单片机的键盘接口与编程

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单片机的键盘接口与编程一　

键盘接口和数码管接口是构成单片机人机界面的主要方法，对于一个初学者来说，这部分的内容也是较难的，我们将用四节课的时间来学习这方面的知识。这一课先来讨论键盘的接口原理与编程方法。
键盘是单片机应用系统不可缺少的重要输入设备，主要负责向计算机传递信息，我们可以通过键盘向计算机输入各种指令、地址和数据。它一般由若干个按键组合成开关矩阵，按照其接线方式的不同可分为两种：一种是独立式接法，一种是矩阵式接法，这一课先来讲解独立式键盘的工作原理和编程方法。

　

一．独立式键盘的工作原理和编程方法
独立式键盘具有结构简单，使用灵活等特点，因此被广泛应用于单片机系统中，那么它是如何来工作的呢？我们慢慢往下看：
1．独立式键盘的接线原理
独立式键盘是由若干个机械触点开关构成的，把它与单片机的I/O 口线连起来，通过读I/O 口的电平状态，即可识别出相应的按键是否被按下，如果按键不被按下，其端口就为高电平；如果相应的按键被按下，则端口就变为低电平。在这种键盘的连接方法中，我们通常采用上拉电阻接法，即各按键开关一端接低电平，另一端接单片机I/O 口线并通过上拉电阻与V 相连，如上图所示。这是为了保证在按键断开时，各I/O 口线有确定的高电平，当然，如果端口内部已经有上拉电阻，则外电路的上拉电阻可以省去，想想看，哪几个并行口内部是有上拉电阻的？

通常我们用来做键盘的按键有触点式和非触点式两种，单片机中应用的一般是由机械触点构成的触点式微动开关。这种开关具有结构简单，使用可靠的优点，但当我们按下按键或释放按键的时候它有一个特点，就是会产生抖动，看上图的按键脉冲波形，这种抖动对于人来说是感觉不到的，但对单片机来说，则是完全可以感应到的，因为计算机处理的速度是在微秒级的，而机械抖动的时间至少是毫秒级，对计算机而言，这已是一个很“漫长”的过程了。下面我们通过一个实验来验证一下，实验程序如下：

把这个程序下载到单片机，我们会发现，当按下相应的按键时，灯并不是想象中的按一下亮，再按一下就灭，而是有时灵，有时不灵，为什么会这样呢？原来，当你按了一次按键，可是单片机却早已执行了好多次，如果执行的次数正好是奇数次，那么结果正如您所料；如果执行的次数是偶数次，那结果就不对了。为了使CPU 能正确地读出端口的状态，对每一次按键只作一次响应，就必须考虑如何去除按键的抖动。

2．按键的去抖动原则和方法
常用的去抖动的方法有两种：硬件方法和软件方法。硬件去抖动的方法很多，好多书都有介绍，这不在我们的讨论范围。单片机中常用软件去抖动法，软件法其实很简单，就是在单片机获得端口为低电平的信息后，不是立即认定按键已被按下，而是延时10 毫秒或更长一些时间后再次检测该端口，如果仍为低，说明此键的确被按下了，这实际上是避开了按键按下时的抖动时间；而在检测到按键释放后（端口为高电平时）再延时5-10 毫秒，消除后沿的抖动，然后再对按键进行处理，不过一般情况下，我们通常不对按键释放的后沿进行处理，实践证明，也能满足通常的要求。下面我们把前面的程序改一下，看看按键的去抖动是如何实现的。看下面的程序：
0000H ;

AJMP START ;

0030H ;

START:MOV SP,#5FH ;
MOV P1,#0FFH ;
MOV P3,#0FFH ;

L1:JB P3.4,L2 ;

P3.4 为“1”，不做处理，转P3.5
LCALL D10mS ; 调用延时程序
JB P3.4,L1 ;

P3.4 为“0”，说明此键确实被按下了
CPL P1.0 ; 去除抖动后取反P1.0

L3:JNB P3.4,L3 ;直到P3.4 释放后转去判断第二个键

L2:JB P3.5,L1 ;P3.5 为“1”，返回去继续处理P3.4
LCALL D10mS ; 调用延时程序
JB P3.5,L2 ;

P3.5 为“0”，说明此键确实被按下了
CPL P1.1 ; 去除抖动后取反P1.1

L4:JNB P3.5,L4 ;直到P3.5 释放为止
LJMP L1 ;返回

D10mS:MOV R7,#50 ;延时的时间一般为10-20mS
D1:MOV R6,#200 ;
D2:DJNZ R6,D2 ;

把这段程序写入单片机，试试看，是不是行了，这就是独立式按键去抖动的基本方法。不过这个程序在实际应用中并没有多大的意义，因为如果按键数量比较多的话，程序就会变得很长，为什么会这样呢？因为这里我们采用了直接寻址的方式，如果我们把键值放入一个表格中，再通过查表程序来判断到底是哪个按键被按下了，再去处理相应的程序就会很简单，想想看，该怎么做？

二．独立式键盘的编程方法

我们刚才的程序演示了按键的去抖动原理和基本方法，接下来让我们做一个按键使用的实验来验证一下，我们的实验板上有4 个按键分别接到了P3 口的P3.3,P3.4,P3.5,P3.6 引脚上，现在我们用P3.3,P3.4,P3.5 和P3.6 这四个按键来做一个实验。实验之前，先定义各个按键的功能：
A．P3.3 开始，按此键则灯开始流动(由左向右)

B．P3.4 停止，按此键则停止流动，所有灯为灭

C．P3.5 向左，按此键则灯反向流动（由右向左）

D．P3.6 向右，按此键则灯正向流动（由左向右）
实验程序如下：
UpDown EQU 00H ; 上下行标志

StartEnd EQU 01H; 起动及停止标志

LampCode EQU 21H; 存放流动的数据代码

0000H ; AJMP MAIN ;

30H ;

MAIN:MOV SP,#5FH ;

MOV P1,#0FFH ;

CLR UpDown ;启动时处于向上的状态

CLR StartEnd ;启动时处于停止状态

MOV LampCode,#0FEH;单灯流动的代码

LOOP:ACALL KEY ;调用键盘程序

JNB F0,LNEXT ;如果无键按下，则继续

ACALL KEYPROC ;否则调用键盘处理程序

LNEXT:ACALL LAMP ;调用灯显示程序
KEYPROC:MOV A,B ;从B 寄存器中获取键值
JB A.2,KeyStart ;分析键的代码，某位被按下，则该位为”1”（在键盘程序中已取反）
JB A.3,KeyOver ;
JB A.4,KeyUp ;
JB A.5,KeyDown ;
AJMP KEY_RET ;

KeyStart:SETB StartEnd ;第一个键按下后的处理
AJMP KEY_RET ;

KeyOver:CLR StartEnd;第二个键按下后的处理 AJMP KEY_RET ;

KeyUp:SETB UpDown ;第三个键按下后的处理 AJMP KEY_RET ;

KeyDown:CLR UpDown ;第四个键按下后的处理

　

K_RET:ORL P3,#01111000B ;此处循环等待键的释放

MOV A,P3 ; ORL A,#10000111B ;

CPL A ; JZ K_RET1 ;直到读取的数据取反后为”0”说明键释放了，才从键盘处理程序返回

AJMP K_RET ;

K_RET1:RET ;
D500mS: ;流水灯的延迟时间

PUSH PSW ;

SETB RS0 ;

MOV R7,#200 ;

D51:MOV R6,#250 ;

D52:

NOP

NOP

NOP

NOP

DJNZ R6,D52 ;

DJNZ R7,D51 ;

POP PSW ; RET ;
LAMP:JB StartEnd,LampStart ;如果StartEnd=1，则启动 MOV P1,#0FFH ;

AJMP LAMPRET ;否则关闭所有显示，返回

LampStart:JB UpDown,LAMPUP ;如果UpDown=1，则向上流动
MOV A,LAMPCODE ;
RL A ;实际就是左移位
MOV LAMPCODE,A ;
MOV P1,A ;
LCALL D500mS ;
AJMP LAMPRET ;
LAMPUP:MOV A,LAMPCODE ;
RR A ;向下流动实际就是右移
MOV LAMPCODE,A ;
MOV P1,A ;
LCALL D500mS ;
LAMPRET:RET ;
END。
这段程序是我们到目前为止最长的程序，相信大多数指令大家应该能看懂，开始三条，

UpDown EQU 00H；

StartEnd EQU 01H；

LampCode EQU 21H

给大家解释一下，EQU 叫做等值伪指令，它的功能是将一个常数或者特定的符号赋予规定的字符串。什么意思呢？举个例子：
200H；

ABC EQU R6；

MOV A，ABC；

这里将ABC 等值为寄存器R6，也就是说，在指令中，R6 这个寄存器可以用字符串ABC 来代替，
为什么要这样写呢？当然是为了增加程序的可读性，不过有一点大家要记住了，这里使用的字符串不是标号，不能用“：”来做分隔符，比如这样写ABC:LJMP START ；如果加上“：”汇编程序会出错；当然，用EQU 指令除了可以赋值数据地址外，还可以赋值直接地址或者直接当作一个立即数来使用，例如：
ABC EQU 10H；

DELAY EQU 05AFH；

MOV A，ABC；

LCALL DELAY；

这里ABC 赋值以后被当作了直接地址使用；而DELAY 被赋值以后则成了一个16 位的地址，用作子程序的入口。
如此一来，上面的三条指令也就很清楚了。这里有一个问题大家需注意☺：使用EQU 伪指令必须先赋值，后使用。
既然讲到了赋值伪指令，我们再讲一下另外三条赋值伪指令.

A．位地址定义伪指令BIT
它的功能是将一个可直接寻址的位地址赋予所规定的字符名称，例如：
ABC BIT P1.0；把P1.0 赋值给ABC，即字符串ABC 就是直接寻址位P1.0。
这里注意☺：与EQU 不同的是，这条指令只能对位地址赋值，而不能对寄存器或直接地址和立即数赋值。相反，EQU 指令却可以用来定义位地址变量，不过这时所赋的值应当是具体的位地址值。比如P1.0 要用90H 来代替；P2.0 要用AOH 来代替等等。

B．内部RAM 定义伪指令DATA
它的功能是给一个8 位的内部RAM 起一个名称，例如：ABC DATA 20H；把内部RAM 的20H 定义为ABC。

C．外部RAM 定义伪指令XDADT
给一个8 位的外部RAM 起一个名称，例如：
ABC XDATA 0ACH ；由于89C51 的内部RAM 寻址范围为00H-FFH ，所以这个地址必然大于FFH 。讲了赋值伪指令，再回到上面的按键程序，这段程序的功能虽然很简单，但它演示了一个键盘处理程序的基本思路，程序本身很简单，也不很实用，实际工作中还会有好多要考虑的因素，比如主循环每次都调用了灯的循环程序，会造成按键反应“迟钝”；而如果一直按着键不放，则灯不会再流动，一直要到松开手为止，大家可以仔细考虑一下这些问题，想想有什么好的解决办法。

独立式键盘除了上面介绍的这种连接方法，我们还可以采用上图右边所示的连接方法，用一个“与非”门把四个输入端连接起来，当有任何一个按键按下时，都会使“与非”门输出为低电平，从而引起单片机的中断，它的好处是不用在主程序中不断地循环查询了，如果有键按下，单片机就去作相应的处理。