51单片机教程（十）- 独立按键输入

1、项目分析

• 单片机也需要人机交互，掌握常用的输入和输出装备非常须要。
  
• 本章选取了最常用的输入模块键盘来演示其典范程序的体例方法。
  

2、技能准备

1 独立键盘输入

• P3口第二功能表
  
  
  
• P3.0—P3.7: 双功能口（内置了上拉电阻） 它具有特定的第二功能。
  
• 在不利用它的第二功能时它就是平常的通用准双向I/O口。
  

---

• 读端口和读引脚
  
  
  
  • 读端口：就是读Pn端口寄存器；
    
  • 读引脚：就是读该引脚在Pn端口寄存器中的对应位，通过引用Pn端口寄存器的值，或者引用Pn端口寄存器中的对应位，就可以实现读端口或者读引脚。
    
  
  

2 认识按键

• 轻触开关是一种电子开关，利用时,轻轻按开关按钮就可使开关接通，当松开手时,开关断开。
  
  
  
  

3 按键分类

• 键盘输入检测的基本方法：
  
  
  
  • 轮询法。
    
  
  

1. 独立按键

• 每一个按键对应每一个引脚，相当于一个按键控制一个引脚
  
  
  
  

2. 矩阵按键

• 矩阵按键能控制的东西比较多，利用的引脚也比较多，如果每一个按键控制一个引脚，那么需要16个引脚，若利用矩阵式键盘，则仅需1个引脚组即可，但程序计划相对复杂一些。
  
  
  
  
• 矩阵式键盘的识别方法
  

1. 逐列扫描法

• 判断键盘是否按键按下，方法是向全部列线上输入低电平，再读入全部行信号，如果16个按键中恣意一个按键被按下，则读入的行电平则不全为高；反之如无按键按下，则读入的行电平全为高。若S10被按下，则S10按键所在的行线2与列线1导通，则行线的电平被拉低，读入的行信号为低电平，则表示按键已经被按下（现还无法判断是S9、S10、S11、S12被按下）。
  
• 逐列扫描判断具体的按键，方法是向列线上逐列送低电平，现送到列线0，列线1、2、3为高电平，读入的行电平的状态就显示了位于列线0的S1、S5、S9、S13四个按键的按键的状态。若键入的行值为全高，则表示无按键按下；在送到列线1，列线0、2、3为高电平，读入的行电平状态则显示S2、S6、S10、S14四个按键的按键的状态，依次类推，直到全部扫描完毕。
  

2. 行列反转法

• 基本原则：通过给行列端口输出两次相反的值，再分别读入的行值和列值进行 求和 或按位 或 运算，得到每个键的扫描码。
  
  
  
  • 向全部的列线上输入低电平，列线输入2次相反的值。
    
  • 读入行信号，如果16个按键中恣意一个按键被按下，读入的行信号则不全为高，反之，则行信号则全为高，记录现在的值。
    
  • 向全部的列线上出高电平，行线输入低电平（行列反转），读入全部的列信号，记录现在的值。
    
  • 将行和列的值合并成扫描码。通过查找扫描码表的方法得出 “哪个按键被按下”。
    
  
  
• 具体实现过程：
  
  
  
  • 起首，给P1口输入0xf0，即：11110000，若S10按键被按下，则读入的P1的值为：11010000，在给P1赋相反的值0x0f，即：11110000，此时读入的P1口的值为：00001011，再次把读入的P1的值进行相加或按位 “或” 操作，得到：11011011，即0xdb，这个值是按键S1的扫描码，以此类推，得到别的15个按键的扫描码。
    
    
    
    
  
  

3 按键抖动

• 按键中有一个金属弹片，当按下按键时会挤压金属弹片来导通电流，而松手时金属弹片会弹归去，在其闭合、断开瞬间均有抖动过程，抖动时间一样寻常在5—10ms。
  
• 按下和松手都会让金属弹片有抖动，这个抖动的电流是不稳固的，会影响程序对按键的判断。
  

• 解决方法
  
  
  • 硬件处理方法：利用另一种没用抖动或者抖动频率小的硬件。
    
  • 软件处理方法：利用程序来超过这个抖动，也就是用一个延迟函数来将这个按下的抖动时间消除（消抖）。
    
  
  

4 按键原理图

• 判断按键按下的实现方法
  
  
  
  

• 先判断键是否按下，若按下了延时10 ms，跳过按下抖动期。
  
• 再判断按键是否按下，若是说明按键真的按下了，否则说明是干扰信号，如果键真的按下了，则等候键开释，如果键开释了，延时10 ms，
  
• 再判断键是否开释，若开释了，说明按键真的开释了，否则说明是干扰信号，如果按键真的开释了，说明一次完整的按键过程完成了。
  

3、项目实现

1 1个按键控制1个LED灯亮灭

• 实行要求
  
  
  
  • 按下K2 则LED1亮，再次按下LED1灭，如此循环。
    
  
  
• 实行分析
  
  
  
  • 判断按键是否按下，按下则对LED灯的状态取反。
    
  
  
• 实行代码
  1. #include <reg52.h>
  3. // 2、定义端口：按键/LED
  4. sbit key = P3^4;
  5. sbit led = P1^0;
  7. void delay(unsigned int v);
  9. void main()
  10. {
  11.    while(1)
  12.    {
  13.            // 3、判断按键是否按下：按下key对应的电平值为0
  14.            if(key == 0)
  15.            {
  16.                    // 消抖 - 10ms
  17.                    delay(1000);
  18.                   
  19.                    // 再次判断按键是否按下
  20.                    if(key == 0)
  21.                    {
  22.                            // 按键是按下：电平值为0趋于稳定
  23.                           
  24.                            // 方法1：判断led的状态，如果是电平值为0，则设置为1，否则设置为0
  25. //                                if(led == 1){
  26. //                                        led = 0;
  27. //                                }else{
  28. //                                        led = 1;
  29. //                                }
  30.                           
  31.                            // 方法2：对LED状态值取反
  32.                            led = !led;
  33.                    }
  34.            }
  35.    }
  36. }
  38. // 延迟函数
  39. void delay(unsigned int v)
  40. {
  41.    while(v--);
  42. }

  复制代码

2 4个按键控制4个LED灯

• 实行要求
  
  
  
  • 按下第1个独立按键K2 2个赤色的led灯亮
    
  • 按下第2个独立按键K3 2个绿色的led灯亮
    
  • 按下第3个独立按键K4 2个黄色的led灯亮
    
  • 按下第4个独立按键K5 2个蓝色的led灯亮
    
  
  
• 实行分析
  
  
  
  • 若分别独立判断K2-K5是否按下，则代码冗余，可以编写函数用于扫描哪个按键按下并返回，通过返回值判断，实现LED的亮灭控制。
    
  
  

• 实行代码
  
  1. #include <reg52.h>
  2.        
  3. #define uint unsigned int
  4.        
  5. // 定义端口：4个按键/LED
  6. sbit key2 = P3^4;
  7. sbit key3 = P3^5;
  8. sbit key4 = P3^6;
  9. sbit key5 = P3^7;
  11. sbit led1 = P1^0;
  12. sbit led2 = P1^2;
  13. sbit led3 = P1^4;
  14. sbit led4 = P1^6;
  16. // 定义按键的取值
  17. #define KEY2_PRESS 2
  18. #define KEY3_PRESS 3
  19. #define KEY4_PRESS 4
  20. #define KEY5_PRESS 5
  21. #define KEY_UNPRESS 0
  23. uint key_scan(uint mode);
  24. void delay(unsigned int v);
  26. void main()
  27. {
  28.         while(1)
  29.         {
  30.                 // 表示获取哪个按键被按下
  31.                 uint key_value = key_scan(1);   // 返回值：0 2 3 4 5
  32.                
  33.                 // 判断对应的按键来实现LED灯控制
  34.                 switch(key_value){
  35.                         case KEY2_PRESS: led1 = !led1; break;
  36.                         case KEY3_PRESS: led2 = !led2; break;
  37.                         case KEY4_PRESS: led3 = !led3; break;
  38.                         case KEY5_PRESS: led4 = !led4; break;
  39.                 }
  40.         }
  41. }
  44. /*
  45.         功能：按键扫描函数
  46.         参数：
  47.                 mode: 表示按键扫描方式
  48.                         0：单次扫描
  49.                         1：连续扫描
  50.         返回值：
  51.                 2 表示K2按下
  52.                 3 表示K3按下
  53.                 4 表示K4按下
  54.                 5 表示K5按下
  55.                 0 表示无按键按下
  56. */
  57. uint key_scan(uint mode)
  58. {
  59.         // 定义按键的初始状态值
  60.         static uint key = 1;
  61.        
  62.         // 对模式的判断
  63.         if(mode) key=1;
  64.        
  65.         // 判断4个按键中是否按下
  66.         if(key==1 && (key2 == 0 || key3 == 0 || key4 == 0 || key5 == 0))
  67.         {
  68.                 // 消抖
  69.                 delay(1000);
  70.                 key = 0;
  71.                
  72.                 // 判断具体是哪个按键按下
  73.                 if(key2 == 0) return KEY2_PRESS;  // return 2
  74.                 if(key3 == 0) return KEY3_PRESS;  // return 3
  75.                 if(key4 == 0) return KEY4_PRESS;  // return 4
  76.                 if(key5 == 0) return KEY5_PRESS;  // return 5
  77.         }else if(key2 == 1 && key3 == 1 && key4 == 1 && key5 == 1){
  78.                 key = 1;
  79.         }
  80.         return KEY_UNPRESS;
  81. }
  85. // 延迟函数
  86. void delay(unsigned int v)
  87. {
  88.         while(v--);
  89. }

  复制代码

3 按键控制数码管显示

• 实行要求
  
  
  
  • 按下按键1实现数码管+1；
    
  • 按下按键2实现数码管-1；
    
  • 按下按键3清零；
    
  
  
• 实行分析
  
  
  
  • 先利用2位数码显示00-99，判断按键是否按下，则修改记录数据变量值加1，减1或者为0的设置，同时需当数值减为0则设置为0，当加到99则设置为99。
    
  
  

• 实行代码
  

1. #include <reg52.h>
2. #include "delay.h"
4. #define uint unsigned int
6. // 定义位选与段选
7. #define pos P2
8. #define par P0
10. // 定义端口：4个按键/LED
11. sbit key2 = P3^4;
12. sbit key3 = P3^5;
13. sbit key4 = P3^6;
14. sbit key5 = P3^7;
16. // 定义按键的取值
17. #define KEY2_PRESS 2
18. #define KEY3_PRESS 3
19. #define KEY4_PRESS 4
20. #define KEY5_PRESS 5
21. #define KEY_UNPRESS 0
23. // 分别对应：0/1/2/3/4/5/6/7/8/9
24. uint par_value[] = {0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f};
27. // 记录数码管显示值
28. uint number = 3;
29. uint ge, shi;
31. uint keyScan(uint mode);
32. void delay(uint v);
34. void main()
35. {
36.         while(1)
37.         {       
38.                 uint key_value = keyScan(0);
39.                
40.                 // 判断对应的按键来控制数值是否越界控制
41.                 if(key_value == KEY2_PRESS)
42.                 {
43.                         if(number == 99)
44.                         {
45.                                 number = 99;
46.                         }else{
47.                                 number++;
48.                         }
49.                 }
50.                 else if(key_value == KEY3_PRESS)
51.                 {
52.                         if(number == 0)
53.                         {
54.                                 number = 0;
55.                         }else{
56.                                 number--;
57.                         }
58.                 }
59.                 else if(key_value == KEY4_PRESS)
60.                 {
61.                         number = 0;
62.                 }
63.                
64.                 shi = number / 10;
65.                 ge = number % 10;
66.                        
67.                 // 显示十位
68.                 pos = 0x18;
69.                 par = par_value[shi];
70.                 delay(100);
71.                
72.                 // 显示个位
73.                 pos = 0x28;
74.                 par = par_value[ge];
75.                 delay(100);
76.         }
77. }
80. uint keyScan(uint mode)
81. {
82.         // 定义按键的初始状态值
83.         static uint key = 1;
84.        
85.         // 对模式的判断
86.         if(mode) key=1;
87.        
88.         // 判断4个按键中是否按下
89.         if(key==1 && (key2 == 0 || key3 == 0 || key4 == 0 || key5 == 0))
90.         {
91.                 // 消抖
92.                 delay(5000);
93.                 key = 0;
94.                
95.                 // 判断具体是哪个按键按下
96.                 if(key2 == 0) return KEY2_PRESS;  // return 2
97.                 if(key3 == 0) return KEY3_PRESS;  // return 3
98.                 if(key4 == 0) return KEY4_PRESS;  // return 4
99.                 if(key5 == 0) return KEY5_PRESS;  // return 5
100.         }else if(key2 == 1 && key3 == 1 && key4 == 1 && key5 == 1){
101.                 key = 1;
102.         }
103.         return KEY_UNPRESS;
104. }
107. // 延迟函数
108. void delay(unsigned int v)
109. {
110.         while(v--);
111. }

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