外設鍵盤的工作原理

　　有人知道嗎?沒有的話就跟小編來看看咯!以下就是小編做的整理，希望大家能喜!

　　外設鍵盤的簡介

　　鍵盤是一組按鍵的組合，它是最常用的微控制器輸入裝置，操作人員可以通過鍵盤輸入資料或命令，實現簡單的人機對話。微控制器使用的鍵盤是一種常開型的開關，通常鍵的兩個觸點處於斷開狀態，按下鍵時它們才閉合。鍵盤分編碼和非編碼鍵盤，鍵盤的識別可用軟體識別也可用專用晶片識別。

　　MCS-51微控制器擴充套件鍵盤介面的方法用很多，從硬體結構上，可通過微控制器I/0介面擴充套件鍵盤，也可通過擴充套件I/O介面設計鍵盤，還有些用的是專用鍵盤晶片。

　　鍵盤的工作原理

　　鍵盤從結構上分為獨立式鍵盤與矩陣式鍵盤。一般按鍵較少時採用獨立式鍵盤，按鍵較多時採用矩陣式鍵盤。

　　***1*** 獨立式鍵盤。

　　在由微控制器組成的測控系統及智慧化儀器中，用的最多的是獨立式鍵盤。這種鍵盤具有硬體與軟體相對簡單的特點，其缺點是按鍵數量較多時，要佔用大量口線。圖1是一個利用MCS-51微控制器的P1口設計的非編碼鍵盤。

　　圖1 獨立式鍵盤

　　當按鍵沒按下時，CPU對應的I/O介面由於內部有上拉電阻，其輸入為高電平;當某鍵被按下後，對應的I/O介面變為低電平。只要在程式中判斷I/O介面的狀態，即可知道哪個鍵處於閉合狀態。以下是非編碼鍵盤鍵處理子程式。

　　JNB P1.0, KEY00 ;轉按鍵1處理程式

　　JNB P1.1, KEY01 ;轉按鍵1處理程式

　　JNB P1.2, KEY02 ;轉按鍵1處理程式

　　JNB P1.3, KEY03 ;轉按鍵1處理程式

　　JNB P1.4, KEY04 ;轉按鍵1處理程式

　　JNB P1.5, KEY05 ;轉按鍵1處理程式

　　JNB P1.6, KEY06 ;轉按鍵1處理程式

　　JNB P1.7, KEY07 ;轉按鍵1處理程式

　　RET ;無鍵按下，返回

　　KEY00: …

　　RET

　　KEY01: …

　　RET

　　…

　　***2*** 矩陣式鍵盤。

　　矩陣式鍵盤使用於按鍵數量較多的場合，它由行線與列線組成，按鍵位於行、列的交叉點上。一個3*3的行列結構可以構成一個有9個按鍵的鍵盤。同理，一個4*4的行列可以構成一個16按鍵的鍵盤。很明顯，在按鍵數量較多的場合，與獨立式鍵盤相比，矩陣式鍵盤要節省很多I/0介面。

　　2.鍵盤按鍵識別方法

　　***1***掃描法。

　　下面以圖2的K2鍵按下為例，說明此鍵是如何識別出來的。

　　圖2 8031與鍵盤連線

　　掃描法有行掃描和列掃描兩種，無論採用哪種，無論採用哪種，其效果是一樣的，只是在程式中的處理方法有所區別。下面以列掃描法為例來介紹掃描法識別按鍵的方法。首先在鍵處理程式中將P1.4-P1.7依次按位變低，P1.4-P1.7在某一時刻只有一個為低。在某一位為低時讀行線，根據行線的狀態即可判斷出哪一個按鍵被按下。如2號鍵按下，當列線P1.5為低時，讀回的行線狀態中P1.0被拉低，由此可知K2鍵被按下。一般在掃描法中分兩步處理按鍵，首先是判斷有無鍵按下，如行線有一個為低，則有鍵按下。當判斷有鍵按下時，使列線依次變低，讀行線，進而判斷出具體哪個鍵被按下。

　　***2***線反轉法。

　　掃描法是逐行或逐列掃描查詢，當被按下的鍵處於最後一列時，要經過多次掃描才能最後獲得此按鍵所處的行列值。而線反轉法則顯的簡練，無論被按的鍵處於哪列，均可經過兩步即能獲得此按鍵所在的行列值，仍以圖4.38為例來介紹線反轉法。

　　首先將行線P1.0-P1.3作為輸入線，列線P1.4-P1.7作為輸出線，並且輸出線輸出全為低電平，讀行線狀態，則行線中電平為低的是按鍵所在的行。然後將列線作為輸入線，行線作為輸出線，並將輸出線輸出為低電平，讀列線狀態，則列線是電平為低的是按鍵所在的列。綜合上述兩步結果，確定按鍵所在的行和列，從而識別出所按下的鍵。

　　假設10號鍵被按下，在第一步P1.3-P1.0全為低電平時，讀P1.4-P1.7的值，則P1.5為低電平;在第二步P1.4-P1.7輸出全為低電平時，讀P1.3-P1.0時，P1.2為低電平。由此可判斷第3行第2列有鍵被按下，此鍵就是K10鍵。

　　3. 鍵盤的介面電路

　　設計MCS-51微控制器鍵盤時可根據微控制器系統的實際情況來靈活處理。在使用內部有程式儲存器的微控制器時，如微控制器的I/O介面夠用，可直接利用微控制器的I/O介面連線鍵盤。如果I/O介面不夠用，可利用擴充套件I/O介面連線鍵盤，有時也可使用專用的鍵盤介面晶片。

　　***1*** 利用微控制器的I/O介面連線鍵盤。

　　利用MCS-51微控制器的I/O介面連線鍵盤時分兩種情況，一是當P0、P1、P2、P3均為普通輸入/輸出時，可使用任意I/0介面連線鍵盤;二是當微控制器系統擴充套件程式儲存器、資料儲存器、I/O時，由於P0、P2作為地址資料匯流排的使用，所以擴充套件鍵盤時只能使用P1口、P3口。如圖2所示為利用MCS-51微控制器的P1口設計的4*4矩陣鍵盤。

　　注意如果用P0口設計鍵盤，要給P0口各口線提供上拉電阻，其大小一般為2-10kn。

　　***2*** 利用擴充套件I/O介面設計鍵盤。

　　MCS-51微控制器在匯流排擴充套件凡是時由於P0口、P2口分別作為資料匯流排及地址匯流排，而P1口、P3口又有其他用途時，擴充套件鍵盤可利用擴充套件的I/O介面。利用8255的PC口設計的4*4矩陣鍵盤如圖3所示，利用8255的PC口設計的編碼鍵盤，PC0-PC3為行輸入，PC4-PC7為列輸出。

　　圖3 8255與鍵盤連線圖

　　***3*** 按鍵去抖。

　　由於通常的按鍵所用的開關是機械開關，當開關閉合、斷開時並不是馬上穩定地接通和斷開，而是在閉合與斷開瞬間均伴隨有一連串的抖動。

　　為了確保CPU對鍵的一次閉合僅做一次處理，必須要在程式或硬體上進行防抖處理。為節省硬體，通常在微控制器系統中，一般不採用硬體方法消除鍵的抖動，而是用軟體消抖方法。即檢測鍵閉合後延時5-10ms，讓前延抖動消失後再一次檢測鍵的狀態，如果仍保持閉合狀態電平，則確認真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放後，也要給5-10ms的延時，待後延抖動消失後才轉入該鍵處理程式。以下是具有消抖功能的鍵程式，只有按鍵按下再放開後才做一次鍵處理。

　　KEY_00:

　　JB P1.0, KEY_01 ;無鍵按下，查下一個鍵

　　LCALL DELAY ;延時10ms

　　JNB P1.0, $ ;鍵一直按下，等待

　　LCALL DELAY ;鍵鬆開，延時10ms

　　JB P1.0, KEY_00 ;一次按鍵完成，轉鍵盤處理程式

　　KEY_01: …

　　RET

　　***4*** 鍵盤的編碼。

　　對於獨立式按鍵鍵盤，由於按鍵數目較少，可根據實際情況靈活編碼。對於矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，所以分別對行號與列號進行二進位制編碼，然後將兩值合成一個位元組，高4位是行號，低4位是列號。如10號鍵被按下時，列號讀回的值為1011，行號讀回的值為1101，此兩值合成為11011011=0DBH，據此值可轉到10號鍵處理程式。這種方式雖然簡單，但其離散性很大，在讀程式時必須要結合硬體電路。也可將讀回的鍵值按一定的方式運算後，算出對應的鍵值進行散轉，但這樣會增加程式的工作量，因而大多數微控制器系統在鍵盤處理程式中只根據讀回的鍵值進行散轉。

　　***5*** 常用的專用鍵盤晶片。

　　無論是利用CPU的I/O介面擴充套件鍵盤，還是利用擴充套件I/O晶片擴充套件鍵盤，由於均是用普通I/O介面擴充套件，如果要在微控制器的程式中設計專用的鍵盤程式，特別是矩陣式鍵盤，其程式相對複雜一些。因而在較複雜一些的微控制器系統中可選用專用的鍵盤晶片設計鍵盤。現常用的鍵盤擴充套件晶片有Intel8279、CH451、ICM7218、PCF8574等。

　　***6*** 微控制器對鍵盤的控制方式。

　　在微控制器應用系統設計中，為了節省硬體，無論是採用獨立式鍵盤還是採用矩陣式鍵盤，微控制器對鍵盤的控制有以下3種方式。

　　i 程式控制掃描方式。

　　這種方式只有微控制器空閒時，才可呼叫鍵盤掃描子程式，查詢鍵盤的輸 入狀態是否改變。

　　ii 定時掃描方式。

　　微控制器對鍵盤的掃描也可採用定時掃描方式，即微控制器每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。在這種方式中，通常採用微控制器內部的定時器，產生10ms的定時中斷，CPU響應定時中斷請求後對鍵盤進行掃描，以查詢鍵盤是否有鍵按下。

　　iii 中斷掃描方式。

　　雖然採用程式查詢與定時對鍵盤的掃描方式時的程式編制簡單，但一個微控制器系統在執行時的大多數時間裡鍵盤基本是不工作的。為了進一步提高CPU的工作效率，可採用中斷方式。當鍵盤有鍵動作時產生中斷，CPU響應鍵盤中斷後，執行鍵盤中斷程式，判別鍵盤按下鍵的鍵號，並做相應處理。