EDA键盘扫描
1 绪论
VHDL的英文全名是Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。自IEEE公布了VHDL的标准版本，IEEE-1076（简称87版)之后，各EDA公司相继推出了自己的VHDL设计环境，或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。此后VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。现在，VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言，又得到众多EDA公司的支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。有专家认为，在新的世纪中，VHDL于Verilog语言将承担起大部分的数字系统设计任务。
VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。 VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。
FPGA(Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA的使用非常灵活，同一片FPGA通过不同的编程数据可以产生不同的电路功能。FPGA在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。随着功耗和成本的进一步降低，FPGA还将进入更多的应用领域。
本设计采用VHDL硬件语言的模块化思想，设计了PS2键盘扫描模块，七段
LED动态显示模块以及16*16点阵显示模块。
2 课程设计指标
主要内容：
在本课程设计中使用Altera公司的EP2C35系列的FPGA芯片，利用SOPC-NIOSII-EP2C35开发板PS2键盘接口等资源，实现一个键盘驱动程序。基本技能掌握：
1 掌握键盘扫描程序的设计
2 掌握键盘扫描码的显示
基本功能要求
1 利用外接键盘实现键盘按键的选择
2 利用8位动态七段码管显示实现按键扫描码的显示
扩展功能选择性要求
1 利用16*16点阵显示实现按键字符的显示
3 系统主题设计
3.1、总体设计思路
本课程设计全部采用VHDL硬件描述语言，本设计所采用的平台是基于NIOSII－EP3C40核心板为核心的Altera CycloneIII器件的一款嵌入式系统开发平台，主核芯片为Altera Cyclone III EP3C80F780C8 FPGA利用SOPC-NIOSII-EP2C35开发板PS2键盘接口等资源，实现一个键盘驱动程序。总体设计如下图：
图1 键盘驱动总体设计图
3.2、PS2键盘扫描模块设计
3.2.1 PS2时序逻辑
PS2通信协议是一种双向同步串行通迅协议。通迅的两端通过CLOCK（时钟信号端）同步，并通过DA TA（数据端口）交换数据。任何一方如果想要抑制另外一方的通迅时，只需要把CLOCK拉到低电平。
PS2标准，规范每笔数据传输包含起始位(start bit)、扫描码(scan code)、奇同位检查(odd parity)、以及终止位(stop bit)共计11位，并以双向串行数据传输的方式，达到通信的目的。且当主机端(host)或从机端(slave)并无传送或接收数据时，数据传输端口及频率均将升为高电位。图16-1所示为每一笔数据传输所包含之内容如下：
Start：起始位，总为…0?（低电平）
Data0～Data7：8位数据位（低位在前，高位在后）
Parity：奇偶校验位（为奇校验）
Stop：停止位，总为… 1?（高电平）
图2显示了PS2 串行传输的时序逻辑。
图2 PS2 串行传输标准
3.2.2 PS2接口的物理特性
PS2控制接口仅使用到两条传输端口，一为频率端口，另一则为数据端口如图3所示，且此传输埠必为三态(Tri-State)并具有双向(bidirectional)特性。PS2 传输产品上，常见为鼠标与键盘，两者的驱动原理均相同，仅扫描码(scan code)不同。
Male
(Plug)
Female
(Socket)
6-pin Mini-DIN (PS2):
1 - Data
2 - Not Implemented
3 - Ground
4 - Vcc (+5V)
5 - Clock
6 - Not Implemented 图 3 PS2 端口脚位定义
数据包的结构键盘的状态每改变一次，键盘至少会发出三个字节的数据包，在有键按下时会向主机发送该键的通码（Make Code）,当键释放时发送断码（Break Code）。例如：键“ A”
的通码为0x1C,键“A”的断码为：0xF0, 0x1C，因此当要传送键“ A”时，键盘发送的数据包的代码是：0x1C，0xF0, 0x1C。
具体通码与断码参考附录A
3.2.3 PS2键盘扫描程序设计
键盘扫描程序设计采用了自上而下的模块设计方法，考虑需要设计以下几部分模块：串转并模块，判断控制模块、分拣接收模块，判断发送模块等。这几部分的逻辑关系如图 4所示：
图4 逻辑关系图
键盘扫描程序是整个设计的核心，其设计流程图如下：
图5 键盘扫描程序流程图
具体程序设计见附件
3.3、七段LED数码管模块设计
3.3.1七段LED数码管
七段数码管是电子开发过程中常用的输出显示设备。在实验系统中使用的是两个四位一体、共阴极型七段数码管。其单个静态数码管如下图4-1所示。
图6 静态七段数码管
由于七段数码管公共端连接到GND（共阴极型），当数码管的中的那一个段被输入高电平，则相应的这一段被点亮。反之则不亮。四位一体的七段数码管在单个静态数码管的基础上加入了用于选择哪一位数码管的位选信号端口。八个数码管的a、b、c、d、e、f、g、h、dp都连在了一起，8个数码管分别由各自的位选信号来控制，被选通的数码管显示数据，其余关闭。
数码管显示模块的电路原理如图4-2所示，表4-1是其数码管的输入与FPGA的管脚连接表。
图7 数字时钟信号模块电路原理
3.3.2七段LED程序设计
七段LED数码管的显示采用动态扫描方式，如图显示，八个七段LED的位选采用3-8译码器提供位选信号，数字时钟选择1KHZ作为扫描时钟，此时，由于每个
灯闪烁的间隔时间低于人肉眼的最低分辨间隔，所以看得的八个数码管都显示着数据，程序设计流程图如下图所示：
图 8 七段数码管动态显示流程图
3.4、16*16点阵显示模块
3.4.1 16*16点阵原理
16*16点阵由此256个LED通过排列组合而形成16行*16列的一个矩阵式的LED阵列，俗称16*16点阵。单个的LED的电路如下图13-1所示：
图13-1 单个LED电路图
由上图可知，对于单个LED的电路图当Rn输入一个高电平，同时Cn输入一个低电平时，电路形成一个回路，LED发光。也就是LED点阵对应的这个点被点亮。16*16点阵也就是由16行和16列的LED组成，其中每一行的所有16个LED的Rn端并联在一起，每一列的所有16个LED的Cn端并联在一起。通过给Rn输入一个高电平，也就相当于给
这一列所有LED输入了一个高电平，这时只要某个LED的Cn端输入一个低电平时，对应的
LED就会被点亮。具体的电路如下图13-2所示：
图9 16*16点阵电路原理图
当我们选中第一列后，根据要显示汉字的第一列中所需要被点亮的点对应的Rn置为高电平，则在第一列中需要被点亮的点就会被点亮。依此类推，显示第二列、第三列……第N列中需要被点亮的点。然后根据人眼的视觉原理，将每一列显示的点的间隔时间设为一定的值，那么我们就会感觉显示一个完整的不闪烁的汉字。同时也可以按照这个原理来显示其它的汉字。下图11-4是一个汉字显示所需要的时序图：
图10 显示时序图
在上图中，在系统时钟的作用下，首先选取其中的一列，将数据输入让这列的LED 显示其数据（当为高电平时LED发光，否则不发光）。然后选取下一列来显示下一列的数据。当完成一个16*16点阵的数据输入时，即列选择计数到最后一列后，再从第一列开始输入相同的数据。这样只要第一次显示第一列的数据和第二次显示第一列的数据的时间足够短，那么人的眼睛就会看到第一列的数据总是显示的，而没有停顿现象。同样的道理其它列也是这样，直到显示下一个汉字。
在实际的运用当中，一个汉字是由多个八位的数据来构成的，那么要显示多个汉字的时候，这些数据可以根据一定的规则存放到存储器中，当要显示这个汉字的时候只要将存储器中对应的数据取出显示即可。本实验的示例程序依次显示的是“欢迎使用嵌入式SOC开发系统”。数据量不大，所以没有放入存储器中，而在程序中直接输入对应的
一个16位的数据。示例程序的字库数据的格式如下图13-5所示：
图11 字库格式
3.4.3 实验点阵原理图
在此实验中，16*16点阵由4个8*8点阵组成，考虑到LED电流功耗与FPGA电流功耗的关系，在实验的电路中加入驱动电路。具体电路如下图13-6所示。与FPGA的管脚连接如表13-1所示。
图12 16*16点阵电路图
3.4.4 16*16点阵显示程序设计
16*16点阵的程序流程图如下：
图1316*16点阵的程序流程图
4 仿真与调试分析
5 课程设计总结
回顾起此次课程设计，我仍感慨颇多。从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是甜中苦更多，但是确实学到很多很多的东西。不仅巩固了以前所学过的知识，为接下来的数电考试作准备，而且拓展了知识面，也算大开眼界了。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是最重要的，只有理论知识是远
远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。设计过程中说不遇到困难那是吹牛皮，这毕竟第一次做的，就算不是第一次，我想也还是会有不小麻烦，在电子的世界中怎么学都不为过。同时在设计过程中也发现了自己很多不足之处，比如对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这些都值得我们去思考。
此次电子课程设计，我为此投入了最大的热情和精力，从到处找资料，求助学长到自己设计电路图，选择元器件，使用EWB仿真电路，每一个过程都经过我们的共同探讨，其过程中出现了不少矛盾，但在学问面前一切都显得不重要。当然也少不了和其他同学探讨，一遍又一遍的重复实践，直到获得我们期望的结果。通过这次电子技术课程设计，我们掌握了设计一个数字电路的基本方法和基本步骤，知道了如何解决设计中出现的各种问题。
认认真真，一丝不苟的去做一件事终会给你带来成功的喜悦！此次电子设计的成功不仅帮助我们更好地掌握书本知识，权衡了事物的轻重，最重要的是增强了自信心，对自己的信心，对专业的信心，以及对电子行业的信心。我相信只要我们一直坚持下去，终会有大作为。
参考文献
[1] 谭会生，张昌凡.EDA技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001
[2] 蒋璇，臧春华.数字系统设计与PLD应用技术[M].北京：电子工业出版
社，2001
[3] 陈赜，朱如琪.在系统可编程技术实践教程[M].北京：科学出版社，2001
[4] 黄正槿，徐坚等.CPLD系统设计技术入门与应用[M].北京：电子工业出
版社，2002
[5] 赵曙光，郭万有等.可编程逻辑器件原理、开发与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999
附录
附录 A 通码与断码表
附录B 键盘驱动电路图
附录C 程序清单
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_arith.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity maxdisp is
port(clk:in std_logic; --时钟信号
disp_data:in std_logic_vector(7 downto 0); --显示字符输入ledc:out std_logic_vector(3 downto 0); --点阵列控制
ledr:out std_logic_vector(15 downto 0)); --点阵行显示end maxdisp;
architecture rtl of maxdisp is
signal cdount : std_logic_vector(3 downto 0); --点阵列选
signal delay:std_logic_vector(1 downto 0);
signal dount : std_logic_vector(20 downto 0);
signal cho:std_logic_vector(2 downto 0); -- 动态显示字符
begin
process(clk) --显示时序控制begin
if (clk'event and clk='1') then
dount<=dount+1; ---动态显示字符选择
if dount=250000 then
if cho="111" then
cho<="000";
else
cho<=cho+1;
end if;
--cho<=cho+1;
else
cho<=cho;
end if;
if cdount="1111" then
cdount<="0000";
else cdount<=cdount+1;
end if;
end if;
end process;
process(clk,cdount,disp_data)
begin
ledc<=cdount; --列扫描
if (clk'event and clk='1') then
if(disp_data="01000101" OR disp_data=X"70") then --0
case cdount is
when "0000"=>ledr<=X"FFFF";
when "0001"=>ledr<=X"F80F";
when "0010"=>ledr<=X"F007";
when "0011"=>ledr<=X"E7F3";
when "0100"=>ledr<=X"EFFB";
when "0101"=>ledr<=X"E7F3";
when "0110"=>ledr<=X"F007";
when "0111"=>ledr<=X"F80F";
when "1000"=>ledr<=X"FFFF";
when "1001"=>ledr<=X"FFFF";
when "1010"=>ledr<=X"FFFF";
when "1011"=>ledr<=X"FFFF";
when "1100"=>ledr<=X"FFFF";
when "1101"=>ledr<=X"FFFF";
when "1110"=>ledr<=X"FFFF";
when "1111"=>ledr<=X"FFFF";
when others=>ledr<=X"FFFF";
end case;
elsif(disp_data="00010110" OR disp_data=X"69") then --1 case cdount is
when "0000"=>ledr<=X"FFFF";
when "0001"=>ledr<=X"F7FB";
when "0010"=>ledr<=X"F7FB";
when "0011"=>ledr<=X"E003";
when "0100"=>ledr<=X"E003";
when "0101"=>ledr<=X"FFFB";
when "0110"=>ledr<=X"FFFB";
when "0111"=>ledr<=X"FFFF";
when "1000"=>ledr<=X"FFFF";
when "1001"=>ledr<=X"FFFF";
when "1010"=>ledr<=X"FFFF";
when "1011"=>ledr<=X"FFFF";
when "1100"=>ledr<=X"FFFF";
when "1101"=>ledr<=X"FFFF";
when "1110"=>ledr<=X"FFFF";
when "1111"=>ledr<=X"FFFF";
when others=>ledr<=X"FFFF";
end case;
elsif(disp_data="00011110" OR disp_data=X"72") then --2 case cdount is
when "0000"=>ledr<=X"FFFF";
when "0001"=>ledr<=X"F1F3";
when "0010"=>ledr<=X"E1E3";
when "0011"=>ledr<=X"EFCB";
when "0100"=>ledr<=X"EF9B";
when "0101"=>ledr<=X"EE3B";
when "0110"=>ledr<=X"E073";
when "0111"=>ledr<=X"F1F3";
when "1000"=>ledr<=X"FFFF";
when "1001"=>ledr<=X"FFFF";
when "1010"=>ledr<=X"FFFF";
when "1011"=>ledr<=X"FFFF";
when "1100"=>ledr<=X"FFFF";
when "1101"=>ledr<=X"FFFF";
when "1110"=>ledr<=X"FFFF";
when "1111"=>ledr<=X"FFFF";
when others=>ledr<=X"FFFF";
end case;
elsif(disp_data="00100110" OR disp_data=X"7A") then --3 case cdount is
when "0000"=>ledr<=X"FFFF";
when "0001"=>ledr<=X"F3E7";
when "0010"=>ledr<=X"E3E3";
when "0011"=>ledr<=X"EEFB";
when "0100"=>ledr<=X"EEFB";
when "0101"=>ledr<=X"EC73";
when "0110"=>ledr<=X"E107";
when "0111"=>ledr<=X"F38F";
when "1000"=>ledr<=X"FFFF";
when "1001"=>ledr<=X"FFFF";
when "1010"=>ledr<=X"FFFF";
when "1011"=>ledr<=X"FFFF";
when "1100"=>ledr<=X"FFFF";
when "1101"=>ledr<=X"FFFF";
when "1110"=>ledr<=X"FFFF";
when "1111"=>ledr<=X"FFFF";
when others=>ledr<=X"FFFF";
end case;
elsif(disp_data="00100101" OR disp_data=X"6B") then --4 case cdount is
when "0000"=>ledr<=X"FFFF";
when "0001"=>ledr<=X"FF1F";
when "0010"=>ledr<=X"FC1F";
when "0011"=>ledr<=X"F8DB";
when "0100"=>ledr<=X"F3DB";
when "0101"=>ledr<=X"E003";
when "0110"=>ledr<=X"E003";
when "0111"=>ledr<=X"FFDB";
when "1000"=>ledr<=X"FFFF";
when "1001"=>ledr<=X"FFFF";
when "1010"=>ledr<=X"FFFF";
when "1011"=>ledr<=X"FFFF";
when "1100"=>ledr<=X"FFFF";
when "1101"=>ledr<=X"FFFF";
when "1110"=>ledr<=X"FFFF";
when "1111"=>ledr<=X"FFFF";
when others=>ledr<=X"FFFF";
end case;
elsif(disp_data="00101110" OR disp_data=X"73") then --5 case cdount is
when "0000"=>ledr<=X"FFFF";
when "0001"=>ledr<=X"E067";
when "0010"=>ledr<=X"E063";
when "0011"=>ledr<=X"EE7B";
when "0100"=>ledr<=X"EEFB";
when "0101"=>ledr<=X"EE73";
when "0110"=>ledr<=X"EF07";
when "0111"=>ledr<=X"EF8F";
when "1000"=>ledr<=X"FFFF";
when "1001"=>ledr<=X"FFFF";
when "1010"=>ledr<=X"FFFF";
when "1011"=>ledr<=X"FFFF";
when "1100"=>ledr<=X"FFFF";
when "1101"=>ledr<=X"FFFF";
when "1110"=>ledr<=X"FFFF";
when "1111"=>ledr<=X"FFFF";
when others=>ledr<=X"FFFF";
end case;
elsif(disp_data="00110110" OR disp_data=X"74")then --6 case cdount is
when "0000"=>ledr<=X"FFFF";
when "0001"=>ledr<=X"F80F";
when "0010"=>ledr<=X"F007";
when "0011"=>ledr<=X"E673";
when "0100"=>ledr<=X"EEFB";
when "0101"=>ledr<=X"E673";
when "0110"=>ledr<=X"E707";
when "0111"=>ledr<=X"FF8F";
when "1000"=>ledr<=X"FFFF";
when "1001"=>ledr<=X"FFFF";
when "1010"=>ledr<=X"FFFF";
when "1011"=>ledr<=X"FFFF";
when "1100"=>ledr<=X"FFFF";
when "1101"=>ledr<=X"FFFF";
when "1110"=>ledr<=X"FFFF";
when "1111"=>ledr<=X"FFFF";
when others=>ledr<=X"FFFF";
end case;
elsif(disp_data="00111101" OR disp_data=X"6c") then --7 case cdount is
when "0000"=>ledr<=X"FFFF";
when "0001"=>ledr<=X"E3FF";
when "0010"=>ledr<=X"E3FF";
when "0011"=>ledr<=X"EF03";
when "0100"=>ledr<=X"EC03";
when "0101"=>ledr<=X"E0FF";
when "0110"=>ledr<=X"E3FF";
when "0111"=>ledr<=X"EFFF";
when "1000"=>ledr<=X"FFFF";
when "1001"=>ledr<=X"FFFF";
when "1010"=>ledr<=X"FFFF";
when "1011"=>ledr<=X"FFFF";
when "1100"=>ledr<=X"FFFF";
when "1101"=>ledr<=X"FFFF";
when "1110"=>ledr<=X"FFFF";
when "1111"=>ledr<=X"FFFF";
when others=>ledr<=X"FFFF";
end case;
elsif(disp_data="00111110" OR disp_data=X"75") then --8 case cdount is
when "0000"=>ledr<=X"FFFF";
when "0001"=>ledr<=X"F1C7";
when "0010"=>ledr<=X"E083";
when "0011"=>ledr<=X"EE3B";
when "0100"=>ledr<=X"EF7B";
when "0101"=>ledr<=X"EE3B";
when "0110"=>ledr<=X"E083";
when "0111"=>ledr<=X"F1C7";
when "1000"=>ledr<=X"FFFF";
when "1001"=>ledr<=X"FFFF";
when "1010"=>ledr<=X"FFFF";
when "1011"=>ledr<=X"FFFF";
when "1100"=>ledr<=X"FFFF";
when "1101"=>ledr<=X"FFFF";
when "1110"=>ledr<=X"FFFF";
when "1111"=>ledr<=X"FFFF";
when others=>ledr<=X"FFFF";
end case;
elsif(disp_data="01000110" OR disp_data=X"7D") then --9 case cdount is
when "0000"=>ledr<=X"FFFF";
when "0001"=>ledr<=X"F8FF";
when "0010"=>ledr<=X"F073";
when "0011"=>ledr<=X"E733";
键盘与LED显示实验
实验三键盘及LED显示实验 一、实验内容 利用8255可编程并行接口控制键盘及显示器，当有按键按下时向单片机发送外部中断请求（INT0，INT1），单片机扫描键盘，并把按键输入的键码一位LED显示器显示出来。 二、实验目的及要求 （一）实验目的 通过该综合性实验，使学生掌握8255扩展键盘和显示器的接口方法及C51语言的编程方法，进一步掌握键盘扫描和LED显示器的工作原理；培养学生一定的动手能力。 （二）实验要求 1．学生在实验课前必须认真预习教科书与指导书中的相关内容，绘制流程图，编写C51语言源程序，为实验做好充分准备。 2．该实验要求学生综合利用前期课程及本门课程中所学的相关知识点，充分发挥自己的个性及创造力，独立操作完成实验内容，并写出实验报告。 三、实验条件及要求 计算机，C51语言编辑、调试仿真软件及实验箱50台套。 四、实验相关知识点 1．C51编程、调试。 2．扩展8255芯片的原理及应用。 3．键盘扫描原理及应用。 4．LED显示器原理及应用。
5．外部中断的应用。 五、实验说明 本实验仪提供了8位8段LED 显示器，学生可选用任一位LED 显示器，只要按地址输出相应的数据，就可以显示所需数码。 显示字形 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F 段 码 0xfc 0x60 0xda 0xf2 0x66 0xb6 0xbe 0xe0 0xfe 0xf6 0xee 0x3e 0x9c 0x7a 0x9e 0x8e 六、实验原理图 01e 1d 2dp 3 c 4g 56 b 78 9 a b c g d dp f 10a b f c g d e dp a 11GND3a b f c g d e dp 12 GND4 a b f c g d e dp GND1GND2DS29 LG4041AH 234 567 89A B C D E F e 1d 2dp 3 c 4g 56 b 78 9 a b c g d dp f 10a b f c g d e dp a 11GND3a b f c g d e dp 12 GND4 a b f c g d e dp GND1 GND2DS30 LG4041AH 1 2 3 4 5 6 7 8 JP4112345678 JP4712345678JP42 SEGA SEGB SEGC SEGD SEGE SEGG SEGF SEGH SEGA SEGB SEGC SEGD SEGE SEGG SEGF SEGH A C B 12345678 JP92D 5.1K R162 5.1K R163VCC VCC D034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC7 10 RD 5WR 36A09A18RESET 35CS 6 U36 8255 D0D1D2D3D4D5D6D7WR RD RST A0A1PC5PC6PC7 PC2PC3PC4PC0PC1CS 12345678JP56 12345678JP53 12345678 JP52 PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7 (8255 PB7)(8255 PB6)(8255 PB5)(8255 PB4)(8255 PB3)(8255 PB2)(8255 PB1)(8255 PB0) (8255 PC7)(8255 PC6)(8255 PC5)(8255 PC4)(8255 PC3)(8255 PC2)(8255 PC1)(8255 PC0) (8255 PA0) (8255 PA1) (8255 PA2) (8255 PA3) (8255 PA4) (8255 PA5) (8255 PA6) (PA7) I N T 0(P 3.2) I N T 0(P 3.3) 七、连线说明
矩阵键盘电路设计
课程设计 题目矩阵键盘电路设计教学院计算机学院 专业计算机应用技术班级 姓名 指导教师 2010 年01 月12 日
前言.................................................................... 第一章需求分析......................................................... 功能描述......................................................... 功能分析......................................................... 第二章系统的原理及分析................................................. 用到的知识点的介绍，知识点使用的总体思路 第三章详细设计......................................................... 硬件设计 系统结构图，元器件的选择等 软件设计 所设计的软件关键模块的程序流程 第四章测试............................................................ 运行结果分析等 第五章总结............................................................. 参考文献................................................................ 附录 关键程序代码........................................................
CPU控制的键盘扫描实验
CPU键盘扫描实验 电路图如下： 要求按下s1键时，p3口的8位LED正向流水点亮；按下s2键时，p3口的8位LED反向流水点亮；按下s3键时，p3口的8位LED 熄灭；按下s4键时，p3口的8位LED闪烁。 程序代码： #include
} /*软件消抖延时*/ void delay1() { unsigned char i,j; for(i=0;i<100;i++) for(j=0;j<100;j++) ; } /*正转*/ void zheng() { int i; for(i=0;i<8;i++) {P3=tab[i]; delay0();} } /*反转*/ void fan() { int i; for(i=7;i>=0;i--) {P3=tab[i]; delay0();} } /*关闭*/ void close() { P3=0xff; } /*闪烁*/ void shan() { P3=0xff; delay0(); P3=0x00; delay0();
4X4扫描式矩阵键盘课程设计
4X4扫描式矩阵键盘课程设计 课程设计名称: 4_4扫描式矩阵键盘设计 姓名：DUKE 班级：电子1008班 学号：10086 成绩： 日期：2014年1月6日
摘要 随着21世纪的到来，电子信息行业将是人类社会的高科技行业之一，式设施现代化的基础，也是人类通往科技巅峰的直通路。电子行业的发展从长远来看很重要，但最主要的还是科技问题。 矩阵式键盘提高效率进行按键操作管理有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身素质的要求。是它能准时、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源利用率。 矩阵式键盘乃是当今使用最为广泛的键盘模式，该系统以N个端口连接控制N*N个按键，显示在LED数码管上。单片机控制依据这是键盘显示系统，该系统可以对不同的按键进行实时显示，其核心是单片机和键盘矩阵电路部分，主要对按键与显示电路的关系、矩阵式技术及设备系统的硬件、软件等各个部分进行实现。 4*4矩阵式键盘采用AT89C51单片机为核心，主要由矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成，软件选用C语言编程。单片机将检测到的按键信号转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。
目录 第一章：系统功能要求-------------------------------------------------------- 1.1 4*4 矩阵式键盘系统概述------------------------------------------------ 1.2 本设计任务和主要内容--------------------------------------------------- 第二章：方案论证--------------------------------------------------------------- 第三章：系统硬件电路的设计------------------------------------------------ 3.1 单片机控制系统原理----------------------------------------------------- 3.2 原理图绘制说明---------------------------------------------------------- 3.3 画出流程图---------------------------------------------------------------- 3.4 原理图绘制--------------------------------------------------------------- 第四章：系统程序的设计------------------------------------------------------ 4.1 程序的编写步骤----------------------------------------------------------- 4.2 编写的源程序-------------------------------------------------------------- 第五章：调试及性能分析------------------------------------------------------ 第六章：心得体会--------------------------------------------------------------- 参考文献----------------------------------------------------------------------------
键盘扫描电路
键盘扫描电路 设计：2014-4-1 1.电路名称：键盘扫描电路 2.电路概述：（包括遵循的依据或标准，实现的功能） 利用矩阵键盘方式，实现12位按键输入，供用户对电能表进行充值等操作，广泛应用于一体式预付费键盘表及分体式CIU等产品中。 3.工作参数及指标 参比温度23℃±2℃ 4.电路图 5.电路图的工作原理描述： 在上电模式下，程序SW1-SW4一直输出低电平，SW5-SW7检测高低电平，在没有按键被按下的情况下SW5-SW7都被上拉到高电平，当十二位按键中任意一位被按下时，SW1-SW4的低电平通过分压电阻使的SW5-SW7中某位由
高电平变为低电平，程序开始进入按键扫描，逐一使SW1-SW4输出低电平并结合SW-SW7的状态确认哪个按键被按下，程序扫描两次以防止误判。 在掉电模式下（适用于TDK654X系列芯片），由于TDK654X系列芯片进入低功耗后管脚无法控制，因此电路增加D1、D2两个双二级管，用于按键唤醒单片机，当低功耗模式下SW1-SW4无法输出低电平，此时键盘被按下时先通过D1、D2使PB脚电平由低到高变化唤醒单片机，单片机被唤醒后通过上电模式一样的程序扫描方式以确认具体是哪个按键被按下。 图一 图一中坐标1是PB口线的波形，坐标2是SW5口线的波形，在掉电情况下，当按一下S1按键，PB口产生一个3V的高电平脉冲（TDK芯片高电平为2V 以上），唤醒芯片程序初始化SW1-SW4，此时按键被按着因此SW5会有一个低电平脉冲，程序进入扫描后PB由于SW1-SW4轮流输出高的原因使PB持续高电平25ms左右，扫描完一轮后程序进入按键释放期150ms，SW1-SW4全部输出低，因此PB持续150ms低电平，然后程序进入第二轮扫描，由于SW1-SW4轮流输出高电平的原因，PB又会产生一个高电平，且高电平宽度宽度是SW5的4倍，扫描完两轮后又进入按键释放期，此时S1键被释放，程序按键处理完成进入低功耗模式，PB与SW5口线恢复到默认状态。
实验报告七-键盘扫描及显示实验
信息工程学院实验报告 课程名称：微机原理与接口技术 实验项目名称：键盘扫描及显示实验 实验时间： 班级： 姓名： 学号： 一、实 验 目 的 1. 掌握 8254 的工作方式及应用编程。 2. 掌握 8254 典型应用电路的接法。 二、实 验 设 备 了解键盘扫描及数码显示的基本原理，熟悉 8255 的编程。 三、实 验 原 理 将 8255 单元与键盘及数码管显示单元连接，编写实验程序，扫描键盘输入，并将扫描结果送数码管显示。键盘采用 4×4 键盘，每个数码管显示值可为 0～F 共 16 个数。实验具体内容如下：将键盘进行编号，记作 0～F ，当按下其中一个按键时，将该按键对应的编号在一个数码管上显示出来，当再按下一个按键时，便将这个按键的编号在下一个数码管上显示出来，数码管上可以显示最近 6 次按下的按键编号。 键盘及数码管显示单元电路图如图 7-1 和 7-2 所示。8255 键盘及显示实验参考接线图如图 7-3 所示。 图 7-1 键盘及数码管显示单元 4×4 键盘矩阵电路图 成 绩： 指导老师(签名)：
图 7-2 键盘及数码管显示单元 6 组数码管电路图 图 7-3 8255 键盘扫描及数码管显示实验线路图 四、实验内容与步骤 1. 实验接线图如图 7-3 所示，按图连接实验线路图。
图 7-4 8255 键盘扫描及数码管显示实验实物连接图 2.运行 Tdpit 集成操作软件，根据实验内容，编写实验程序，编译、链接。 图 7-5 8255 键盘扫描及数码管显示实验程序编辑界面 3. 运行程序，按下按键，观察数码管的显示，验证程序功能。 五、实验结果及分析： 1. 运行程序，按下按键，观察数码管的显示。
第13讲51单片机按键电路
标题:键盘接口电路 教学目标与要求： 1.键盘去抖动和连接、控制方式 2.独立式按键及其接口电路 3.矩阵式键盘及其接口电路 授课时数：2 教学重点：.矩阵式键盘及其接口电路 教学内容及过程: 一、键盘接口概述 1、按键开关去抖动问题 机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图9-11所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5 10 ms 在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，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，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路。图9-12是一种由R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器一旦翻转，触点抖动不会对其产生任何影响。 软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10 ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步 骤进行确认，从而可消除抖动的影响。
2.编制键盘程序 一个完善的键盘控制程序应具备以下功能： (1) 检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。 (2) 有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。 (3) 准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。 二、独立式按键 单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。 1. 独立式按键结构 独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是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它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图7.4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根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。 2.矩阵式键盘 I/O端线分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，按键按下时，行线与列线发生短路。特点： ①占用I/O端线较少； ②软件结构教复杂。 适用于按键较多的场合。 3.键盘扫描控制方式 ⑴程序控制扫描方式 键处理程序固定在主程序的某个程序段。 特点：对CPU工作影响小，但应考虑键盘处理程序的运行间隔周期不能太长，否则会影响对键输入响应的及时性。 ⑵定时控制扫描方式 利用定时/计数器每隔一段时间产生定时中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描。 特点：与程序控制扫描方式的区别是，在扫描间隔时间内，前者用CPU工作程序填充，后者用定时/计数器定时控制。定时控制扫描方式也应考虑定时时间不能太长，否则会影响对键输入响应的及时性。 ⑶中断控制方式 中断控制方式是利用外部中断源，响应键输入信号。 特点：克服了前两种控制方式可能产生的空扫描和不能及时响应键输入的缺点，既能及时处理键输入，又能提高CPU运行效率，但要占用一个宝贵的中断资源。 三、独立式按键及其接口电路 1、按键直接与I/O口连接
矩阵键盘的工作原理和扫描确认方式
9.3.1 矩阵键盘的工作原理和扫描确认方式 来源：《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》M16华东师范大学电子系马潮 当键盘中按键数量较多时，为了减少对I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，也称为行列键盘，这是一种常见的连接方式。矩阵式键盘接口见图9-7 所示，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。当键被按下时，其交点的行线和列线接通，相应的行线或列线上的电平发生变化，MCU 通过检测行或列线上的电平变化可以确定哪个按键被按下。 图9-7 为一个 4 x 3 的行列结构，可以构成12 个键的键盘。如果使用 4 x 4 的行列结构，就能组成一个16 键的键盘。很明显，在按键数量多的场合，矩阵键盘与独立式按键键盘相比可以节省很多的I/O 口线。 矩阵键盘不仅在连接上比单独式按键复杂，它的按键识别方法也比单独式按键复杂。在矩阵键盘的软件接口程序中，常使用的按键识别方法有行扫描法和线反转法。这两种方法的基本思路是采用循环查循的方法，反复查询按键的状态，因此会大量占用MCU 的时间，所以较好的方式也是采用状态机的方法来设计，尽量减少键盘查询过程对MCU 的占用时间。 下面以图9-7 为例，介绍采用行扫描法对矩阵键盘进行判别的思路。图9-7 中，PD0、PD1、PD2 为3 根列线，作为键盘的输入口（工作于输入方式）。PD3、PD4、PD5、PD6 为4根行线，工作于输出方式，由MCU（扫描）控制其输出的电平值。行扫描法也称为逐行扫描查询法，其按键识别的过程如下。 √将全部行线PD3－PD6 置低电平输出，然后读PD0－PD2 三根输入列线中有无低电平出现。只要有低电平出现，则说明有键按下（实际编程时，还要考虑按键的消抖）。如读到的都是高电平，则表示无键按下。 √在确认有键按下后，需要进入确定具体哪一个键闭合的过程。其思路是：依
键盘扫描显示实验原理及分析报告
键盘扫描显示实验原理及分析报告 一、实验目的-------------------------------------------------------------1 二、实验要求-------------------------------------------------------------1 三、实验器材-------------------------------------------------------------1 四、实验电路-------------------------------------------------------------2 五、实验说明-------------------------------------------------------------2 六、实验框图-------------------------------------------------------------2 七、实验程序-------------------------------------------------------------3 八、键盘及LED显示电路---------------------------------------------14 九、心得体会------------------------------------------------------------- 15 十、参考文献--------------------------------------------------------------15
实验三 键盘扫描控制
实验三4*4键盘扫描显示控制 一、实验目的 实现一4×4键盘的接口，并在两个数码管上显示键盘所在的行与列。即将8255单元与键盘及数码管显示单元连接，编写实验程序扫描键盘输入，并将扫描结果送数码显示，键盘采用4×4键盘，每个数码管值可以为0到F，16个数。将键盘进行编号记作0—F当按下其中一个按键时将该按键对应的编号在一个数码管上显示出来，当按下下一个按键时便将这个按键的编号在下一个数码管上显示出来，且数码管上可以显示最近6次按下按键的编号。 二、实验要求 1、接口电路设计：根据所选题目和所用的接口电路芯片设计出完整的接口电路,并进行电路连接和调试。 2、程序设计：要求画出程序框图，设计出全部程序并给出程序设计说明。 三、实验电路
四、实验原理说明 图2 数码管引脚图 图1为AT89C51引脚图，说明如下： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址
4X4矩阵式键盘输入程序
4*4键盘程序readkeyboard: begin: acall key_on jnz delay ajmp readkeyboard delay:acall delay10ms acall key_on jnz key_num ajmp begin key_num:acall key_p anl a,#0FFh jz begin acall key_ccode push a key_off:acall key_on jnz key_off pop a ret key_on: mov a,#00h orl a,#0fh mov p1,a mov a,p1 orl a,#0f0h cpl a ret key_p: mov r7,#0efh l_loop:mov a,r7 mov p1,a mov a,p1 orl a,#0f0h mov r6,a cpl a jz next ajmp key_c next: mov a,r7 jnb acc.7,error rl a mov r7,a ajmp l_loop error:mov a,#00h ret key_c:mov r2,#00h mov r3,#00h mov a,r6
mov r5,#04h again1:jnb acc.0,out1 rr a inc r2 djnz r5, again1 out1: inc r2 mov a,r7 mov r5,#04h again2:jnb acc.4,out2 rr a inc r3 djnz r5,again2 out2: inc r3 mov a, r2 swap a add a,r3 ret key_ccode:push a swap a anl a,#0fh dec a rl a ;行号乘4 rl a mov r7,a pop a anl a,#0fh dec a add a,r7 ret delay10ms: anl tmod,#0f0h orl tmod,#01h mov th0,#0d8h mov tl0,#0f0h setb tr0 wait:jbc tf0,over ajmp wait clr tr0 over:ret 单片机键盘设计 （二）从电路或软件的角度应解决的问题 软件消抖：如果按键较多，硬件消抖将无法胜任，常采用软件消抖。通常采用软件延时的方法：在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序后，再确认电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，则确认真正有键按下，进行相应处理工作，消除了抖动的影响。（这种消除抖动影响的软件措施是切实可行的。）
按键扫描方法
说到键盘扫描，相信大多数人第一反应就是行列矩阵扫描，这样我们可以用相对有限的IO口得到尽可能多的按键。键盘扫描是单片机技术的一种基本处理方法，学校的单片机课程都会有相应章节进行阐述，只要按照课本上讲述的方法，一般都能设计出比较可靠的键盘扫描电路与程序。 课本上的键盘扫描方法（见下图接法二）不能说是尽善尽美，从易懂性、成本、程序难易程度等方面综合看应该是不错的方法，给人感觉是已经没有太多的改善空间，至少我是这么认为的。 然而前段时间一位台湾朋友画给我的键盘扫描矩阵电路（见下图接法二），让我又一次看到到自己的思维还有许多地方被自己的所谓“经验”束缚着。 单纯的从硬件接法看，两种接法并没有明显区别，接法一甚至要复杂一些，但如果结合到键盘扫描的程序来看，就会发现接法一确实更好。 两种接法我都没有把上拉电阻包含进来，来让我们看一下两种接法到底有什么不同： 接法二： 我们熟悉的传统扫键处理电路，假定键盘行列IO口标号分别为H1/H2/H3和V1/V2/V3，扫键流程通常如下。 2.1. H1设置为输出，H2/H3和V1/V2/V3设置为输入 2.2. H1分别输出1和0，读V1/V2/V3状态，如果Vy状态与H1一致，则认为H1与Vy交叉位置的键按下 2.3. H2设置为输出，H1/H3和V1/V2/V3设置为输入 2.4. H2分别输出1和0，读V1/V2/V3状态，如果Vy状态与H2一致，则认为H2与Vy交叉位置的键按下 2.5. H3设置为输出，H1/H2和V1/V2/V3设置为输入 2.6. H3分别输出1和0，读V1/V2/V3状态，如果Vy状态与H3一致，则认为H3与Vy交叉位置的键按下
实验四 键盘扫描及显示设计实验报告
实验四键盘扫描及显示设计实验报告 一、实验要求 1. 复习行列矩阵式键盘的工作原理及编程方法。 2. 复习七段数码管的显示原理。 3. 复习单片机控制数码管显示的方法。 二、实验设备 1.PC 机一台 2.TD-NMC+教学实验系统 三、实验目的 1. 进一步熟悉单片机仿真实验软件 Keil C51 调试硬件的方法。 2. 了解行列矩阵式键盘扫描与数码管显示的基本原理。 3. 熟悉获取行列矩阵式键盘按键值的算法。 4. 掌握数码管显示的编码方法。 5. 掌握数码管动态显示的编程方法。 四、实验内容 根据TD-NMC+实验平台的单元电路，构建一个硬件系统，并编写实验程序实现如下功能： 1.扫描键盘输入，并将扫描结果送数码管显示。 2.键盘采用 4×4 键盘，每个数码管显示值可为 0～F 共 16 个数。 实验具体内容如下： 将键盘进行编号，记作 0～F，当按下其中一个按键时，将该按键对应的编号在一个数码 管上显示出来，当再按下一个按键时，便将这个按键的编号在下一个数码管上显示出来，数 码管上可以显示最近 4 次按下的按键编号。 五、实验单元电路及连线 矩阵键盘及数码管显示单元
图1 键盘及数码管单元电路 实验连线 图2实验连线图 六、实验说明 1. 由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为 5～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。 键抖动会引起一次按键被误读多次。为了确保 CPU 对键的一次闭合仅做一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时，读取键的状态，并且必须判别；在键释放稳定后，再作处理。按
单片机4X4键盘扫描和显示课程设计
二、设计内容 1、本设计利用各种器件设计，并利用原理图将8255单元与键盘及数码管显示单元连接，扫描键盘输入，最后将扫描结果送入数码管显示。键盘采用4*4键盘，每个数码管可以显示0-F共16个数。将键盘编号，记作0-F，当没按下其中一个键时，将该按键对应的编号在一个数码管上显示出来，当在按下一个 键时，便将这个按键的编号在下一个数码管上显示，数码管上 可以显示最近6次按下的按键编号。 设计并实现一4×4键盘的接口，并在两个数码管上显示键盘所在的行与列。 三、问题分析及方案的提出 4×4键盘的每个按键均和单片机的P1口的两条相连。若没有按键按下时，单片机P1口读得的引脚电平为“1”；若某一按键被按下，则该键所对应的端口线变为地电平。单片机定时对P1口进行程序查询，即可发现键盘上是否有按键按下以及哪个按键被按下。 实现4×4键盘的接口需要用到单片机并编写相应的程序来识别键盘的十六个按键中哪个按键被按下。因为此题目还要求将被按下的按键显示出来，因此可以用两个数码管来分别显示被按下的按键的行与列
表示任意一个十六进制数)分别表示键盘的第二行、第三行、第四行;0xXE、0xXD、0xXB、0xX7(X表示任意一个十六进制数)则分别表示键盘的第一列、第二列、第三列和第四列。例如0xD7是键盘的第二行第四列的按键 对于数码管的连接，采用了共阳极的接法，其下拉电阻应保证芯片不会因为电流过大而烧坏。 五、电路设计及功能说明 4×4键盘的十六个按键分成四行四列分别于P1端口的八条I/O 数据线相连；两个七段数码管分别与单片机的P0口和P2口的低七 位I/O数据线相连。数码管采用共阳极的接法，所以需要下拉电阻 来分流。结合软件程序，即可实现4×4键盘的接口及显示的设计。 当按下键盘其中的一个按键时，数码管上会显示出该按键在4×4键 盘上的行值和列值。所以实现了数码管显示按键位置的功能 四、设计思路及原因 对于4×4键盘，共有十六个按键。如果每个按键与单片机的一个引脚相连，就会占用16个引脚，这样会使的单片机的接口不够用（即使够用，也是对单片机端口的极大浪费）。因此我们应该行列式的接法。行列式非编码键盘是一种把所有按键排列成行列矩阵的键盘。在这种键若没有按键按下时，单片机从P1口读得的引脚电平为“1”；若某一按键被按下，则该键所对应的端口线变为地电平。因此0xEX(X表示任意4×4键盘的第一行中的某个按键被按下，相应的0xDX、0xBX、0x7X(X 二、实验内容
经典按键扫描程序
以下假设你懂C语言，因为纯粹的C语言描述，所以和处理器平台无关，你可以在MCS-51，AVR，PIC，甚至是ARM平台上面测试这个程序性能。以下以AVR的MEGA8作为平台讲解，没有其它原因，因为我手头上只有AVR的板子而已没有51的。用51也可以，只是芯片初始化部分不同，还有寄存器名字不同而已。 核心算法： unsigned char Trg; unsigned char Cont; void KeyRead( void ) { unsigned char ReadData = PINB^0xff; // 1 Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); // 2 Cont = ReadData; // 3 } 下面是程序解释：Trg（triger）代表的是触发，Cont（continue）代表的是连续按下。 1：读PORTB的端口数据，取反，然后送到ReadData 临时变量里面保存起来。（端口值与0XFF 按位异或，有按键按下为0，异或后相应的位就为1，相当于将读取的端口值取反） 2：算法1，用来计算触发变量的。一个位与操作，一个异或操作，我想学过C语言都应该懂吧？Trg为全局变量，其它程序可以直接引用。 3：算法2，用来计算连续变量。 看到这里，有种“知其然，不知其所以然”的感觉吧？代码很简单，但是它到底是怎么样实现我们的目的的呢？好，下面就让我们绕开云雾看青天吧。 我们最常用的按键接法如下：AVR是有内部上拉功能的，但是为了说明问题，我是特意用外部上拉电阻。（STM32可以将端口设置为输入上拉模式）那么，按键没有按下的时候，读端口数据为1，如果按键按下，那么端口读到0。下面就看看具体几种情况之下，这算法是怎么一回事。 （1）没有按键的时候 端口为0xff，ReadData读端口并且取反，很显然，就是 0x00 了。（0XFF^0XFF=0X00）Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); （初始状态下，Cont也是为0的）很简单的数学计算，因为ReadData为0，则它和任何数“相与”，结果也是为0的。 Cont = ReadData; 保存Cont 其实就是等于ReadData，为0； 结果就是： ReadData ＝ 0； Trg ＝ 0； Cont ＝ 0； （2）第一次PB0按下的情况 端口数据为0xfe，ReadData读端口并且取反，很显然，就是 0x01 了。（0XFE^0XFF=0X01）Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因为这是第一次按下，所以Cont是上次的值，应为为0。那么这个式子的值也不难算，也就是 Trg = 0x01 & (0x01^0x00) = 0x01 Cont = ReadData = 0x01； 结果就是： ReadData ＝ 0x01； Trg ＝ 0x01；Trg只会在这个时候对应位的值为1，其它时候都为0 Cont ＝ 0x01；
4X4扫描式矩阵键盘课程设计讲解
4x4矩阵键盘识别设计班级：1221201 专业：测控技术与仪器 姓名：涂勇 学号：2012 2012 0110 指导老师：钟念兵 东华理工大学 2016年1月1日
摘要 随着21世纪的到来，电子信息行业将是人类社会的高科技行业之一，电子式设施现代化的基础，也是人类通往科技巅峰的直通路。电子行业的发展从长远来看很重要，但最主要的还是科技问题。 矩阵式键盘提高效率进行按键操作管理有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身素质的要求。是它能准时、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源利用率。 矩阵式键盘乃是当今使用最为广泛的键盘模式，该系统以N个端口连接控制N*N 个按键，显示在LED数码管上。单片机控制依据这是键盘显示系统，该系统可以对不同的按键进行实时显示，其核心是单片机和键盘矩阵电路部分，主要对按键与显示电路的关系、矩阵式技术及设备系统的硬件、软件等各个部分进行实现。 4*4矩阵式键盘采用STM32嵌入式微处理器为核心，主要由矩阵式键盘电路、硬件电路、显示电路等组成，软件选用C语言编程。STM32将检测到的按键信号转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。
目录 第一章：系统功能要求--------------------------------------------------------4*4 矩阵式键盘系统概述------------------------------------------------ 本设计任务和主要内容--------------------------------------------------- 第二章：系统硬件电路的设计------------------------------------------------硬件系统主要思路和电路原理图- -------------------------------------- 硬件上键盘规划- --------------------------------------------------------- 第三章：系统程序的设计------------------------------------------------------程序的编写步骤----------------------------------------------------------- 编写的源程序-------------------------------------------------------------- 第四章：心得体会---------------------------------------------------------------
键盘扫描原理及应用键盘
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键盘扫描 键盘是由按键构成，是单片机系统里最常用的输入设备。我们可以通过键盘输入数据或命令来实现简单的人-机通信。 1.按键及键抖动 按键是一种常开型按钮开关。平时，按键的两个触点处于断开状态，按下按键时两个触点才闭合（短路）。如图1-1所示，平常状态下，当按键K未被按下时，按键断开，PA0输入口的电平为高电平；当按键K被按下时，按键闭合，PA0输入口的电平为低电平。 图1-1 按键电路 图1-2 按键抖动 一般的按键所用开关都是机械弹性开关，由于机械触点的弹性作用，按键开
关在闭合时不会马上稳定地连接，在断开进也不会马上完全的断开，在闭合和断开的瞬间均有一连串的抖动。按键按下的电压信号波形图如图1-2所示，从图中可以看出按键按下和松开的时候都存在着抖动。抖动时间的长短因按键的机械特性不同而有所不同，一般为5ms～10ms。 如果不处理键抖动，则有可能引起一次按键被误读成多次，所以为了确保能够正确地读到按键，必须去除键抖动，确保在按键的稳定闭合和稳定断开的时候来判断按键状态，判断后再做处理。按键在去抖动，可用硬件或软件两种方法消除。由于使用硬件方法消除键抖动，一般会给系统的成本带来提高，所以通常情况下都是使用软件方法去除键抖动。 常用的去除键抖动的软件方法有很多种，但是都离不开基本的原则：就是要么避开抖动的时候检测按键或是在抖动的时候检测到的按键不做处理。这里说明一下常用的两种方法： 第一种方法是检测到按键闭合电平后先执行一个延时程序，做一个12ms～24ms的延时，让前抖动消失后再一次检测按键的状态，如果仍是闭合状态的电平，则认为真的有按键按下；若不是闭合状态电平，则认为没有键按下。若是要判断按键松开的话，也是要在检测到按键释放电平之后再给出12ms～24ms的延时，等后抖动消失后再一次检测按键的状态，如果仍为断开状态电平，则确认按键松开。这种方法的优点是程序比较简单，缺点是由于延时一般采用跑空指令延时，造成程序执行效率低。 第二种方法是每隔一个时间周期检测一次按键，比如每5ms扫描一次按键，要连续几次都扫描到同一按键才确认这个按键被按下。一般确认按键的扫描次数由实际情况决定，扫描次数的累积时间一般为50ms～60ms。比如，以5ms为基本时间单位去扫描按键的话，前后要连续扫描到同一个按键11次而达到50ms 来确认这个按键。按键松开的检测方法也是一样要连续多次检测到按键状态为断开电平才能确认按键松开。这种方法的优点是程序执行效率高，不用刻意加延时指令，而且这种方法的判断按键抗干扰能力要更好；缺点是程序结构较复杂。 在以下的介绍中，我们将使用第二种方法来去除键抖动。 2.键盘结构及工作原理 键盘一般有独立式和行列式（矩阵式）两种。当然还有其它的结构，比如交互式结构等等，不过其它的结构比较少用，在这里就不介绍了。在中颖的单片机中，有些单片机的LCD驱动引脚的SEGMENT口可以共享按键扫描口，当选择为按键扫描口时，可以使用这些口来扫描按键，所以在外部电路可以连接LCD和按键矩阵，采用分时扫描进行处理，下面也将介绍这个特殊应用的方法和注意的地方。 独立式键盘结构
4X4键盘扫描实验
44 键盘扫描实验 实验目的 1、学习HDL程序的基本设计技巧； 2、掌握矩阵键盘的扫描原理和使用方法。 Verilog程序: module hex_keypad(Col,Code,show,show1,count,scan,clock,Row); output[3:0] Code,Col,count; //定义列信号Col、行列信号共同决定的 输出代码Code、以及计数变量count output[7:0] show,show1; //定义七段显示变量show、show1 input[3:0] Row; //定义输入行信号Row input scan; //定义数码管选择信号scan input clock; //定义时钟信号clock reg[3:0] Col,Code,count; //将输出信号定义为reg型 reg[7:0] show,show1; reg[1:0] cn; //定义reg型变量cn,用于计数 reg reset,count_up,count_down; //定义变量reset用于计数清零,count_up 开始加计数,count_down开始减计数reg[15:0] times1,times2; //定义变量times1、times2用于决定开 始计数的时间 assign scan=1'b1; //将数码管选择信号赋值为1
always@(posedge clock) //产生列信号 if(cn==4)cn<=0; else cn<=cn+1; always@(cn) case(cn) 2'b00:Col=4'b1110; 2'b01:Col=4'b1101; 2'b10:Col=4'b1011; 2'b11:Col=4'b0111; endcase always@(posedge clock) //行列信号共同决定输出代码Code case({Row,Col}) 8'b1110_1110:Code=4'h0; 8'b1110_1101:Code=4'h1; 8'b1110_1011:Code=4'h2; 8'b1110_0111:Code=4'h3; 8'b1101_1110:Code=4'h4; 8'b1101_1101:Code=4'h5;