2021年10月20日 | 【自学51单片机】8 -- 按键的学习，单片机最小系统

1、单片机最小系统

电源

单片机中常见5v和3.3v的单片机，“5v”和“3.3v”分别只是他们正常工作的典型值，5v和3.3v单片机也是以他们正常工作典型值命名的，他们正常工作电压的标准范围要根据单片机手册查询，

晶振

晶振分无源晶振和有源晶振。实物图和原理图见下图。

无源晶振： 依靠单片机内部振荡电路才能工作，接到单片机两个振荡引脚即可，晶体两个引脚无区别，电压无要求，两侧通常有电容，手册有要求根据手册选电容，手册无要求一般选20pf。

有源晶振： 无需依靠单片机内部振荡电路，只需外部供电达到电压要求，即可产生振荡频率，接到单片机晶振输入引脚即可接受到晶振频率，单片机晶振输出引脚无需连接。

两者区别：无源晶振信号质量和精度比有源晶振差，价格比有源晶振便宜。

复位电路：

KST-51开发板复位电路如下图

STC89C52单片机：高电平复位，低电平正常工作。

上电复位：一上电，给电容充电，此时电容相当于导线，RST高电平，电容充电越多，电路电流越来越小直到电容开路电流为0，RST电压越来越小直到低电平（0v），这就是上电复位，复位时间达到要求即可复位。

手动（按键）复位：按键未按前，RST为低电平，按键按下，RST为高电平，松开按键，电源给电容充电后，电容开路，RST为低电平。18欧姆电阻作用：为抑制按键按下后，电容产生的电磁干扰。

2、独立按键和准双向IO口

用户和单片机交流信息依赖于输入设备和输出设备，前边LED小灯部分都是输出设备，现在来学习输入设备-----按键。

按键：按键电路分独立式按键和矩阵式按键两种。下面说明独立式按键，见下图原理图。

说明：四条KeyIn编号输入线连接单片机IO口，当按键k1按下，KeyIn1引脚为低电平，当按键k1松开，KeyIn1引脚为高电平，KeyIn编号IO口的电平情况由按键的状态所决定。

准双向IO口：在KST51-开发板中，按键接到P2中KeyIn编号IO口上，这些IO口上电默认是准双向IO口，下面来学习准双向IO口电路，如下图8-7。

说明：这种IO口，有输出端和输入端，要正常读取外部信号状态，必须要保证自己内部输出的是1。当内部输出为1时，经过非门后输出为0，三极管不导通，按键松开，内部输入为高电平，按键按下，内部输入为低电平。而当内部输出为0时，通过分析，按键是什么状态，内部输入都为低电平。

3、矩阵按键

矩阵按键相对于独立按键而言可以减少IO口的使用，原理图见下图。

说明：如果keyout1输出为低电平，相当于GND，而keyout2、keyout3、keyout4输出为高电平的时候，K1、K2、K3、K4相当于独立按键。

4、矩阵按键扫描程序

//矩阵按键的扫描

#include

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

sbit keyin1 = P2^4;

sbit keyin2 = P2^5;

sbit keyin3 = P2^6;

sbit keyin4 = P2^7;

sbit keyout1 = P2^3;

sbit keyout2 = P2^2;

sbit keyout3 = P2^1;

sbit keyout4 = P2^0;

unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表

0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E

};

unsigned char keysta[4][4]= { //全部矩阵按键的当前状态

{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1}//数组不能定义成bit型

};

void main()

{

unsigned char i, j;

unsigned char backup[4][4] = {//按键值备份，保存前一次的值

{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1}

};

EA = 1;//使能总中断

ENLED = 0;//选择数码管DS0显示

ADDR3 = 1;

ADDR2 = 0;

ADDR1 = 0;

ADDR0 = 0;

TMOD  = 0x10; //设置T1为模式1

TH1 = 0xFC; //为T1赋值，定时1ms

TL1 = 0x67;

TR1 = 1; //开启T1

ET1 = 1; //使能T1中断

P0 = LedChar[0]; //默认数码管显示0

while(1)

{

for(i = 0; i < 4; i++) //循环检测4*4矩阵按键

{

for(j = 0; j < 4; j++)

{

if(keysta[i][j] != backup[i][j]) //检测按键动作

{

if(backup[i][j] == 0)  //前一次值为0，说明当前按键弹起

{  

P0 = LedChar[4*i+j];//将编号显示到数码管

}

backup[i][j] = keysta[i][j];//更新前一次备份值

}

}

}

}

}

void Interrupt() interrupt 3

{

unsigned char i; 

static unsigned char keyout = 0;   //矩阵按键扫描输出索引

static unsigned char keybuf[4][4] = { //矩阵按键扫描缓冲区

{0xFF,0xFF,0xFF,0xFF}, {0xFF,0xFF,0xFF,0xFF},

{0xFF,0xFF,0xFF,0xFF}, {0xFF,0xFF,0xFF,0xFF}

};

TH1 = 0xFC; //重新为T1赋值

TL1 = 0x67;

//将一行的4个按键值移入缓冲区

keybuf[keyout][0] = (keybuf[keyout][0] << 1) | keyin1;

keybuf[keyout][1] = (keybuf[keyout][1] << 1) | keyin2;

keybuf[keyout][2] = (keybuf[keyout][2] << 1) | keyin3;

keybuf[keyout][3] = (keybuf[keyout][3] << 1) | keyin4;

//消抖后更新按键状态

for(i = 0; i < 4; i++)   //每行四个按键，所以循环四次

{

if((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x00)

{   //连续扫描4次值为0，即4*4ms内都是按下状态时，可认为按键已稳定按下

keysta[keyout][i] = 0;

}else if((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x0F)

{   //连续扫描4次值为1，即4*4ms内都是弹起状态时，可认为按键已稳定弹起

keysta[keyout][i] = 1;

}

}

//执行一下次的扫描输出

keyout++; //输出索引递增

keyout = keyout & 0x03;//索引值加到4即归零

switch(keyout) //根据索引，释放当前输出引脚，拉低下次的输出引脚

{

case 0: keyout4 = 1; keyout1 = 0; break;

case 1: keyout1 = 1; keyout2 = 0; break;

case 2: keyout2 = 1; keyout3 = 0; break;

case 3: keyout3 = 1; keyout4 = 0; break;

default:break;

}

}

原理：根据上面所讲的内容和下图单片机原理图的分析，程序原理很好理解，程序利用动态扫描扫描4行按键，每隔一秒扫描一行按键，通过检测不同位置按键输入引脚的电平变化，来改变数码管的值，程序中keyin输入和keyout输出颠倒是为了让输出信号有足够时间来稳定。

5、按键抖动

按键抖动：按键闭合时间由操作人员控制决定，通常会在100ms以上，刻意快速的按，也会在40-50ms左右，因为按键有机械弹性，按下和弹起瞬间都会有一连串的抖动，如下图8-10，这种抖动直接影响了数码管值的变化，上面程序运用了软件消抖解决该问题，每个按键每隔4ms检测一次按键状态，每个按键检测4次，每个按键检测4*4ms，若4次状态相同则可确定按键的状态。这就将按键的抖动消去了。

6、综合小程序-简易加减法计算器

//支持“向上键”加，“向下键”减， 回车计算结果，但不支持连续加减操作

#include

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

sbit keyin1 = P2^4;

sbit keyin2 = P2^5;

sbit keyin3 = P2^6;

sbit keyin4 = P2^7;

sbit keyout1 = P2^3;

sbit keyout2 = P2^2;

sbit keyout3 = P2^1;

sbit keyout4 = P2^0;

void KeyDriver();//按键驱动函数

void KeyAction(unsigned char keycodeMap);//按键动作函数

void ShowNumber(signed long num);//显示函数

void Keyscan();//按键扫描函数

void LedScan();//数码管扫描函数

unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表

0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E

};

unsigned char  Ledbuff[6] = {  //数码管显示缓冲区

0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF

};

unsigned char code KeyCodeMap[4][4] = { //矩阵按键编号到标准键盘键码的映射表

    { 0x31, 0x32, 0x33, 0x26 }, //数字键1、数字键2、数字键3、向上键

    { 0x34, 0x35, 0x36, 0x25 }, //数字键4、数字键5、数字键6、向左键

    { 0x37, 0x38, 0x39, 0x28 }, //数字键7、数字键8、数字键9、向下键

    { 0x30, 0x1B, 0x0D, 0x27 }  //数字键0、ESC键、  回车键、 向右键

};

unsigned char keysta[4][4]= { //全部矩阵按键的当前状态

{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1}

};

void main()

{

ENLED = 0; //使能U3

ADDR3 = 1;

EA = 1; //使能总中断

TMOD = 0x01;//设置T0为模式1

TH0 = 0xFC;//为T0赋值，定时1ms

TL0 = 0x67;

ET0 = 1; //使能T0中断

TR0 = 1; //开启T0

Ledbuff[0] = LedChar[0]; //上电显示0

while(1)

{

KeyDriver();//调用按键驱动函数

};

}

//按键驱动函数，检测按键动作，调度相应动作函数，需在主循环中调用

void KeyDriver()

{

unsigned char i, j;

static unsigned char backup[4][4]= { //按键备份值，保存前一次的值

{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1}  

};

for(i = 0; i < 4; i++)    //循环检测4*4的矩阵按键

{

for(j = 0; j < 4; j++)

{

if(backup[i][j] != keysta[i][j])   //检测按键动作

{

if(backup[i][j] != 0) //按键按下时执行动作

{

KeyAction(KeyCodeMap[i][j]);  //调用按键动作函数

}

backup[i][j] = keysta[i][j];   //刷新前一次的备份值

}

}

}

}

//按键动作函数，根据键码执行相应的操作，keycode-按键按码

void KeyAction(unsigned char keycodeMap)

{

    static signed char oprt = 0; //用于保存加减运算符

static signed long addend = 0;//用于保存输入的减数

static signed long result = 0;//用于保存运算结果

if((keycodeMap >= 0x30) && (keycodeMap <= 0x39))//输入0~9的数字

{

addend = (addend * 10) + (keycodeMap - 0x30);//整体十进制左移，新数字进入个位

ShowNumber(addend);   //运算结果显示到数码管

}

else if(keycodeMap == 0x26)  //向上键用作加号，执行连法运算

{

oprt = 0;  //设置运算符变量

result = addend;  //运算数存到结果中，准备进行加减

addend = 0;    //清零运算数，准备接收下一个运算数

ShowNumber(result); //刷新数码管显示

} 

else if(keycodeMap == 0x28)  //向下键用作减号，执行减法运算

{

oprt = 1;//设置运算符变

result = addend;//运算数存到结果中，准备进行加减 

addend = 0; //清零运算数，准备接收下一个运算数

ShowNumber(result); //刷新数码管显示

} 

else if(keycodeMap == 0x0D) //回车键执行加减法运算）

{

if(oprt == 0)  //执行加法运算

{

result += addend;

}

else //执行减法运算

{

result -= addend;

}

addend = 0;

ShowNumber(result); //运算结果显示到数码管

}

else if(keycodeMap == 0x1B)//ESC键，清零结果

{

result = 0;

addend = 0;

ShowNumber(addend); //清零后的减数显示到数码管

}

}

//将一个无符号长整形的数字显示到数码管上，num为待显示数字

void ShowNumber(signed long num)

{

unsigned char sign = 0;

unsigned char buf[6];

signed char i;

if(num < 0) //首先提取并暂存符号位

{

sign = 0;

num = -num;

}

else{

sign = 1;

}

for(i = 0; i < 6; i++) //把长整型数转换为6位十进制的数组

{

buf[i] = num % 10;

num = num / 10;

}

for(i = 5; i >= 1; i--) //从最高位起，遇到0转换为空格，遇到非0则退出循环

{

if(buf[i] == 0)

{

Ledbuff[i] = 0xFF;

}

else

{

break;

}

}

if(sign == 0)    //负数时，需在最前面添加负号

{

if(i < 5)   //当有效位数小于6位时添加负号，否则显示结果将是错的

{

Ledbuff[i+1] = 0xBF;

}

}

for(; i >= 0; i--) //剩余低位都如实转换为数码管显示字符

{

Ledbuff[i] = LedChar[buf[i]];

}

}

void InterruptTimer0() interrupt 1

{

TH0 = 0xFC;//为重新T0赋值

TL0 = 0x67;

LedScan(); //调用数码管显示扫描函数

Keyscan(); //调用按键扫描函数

}

void Keyscan()//按键扫描函数

{

unsigned char i;

static unsigned char keyout = 0;//矩阵按键扫描输出索引

static unsigned char keybuf[4][4] = {  //矩阵按键扫描缓冲区

{0xFF,0xFF,0xFF,0xFF}, {0xFF,0xFF,0xFF,0xFF},

{0xFF,0xFF,0xFF,0xFF}, {0xFF,0xFF,0xFF,0xFF}

};

//将一行的4个按键值移入缓冲区

keybuf[keyout][0] = (keybuf[keyout][0] << 1) | keyin1;

keybuf[keyout][1] = (keybuf[keyout][1] << 1) | keyin2;

keybuf[keyout][2] = (keybuf[keyout][2] << 1) | keyin3;

keybuf[keyout][3] = (keybuf[keyout][3] << 1) | keyin4;

//消抖后更新按键状态

for(i = 0; i < 4; i++)   //每行4个按键，所以循环四次

{

if((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x00)

{  //连续4次扫描值为0，即4*4ms内都是按下状态，可认为按键以稳定地按下

keysta[keyout][i] = 0;

}

else if((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x0F)

{ //连续4次扫描值为1，即4*4ms内都是弹起状态，可认为按键以稳定地弹起

keysta[keyout][i] = 1;

}

}

//执行下一次的扫描输出

keyout++; //输出索引递增

keyout = keyout & 0x03; //索引值加到4后归零

switch(keyout) //根据索引，释放当前输出引脚，拉低下次的输出引脚

{

case 0:keyout4 = 1; keyout1 = 0; break;

case 1:keyout1 = 1; keyout2 = 0; break;

case 2:keyout2 = 1; keyout3 = 0; break;

case 3:keyout3 = 1; keyout4 = 0; break;

default:break;

}

}

//数码管动态扫描刷新函数，须需在定时中断中调用

void LedScan()

{

static unsigned char i = 0;    //动态扫描的索引

P0 = 0xFF; //显示消隐

switch(i)

{

case 0: ADDR2 = 0; ADDR1 = 0; ADDR0 = 0; i++; P0 = Ledbuff[0];break;

case 1: ADDR2 = 0; ADDR1 = 0; ADDR0 = 1; i++; P0 = Ledbuff[1];break;

case 2: ADDR2 = 0; ADDR1 = 1; ADDR0 = 0; i++; P0 = Ledbuff[2];break;

case 3: ADDR2 = 0; ADDR1 = 1; ADDR0 = 1; i++; P0 = Ledbuff[3];break;

case 4: ADDR2 = 1; ADDR1 = 0; ADDR0 = 0; i++; P0 = Ledbuff[4];break;

case 5: ADDR2 = 1; ADDR1 = 0; ADDR0 = 1; i=0; P0 = Ledbuff[5];break;

default:break;

}

}

说明：程序功能上只能进行一次加或一次减，该程序分为几个模块，目的是为了让程序层次化。