1、MSP430按键输入和led点阵显示解读第4章 键盘和显示器的应用 在单片机应用系统中，键盘和显示器是非常重要的人机接口。人机接口是指人与计算机系统进行信息交互的接口，包括信息的输入和输出。常用输入设备主要是键盘，常用输出设备包括发光二极管、数码管和液晶显示器等。4.1 键盘输入 键盘用于实现单片机应用系统中的数据信息和控制命令的输入，按结构可分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生相应的键码值，如计算机键盘。非编码键盘是通过软件的方法产生键码，不需要专用的硬件电路。为了减少电路的复杂程度，节省单片机的I/O口，在单片机应用系统中广泛使用非编码键盘，主要对
2、象是各种按键或开关。这些按键或开关可以独立使用（称之为独立键盘），也可以组合使用（称之为矩阵式键盘）。4.1.1 按键电路与按键抖动处理按键电路连接方法非常简单，如图4.1所示。此电路用于通过外力使按键瞬时接通开关的场合，如单片机的RESET电路中，通过按键产生一个瞬时的低电压，CPU感知这个低电压后重启。图4.1 按键复位电路 由于按键的闭合与断开都是利用其机械弹性实现的，当机械触点断开、闭合时，会产生抖动，这种抖动操作用户感觉不到，但对CPU来说，其输出波形则明显发生变化，如图4.2所示。图4.2 按键开、闭时的电压抖动波形 按键按下和释放时的抖动时间一般为 1020ms ，按键的稳定闭合
3、期由操作用户的按键动作决定，一般为几百毫秒到几秒，而单片机CPU的处理速度在微秒极，因此，按键的一次闭合，有可能导致CPU的多次响应。为了避免这种错误操作，必须对按键电路进行去抖动处理。常用的去抖动方法有硬件方式和软件方式两种。使用硬件去抖动的方式，需要在按键连接的硬件设计上增加硬件去抖电路，比如将按键输出信号经过R-S 触发器或 RC 积分电路后再送入单片机，就可以保证按一次键只发出一个脉冲。软件方式去抖动的基本原理是在软件中采用时间延迟，对按键进行两次测试确认，即在第一次检测到按键按下后，间隔 10ms左右，再次检测该按键是否按下，只有在两次都测到按键按下时才最终确认有键按下，这样就可以避
4、开抖动时间段，消除抖动影响。同样，在按键释放时也采用相同方法。由于人的按键速度比单片机的运行速度要慢很多，所以，软件延时方法从技术上完全可行，而且经济上更加实惠，因此被广泛采用。 4.1.2 独立键盘检测 独立键盘是一种最简单的键盘，前面章节已经介绍过使用独立键盘的实例。独立按键的每个键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他I/O线的工作状态。实例4-1 独立按键编号显示任务要求：单片机端口连接3个按键，从13进行编号，如果其中一个按键按下时，则在LED数码管上显示相应的按键编号。1）硬件电路设计选取MSP430F249单片机的P1口连接数码管显示按键编号，P3口的
5、P3.0、 P3.1、P3.2端口分别和3个按键连接。硬件电路如图4.3所示。图4.3 独立键盘检测电路图3个 I/O 口 P3.0、 P3.1、P3.2作为输入口（输入方式），分别与 K1、K2、K3 三个按键连接。当按键断开时，I/O口的输入为高电平，按键闭合时，I/O口的输入为低电平。此3个引脚上接了上拉电阻，是为了保证按键断开时逻辑电平为高。2）程序设计按键闭合时，与该键相连的I/O 引脚为低电平；按键断开时，与该键相连的I/O 引脚为高电平。所以在程序中通过P3IN寄存器读取P3.0、 P3.1、P3.2这3个I/O口的电平状态，便可检测按键是否按下。另外，在有按键按下时，要有一定的
6、延时，以防止由于键盘抖动而引起误操作。当确认某按键按下后，就让数码管显示其按键编号。#include MSP430f249.hunsigned char const table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; /共阴数码管段选码表，无小数点void delayus(unsigned int t) unsigned int i; while(t-) for(i=1330;i0;i-);unsigned char ReadKey(void) unsigned char
7、 temp; temp= P3IN&0x07; if(temp!= 0x07) delayus(10); /等待按键抖动时间 if(temp = (P3IN&0x07 ) return temp; else return 0xFF; else return 0xFF;void main(void) unsigned char key,i; WDTCTL=WDTPW + WDTHOLD; / 关闭看门狗 P1DIR=0xFF; / 设置方向 P1OUT=0x00; P3DIR = 0x00; /P3口作为键盘输入 while(1) key = ReadKey(); switch(key) cas
8、e 0x06: P1OUT=table1; break; case 0x05: P1OUT=table2; break; case 0x03: P1OUT=table3; break; 程序说明：当按键按下时，P3口的低三位将不全为高电平。在ReadKey函数中，当判断到P3的低三位不全为1，即0x07时，则认为有按键按下，然后延迟20ms，再次判断P3的低三位，如果低三位依旧不全为1，可以确定是有键按下，并获取键值后显示在数码管上。3）仿真结果与分析双击msp430F249单片机，装载可执行文件。运行时，LED最初没有显示。当按下某键时，将显示相应的数值。图4.4为编号为“3”的按键被按下时
9、的仿真效果图。图4.4 独立键盘检测的仿真效果图4.1.3 矩阵式键盘检测独立键盘与单片机连接时，每一个按键开关占用一个I/O口线，若单片机系统中需要较多按键时，独立按键的方式便会占用过多的I/O口资源。此时，为了节省I/O口线，采用矩阵式键盘(也称为行列式键盘)。下面以44矩阵式键盘为例讲解其工作原理和检测方法。将16个按键排成4行4列，第一行每个按键的一端连接在一起构成行线，第一列将每个按键的另一端连接在一起构成列线，这样便一共有4行4列共8根线，如图4-5所示。将这8根线连接到单片机的8个I/O口上，即可通过程序扫描键盘检测到是哪个按键被按下，具体方法见实例4-2。图4.5 44矩阵式键
10、盘实例4-2 矩阵键盘编号显示任务要求：将44矩阵式键盘编号，如果其中一个按键按下时，则在LED数码管上显示相应的按键编号。 分析说明：44矩阵式键盘只需要占用一个8位的端口，硬件设计较为简洁，重点在于如何在程序中判断矩阵键盘的按键位置。1）硬件电路设计选取MSP430F249单片机的P1口连接数码管，P3口的8个引脚分别和矩阵式键盘的行线和列线连接。硬件电路如图4.6所示。图4.6 矩阵式键盘电路原理图 图4.6中列线P3.4P3.7通过上拉电阻接电源，处于输入状态，行线P3.0P3.3为输出状态。键盘上没有按键闭合时，所有列线P 3.4P 3.7输入全部为高电平。当键盘上某个按键闭合时，则
11、对应的行线和列线短接。例如10号键被按下时，行线P3.1和列线P3.5短接，此时P3.5输入电平由P3.2的输出电平决定。在检测是否有键按下时，先使4条行线全部输出低电平，然后读取4条列线的状态。如果全部为高电平则表示没有任何键被按下；如果有任一键被按下，由于列线是上拉至VCC则行线上读到的将是一个非全“1”的值。2）程序设计确定矩阵式键盘上哪个键被按下通常采用行扫描法，又称为逐行（或列）扫描查询法，其软件主要基于扫描方式完成。关于键盘扫描查询的程序大致可分为以下几个步骤：（1）检测当前是否有键被按下。 首先看输入的列线，假设4条行线都输出低电平，4条列线都是上拉至VCC的，在没有任何按键按下
12、时4条列线输入都为“1”。但当与某一条行线相连的4个按键中的任何一个被按下时，这条列线将输入低电平，即当某条列线输入低电平时，必定是连接在这条列线上的某个按键被按下了。（2）去除键抖动。当检测到有键被按下后，延时一段时间再作下一步的检测判断。（3）若有键被按下，检测出是哪一个键被按下。逐行扫描方式：在4条行线上分别输出“0”信号，也就是说，第一次，在P3.0上输出低电平，其他的行线（P3.1、P3.2、P3.3）上输出高电平；接着第二次，在P3.1上输出低电平，其他的行线（P3.0、P3.2、P3.3）上输出高电平；第三次，在P3.2上输出低电平，其他的行线（P3.0、P3.1、P3.3）上输
13、出高电平；第四次，在P3.3上输出低电平，其他的行线（P3.0、P3.1、P3.2）上输出高电平。当某一行线上输出低电平时，如果此行上有键被按下，那么相应按键的列线上则会读取到“0”，于是可以惟一的确定是哪一按键被按下了。假设图4.6中的编号“6”的按键被按下，当第一次扫描时，P3.0口输出“0”，P3.1、P3.2、P3.3输出“1”，则P3.4P3.7所读到的电平全为“1”；当第二次扫描时，P3.1口输出“0”，P3.0、P3.2、P3.3输出“1”，此时，P3.4、P3.5、P3.6、P3.7读到的电平分别为“1”、“1”、“0”、“1”。因此，即能确定P3.1行线和P3.6列线交叉的编
14、号“6”按键的具体位置。 矩阵式键盘的按键检测过程如图4.8所示。图4.8 矩阵键盘识别流程图 此实例的源程序如下： #include unsigned char const table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; /共阴数码管段选码表，无小数点static char key;void delayus(unsigned int t) unsigned int i; while(t-) for(i=1330;i0;i-);char keyscan(void) c
15、har sccode,recode; P3OUT = 0x00; if(P3IN&0xF0)!=0xF0) /判断是否有有键按下 delayus(20); if(P3IN&0xF0)!=0xF0) /再次判断按键是否有抖动，如果是返回 sccode=0xFE; /逐行扫描初值，先扫描第1行P3.0 while(sccode&0x0F)!=0x0F) /行扫描完成 P3OUT = sccode; /输出行扫描码 if(P3IN&0xF0)!=0xF0) /当前行有键按下 recode=(P3IN&0xF0)|0x0F; /读取高四位列值，低四位置1 key=(sccode & recode);
16、/行和列组合得到键盘编码 return key; else /所扫描没有键按下，则扫描下一行 sccode=(sccode0;i-); /仿真时，取值130void main(void) char i,j,t=0; WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; P1DIR = 0xFF; P2DIR = 0xFF; while(1) P1OUT = 0xFF; /关闭显示，防止切换数字时产生拖影 P2OUT = 0xFF; for(i = 0;i 10;i+) /循环显示09 for(j = 0 ;j 255 ; j+) /每个字符显示稳定 P2OUT = scan_tabt; /送行扫
17、描信号 P1OUT = Table_OF_Digitst+8*i;/送列显示数据 delayus(2); if(+t=8) t=0; 程序说明：在主循环中对09这10个数字进行循环显示，每个数字扫描次数为255，是为了让每个数字显示时间足够长，得到稳定的显示效果。P2口送出行扫描信号后，P1口给出列显示数据，注意此例中88点阵为共阴极接法，显示数据是经过取反后送出的。3）仿真结果 加载程序后，运行得到仿真图如图4.13所示。图4.13 点阵显示数字字符仿真图4.2.3 1616汉字点阵显示与字母和数字显示原理一样，1616汉字点阵的显示也是采用动态逐行（或逐列）扫描的方式完成，只是列扫描需要1
18、6位，而每列数据需要28位（2字节），一个完整的汉字则需要32字节。1、点阵驱动电路实例4-3中，单片机控制一个88 LED点阵显示器，需要两组I/O口，其中一组实现点阵的行扫描，另一组输出列数据。按照这种硬件连接方式，如果利用单片机控制一个1616汉字点阵实现显示功能，则需要8组I/O口；如果控制多个汉字点阵显示，则需要更多的I/O口。显然，这种连接方式是难以实现的。因此，在多个点阵驱动电路设计中，一般采用移位寄存器的方法来减少对单片机I/O口的需求。寄存器是存放二进制数的电路，由D触发器构成，如图4.14所示。在CP时钟信号的上升沿，将输入的数字DI存入到D触发器中，Q端的输出就与DI相同，即无论触发器Q原来的值是什么，只要时钟脉冲C
