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战略性信息产业教育服务提供商 联世界 育未来——创新物联教育 第7单元单片机与PC机的串口通信 掌握I/O口作为输入/输出时的使用方法。 掌握矩阵键盘与数码管静态显示的结合。 7.1实验目标 识别矩阵键盘并显示键值 按照实验1的步骤搭建好硬件平台,然后按照本实验步骤的硬件连接进行接线,使用STC-ISP下载“矩阵键盘驱动包\死等按键释放\MatrixKey.hex”或“矩阵键盘驱动包\置按键按下标志\MatrixKey.hex”到单片机中,都可观察到如下实验现象,实验效果图见实验步骤中的“按键扫描检测硬件连接”。 7.2实验内容 1、矩阵键盘概述一个独立式按键就要占用一个I/O口,如果16个独立式按键就要占用16个I/O口,这对只有32个I/O口的51单片机来说是难以应付的。在键盘中按键数量较多时,为了减少I/O口的占用,通常将按键排列成矩阵形式,如下图所示。 7.3实验原理 还有一种很薄的薄膜按键,它由三层构成,第一层为按键的表层,第二层为按键按列连接在一起,第三层为按键按行连接在一起,如下图所示。 图6.2 薄膜按键及其内部结构 2、矩阵键盘的内部结构 同实验5一样,单片机I/O口既可以作为输出使用,也可以作为输入使用。有一点需要注意的是,单片机I/O口作为输入使用时,必须保证V2处于截止状态,如下图所示。 图6.3 I/O口的内部结构 矩阵键盘的电路稍微复杂一些,行线ROWx接单片机的I/O口,列线COLx也接单片机的I/O口,同时列线COLx通过电阻接正电源(即接上拉电阻),如下图所示。 图6.4 矩阵键盘的电路图 在矩阵键盘中,每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通,而是通过一个按键加以连接。这样,一个端口(如P1口)就可以构成4×4=16个按键,比直接将端口线用于键盘多出了一倍,而且线数越多,区别越明显,比如再多加一条线就可以构成20键的键盘,而直接用端口线(即采用独立式按键的接法)则只能多出一键(9键)。由此可见,在需要的键数比较多时,采用矩阵法来做键盘是合理的。 3、矩阵键盘的工作原理 确定矩阵键盘上哪个按键被按下有如下两种方法。 ① 行扫描法 行扫描法中行线ROWx接单片机输出口,列线COLx接单片机输入口。 行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法,是一种最常用的按键识别方法,它的工作过程可以分为如下两个步骤。 判断键盘中有无键按下:将全部行线ROWx置低电平,然后检测列线COLx的状态。只要有一根列线COLx的电平为低,则表示键盘中有键被按下,而且闭合的键位于低电平列线COLx与4根行线ROWx相交叉的4个按键之中。若所有列线COLx均为高电平,则键盘中无键按下。 判断闭合键所在的位置:在确认有键按下后,即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是,依次将行线ROWx置为低电平,即在置某根行线ROWx为低电平时,使其它行线ROWx为高电平。在确定某根行线ROWx位置为低电平之后,再逐行检测各列线COLx的电平状态。若某列线COLx为低,则该列线COLx与置为低电平的行线ROWx交叉处的按键就是闭合的按键。 ② 高低电平翻转法 首先让列线COLx为0,行线ROWx为1(即设置为输入)。若有按键按下,则行线ROWx中会有一行由1翻转为0,此时即可确定被按下的键的行位置。 然后让行线ROWx为0,列线COLx为1(亦即设置为输入)。若有按键按下,则列线COLx中会有一根由1翻转为0,此时即可确定被按下的键的列位置。 最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。 3、按键动作 同实验5一样,机械式按键按下或释放时,由于机械弹性作用的影响,通常伴随有一定时间的触点机械抖动,然后其触点才稳定下来,如下图所示。 由于这种按键是机械式的开关,当按键被按下时,按键会振动一小段时间才稳定,为了避免让51单片机误判为多次输入同一按键,我们必须在侦测到有按键被按下时,延时一小段时间,以使键盘达稳定状态,再去判读所按下的键,就可以让键盘的输入稳定。 同实验5一样,常用的击键类型也包括多种,要识别所有的击键类型是来说比较复杂,本实验也仅介绍“单击”这种击键类型。 图6.5 按键按下时的波形 4、本实验采用的矩阵键盘 本实验采用的矩阵键盘如下图所示,我们只用到其中一部分,即把JP102-2/JP102-3/JP102-4分别当作行1/行2/行3,把JP101-4/JP101-3/JP101-2分别当作列1/列2/列3。 图6.6 本实验采用的矩阵键盘 1、硬件连接 行1/行2/行3分别接P1.4/P1.5/P1.6,列1/列2/列3分别接P1.0/P1.1/P1.2,如下图所示(其中
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