《单片机原理与接口技术》第10章人机接口技术.pptVIP

高等职业教育 计算机类课程规划教材 10.1.1 按键与去抖 1.键盘的分类 （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，独立 连接式键盘如图10-1所示。 这种键盘的优点是结构简单，使用方便。但随着键数的增加，被占用的I/O口线也将增加。 （2）矩阵式键盘 矩阵式键盘是指由若干个按键组成的开关矩阵。 4行4列矩阵式键盘如图10-2所示。 这种键盘的优点是使用较少的I/O口线可以实现对较多键的控制。 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。 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。 10.1.2 键盘接口 键盘接口的主要功能是对键盘上所按的键进行识别。 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。 1.键盘接口的工作原理 以如图10-2所示的4行4列的矩阵式键盘为例，图中键盘的行线X0～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。 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。 CPU对键盘扫描可以采取以下方式: （1）程序控制的随机方式。 （2）定时控制方式。 （3）中断方式。 2.键输入程序设计方法 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 （2）去除键的机械抖动 （3）确定闭合键的物理位置 （4）得到闭合键的编号 （5）确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理 3.键盘接口方式 （1）独立按键接口（静态方式） 在单片机系统中所需按键数量较少时，采用独立式键盘。这种键盘结构简单，每个按键接单片机的一条I/O线，或接TTL扩展并行输入口，通过对输入线的查询，可以识别每个按键的状态。 【例10.1】（见教材P208页） （2）行反转法矩阵式键盘接口 如果在单片机系统中需要安排较多的按键时，通常把键排列成矩阵形式，这样可以更合理地利用硬件资源。矩阵按键可以采用行反转法和扫描法进行识别。 行反转法识别按键时采取以下步骤: 第一步 输出。将与键阵相连的两组I/O口线中的一组设置为输入线（接收线），另一组设置为输出线（扫描线）。 输入线的初值为全1，输出线的初值为全0。 当有键被按下时，输入线至少有一位为 0，说明该输入线上至少有一个键闭合，并将输入线数据保存。 MCS-51单片机可以采取两种方法判断是否有键闭合， 一种方法是将所有输入线逻辑与后接MCS-51的外部中断输入，通过中断法进行识别; 另一种方法是逐条查询输入线是否出现低电平。 第二步 行反转。将原有输入线和输出线的功能互换,即扫描线设定为输入，初值为全1; 接收线设定为输出，其初值为经第一步保存的值。然后读取输入口的状态并保存。 第三步 判定。第一步保存值中为0的位只是被按下键所在的接收线;第二步保存值中为0的位只是被按下键所在的扫描线; 根据扫描线和接收线得出被按键的具体位置。 【例10.2】 (见教材P210页) （3）动态扫描法矩阵式键盘接口 行反转法是一种有效的键盘接口方法，不仅节省I/O口线，编程实现也较容易。在只需要扩展键阵的情况下是一种很好的方案。但是，多数单片机应用系统中，不仅需要扩展键阵，同时还要扩展LED数码管显示器。此时，行反转法将不能满足要求。 下面介绍另一种常用的键盘接口方法——动态扫描法，动态扫描法不仅可以扫描键阵，也可以实现显示，是目前应用十分广泛的一种方法。 【例10.3】 (见教材P212页) （4）通过串行口扩展键盘接口 MCS-51 系列单片机的串行口与并行 I/O引脚配合可用来扩展键盘接口。在使用串口扩展键盘接口时，还需用到串—并转换器件，例如使用串行输入、并行输出的74LS164芯片。 【例10.4】 (见教材P215页) 10.2.1 LED显示与驱动 发光二极管简称 LED。 由LE