3.1键盘及其接口技术.ppt

第3章 第1节 键盘及其接口技术 付立悦 青岛理工大学 费县校区 3.1 键盘及其接口技术 学习目标: 1．了解按键的抖动干扰及其解决方法。 2．掌握独立式键盘的结构原理及其接口电路。 3．掌握矩阵式键盘的结构原理及其行扫描法。 主要内容 引言 3.1 键盘输入电路 3.2 编码独立式键盘 3.3 非编码矩阵式键盘 小结 思考题 引言 在微机控制系统中，除了与生产过程进行信息传递的过程输入输出设备以外，还有与操作人员进行信息交换的常规输入设备和输出设备。键盘是一种最常用的输入设备,它是一组按键的集合，从功能上可分为数字键和功能键两种，作用是输入数据、命令、查询和控制系统的工作状态，实现简单的人机通信。 键盘接口电路可分为编码键盘和非编码键盘两种类型。编码键盘采用硬件编码电路来实现键的编码，每按下一个键，键盘便能自动产生按键代码。编码键盘主要有BCD码键盘、ASCII码键盘等类型。非编码键盘仅提供按键的通或断状态, 按键代码的产生与识别是由软件完成的。 编码键盘的特点是使用方便，键盘码产生速度快，占用CPU时间少，但对按键的检测与消除抖动干扰是靠硬件电路来完成的，因而硬件电路复杂、成本高。而非编码键盘硬件电路简单，成本低，但占用CPU的时间较长。所以在一般的小型单片机测控系统中主要使用非编码键盘。 （1）开关状态的可靠输入。必须消除键抖动。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添加去抖动电路；软件方法则采用延迟10～20ms； ? （2）键盘状态的监测方法——中断方式还是查询方式； ?? （3）键盘编码方法； ? （4）键盘控制程序的编制。 3.1.1 键盘的抖动干扰 微机控制系统中的键盘通常采用触点式按键，是利用机械触点的闭合或断开来输入状态信息的，右图给出了一个按键输入电路。 按键S一端接地，另一端经上拉电阻接+5V电源，并接到单片机P1口，当按键S未被按下时，单片机P1.0输入为高电平“1”；S闭合后，P1.0输入为低电平“0”。 由于机械触点的弹性振动,按键在按下时不会马上稳定地接通而在弹起时也不能一下子完全地断开，因而在按键闭合和断开的瞬间均会出现一连串的抖动，这称为按键的抖动干扰。当按键按下时会产生前沿抖动，当按键弹起时会产生后沿抖动。这是所有机械触点式按键在状态输出时的共性问题，抖动的时间长短取决于按键的机械特性与操作状态，一般为5~10 mS，此为键处理设计时要考虑的一个重要参数。 3.1.2 抖动干扰的消除 按键的抖动会造成按一次键产生的开关状态被CPU误读几次。为了使CPU能正确地读取按键状态，必须在按键闭合或断开时，消除产生的前沿或后沿抖动。 去抖动的方法有硬件方法和软件方法两种。 1．硬件方法 最常用的硬件去抖方法有滤波去抖电路和双稳态去抖电路。 图为由R2和C组成的滤波延时消抖电路，及两个与非门组成的双稳态去抖电路。 按键S未按下时，电容两端电压为0，即与非门输入Vi为0，输出Vo为1。当S按下时，由于C两端电压不能突变，充电电压Vi在充电时间内未达到与非门的开启电压，门的输出Vo将不会改变，直到充电电压Vi大于门的开启电压时，与非门的输出Vo才变为0，这段充电延迟时间取决于R1、R2和C值的大小，电路设计时只要使之大于或等于10ms即可避开按键抖动的影响。同理，按键S断开时，即使出现抖动，由于C 的放电延迟过程，也会消除按键抖动的影响。 滤波去抖电路 双稳态去抖电路 2．软件方法 软件方法是指编制一段时间大于10mS的延时程序，在第一次检测到有键按下时，执行这段延时子程序使键的前沿抖动消失后再检测该键状态，如果该键仍保持闭合状态电平，则认为该键已稳定按下，否则无键按下，从而消除了抖动的影响。同理，在检测到按键释放后，也同样要延迟一段时间，以消除后沿抖动，然后转入对该按键的处理。 3.2 编码（独立式）键盘 独立式键盘指的是直接用I/O口线构成的单个键盘电路。每个按键单独占有一根I/O口线。 主要知识点： 3.2.1 独立式键盘的结构原理 3.2.2 独立式键盘的接口技术 3.2.1 独立式键盘的结构原理 如下图所示。每个按键互相独立地接通一条数据线并输出键的通断状态。当按键Si闭合时，数据线直接接地，因而输出键Si的状态Di = 0；当按键Si断开时，数据线通过上拉电阻接到正电源，因而输出键Si的状态Di = 1。 3.2.2 独立式键盘的接口技术 如果将各按键的数据输出线和单片机I/O口相连(如图3.4(b))，通过CPU对相关I/O口线状态的检测，即可知道键盘上是否有键按下和哪个键按下，并可根据各键的功能定义进行相关的键功能处