51单片机、独立按键的认识与编程
一、基本知识
1. 按键分类与输入原理
按键按照结构原理科分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关灯；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。
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，其他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，键信息输入时与软件结构密切相关的过程。
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按键输入，并检查是哪一个按键按下，将该键号送入累加器，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完成后再返回主程序。
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，其主要功能式把机械上的通断转换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，以便于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，通常伴随有一定的时间触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。
图1-按键抖动
其抖动过程如图1所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5-10ms。在触点抖动期间检测按键的通与断，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放错误的被认为是多次操作，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，必须采取消抖措施。按键较少时，可采用硬件消抖；按键较多式，采用软件消抖。
3. 独立按键与矩阵键盘
（1）独立按键
单片机控制系统中，如果只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。
独立按键式直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点式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他I/O口线的状态。独立按键的典型应用如图所示。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个I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。独立按键如图2所示。
图2-独立按键
独立按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询与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。
(2) 关于上拉电阻
单片机按键一般通过配备上拉电阻来实现输入端高低电平的切换。
图3-上拉电阻
4条输入线接到单片机的IO口上，当按键K1按下时，+5V通过电阻R1然后再通过按键K1最终进入GND形成一条通路，那么这条线路的全部电压都加到了R1这个电阻上，KeyIn1这个引脚就是个低电平。当松开按键后，线路断开，就不会有电流通过，那么KeyIn1和+5V就应该是等电位，是一个高电平。我们就可以通过KeyIn1这个IO口的高低电平来判断是否有按键按下。
三、独立按键实例编程
1.说明
以普中科技51单片机开发板为例
图4为独立按键电路图 8个按键分别对应JP5的八个引脚，所有按键统一接地，按键之间互不影响，JP5中包含上拉电阻。当按键松开时，对应引脚输入1；当按键按下时，对应引脚输入0。
图5为流水灯电路图 8个LED灯接地共阴，当引脚输出1时，LED灯亮；当引脚输出0时，LED灯灭。
图4-独立按键
图5-流水灯
2.代码实现
(1) 无消抖的8个引脚控制8个LED灯
#include <reg51.h>
#define Key P0 //P0接独立按键电路引脚
#define Led P2 //P2接LED流水灯电路引脚
int main()
{
unsigned char i;
P2=0x00; //初始化流水灯全灭
while(1)
{
//动态扫描八个按键
for(i=0;i<8;i++)
{
if( 0 == (Key&(1<<i)) ) Led|=1<<i; //按键按下
else Led&=~(1<<i); //按键弹起
}
}
return 0;
}
(2) 通过按键控制单个数码管计数并作消抖处理
具体要求：
- 数码管初始化为0，按下按键增加对应的数，例如按下Key1则增加1，按下Key2则增加2
- Key8用于清零
- 超出9时，要做越界处理
- 消抖
- 按键抬起检测 按一次只加一次
//printNum.h头文件
#define Led P2 //P2口控制单个数码管
#define state 1 //此处是共阳数码管 所以置1
void printNum(int i)
{
//0123456789AbCDEF
unsigned char num[16]={0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xc6, 0xa1, 0x86, 0x8e};
if(state==1) Led=num[i]; //Common yang
else Led=~num[i]; //Common yin
}
void delay_ms(unsigned int i)
{
unsigned int temp=i*100;
while(temp--) ;
}
#include <reg51.h>
#include "printNum.h"
#define Key P0
int main()
{
unsigned char i;
unsigned char count=0;
while(1)
{
printNum(count);
for(i=0;i<7;i++) //动态检测8个按键
{
if( 0==(Key&(1<<i)) ) //判断按键是否按下
{
delay_ms(150); //消抖
if( 0==(Key&(1<<i)) )
count+=i+1; //累加上对应的数
if(count>9) count%=10; //防止越界
printNum(count); //实时更新数字
while( !(Key&(1<<i)) ) ; //按键抬起检测
}
}
if( 0 == (Key&(1<<7))) count=0; //最后一个键用于清零
}
}
(3)通过按键控制多个数码管计数
具体要求：
- 功能：数码管初始化为0，按下按键增加对应的数，例如按下Key1则增加1，按下Key2则增加2……但是按下Key8需清零
- 使用38译码器对COM口进行控制 节省I/O口
- P1的三个引脚控制38译码器，其他引脚上的值不允许被改动
- P2控制数码管段码端的给值
- P0控制检测按键的输入
- 按键要消抖 抬起要检测 边界要检测
#define Led P2
#define state 0
void printNum(int i)
{
//0123456789AbCDEF
unsigned char num[16]={0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xc6, 0xa1, 0x86, 0x8e};
if(state==1) Led=num[i]; //Common yang
else Led=~num[i]; //Common yin
}
void delay_ms(unsigned int i)
{
unsigned int temp=i*100;
while(temp--) ;
}
#include <reg51.h>
#include "printNum.h"
#define Key P0
#define LED_PLACE P1
unsigned char screenNum[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};
int main()
{
unsigned char i;
unsigned char j;
unsigned long count=0;
unsigned long temp=0;
while(1)
{
LED_PLACE &= 0xf8; //Clear PLACE.0-2
if(count>99999999) count=0; //deal with the range
temp=count;
for(i=0;i<8;i++) //transfer long to arr
{
screenNum[7-i]=temp%10;
temp/=10;
}
for(i=0;i<8;i++) //give nums to screen
{
printNum(screenNum[i]);
j=100;
while(j--) ;
Led = 0x0; //remove the double image
LED_PLACE+=1; //control the place
}
for(i=0;i<7;i++) //scan the press keys
{
if( 0==(Key&(1<<i)) )
{
delay_ms(150);
if( 0==(Key&(1<<i)) )
count+=i+1;
while( !(Key&(1<<i)) ) ;
}
}
if( 0 == (Key&(1<<7))) count=0; //key8 to clear all
}
}
不足：按下按键时，数码管全部熄灭，这是由于掉进按键检测的死循环中，无法扫描动态数码管。改进方法，等待学习中断和定时器。
实验现象
更新：
(3) 通过中断来控制按钮增加数码管显示
连线方式：
- P2接J12控制动态数码管段码端
- P1.0-2接J6-三八译码器 控制动态数码管COM端
- P3.2接JP5-K1 INT0控制按键1
#define Led P2
#define state 0
void printNum(int i)
{
//0123456789AbCDEF
unsigned char num[16]={0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xc6, 0xa1, 0x86, 0x8e};
if(state==1) Led=num[i]; //Common yang
else Led=~num[i]; //Common yin
}
void delay_ms(unsigned int i)
{
unsigned int temp=i*100;
while(temp--) ;
}
#include <reg51.h>
#include "printNum.h"
#define LED_PLACE P1
unsigned char screenNum[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};
unsigned long count=0;
void exint0() interrupt 0 // P3.2
{
count++;
}
void initDevice()
{
IT0=1;
EX0=1;
EA=1;
}
int main()
{
unsigned char i;
unsigned char j;
unsigned long temp=0;
initDevice();
while(1)
{
LED_PLACE &= 0xf8; //Clear PLACE.0-2
if(count>99999999) count=0; //deal with the range of dital
temp=count;
for(i=0;i<8;i++) //transfer long to arr
{
screenNum[7-i]=temp%10;
temp/=10;
}
for(i=0;i<8;i++) //give nums to screen
{
printNum(screenNum[i]);
j=100;
while(j--) ;
Led = 0x0; //remove the double image
LED_PLACE+=1; //control the place
}
}
}
实验接线
参考资料：
http://www.51hei.com/bbs/dpj-19896-1.html ——单片机论坛
http://blog.csdn.net/fanyuqa/article/details/48036529 ——CSDN fanyuqa博客
