曹旻罡

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 北京 102442）

淺析51單片機(jī)控制系統(tǒng)的按鍵設(shè)計(jì)

曹旻罡

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 北京 102442）

本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)51單片機(jī)控制系統(tǒng)的按鍵子系統(tǒng)，以4×4矩陣鍵盤電路為例，以矩陣鍵盤電路基本原理為核心設(shè)計(jì)0～F的16進(jìn)制按鍵的ASCII碼值輸出的設(shè)計(jì)流程，從而為按鍵與PC機(jī)連接奠定基礎(chǔ)。

51單片機(jī)；矩陣鍵盤；P1端口

1 概述

以單片機(jī)為核心的嵌入式控制系統(tǒng)使得人們生產(chǎn)生活自動(dòng)化成為可能，通過單片機(jī)的程序化控制流程、智能化識別和人性化的人機(jī)交互，從而按照人們的意愿來實(shí)現(xiàn)地對生活、生產(chǎn)中的各個(gè)方面的自動(dòng)化控制。其中，51的單片機(jī)作為最簡單的控制系統(tǒng)核心，在自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方面起到非常重要的作用，其按鍵子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的人機(jī)交互功能在各個(gè)控制系統(tǒng)中起到非常重要的作用。

2 矩陣鍵盤電路的基本原理

在51單片機(jī)的控制系統(tǒng)中，其中矩陣鍵盤電路是常見的人機(jī)交互的輸入設(shè)備，如圖1所示，為常見的4×4矩陣鍵盤的硬件電路示意圖。

圖1 4×4矩陣鍵盤硬件電路示意圖

4×4矩陣鍵盤在默認(rèn)情況下，都是未被按下的狀態(tài)，即按照上述電路中所示，P10～P13與P14～P17之間都是呈短路狀態(tài)，如果有按鍵按下，連接該案件的兩條線路就會(huì)聯(lián)通，對應(yīng)的兩個(gè)端口則會(huì)呈現(xiàn)出相同的電壓值，對于單片機(jī)而言，為0或者1的數(shù)據(jù)值。由于4×4矩陣鍵盤電路沒有外部電源提供電源控制，所以，在實(shí)現(xiàn)連接4×4矩陣鍵盤接口數(shù)據(jù)識別時(shí)，可以通過單片機(jī)的P10～P13某個(gè)端口作為輸出狀態(tài)，同時(shí)將其置于高電壓或低電壓的值，而后檢測P14～P17四個(gè)端口，如果相應(yīng)某個(gè)端口出現(xiàn)同樣的電壓值，則說明有對應(yīng)的鍵按下，依次類推即可實(shí)現(xiàn)四個(gè)端口的16個(gè)按鍵的檢測，從而在51單片機(jī)內(nèi)通過程序控制來識別相應(yīng)按鍵在當(dāng)前控制系統(tǒng)的實(shí)際功能，而后進(jìn)行相應(yīng)的操作。

為了適應(yīng)51單片機(jī)的自身特性，此處設(shè)計(jì)采用輸出電壓為低電壓，即0值，作為采樣判斷的指標(biāo)。在單片機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)后，調(diào)用配置信息初始化之后，即可對P10～P13某個(gè)端口輸出低電壓，假設(shè)P11為低電壓，另外三個(gè)端口為高電壓，而后檢測P1口數(shù)據(jù)，如果此時(shí)P14～P17四端口均為高電壓，則無按鍵按下，如果S7被按下，則P17呈現(xiàn)低電壓，如果此時(shí)單片機(jī)讀取P1口數(shù)據(jù)，則會(huì)得到01111101，如果S5被按下，單片機(jī)讀取P1口數(shù)據(jù)，則會(huì)得到11011101的數(shù)據(jù)，依次可推斷出其他按鍵對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)值。

3 51單片機(jī)控制系統(tǒng)的按鍵子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在實(shí)際的51單片機(jī)控制系統(tǒng)中，由于人為的鍵盤操作，如按下鍵盤按鍵或松開鍵盤按鍵，實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)兩條線路的連接，實(shí)現(xiàn)按鍵兩段的電壓值相同的聯(lián)通。但是由于人們操作會(huì)有一定的延遲或者抖動(dòng)，對于單片機(jī)來說，產(chǎn)生的一種前期波動(dòng)比較大的并非理想的矩形數(shù)據(jù)信號，所以需要相應(yīng)的算法來將其進(jìn)行處理，方便單片機(jī)對其進(jìn)行識別，這部分代碼被稱為延時(shí)防抖動(dòng)程序。同時(shí)為了滿足我們的特殊需求，在識別到按鍵后通過串口輸出對應(yīng)的ASCII碼值，所以在程序設(shè)計(jì)時(shí)，自需要在判斷到對應(yīng)按鍵按下即可調(diào)用串口，串行輸出對應(yīng)ASCII碼值即可。

在程序流程設(shè)計(jì)之前，首先設(shè)計(jì)對應(yīng)二進(jìn)制與ASCII碼值的映射表，假設(shè)4×4矩陣鍵盤為16進(jìn)制的外部輸入設(shè)備，S0～S15按鍵分別代表0～F的16進(jìn)制數(shù)值，所以在判斷對應(yīng)按鍵的二進(jìn)制數(shù)值時(shí)，可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的映射表，這這里實(shí)現(xiàn)，可以通過三個(gè)數(shù)組來實(shí)現(xiàn)。

第一個(gè)數(shù)組為二進(jìn)制數(shù)組，存儲了每個(gè)按鍵對應(yīng)的二進(jìn)制，如S0鍵對應(yīng)的二進(jìn)制值為11101110，依次可得到其他按鍵對應(yīng)二進(jìn)制值。

第二個(gè)數(shù)組為按鍵實(shí)際含義數(shù)組，存儲每個(gè)按鍵的實(shí)際含義，如S0按鍵對應(yīng)的為0鍵，依次可得到其他按鍵對應(yīng)的實(shí)際含義。

第三個(gè)數(shù)字為ASCII碼值數(shù)組，存儲0～F的實(shí)際的ASCII碼值，如0的ASCII碼16進(jìn)制值為30。

程序設(shè)計(jì)流程如下：

（1）單片機(jī)初始化。

（2）P1口初始化（設(shè)定為輸出狀態(tài)）。

（3）向P1口輸出初P10～P14口的判斷數(shù)據(jù)，順序?yàn)?1111110，11111 101，11111011，11110111，而后不斷循環(huán)循環(huán)。

（4）改變P1口配置狀態(tài)，讀取P1口數(shù)據(jù)。

（5）判斷是否P14～P17是否有低電平。

（6）如果沒有，則跳轉(zhuǎn)到步驟（3）。如果有則讀取延時(shí)防抖動(dòng)程度，并獲取相應(yīng)二進(jìn)制值。

（7）根據(jù)系統(tǒng)預(yù)定義二進(jìn)制與按鍵定義的映射表來判斷鍵盤按鍵的實(shí)際含義，查詢對應(yīng)的ASCII碼值。

（8）設(shè)定串口通訊的配置數(shù)據(jù)。

（9）將ASCII碼值放置到串口通信數(shù)據(jù)區(qū)域，進(jìn)行串口通信。

4 總結(jié)

51單片機(jī)的按鍵子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)際上是利用51的單片機(jī)自身的數(shù)據(jù)I/O端口，通過改變I/O端口的功能屬性，結(jié)合對應(yīng)硬件電路，設(shè)計(jì)相應(yīng)的流程即可實(shí)現(xiàn)對外部輸入的判斷，從而輸出對應(yīng)ASCII碼值，做出相應(yīng)的操作。

[1]羅國.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)[J].中山大學(xué)研究生學(xué)刊（自然科學(xué).醫(yī)學(xué)版），2015（04）.

[2]黃軍輝，林樹琪.基于89C52單片機(jī)的智能家居多功能飲水機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（04）.

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1004-7344（2016）29-0259-01

2016-9-28