一、概述

键盘在单片机应用系统中，实现输入数据、传送命令的功能，是人工干预的主要手段。键盘分两大类：编码键盘和非编码键盘。

      编码键盘：由硬件逻辑电路完成必要的键识别工作与可靠性措施。每按一次键，键盘自动提供被按键的读数，同时产生一选通脉冲通知微处理器，一般还具有反弹跳和同时按键保护功能。这种键盘易于使用，但硬件比较复杂，对于主机任务繁重之情况，采用8279可编程键盘管理接口芯片构成编码式键盘系统是很实用的方案。

      非编码键盘：只简单地提供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识别，决定按键的读数等仅靠软件完成，故硬件较为简单，但占用CPU较多时间。有：独立式按键结构、矩阵式按键结构。

  二、键盘系统设计

　　首先，确定键盘编码方案：采用编码键盘或非编码键盘。随后，确定键盘工作方式：采用中断或查询方式输入键操作信息。然后，设计硬件电路。非编码键盘系统中，键闭合和键释放的信息的获取，键抖动的消除，键值查找及一些保护措施的实施等任务，均由软件来完成。

　　（一）非编码键盘的键输入程序应完成的基本任务

　　1.监测有无键按下；键的闭合与否，反映在电压上就是呈现出高电平或低电平，所以通过电平的高低状态的检测，便可确认按键按下与否。

      2.判断是哪个键按下。

      3.完成键处理任务。

　　（二）从电路或软件的角度应解决的问题

1.消除抖动影响。键盘按键所用开关为机械弹性开关，利用了机械触点的合、断作用。由于机械触点的的弹性作用，一个按键开关在闭合和断开的瞬间均有一连串的抖动，波形如下：

　　抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5~10ms，这是一个很重要的参数。抖动过程引起电平信号的波动，有可能令CPU误解为多次按键操作，从而引起误处理。

　　为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键，必须消除抖动的影响。按键的消抖，通常有软件，硬件两种消除方法。

    这种方法只适用于键的数目较少的情况。

　　软件消抖：如果按键较多，硬件消抖将无法胜任，常采用软件消抖。通常采用软件延时的方法：在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序后，再确认电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，则确认真正有键按下，进行相应处理工作，消除了抖动的影响。（这种消除抖动影响的软件措施是切实可行的。）

　　2.采取串键保护措施。串键：是指同时有一个以上的键按下，串键会引起CPU错误响应。

　　通常采取的策略：单键按下有效，多键同时按下无效。

      3.处理连击。连击：是一次按键产生多次击键的效果。要有对按键释放的处理，为了消除连击，使得一次按键只产生一次键功能的执行（不管一次按键持续的时间多长，仅采样一个数据）。否则的话，键功能程序的执行次数将是不可预知，由按键时间决定。连击是可以利用的。连击对于用计数法设计的多功能键特别有效。

三、键盘工作方式

       单片及应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一。CPU忙于各项任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。考虑仪表系统中CPU任务的份量，来确定键盘的工作方式。

      键盘的工作方式选取的原则是：既要保证能及时响应按键的操作，又不过多的占用CPU的工作时间。

      键盘的工作方式有：查询方式（编程扫描，定时扫描方式）、中断扫描方式。

　  四、键盘电路结构

     （一）独立式按键接口设计

     独立式按键就是各按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。

     优点：电路配置灵活，软件结构简单。

     缺点：每个按键需占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口浪费大，电路结构显得复杂。

     因此，此键盘是用于按键较少或操作速度较高的场合。

    也可以用扩展I/O口搭接独立式按键接口电路，可采用8255扩展I/O口，用三态缓冲器扩展。这两种配接方式，都是把按键当作外部RAM某一工作单元的位来对待，通过读片外RAM 的方法，识别按键的工作状态。

     上电路中独立式按键电路，各按键开关均采用了上拉电阻，是为了保证在按键断开时，各I/O有确定的高电平。如输入口线内部已有上拉电阻，则外电路的上拉电阻可省去。

      （二）矩阵式键盘接口设计

      矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。节省I/O口。

　　矩阵键盘工作原理：行线通过上拉电阻接到+5V上。无按键，行线处于高电平状态，有键按下，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线电平为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平为高。

　　五、双功能及多功能键设计

　　在单片机应用系统中，为简化硬件线路，缩小整个系统的规模，总希望设置最少的按键，获得最多的控制功能。

　　矩阵键盘与独立式按键键盘相比，硬件电路大大节省。可通过软件的方法让一键具有多功能。方法：选择一个RAM工作单元，对某一个按键进行按键计数，根据不同计数值，转到子程序。这种计数多功能键最好与显示器结合用，以便知道当前计数值，同时配合一个启动键。

　　复合键是使用软件实现一键多功能的另一个途径。所谓复合键，就是两个或两个以上的键的联合，当这些键同时按下时，才能执行相应的功能程序。实际情况做不到“同时按下”，他们的时间差别可以长到50ms，解决策略是：定义一个或两个引导键，这些引导键按下时没什么意义，执行空操作。引导键的例子：微机键盘上的CTRL、SHIFT、ALT。

      缺点：一是操作变得复杂，二是操作时间变长。

多功能键的利用，应具体情况具体分析。要求速度的场合最好做一键一功能。如果系统功能很多，一键一功能不现实，可采取一键多功能。

六、功能开关及拨码盘接口设计

      设计原因：键盘输入灵活性大，操纵方便。但某些重要功能或数据由键盘输入，误操作将产生一些不良后果。因此常设定静态开关的方法来执行这些功能或输入数据。静态开关一经设定，将不再改变，一直维持设定的开关状态。通常这些开关状态是在单片机系统加电时由CPU读入内存RAM的，以后CPU将不再关注这些开关的状态，因此，即使加电后，这些开关的状态发生变化，也不会影响CPU的正常工作，只有在下一次加电时，这些新状态才能生效。

　　第一，功能开关：主要是根据开关的状态执行一些重要的功能。

　　第二，拨码盘：单片机应用系统中，有时要输入一些控制参数，这些参数一经设定，将维持不变，除非给系统断电后重新设定。这时使用数字拨码盘既简单直观，又方便可靠。

　　七、按键介绍

      常用的按键有三种：机械触点式按键、导电橡胶式和柔性按键（又称触摸式键盘）。

      机械触点式按键是利用弹性使键复位，手感明显，连线清晰，工艺简单，适合单件制造。但是触点处易侵入灰尘而导致接触不良，体积相对较大。

      导电橡胶按键是利用橡胶的弹性来复位，通过压制的方法把面板上所有的按键制成一块，体积小，装配方便，适合批量生产。但是时间长了，橡胶老化而使弹力下降，同时易侵入灰尘。

      柔性按键是近年来迅速发展的一种新型按键，可以分为凸球型和平面型两种。凸球型动作幅度触感明显，富有立体感，但制造工艺相对复杂；平面型幅度微小，触感较弱，但工艺简单，寿命长。柔性按键最大特点是防尘、防潮、耐蚀，外形美观，装嵌方便。而且外形和面板的布局、色彩、键距可按照整机的要求来设计。

　　八、单片机系统键盘设计实例

　　本次设计中，键盘结构采用非编码键盘系统中的独立式按键结构。用三态缓冲器573扩展I/O口搭接独立式按键接口电路，按键状态由573锁存。

　　键盘工作方式采用定时扫描方式。采用定时器T0定时，CPU每隔200ms扫描键盘一次，即通过读取573的输出数据，识别按键的工作状态。

　　设计中对于重键和连击的处理：对于重键（串键：指同时有一个以上的键按下），采用软件提供保护，当判断为一个以上的键按下，则不处理，返回重新进行监测。只有监测到一个键按下时，才判断键值，执行相应键处理工作。

　　九、结语

　　键盘是单片机系统设计中一种主要的信息输入接口，合理的设计，不仅可以节省系统的设计成本，更可使仪器设备的操作变得更为简单、方便，很大程度上提高系统综合性能。

 

第二篇：MCS-51单片机系统键盘与显示器接口的一种设计

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第!"卷第"期

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延安大学学报#自然科学版$

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单片机系统键盘与显示器接口的一种设计BC">A:

邵思飞

陕西延安F#延安大学信息学院E"G***$

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摘

要H针对数据处理任务不大I串行口不被使用的>A设计了一种键盘显示BC"单片机系统E:器接口电路J具有电路简单I成本低I性能稳定等特点E可广泛应用J关键词H单片机系统K键盘显示器接口K设计中图分类号H++NLM

文献标识码HO

文章编号H"**NPG*!#!**!$*!P**+"P*+Q

键盘I显示器接口的设计E应满足功能和可靠性两个基本要求E但系统不同E要求就不同E接口设计也就不同J本文针对系统数据处理任务不大I串行口不专用的>A设计了一种键盘IBC"单片机系统E:显示器接口电路J该接口具有电路简单I性能稳定等特点J

其中a*_aC又作为3!输出接数码管的显示段E

键盘列线E+(NI+(C为键盘行线JMM

!显示原理及动态显示程序设计

"设计原理

为移位寄BC"单片机串行口置方式*时E>A:

存器输入输出方式E可外接移位寄存器E以扩展RST口J在输出方式时EEAM3可通过>T%:U3VO指令实现字符发送E数据#低WQX引脚串行输出YZ48位在先$当Y发送完ELQX引脚输出移位脉冲EZ48

"\后E由硬件置位[J本设计采用FN+F+锁存器]:LR

和串行口外接F显示N"GN移位寄存器构成键盘I]:

器接口电路E如图"所示J显示器由G个共阴数码管并联构成E键盘为!^G结构J图"中E*_XC接A*(*BM*(CE+(XM3的MMNI+(CIII‘W分别接AM3的对应引脚EMLQXWQX

决定着G位2"接系统地址锁存器的2"输出引脚E

显示器的端口地址J3"输出分别接数码管各阴极E

在YbC!内部WAO>中设置G个显示缓冲单

元E如H分别存放显示器的G位待显示Fbc_F<cE的字符J其一位字符的显示过程为H取出待显示字符E并查表转换为段码E后经AM3串行口方式*输

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收稿日期H!**"B*NB"!

基金项目H延安大学校级科研基金项目#!**"B!G$2X作者简介H邵思飞#男E陕西横山县人E延安大学讲师

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)#延安大学学报P自然科学版Q第#*卷

出!在"#并行输出该显示段码$之"#串并转换!后!向显示端口%&)%)写入相应的位码并进行锁’(存!其他位为高电"*的输出总是只有一位低电平!平!即有某一位字符点亮!其他位为暗!实现了一位字符的显示+如果依次送出段码和位码!则可实现,位数码管的轮流显示+显示子程序流程如图#所示+

延时&&$8A8’’/’FGFG

I/#$,位显示完否ED>C8H0(位码左环一位6’8$&!1236890>A698D14/0(子程序清单./0(

.123/456!74265$

送显示端口地址1238!79::;$关显示123<=/456!8>24

1236&!79:?;$

置位扫描码初值12369!7%@;$置显示缓冲区首址/0(9.1238!

=69$取显示数据8//8!7<<;$加偏移量<<;

123A8!=8B4A

$查表取段数据123(C":!8$串行送出段数据/0(*.D>C50!/0(

*$输出完否EA’650

$完!清中断标志1238!6&$送位扫描码123<=/456!8

/0(#.6?5/(?J.

段码表略)键盘工作原理及键输入程序设计

图*中!键盘行线通过电阻接I3电平!

当键盘上没有键闭合时!所有的行线和列线断开!行线<9-<

*呈高电平$当键盘上某一键闭合时!该键所对应的行线与列线短路!此时该行线电平由短路的列线电平所决定+

键输入程序的功能有&个方面!即.判别键盘上有无键闭合-去除键的机械抖动-判别闭合键的键

号-判键释放等!文献K

*L

中有详细介绍!这里不再赘述+键输入子程序流程如图)所示+

程序清单.M>"1.

123/456!74265$

送显示端口地址1238!79::;$关显示123<=/456!8>24

M?N*.1238!799;$

使键盘列线N9ONI为99;

第A期邵思飞-L;4单片机系统键盘与显示器接口的一种设计!2$66

(!"#$%&’),-,*+./%01*+

2+301

第一排键中有闭合键吗:4-678(9*+./%55*4

第二排键中有闭合键吗:67;(9./%55*4无键转移).!5<=109

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是否抖动引起的:678(9./%55*A

67;(./%55*A

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8结束语

该接口电路(仅用了A块通用集成芯片

具有电路简B84D8GB86B6和4个或非门组成(+$+$

单G成本低等特点9当数码管增加为H位时(可通过修改软件即可(而不需要改变接口电路I在键输入程本文仅给出了一种较为典型的编程方序设计方面(

8K法(亦可采用文献J中所给出的编程方法I

彭喜源(谭晓均7哈尔滨-哈尔滨工业大学出版社(J4K张毅刚(L;4单片机应用设计J74MMB(48AN4D,7!2$!K单片机原理及其接口技术J北京-清华大学出版社(JAK胡汉才774MMD(AD4NAB87!K

孙晓民(李红青7北京-北京航空航天大学出版社(J6K李华(L;4系列单片机实用接口技术J74MM6(466NAAH7!2$!K邵思飞(刘根据7一种单片机键盘显示系统的设计J延安大学学报(J8K樊延虎(K7A,,A(A4OAP7.

责任编辑Q朱联营R

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