单片机键盘检测与应用

键盘是单片机应用系统中重要的输入设备，是实现人机对话的纽带。键盘主要分编码键盘和非编码键盘两大类，其中键的开闭的识别由硬件编码器来实现的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别键的开闭的称为非编码键盘，单片机系统中常用的键盘为非编码键盘。 键盘都是由一个一个小按键构成的，按键实际上就是一个开关元件，单片机系统中常用的按键主要有自锁按键和非自锁按键，分别如图1、图2所示。 图1 自锁按键 图2 非自锁按键 非编码键盘通常又分为独立键盘和矩阵键盘两大类。所谓独立键盘是指按键在与单片机相连时，每一个按键都与一个单片机单片机的I/O口相连，如图3所示；而对于一些应用系统中若需要较多按键时，采用独立键盘的连接方法，则比较耗费单片机的I/O口，此时我们一般会用到矩阵键盘，如图4所示，16个按键排成4行4列，称为4X4矩阵键盘，如按独立按键法，需要16个I/O口，而按图4的接法只需要8个I/O. 图3 独立键盘 图4 4X4矩阵键盘 由于在单片机在应用系统中，更多的会用到独立键盘，加之两者的检测原理基本相似，所以这一节里我主要讲解独立键盘的检测原理及程序实现的方法。 1、按键的检测原理 按键与单片机的连接如图5所示，按键的一端与地相连，另一端直接与单片机的I/O口相连。此时我们在程序中先给I/O口赋值高电平，然后不断的检测I/O口电平的变化。当按键没有被按下时，此I/O口的电平一直为高；当按键被按下时，由于按键的另一端直接与地相连，相当于低电平，此时我们从I/O口读出的即为高电平，程序一旦检测到I/O口由高电平变为低电平时，说明按键被按下，此时马上执行相应的动作，这就是按键检测的原理。 　 图5 按键与单片机连接图 2、按键的抖动与消除 由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，与单片机I/O口相接的一端的电压会出现相应的变化，如图6所示。 图6 按键按下时电压的变化情况 从图6中我们可以看出，实际的电压波形在按下松手的时候都会出现一定的抖动，经过实验知道，这个一时间大概在5－10ms。所在在做单片机与按键相关的系统时必须考虑消抖的环节。按键消抖的方法有两种，一个是硬件方法一个是软件的方法，而从节约成本和尽量简化硬件电路的角度出发，一般是采用在程序中加上消抖的方法实现，通常是采用延时的方法。具体的作法是： 检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms～10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms～10ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。后面会结合到程序进行讲解。 下面我写一个简单的程序，功能为：当一个键按下时，让一个发光二极管发光，我们先看下按键模块在实验板上的原理图，如图7和图8所示。 图7 发光二极管模块原理图 图8 按键模块原理图 例1 按键检测程序 //功能：当按下S8键时，L1灯发光，松手后，L1灯熄灭。相应程序如例1. #include <reg52.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit D1=P1^0; sbit S1=P3^4; void main() { P3=0xff; while(1) { if(S1==0) delay(20);//消除按下时的抖动 if(S1==0) { D1=0; while(!S1);//松手检测 delay(20);//消除松手时的抖动 } else D1=1; } } 例2 按键检测程序 //功能：当每按下S8键时，数码管自动加1，当加到F时又从零开始。 #include<reg52.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit duan=P2^6; sbit wei=P2^7; sbit S1=P3^4; uchar temp; uchar code table[]= {0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71}; void delay(uint z ) { uint x ,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } void main() { P3=0xff; wei=1; P0=0xfe; wei=0; temp=0; while(1) { if(S1==0) { delay(20);//消除按下时的抖动 if(S1==0)// { temp++; if(temp==16)temp=0; } while(!S1);//松手检测，防止temp一次多加 delay(20);//消除松手时的抖动 while(!S1); } duan=1; P0=table[temp]; duan=0; } }