单片机原理与接口技术第 10章 单片机接口技术
10.1 键盘的工作原理
10.1.1 按键的分类按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，
如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。
第 10章 单片机接口技术
10,1,2,按键结构与特点微机键盘通常使用机械触点式按键开关,其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系 。 也就是说,它能提供标准的 TTL逻辑电平,以便与通用数字系统的逻辑电平相容 。
机械式按键再按下或释放时,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 。 其抖动过程如图 10.1所示,抖动时间的长短与开关的机械特性有关,一般为 5?10 ms。
第 10章 单片机接口技术图 10.1 按键触点的机械抖动闭合稳定键按下前沿抖动 后沿抖动第 10章 单片机接口技术在触点抖动期间检测按键的通与断状态,可能导致判断出错,即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作,这种情况是不允许出现的 。
为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判,必须采取去抖动措施 。 这一点可从硬件,软件两方面予以考虑 。 在键数较少时,可采用硬件去抖,
而当键数较多时,采用软件去抖 。
第 10章 单片机接口技术在硬件上可采用在键输出端加 R-S触发器 (双稳态触发器 )或单稳态触发器构成去抖动电路。图 10.2是一种由 R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器一旦翻转，
触点抖动不会对其产生任何影响。
第 10章 单片机接口技术图 10.2 硬件去抖电路图
&
&
V CC
( ＋ 5 V )
Q
a
b
4,7 k? 4,7 k?
第 10章 单片机接口技术电路工作过程如下：按键未按下时,a =
0,b = 1,输出 Q = 1。 按键按下时,因按键的机械弹性作用的影响,使按键产生抖动 。
当开关没有稳定到达 b端时,因与非门 2输出为 0反馈到与非门 1的输入端,封锁了与非门
1,双稳态电路的状态不会改变,输出保持为 1,输出 Q不会产生抖动的波形 。
第 10章 单片机接口技术当开关稳定到达 b端时，因 a = 1,b =
0，使 Q = 0，双稳态电路状态发生翻转。
当释放按键时，在开关未稳定到达 a端时，
因 Q = 0，封锁了与非门 2，双稳态电路的状态不变，输出 Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到达 a端时，因 a
= 0,b = 0，使 Q = 1，双稳态电路状态发生翻转，输出 Q重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双稳态电路之后，输出已变为规范的矩形方波。
第 10章 单片机接口技术软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时,执行一个 10 ms左右 （ 具体时间应视所使用的按键进行调整 ） 的延时程序后,再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平,若仍保持闭合状态电平,则确认该键处于闭合状态 。 同理,在检测到该键释放后,也应采用相同的步骤进行确认,从而可消除抖动的影响 。
第 10章 单片机接口技术按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类,这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法 。 编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别,非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别 。
第 10章 单片机接口技术全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、
窜键保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。下面将重点介绍非编码键盘接口。
第 10章 单片机接口技术按键编码一组按键或键盘都要通过 I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。
第 10章 单片机接口技术键输入原理在单片机应用系统中,除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外,其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的 。 当所设置的功能键或数字键按下时,计算机应用系统应完成该按键所设定的功能,键信息输入是与软件结构密切相关的过程 。
第 10章 单片机接口技术对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与 CPU相连。 CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。
第 10章 单片机接口技术编制键盘程序一个完善的键盘控制程序应具备以下功能：
(1) 检测有无按键按下,并采取硬件或软件措施,消除键盘按键机械触点抖动的影响 。
第 10章 单片机接口技术
(2) 有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。
(3) 准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。
第 10章 单片机接口技术
10.2 独立式按键单片机控制系统中,往往只需要几个功能键,此时,可采用独立式按键结构 。
第 10章 单片机接口技术
1,独立式按键结构独立式按键是直接用 I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根 I/O口线，每个按键的工作不会影响其它 I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图 10.3所示。
第 10章 单片机接口技术独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根 I/O口线，因此，在按键较多时,I/O口线浪费较大，不宜采用。
第 10章 单片机接口技术图 10.3 独立式按键电路第 10章 单片机接口技术
2,独立式按键的软件结构独立式按键的软件常采用查询式结构 。 先逐位查询每根
I/O口线的输入状态,如某一根 I/O口线输入为低电平,则可确认该 I/O口线所对应的按键已按下,然后,再转向该键的功能处理程序 。 图 10.4中的 I/O口采用 P1口,请读者自行编制相应的软件 。
第 10章 单片机接口技术例：独立式键盘实验第 10章 单片机接口技术第 10章 单片机接口技术
#include <reg51.h>
unsigned char code
num[ ]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d
,0x7d,0x07};
void Delay_ms(unsigned char nMs)//毫秒级的延时 <65535ms
{ unsigned char n=0;
TR0=1;
第 10章 单片机接口技术
while(n<nMs)//利用 T0做定时计数器，循环采样，直到达到定时值
{TH0=0; TL0=20;
while(TH0<4){ }
n++;
}
TR0=0;
}
第 10章 单片机接口技术
void main()
{ unsigned char sign=0x01,i,index=0;
P2=0;TMOD=0x01;
while(1)
{ index=-1;
if(P1!=0xff)
{ Delay_ms(20);
if(P1!=0xff)
{ for(i=0;i<8;i++)
{ index++;
第 10章 单片机接口技术
if(!(P1&(sign<<i)))
{ P2=num[index];
break;
}
}
}
}
}
}
第 10章 单片机接口技术
10.3 行列式键盘单片机系统中,若使用按键较多时,通常采用行列式键盘 。
第 10章 单片机接口技术
10.3.1．行列式键盘的工作原理行列式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图 10.4所示。
由图可知，一个 4× 4的行、列结构可以构成一个含有 16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，行列式键盘较之独立式按键键盘要节省很多 I/O口。
第 10章 单片机接口技术图 10.4 行列式键盘结构
0 1 2 3
4 5 6 7
8 9 10 11
12 13 14 15
0
0 1 2 3
1
2
3
＋ 5 V
第 10章 单片机接口技术行列式键盘中,行,列线分别连接到按键开关的两端,
行线通过上拉电阻接到＋ 5V上 。 当无键按下时,行线处于高电平状态；当有键按下时,行,列线将导通,此时,行线电平将由与此行线相连的列线电平决定 。 这是识别按键是否按下的关键 。 然而,行列式键盘中的行线,列线和多个键相连,各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平,各按键间将相互影响,因此,必须将行线,列线信号配合起来作适当处理,才能确定闭合键的位置 。
第 10章 单片机接口技术
10.3.2,按键的识别识别按键的方法很多,其中,最常见的方法是扫描法 。 下面以图 10.5中 8号键的识别为例来说明扫描法识别按键的过程 。
第 10章 单片机接口技术按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键按下时处在高电平。显然，如果让所有的列线也处在高电平，那么，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此，必须使所有列线处在低电平。只有这样，
当有键按下时，该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。 CPU根据行电平的变化，便能判定相应的行有键按下。 8号键按下时，第 2行一定为低电平。然而，第 2
行为低电平时，能否肯定是 8号键按下呢？
第 10章 单片机接口技术回答是否定的，因为 9,10,11号键按下，同样会使第 2行为低电平。为进一步确定具体键，不能使所有列线在同一时刻都处在低电平，可在某一时刻只让一条列线处于低电平，其余列线均处于高电平，另一时刻，让下一列处在低电平，依此循环，这种依次轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。采用键盘扫描后，再来观察 8号键按下时的工作过程，当第 0列处于低电平时，第 2行处于低电平，而第 1,2,3列处于低电平时，第 2行却处在高电平，
由此可判定按下的键应是第 2行与第 0列的交叉点，即 8号键。
第 10章 单片机接口技术键盘的编码对于独立式按键键盘,因按键数量少,可根据实际需要灵活编码 。 对于行列式键盘,按键的位置由行号和列号惟一确定,因此可分别对行号和列号进行二进制编码,然后将两值合成一个字节,高 4位是行号,低 4位是列号 。
第 10章 单片机接口技术如图 10.5中的 8号键,它位于第 2行,第 0列,
因此,其键盘编码应为 20H。 采用上述编码对于不同行的键离散性较大,不利于散转指令对按键进行处理 。 因此,可采用依次排列键号的方式对按排进行编码 。 以图 10.5中的 4× 4键盘为例,可将键号编码为,01H,02H,03H,…,0EH、
0FH,10H等 16个键号 。 编码相互转换可通过计算或查表的方法实现 。
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10.3.3,键盘工作方式对键盘的响应取决于键盘的工作方式,
键盘的工作方式应根据实际应用系统中 CPU
的工作状况而定,其选取的原则是既要保证
CPU能及时响应按键操作,又不要过多占用
CPU的工作时间 。 通常,键盘的工作方式有三种,即编程扫描,定时扫描和中断扫描 。
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1) 编程扫描方式编程扫描方式是利用 CPU完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，
CPU不再响应键输入要求，直到 CPU重新扫描键盘为止。
第 10章 单片机接口技术键盘扫描程序一般应包括以下内容：
(1) 判别有无键按下 。
(2) 键盘扫描取得闭合键的行,列值 。
(3) 用计算法或查表法得到键值 。
(4) 判断闭合键是否释放,如没释放则继续等待 。
(5) 将闭合键键号保存,同时转去执行该闭合键的功能 。
第 10章 单片机接口技术
2) 定时扫描方式定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间（例如 10 ms）的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断。 CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键按下时识别出该键，再执行该键的功能程序。定时扫描方式的硬件电路与编程扫描方式相同，程序流程图如图 10.5所示。
第 10章 单片机接口技术图 10.5 定时扫描方式程序流程图开始有键闭合标志 1 ＝ 1
标志 2 ＝ 1
标志 2 ←1
识别按键执行按键功能返回标志 1 ←0
标志 2 ←0
标志 1 ←1
N
Y
N
Y
Y
N
第 10章 单片机接口技术图 10.5中，标志 1和标志 2是在单片机内部 RAM
的位寻址区设置的两个标志位，标志 1为去抖动标志位，标志 2为识别完按键的标志位。初始化时将这两个标志位设置为 0，执行中断服务程序时，首先判别有无键闭合，若无键闭合，将标志 1和标志 2
置 0后返回；
第 10章 单片机接口技术若有键闭合，先检查标志 1，当标志 1
为 0时，说明还未进行去抖动处理，此时置位标志 1，并中断返回。由于中断返回后要经过 10 ms后才会再次中断，相当于延时了 10 ms，因此，程序无须再延时。
第 10章 单片机接口技术下次中断时，因标志 1为 1,CPU再检查标志 2，
如标志 2为 0说明还未进行按键的识别处理，这时，
CPU先置位标志 2，然后进行按键识别处理，再执行相应的按键功能子程序，最后，中断返回。如标志 2
已经为 1，则说明此次按键已做过识别处理，只是还未释放按键。当按键释放后，在下一次中断服务程序中，标志 1和标志 2又重新置 0，等待下一次按键。
第 10章 单片机接口技术
3) 中断扫描方式采用上述两种键盘扫描方式时，无论是否按键,CPU都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此,CPU经常处于空扫描状态。
第 10章 单片机接口技术为提高 CPU工作效率,可采用中断扫描工作方式 。 其工作过程如下：当无键按下时,
CPU处理自己的工作,当有键按下时,产生中断请求,CPU转去执行键盘扫描子程序,
并识别键号 。
第 10章 单片机接口技术图 10.6是一种简易键盘接口电路,该键盘是由 8051 P1口的高,低字节构成的 4× 4键盘 。 键盘的列线与 P1口的高 4位相连,键盘的行线与 P1
口的低 4位相连,因此,P1.4?P1.7是键输出线,
P1.0?P1.3是扫描输入线 。 图中的 4输入与门用于产生按键中断,其输入端与各列线相连,再通过上拉电阻接至 +5 V电源,输出端接至 8051的外部中断输入端 。
第 10章 单片机接口技术具体工作如下：
当键盘无键按下时,与门各输入端均为高电平,保持输出端为高电平；当有键按下时,端为低电平,向 CPU申请中断,若 CPU开放外部中断,则会响应中断请求,转去执行键盘扫描子程序 。
第 10章 单片机接口技术图 10.6
中断扫描键盘电路
P 1,0
P 1,1
P 1,3
P 1,2
P 1,4
P 1,5
P 1,6
P 1,7
I N T 0
8 0 3 1
&
第 10章 单片机接口技术行列式键盘输入实验
P1口接 4× 4键盘作为输入,P2口输出。按下 0号键数码管显示 0，按下 1号键数码管按下时显示 1，以此类推。
第 10章 单片机接口技术第 10章 单片机接口技术
10.4 键盘、显示接口芯片 HD7279A
HD7279A是比高公司生产的单片具有串行接口、可同时驱动８位共阴式数码管（或 64只独立
LED）的智能显示驱动芯片，该芯片同时可连接多达 64键的键盘矩阵，一片即可完成 LED显示及键盘接口的全部功能。
HD7279A内部含有译码器，可直接接受
BCD码或 16进制码，并同时具有 2种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、
右移、段寻址等。
第 10章 单片机接口技术图 10-7
HD7279A
引脚排列图第 10章 单片机接口技术表 10.1 HD7279A引脚功能第 10章 单片机接口技术图 10.8 HD7279A典型应用电路第 10章 单片机接口技术
HD7279A的控制指令分为二大类：纯指令和带有数据的指令。
·纯指令
1,复位,清除,指令 A4H
表 10.2 复位,清除,指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 1 0 0 1 0 0
当 HD7279A收到该指令后，将所有的显示清除，所有设置的字符消隐、闪烁等属性也被一起清除。执行该指令后，芯片所处的状态与系统上电后所处的状态一样。
第 10章 单片机接口技术
2,测试指令 BFH
该指令使所有的 LED全部点亮，并处于闪烁状态，
主要用于测试。
表 10.3 测试指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 1 1 1 1 1 1
第 10章 单片机接口技术
3、左移指令 A1H
使所有的显示自右向左 (从第 1位向第 8位 )移动一位
(包括处于消隐状态的显示位 )，但对各位所设置的消隐及闪烁属性不变。
表 10.4 左移指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 1 0 0 0 0 1
第 10章 单片机接口技术
4、右移指令 AOH
与左移指令类似，但所做移动为自左向右 (从第 8位向第 1位 )移动，移动后，最左边一位为空。
表 10.5 右移指令第 10章 单片机接口技术
5、循环左移指令 A3H
与左移指令类似，不同之处在于移动后原最左边一位 (第 8位 )的内容显示于最右位 (第 1位 )。
第 10章 单片机接口技术
6、循环右移指令 A2H
与循环左移指令类似，但移动方向相反。
表 10.6 循环右移指令第 10章 单片机接口技术
·带有数据的指令
1,下载数据且按方式 0译码,X＝无影响表 10.7 带有数据的指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 0 0 0 a2 a1 a0 dp X X X d3 d2 d1 d0
命令由一个字节组成，前半部分为指令，其中 a2,a1,a0
为位地址，具体分配如表 10.7 所示第 10章 单片机接口技术表 10.8 a2,a1,a0为位地址的显示小数点的显示由 DP位控制,DP=1时，小数点显示,DP=0时，小数点不显示。
第 10章 单片机接口技术
2,下载数据且按方式 1译码,X＝无影响表 10.9 下载数据且按方式 1译码
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 1 0 0 1 a2 a1 a0 dp X X X d3 d2 d1 d0
d0-d3为数据，收到此指令时,HD7279A如表 10.9所示规则 (译码方式 0)进行译码第 10章 单片机接口技术表 10.10 HD7279A十六进制的 7段显示
d3-d0(十六进制 ) d3 d2 d1 d0 7段显示
00H 0 0 0 0 0
01H 0 0 0 1 1
02H 0 0 1 0 2
03H 0 0 1 1 3
04H 0 1 0 0 4
05H 0 1 0 1 5
06H 0 1 1 0 6
07H 0 1 1 1 7
08H 1 0 0 0 8
09H 1 0 0 1 9
0AH 1 0 1 0 -
0BH 1 0 1 1 E
0CH 1 1 0 0 H
0DH 1 1 0 1 L
0EH 1 1 1 0 P
0FH 1 1 1 1 空 (无显示 )
第 10章 单片机接口技术说明此指令与上一条指令基本相同，所不同的是译码方式，该指令的译码按下表进行,
第 10章 单片机接口技术表 10.11 十六进制的 7段显示第 10章 单片机接口技术
3、下载数据但不译码表 10.12 对应 7段 LED数码管的各段
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 0 1 0 a2 a1 a0 H A B C D E F G
其中,a2,a1,a0为位地址 (参见‘下载数据且‘译码’指令 ),A-G和 H为显示数据，分别对应 7段 LED数码管的各段。数码管各段的定义见下图。当相应的数据位为 1时，
该段点亮，否则不亮。
第 10章 单片机接口技术
4、闪烁控制 88H
此命令控制各个数码管的闪烁属性。 d1- d8分别对应数码管 1-8,0＝闪烁,1＝不闪烁。开机后，缺省的状态为各位均不闪烁。
表 10.13 闪烁控制指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 0 0 1 0 0 0 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1
第 10章 单片机接口技术
4、消隐控制 98H
此命令控制各个数码管的消隐属性。 d1- d8分别对应数码管
1-8,1＝显示,0＝消隐。当某一位被赋予了消隐属性后，
HD7279A在扫描时将跳过该位，因此在这种情况下无论对该位写入何值，均不会被显示，但写入的值将被保留，在将该位重新设为显示状态后，最后一次写入的数据将被显示出来。
当无需用到全部 8个数码管显示的时候，将不用的位设为消隐属性，可以提高显示的亮度。
第 10章 单片机接口技术表 10.14 消隐控制指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 0 1 1 0 0 0 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1
注意,至少应有一位保持显示状态，如果消隐控制指令中
d1- d8全部为 0，该指令将不被接受,HD7279A保持原来的消隐状态不变。
第 10章 单片机接口技术
5、段点亮指令 E0H
表 10.15 段点亮指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 1 1 0 0 0 0 0 X X D6 D5 D4 D3 D2 D1
此为段寻址指令，作用为点亮数码管中某一指定的段，
或 LED矩阵中某一指定的 LED。指令中,X＝无影响 ;
d0- d5为段地址，范围从 OOH-3FH，具体分配为,第 1
个数码管的 G段地址为 OOH,F段为 01H,…,A段为
06H，小数点 H为 07H,第 2个数码管的 G段为 08H,F段为 09H,…,依此类推直至第 8个数码管的小数点 DP
地址为 3FH。
第 10章 单片机接口技术
6、段关闭指令 C0H
段寻址命令，作用为关闭 (熄灭 )数码管中的某一段，指令结构与‘段点亮指令’相同。
表 10.16 段关闭指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 1 0 0 0 0 0 0 X X D5 D4 D3 D2 D1 D0
第 10章 单片机接口技术
7、读键盘数据指令 15H
表 10.17 读键盘数据指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1 0 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
该指令从 HD7279A读出当前的按键代码。与其它指令不同，此命令的前一个字节 00010101B为微控制器传送到
HD7279A的指令，而后一个字节 d0-d7则为 HD7279A返回的按键代码，其范围是 0-3FH(无键按下时为 0xFF) 。
第 10章 单片机接口技术串行接口
HD7279A采用串行方式与微处理器通讯，串行数据从 DATA引脚送入芯片，
并由 CLK端同步。当片选信号变为低电平后,DATA引脚上的数据在 CLK引脚的上升沿被写入 HD7279A的缓冲寄存器。
第 10章 单片机接口技术
HD7279A的指令结构有二种类型,
1、不带数据的纯指令，指令的宽度为 8个
BIT，即微处理器需发送 8个 CLK脉冲。
2、带有数据的指令，宽度为 16个 BIT，即微处理器需发送 16个 CLK脉冲。
第 10章 单片机接口技术
1、纯指令串行接口纯指令的时序如图 10.9所示,
图 10.9 串行接口纯指令的时序第 10章 单片机接口技术
2、读键盘指令串行接口读键盘指令的时序如图 10.10所示,
图 10.10 串行接口读键盘指令的时序第 10章 单片机接口技术第 10章结束
10.1 键盘的工作原理
10.1.1 按键的分类按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，
如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。
第 10章 单片机接口技术
10,1,2,按键结构与特点微机键盘通常使用机械触点式按键开关,其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系 。 也就是说,它能提供标准的 TTL逻辑电平,以便与通用数字系统的逻辑电平相容 。
机械式按键再按下或释放时,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 。 其抖动过程如图 10.1所示,抖动时间的长短与开关的机械特性有关,一般为 5?10 ms。
第 10章 单片机接口技术图 10.1 按键触点的机械抖动闭合稳定键按下前沿抖动 后沿抖动第 10章 单片机接口技术在触点抖动期间检测按键的通与断状态,可能导致判断出错,即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作,这种情况是不允许出现的 。
为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判,必须采取去抖动措施 。 这一点可从硬件,软件两方面予以考虑 。 在键数较少时,可采用硬件去抖,
而当键数较多时,采用软件去抖 。
第 10章 单片机接口技术在硬件上可采用在键输出端加 R-S触发器 (双稳态触发器 )或单稳态触发器构成去抖动电路。图 10.2是一种由 R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器一旦翻转，
触点抖动不会对其产生任何影响。
第 10章 单片机接口技术图 10.2 硬件去抖电路图
&
&
V CC
( ＋ 5 V )
Q
a
b
4,7 k? 4,7 k?
第 10章 单片机接口技术电路工作过程如下：按键未按下时,a =
0,b = 1,输出 Q = 1。 按键按下时,因按键的机械弹性作用的影响,使按键产生抖动 。
当开关没有稳定到达 b端时,因与非门 2输出为 0反馈到与非门 1的输入端,封锁了与非门
1,双稳态电路的状态不会改变,输出保持为 1,输出 Q不会产生抖动的波形 。
第 10章 单片机接口技术当开关稳定到达 b端时，因 a = 1,b =
0，使 Q = 0，双稳态电路状态发生翻转。
当释放按键时，在开关未稳定到达 a端时，
因 Q = 0，封锁了与非门 2，双稳态电路的状态不变，输出 Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到达 a端时，因 a
= 0,b = 0，使 Q = 1，双稳态电路状态发生翻转，输出 Q重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双稳态电路之后，输出已变为规范的矩形方波。
第 10章 单片机接口技术软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时,执行一个 10 ms左右 （ 具体时间应视所使用的按键进行调整 ） 的延时程序后,再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平,若仍保持闭合状态电平,则确认该键处于闭合状态 。 同理,在检测到该键释放后,也应采用相同的步骤进行确认,从而可消除抖动的影响 。
第 10章 单片机接口技术按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类,这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法 。 编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别,非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别 。
第 10章 单片机接口技术全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、
窜键保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。下面将重点介绍非编码键盘接口。
第 10章 单片机接口技术按键编码一组按键或键盘都要通过 I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。
第 10章 单片机接口技术键输入原理在单片机应用系统中,除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外,其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的 。 当所设置的功能键或数字键按下时,计算机应用系统应完成该按键所设定的功能,键信息输入是与软件结构密切相关的过程 。
第 10章 单片机接口技术对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与 CPU相连。 CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。
第 10章 单片机接口技术编制键盘程序一个完善的键盘控制程序应具备以下功能：
(1) 检测有无按键按下,并采取硬件或软件措施,消除键盘按键机械触点抖动的影响 。
第 10章 单片机接口技术
(2) 有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。
(3) 准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。
第 10章 单片机接口技术
10.2 独立式按键单片机控制系统中,往往只需要几个功能键,此时,可采用独立式按键结构 。
第 10章 单片机接口技术
1,独立式按键结构独立式按键是直接用 I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根 I/O口线，每个按键的工作不会影响其它 I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图 10.3所示。
第 10章 单片机接口技术独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根 I/O口线，因此，在按键较多时,I/O口线浪费较大，不宜采用。
第 10章 单片机接口技术图 10.3 独立式按键电路第 10章 单片机接口技术
2,独立式按键的软件结构独立式按键的软件常采用查询式结构 。 先逐位查询每根
I/O口线的输入状态,如某一根 I/O口线输入为低电平,则可确认该 I/O口线所对应的按键已按下,然后,再转向该键的功能处理程序 。 图 10.4中的 I/O口采用 P1口,请读者自行编制相应的软件 。
第 10章 单片机接口技术例：独立式键盘实验第 10章 单片机接口技术第 10章 单片机接口技术
#include <reg51.h>
unsigned char code
num[ ]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d
,0x7d,0x07};
void Delay_ms(unsigned char nMs)//毫秒级的延时 <65535ms
{ unsigned char n=0;
TR0=1;
第 10章 单片机接口技术
while(n<nMs)//利用 T0做定时计数器，循环采样，直到达到定时值
{TH0=0; TL0=20;
while(TH0<4){ }
n++;
}
TR0=0;
}
第 10章 单片机接口技术
void main()
{ unsigned char sign=0x01,i,index=0;
P2=0;TMOD=0x01;
while(1)
{ index=-1;
if(P1!=0xff)
{ Delay_ms(20);
if(P1!=0xff)
{ for(i=0;i<8;i++)
{ index++;
第 10章 单片机接口技术
if(!(P1&(sign<<i)))
{ P2=num[index];
break;
}
}
}
}
}
}
第 10章 单片机接口技术
10.3 行列式键盘单片机系统中,若使用按键较多时,通常采用行列式键盘 。
第 10章 单片机接口技术
10.3.1．行列式键盘的工作原理行列式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图 10.4所示。
由图可知，一个 4× 4的行、列结构可以构成一个含有 16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，行列式键盘较之独立式按键键盘要节省很多 I/O口。
第 10章 单片机接口技术图 10.4 行列式键盘结构
0 1 2 3
4 5 6 7
8 9 10 11
12 13 14 15
0
0 1 2 3
1
2
3
＋ 5 V
第 10章 单片机接口技术行列式键盘中,行,列线分别连接到按键开关的两端,
行线通过上拉电阻接到＋ 5V上 。 当无键按下时,行线处于高电平状态；当有键按下时,行,列线将导通,此时,行线电平将由与此行线相连的列线电平决定 。 这是识别按键是否按下的关键 。 然而,行列式键盘中的行线,列线和多个键相连,各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平,各按键间将相互影响,因此,必须将行线,列线信号配合起来作适当处理,才能确定闭合键的位置 。
第 10章 单片机接口技术
10.3.2,按键的识别识别按键的方法很多,其中,最常见的方法是扫描法 。 下面以图 10.5中 8号键的识别为例来说明扫描法识别按键的过程 。
第 10章 单片机接口技术按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键按下时处在高电平。显然，如果让所有的列线也处在高电平，那么，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此，必须使所有列线处在低电平。只有这样，
当有键按下时，该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。 CPU根据行电平的变化，便能判定相应的行有键按下。 8号键按下时，第 2行一定为低电平。然而，第 2
行为低电平时，能否肯定是 8号键按下呢？
第 10章 单片机接口技术回答是否定的，因为 9,10,11号键按下，同样会使第 2行为低电平。为进一步确定具体键，不能使所有列线在同一时刻都处在低电平，可在某一时刻只让一条列线处于低电平，其余列线均处于高电平，另一时刻，让下一列处在低电平，依此循环，这种依次轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。采用键盘扫描后，再来观察 8号键按下时的工作过程，当第 0列处于低电平时，第 2行处于低电平，而第 1,2,3列处于低电平时，第 2行却处在高电平，
由此可判定按下的键应是第 2行与第 0列的交叉点，即 8号键。
第 10章 单片机接口技术键盘的编码对于独立式按键键盘,因按键数量少,可根据实际需要灵活编码 。 对于行列式键盘,按键的位置由行号和列号惟一确定,因此可分别对行号和列号进行二进制编码,然后将两值合成一个字节,高 4位是行号,低 4位是列号 。
第 10章 单片机接口技术如图 10.5中的 8号键,它位于第 2行,第 0列,
因此,其键盘编码应为 20H。 采用上述编码对于不同行的键离散性较大,不利于散转指令对按键进行处理 。 因此,可采用依次排列键号的方式对按排进行编码 。 以图 10.5中的 4× 4键盘为例,可将键号编码为,01H,02H,03H,…,0EH、
0FH,10H等 16个键号 。 编码相互转换可通过计算或查表的方法实现 。
第 10章 单片机接口技术
10.3.3,键盘工作方式对键盘的响应取决于键盘的工作方式,
键盘的工作方式应根据实际应用系统中 CPU
的工作状况而定,其选取的原则是既要保证
CPU能及时响应按键操作,又不要过多占用
CPU的工作时间 。 通常,键盘的工作方式有三种,即编程扫描,定时扫描和中断扫描 。
第 10章 单片机接口技术
1) 编程扫描方式编程扫描方式是利用 CPU完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，
CPU不再响应键输入要求，直到 CPU重新扫描键盘为止。
第 10章 单片机接口技术键盘扫描程序一般应包括以下内容：
(1) 判别有无键按下 。
(2) 键盘扫描取得闭合键的行,列值 。
(3) 用计算法或查表法得到键值 。
(4) 判断闭合键是否释放,如没释放则继续等待 。
(5) 将闭合键键号保存,同时转去执行该闭合键的功能 。
第 10章 单片机接口技术
2) 定时扫描方式定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间（例如 10 ms）的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断。 CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键按下时识别出该键，再执行该键的功能程序。定时扫描方式的硬件电路与编程扫描方式相同，程序流程图如图 10.5所示。
第 10章 单片机接口技术图 10.5 定时扫描方式程序流程图开始有键闭合标志 1 ＝ 1
标志 2 ＝ 1
标志 2 ←1
识别按键执行按键功能返回标志 1 ←0
标志 2 ←0
标志 1 ←1
N
Y
N
Y
Y
N
第 10章 单片机接口技术图 10.5中，标志 1和标志 2是在单片机内部 RAM
的位寻址区设置的两个标志位，标志 1为去抖动标志位，标志 2为识别完按键的标志位。初始化时将这两个标志位设置为 0，执行中断服务程序时，首先判别有无键闭合，若无键闭合，将标志 1和标志 2
置 0后返回；
第 10章 单片机接口技术若有键闭合，先检查标志 1，当标志 1
为 0时，说明还未进行去抖动处理，此时置位标志 1，并中断返回。由于中断返回后要经过 10 ms后才会再次中断，相当于延时了 10 ms，因此，程序无须再延时。
第 10章 单片机接口技术下次中断时，因标志 1为 1,CPU再检查标志 2，
如标志 2为 0说明还未进行按键的识别处理，这时，
CPU先置位标志 2，然后进行按键识别处理，再执行相应的按键功能子程序，最后，中断返回。如标志 2
已经为 1，则说明此次按键已做过识别处理，只是还未释放按键。当按键释放后，在下一次中断服务程序中，标志 1和标志 2又重新置 0，等待下一次按键。
第 10章 单片机接口技术
3) 中断扫描方式采用上述两种键盘扫描方式时，无论是否按键,CPU都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此,CPU经常处于空扫描状态。
第 10章 单片机接口技术为提高 CPU工作效率,可采用中断扫描工作方式 。 其工作过程如下：当无键按下时,
CPU处理自己的工作,当有键按下时,产生中断请求,CPU转去执行键盘扫描子程序,
并识别键号 。
第 10章 单片机接口技术图 10.6是一种简易键盘接口电路,该键盘是由 8051 P1口的高,低字节构成的 4× 4键盘 。 键盘的列线与 P1口的高 4位相连,键盘的行线与 P1
口的低 4位相连,因此,P1.4?P1.7是键输出线,
P1.0?P1.3是扫描输入线 。 图中的 4输入与门用于产生按键中断,其输入端与各列线相连,再通过上拉电阻接至 +5 V电源,输出端接至 8051的外部中断输入端 。
第 10章 单片机接口技术具体工作如下：
当键盘无键按下时,与门各输入端均为高电平,保持输出端为高电平；当有键按下时,端为低电平,向 CPU申请中断,若 CPU开放外部中断,则会响应中断请求,转去执行键盘扫描子程序 。
第 10章 单片机接口技术图 10.6
中断扫描键盘电路
P 1,0
P 1,1
P 1,3
P 1,2
P 1,4
P 1,5
P 1,6
P 1,7
I N T 0
8 0 3 1
&
第 10章 单片机接口技术行列式键盘输入实验
P1口接 4× 4键盘作为输入,P2口输出。按下 0号键数码管显示 0，按下 1号键数码管按下时显示 1，以此类推。
第 10章 单片机接口技术第 10章 单片机接口技术
10.4 键盘、显示接口芯片 HD7279A
HD7279A是比高公司生产的单片具有串行接口、可同时驱动８位共阴式数码管（或 64只独立
LED）的智能显示驱动芯片，该芯片同时可连接多达 64键的键盘矩阵，一片即可完成 LED显示及键盘接口的全部功能。
HD7279A内部含有译码器，可直接接受
BCD码或 16进制码，并同时具有 2种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、
右移、段寻址等。
第 10章 单片机接口技术图 10-7
HD7279A
引脚排列图第 10章 单片机接口技术表 10.1 HD7279A引脚功能第 10章 单片机接口技术图 10.8 HD7279A典型应用电路第 10章 单片机接口技术
HD7279A的控制指令分为二大类：纯指令和带有数据的指令。
·纯指令
1,复位,清除,指令 A4H
表 10.2 复位,清除,指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 1 0 0 1 0 0
当 HD7279A收到该指令后，将所有的显示清除，所有设置的字符消隐、闪烁等属性也被一起清除。执行该指令后，芯片所处的状态与系统上电后所处的状态一样。
第 10章 单片机接口技术
2,测试指令 BFH
该指令使所有的 LED全部点亮，并处于闪烁状态，
主要用于测试。
表 10.3 测试指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 1 1 1 1 1 1
第 10章 单片机接口技术
3、左移指令 A1H
使所有的显示自右向左 (从第 1位向第 8位 )移动一位
(包括处于消隐状态的显示位 )，但对各位所设置的消隐及闪烁属性不变。
表 10.4 左移指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 1 0 0 0 0 1
第 10章 单片机接口技术
4、右移指令 AOH
与左移指令类似，但所做移动为自左向右 (从第 8位向第 1位 )移动，移动后，最左边一位为空。
表 10.5 右移指令第 10章 单片机接口技术
5、循环左移指令 A3H
与左移指令类似，不同之处在于移动后原最左边一位 (第 8位 )的内容显示于最右位 (第 1位 )。
第 10章 单片机接口技术
6、循环右移指令 A2H
与循环左移指令类似，但移动方向相反。
表 10.6 循环右移指令第 10章 单片机接口技术
·带有数据的指令
1,下载数据且按方式 0译码,X＝无影响表 10.7 带有数据的指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 0 0 0 a2 a1 a0 dp X X X d3 d2 d1 d0
命令由一个字节组成，前半部分为指令，其中 a2,a1,a0
为位地址，具体分配如表 10.7 所示第 10章 单片机接口技术表 10.8 a2,a1,a0为位地址的显示小数点的显示由 DP位控制,DP=1时，小数点显示,DP=0时，小数点不显示。
第 10章 单片机接口技术
2,下载数据且按方式 1译码,X＝无影响表 10.9 下载数据且按方式 1译码
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 1 0 0 1 a2 a1 a0 dp X X X d3 d2 d1 d0
d0-d3为数据，收到此指令时,HD7279A如表 10.9所示规则 (译码方式 0)进行译码第 10章 单片机接口技术表 10.10 HD7279A十六进制的 7段显示
d3-d0(十六进制 ) d3 d2 d1 d0 7段显示
00H 0 0 0 0 0
01H 0 0 0 1 1
02H 0 0 1 0 2
03H 0 0 1 1 3
04H 0 1 0 0 4
05H 0 1 0 1 5
06H 0 1 1 0 6
07H 0 1 1 1 7
08H 1 0 0 0 8
09H 1 0 0 1 9
0AH 1 0 1 0 -
0BH 1 0 1 1 E
0CH 1 1 0 0 H
0DH 1 1 0 1 L
0EH 1 1 1 0 P
0FH 1 1 1 1 空 (无显示 )
第 10章 单片机接口技术说明此指令与上一条指令基本相同，所不同的是译码方式，该指令的译码按下表进行,
第 10章 单片机接口技术表 10.11 十六进制的 7段显示第 10章 单片机接口技术
3、下载数据但不译码表 10.12 对应 7段 LED数码管的各段
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 0 1 0 a2 a1 a0 H A B C D E F G
其中,a2,a1,a0为位地址 (参见‘下载数据且‘译码’指令 ),A-G和 H为显示数据，分别对应 7段 LED数码管的各段。数码管各段的定义见下图。当相应的数据位为 1时，
该段点亮，否则不亮。
第 10章 单片机接口技术
4、闪烁控制 88H
此命令控制各个数码管的闪烁属性。 d1- d8分别对应数码管 1-8,0＝闪烁,1＝不闪烁。开机后，缺省的状态为各位均不闪烁。
表 10.13 闪烁控制指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 0 0 1 0 0 0 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1
第 10章 单片机接口技术
4、消隐控制 98H
此命令控制各个数码管的消隐属性。 d1- d8分别对应数码管
1-8,1＝显示,0＝消隐。当某一位被赋予了消隐属性后，
HD7279A在扫描时将跳过该位，因此在这种情况下无论对该位写入何值，均不会被显示，但写入的值将被保留，在将该位重新设为显示状态后，最后一次写入的数据将被显示出来。
当无需用到全部 8个数码管显示的时候，将不用的位设为消隐属性，可以提高显示的亮度。
第 10章 单片机接口技术表 10.14 消隐控制指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0 0 1 1 0 0 0 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1
注意,至少应有一位保持显示状态，如果消隐控制指令中
d1- d8全部为 0，该指令将不被接受,HD7279A保持原来的消隐状态不变。
第 10章 单片机接口技术
5、段点亮指令 E0H
表 10.15 段点亮指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 1 1 0 0 0 0 0 X X D6 D5 D4 D3 D2 D1
此为段寻址指令，作用为点亮数码管中某一指定的段，
或 LED矩阵中某一指定的 LED。指令中,X＝无影响 ;
d0- d5为段地址，范围从 OOH-3FH，具体分配为,第 1
个数码管的 G段地址为 OOH,F段为 01H,…,A段为
06H，小数点 H为 07H,第 2个数码管的 G段为 08H,F段为 09H,…,依此类推直至第 8个数码管的小数点 DP
地址为 3FH。
第 10章 单片机接口技术
6、段关闭指令 C0H
段寻址命令，作用为关闭 (熄灭 )数码管中的某一段，指令结构与‘段点亮指令’相同。
表 10.16 段关闭指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 1 0 0 0 0 0 0 X X D5 D4 D3 D2 D1 D0
第 10章 单片机接口技术
7、读键盘数据指令 15H
表 10.17 读键盘数据指令
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1 0 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
该指令从 HD7279A读出当前的按键代码。与其它指令不同，此命令的前一个字节 00010101B为微控制器传送到
HD7279A的指令，而后一个字节 d0-d7则为 HD7279A返回的按键代码，其范围是 0-3FH(无键按下时为 0xFF) 。
第 10章 单片机接口技术串行接口
HD7279A采用串行方式与微处理器通讯，串行数据从 DATA引脚送入芯片，
并由 CLK端同步。当片选信号变为低电平后,DATA引脚上的数据在 CLK引脚的上升沿被写入 HD7279A的缓冲寄存器。
第 10章 单片机接口技术
HD7279A的指令结构有二种类型,
1、不带数据的纯指令，指令的宽度为 8个
BIT，即微处理器需发送 8个 CLK脉冲。
2、带有数据的指令，宽度为 16个 BIT，即微处理器需发送 16个 CLK脉冲。
第 10章 单片机接口技术
1、纯指令串行接口纯指令的时序如图 10.9所示,
图 10.9 串行接口纯指令的时序第 10章 单片机接口技术
2、读键盘指令串行接口读键盘指令的时序如图 10.10所示,
图 10.10 串行接口读键盘指令的时序第 10章 单片机接口技术第 10章结束
