儀平臺編寫程序，將八位KG實驗儀鍵盤接口電路圖5.4 鍵盤接口電路實驗儀鍵盤接口電路圖5.4 鍵盤接口電路實驗平臺鍵盤電路分析 實驗平臺利用8155的PA口、PB口和PC口，作為擴

6、展I/O口，其中，PA口定義為輸入口，擴展為8位數(shù)字輸入口，與KG1KG8相連，開關(guān)兩端分別接地與高電平，當(dāng)開關(guān)撥動時，電平變化可由PA口讀入。 實驗平臺鍵盤電路分析 實驗平臺利用8155的PA實驗平臺數(shù)碼管顯示電路 圖5.4 鍵盤接口電路圖5.5 鍵盤接口電路實驗平臺數(shù)碼管顯示電路 圖5.4 鍵盤接口電路圖5.5 鍵盤實驗平臺數(shù)碼管顯示電路分析 實驗平臺有8個七段數(shù)碼管，這8個七段數(shù)碼管的驅(qū)動電路是由兩片74LS373（U24，U8）組成。 其中，標(biāo)號U24的74LS373為七段數(shù)碼管提供段選通信號，標(biāo)號U8的74LS373為八個七段數(shù)碼管的片選信號。“SMCS1”、“SMCS2”片選信號由

7、標(biāo)號U26的74LS138譯碼反相后得到，地址分別為C000H、C800H。 實驗平臺數(shù)碼管顯示電路分析 實驗平臺有8個七段數(shù)碼程序結(jié)構(gòu)提示 獨立式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對應(yīng)的開關(guān)鍵已撥動，然后再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。程序結(jié)構(gòu)提示 獨立式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先項目任務(wù)二：設(shè)計2*8結(jié)構(gòu)行列式鍵盤，并編寫程序使按鍵鍵值顯示在八位數(shù)碼管最低位。 項目任務(wù)二：設(shè)計2*8結(jié)構(gòu)行列式鍵盤，并編寫程序使按鍵鍵值顯相關(guān)知識 1：矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及原理 矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點

8、上，其結(jié)構(gòu)如圖5.6所示。 相關(guān)知識 1：矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及原理 矩陣式鍵盤由行線和相關(guān)知識 1：矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及原理圖5.6 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)相關(guān)知識 1：矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及原理圖5.6 矩陣式鍵盤結(jié) 由圖可知，一個44的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有16個按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時，矩陣式鍵盤較之獨立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多I/O口。 在5.6圖所示矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到5V上。當(dāng)無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。相關(guān)知識 1：矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)

9、及原理 由圖可知，一個44的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有16掃描法： 在某一時刻只讓一條列線處于低電平，其余列線均處于高電平，則當(dāng)這一列有鍵按下時，該鍵所在的行電平將會由高電平變?yōu)榈碗娖剑膳卸ㄔ摿邢鄳?yīng)的行有鍵按下。流程： 當(dāng)?shù)?列處于低電平時，逐行查找是否有行線變低，若有，則第0列與該行的交叉點按鍵按下；若無，則表示第0列無鍵按下，再讓下一列處在低電平，依此循環(huán)。 鍵號=行首鍵號（0、4、8、12）+列號（0、1、2、3）相關(guān)知識 2：矩陣式鍵盤按鍵識別掃描法：相關(guān)知識 2：矩陣式鍵盤按鍵識別相關(guān)知識2：矩陣式鍵盤工作方式鍵盤的工作方式：編程掃描、定時掃描、中斷掃描。編程掃描方式： 利用CPU

10、完成其它工作的空余時間，調(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵盤輸入的要求。在執(zhí)行鍵功能程序時，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵盤為止。鍵盤掃描程序包括：(1) 有無鍵按下。(2) 鍵盤掃描取得閉合鍵的行、列值。(3) 用查表法得到鍵值。(4) 判斷閉合鍵是否釋放，如沒釋放則繼續(xù)等待。(5) 將閉合鍵鍵號保存，同時轉(zhuǎn)去執(zhí)行該閉合鍵的功能相關(guān)知識2：矩陣式鍵盤工作方式鍵盤的工作方式：編程掃描、定時相關(guān)知識2：矩陣式鍵盤工作方式定時掃描方式：定時掃描方式就是每隔一段時間對鍵盤掃描一次，它利用單片機內(nèi)部的定時器產(chǎn)生一定時間（例如10 ms）的定時，當(dāng)定時時間到就產(chǎn)生定時器溢出中斷。CPU響應(yīng)中斷后

11、對鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵，再執(zhí)行該鍵的功能程序。定時掃描方式的硬件電路與編程掃描方式相同 相關(guān)知識2：矩陣式鍵盤工作方式定時掃描方式：相關(guān)知識2：矩陣式鍵盤工作方式。圖5.7 定時掃描方式程序流程圖相關(guān)知識2：矩陣式鍵盤工作方式。圖5.7 定時掃描方式程序流相關(guān)知識2：矩陣式鍵盤工作方式中斷掃描方式： 為提高CPU工作效率，采用中斷掃描工作方式。工作過程如下：當(dāng)無鍵按下時，CPU處理自己的工作，當(dāng)有鍵按下時，產(chǎn)生中斷請求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識別鍵號。電路如圖5.8所示。相關(guān)知識2：矩陣式鍵盤工作方式中斷掃描方式：相關(guān)知識2：矩陣式鍵盤工作方式圖5.8 中斷掃描鍵盤

12、電路相關(guān)知識2：矩陣式鍵盤工作方式圖5.8 中斷掃描鍵盤電路完成項目任務(wù)二 利用實驗平臺2*8結(jié)構(gòu)行列式鍵盤，編寫程序使按鍵鍵值顯示在八位數(shù)碼管最低位。即按下按鍵，在SM1上顯示按鍵鍵值0F。 完成項目任務(wù)二 利用實驗平臺2*8結(jié)構(gòu)行列式鍵盤，實驗儀鍵盤接口電路圖5.4 鍵盤接口電路實驗儀鍵盤接口電路圖5.4 鍵盤接口電路實驗平臺鍵盤電路分析 PB口和PC口的PC4、PC5組成2*8鍵盤驅(qū)動電路。其中PB口定義為輸出口， PB口為鍵盤的列驅(qū)動，常態(tài)下設(shè)置為低電平。PC口定義為輸入口，PC口的PC4、PC5兩口為鍵盤的行驅(qū)動，經(jīng)上拉電阻，平時為高。 若有鍵按下，則PC4、PC5兩口對應(yīng)腳的狀態(tài)變低，且PC4,PC5經(jīng)74LS00、74LS04實際上相“與”接到單片機外部中斷口INT0（P3.2），產(chǎn)生中斷。通過對PB賦值進行列掃描，讀入PC口狀態(tài)，從而確定鍵值。實驗平臺鍵盤電路分析 PB口實驗平臺數(shù)碼管顯示電路 圖5.4 鍵盤接口電路圖5.5 鍵盤接口電路實驗平臺數(shù)碼管顯示電路 圖5.4 鍵盤接口電路圖5.5 鍵盤實驗平臺數(shù)碼管顯示電路分析 實驗平臺有8個七段數(shù)碼管，這8個七段數(shù)碼管的驅(qū)動電路是由兩片74LS373（U24，U8）組成。 其中，標(biāo)號U24的74LS373為七段數(shù)碼管提供段選通信號，標(biāo)號U8的74LS373為八個七段數(shù)碼管的片選信號?！癝MCS1