基于ARM的智能按键设计

智能按键设计专业：学号：姓名：目录一、设计要求 (1)二、设计原理 (1)1、功能描述 (1)2、总体设计 (1)2.1矩阵键盘原理 (1)2.2系统的总体设计 (1)2.3主要软件程序 (1)3、硬件电路设计 (2)3.1STM32功能特性概述 (2)3.2复位电路设计 (2)3.3时钟电路设计 (3)3.4矩阵键盘电路设计 (3)3.5LED显示电路 (4)三、总结与体会 (5)附录 (6)智能按键设计一、设计要求1、使用四个IO 控制4*4矩阵键盘。

2、使用最简电路，不使用芯片。

二、设计原理 1、功能描述电子信息行业将是人类社会的高科技行业之一，4*4矩阵键盘设计师当今社会中使用的最广的技术之一。

鉴于此，研究人员通过不断的实验与研究开发，最终研发出来采用矩阵键盘设计的N 个端口连接N*N 个按键，来满足人们的需求，本次设计内容是4*4矩阵式键盘识别技术，不使用芯片，以ARM 为控制核心设计一个4*4的键盘和LED 数码管的显示电路。

2、总体设计2.1矩阵键盘原理在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。

在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。

这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。

由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O 口作为输出端，而列线所接的I/O 口则作为输入。

这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。

行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。

并且以LED 灯作为显示系统，这样就可以很清楚的看出来控制效果。

2.2系统的总体设计整个系统的构成并不使用芯片，只是用ARM 的最小系统，LED 显示模块，和4*4矩阵键盘组成，系统框图如图1所示：图12.3主要软件程序在嵌入式系统开发中除了必要的硬件外，同样离不开软件，Keil 软件是目前最流行的开发嵌入式系统的软件。

Keil 是美国Keil Software 公司出品的51系列兼容单片机语言软4*4 矩 阵 键 盘 ARM 最 小 系 统 LED 显 示 模 块件开发系统，与汇编相比，语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

并且在编程方面，国产的一款Tk软件可以使用多种语言编程，并且可以配合keil软件使用，编程时非常方便。

3、硬件电路设计3.1STM32功能特性概述STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex -M3内核。

按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。

增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。

两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。

时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。

图 2 STM32B2M103XX3.2复位电路设计在该设计中使用了手动复位和上电自动复位组合电路，复位开关通过复位电路产生复位信号的优点是信号的波形比较好，复位电路可以去掉开关的抖动。

复位电路原理图如图3所示：图3复位电路3.3时钟电路设计RTC是STM32的脉搏，是单片机的驱动源。

使用任何一个外设都必须打开相应的时钟。

这样的好处就是，如果不使用一个外设的时候，就把它的时钟关掉，从而可以降低系统的功耗，打到节能，实现低功耗的效果。

STM32的时钟可以由以下3个时钟源提供：1、HSI：高速内部时钟信号stm32单片机内带的时钟（8M频率）精度较差。

2、HSE：高速外部时钟信号精度高，来源（1）HSE外部晶振/陶瓷谐振器（晶振）；（2）HSE用户外部时钟。

3、LSE：低速外部晶体32.768KHZ，主要提供一个精确地时钟源，一般作为RCC时钟使用。

图4晶振电路3.4矩阵键盘电路设计4×4矩阵式键盘电路图如图4所示，该图中左边的接口连接在单片机的P3口，低四位接列线，高四位接行线。

当要对键盘进行扫描时，可以一行一行进行扫描。

假设要扫描第二行，我们只需先让第二行为低电平，即P3.2为低电平，其余三行为高电平，然后读取列线上的电平，如果第二行的5号键按下，那么第二列的电平变为低电平，即P3.6为低电平，这样每个键按下都会改变P3口的电平，且不同键按下所对应的P3口的电平不同，这样便可以使单片机正确识别有无键按下以及哪个键按下。

图5 矩阵键盘电路3.5LED显示电路数码显示电路图如图8所示，该电路由一个LED数码显示管和一个集成电阻器组成。

其中显示块由若干发光二极管组合而成，图中的“8”字形显示块由8个发光二极管组成，每个二极管显示一字段，有共阴极和共阳极两种形式。

如果将各发光二极管的阳极连接在一起成为公共电极，则称为共阳极接法，如果将各发光二极管的阴极连接在一起成为公共电极，则称为共阴极接法。

图6共阳极接法图7共阴极接法图中所用的集成电阻器，就是集成了7个电阻，在此与显示块连接是为了保证显示块能够正常显示。

图左边的端口分别接单片机上P0口的低七位，P0口不同的电平对应数码管不同的显示。

图5用的是阳极LED数码管，所以另一脚接电源，若为阴极LED数码管，则要接地图8 LED显示电路三、总结与体会通过几天的努力，设计终于做了出来，平时在课堂上老师带着编写程序总感觉很简单，下课自己有没有做很多的练习，真正去做的时候才发现原来什么事情并不是想像中的那么简单，实践跟理想总是差的很远。

这次的设计，首先用了很长时间查阅了相关智能按键的设计资料，有了大致思路后确定的总体设计方案。

有了总体设计方案之后，方向明确了许多，由于以前大致做过单片机的矩阵键盘设计，在原理方面并没有遇到太多的问题，但在写程序的时候才发现，原来问题并没有想象中的那么简单，在写程序的时候，由于对有些指令不是很熟悉，所以出现了很多小错误，后来耐着性子一条一条指令检查，费了好大劲，最终总算是把程序写了出来。

以后一定要多动手，多编写程序来熟悉各种指令。

经过这次设计，我知道了什么事情不能眼高手低，一定要自己亲手去做做，多去实验积累经验，以后再去做才会得心应手。

附录Main.c程序如下：#include "stm32f10x.h"#include "key.h"int main(void){SystemInit();Key_GPIO_Config();while(1){u32 i;i=Key_Scan();{switch(i){case 1:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_1,(BitAction)0);break;case 2:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_2,(BitAction)0);break;case 3:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_3,(BitAction)0);break;case 4:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_4,(BitAction)0);break;case 5:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_5,(BitAction)0);break;case 6:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_6,(BitAction)0);break;case 7:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_7,(BitAction)0);break;case 8:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_8,(BitAction)0);break;case 9:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_9,(BitAction)0);break;case 10:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10,(BitAction)0);break;case 11:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11,(BitAction)0);break;case 12:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_12,(BitAction)0);break;case 13:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_13,(BitAction)0);break;case 14:GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_14,(BitAction)0);break;default:;}}}}Key.c程序如下:#include "key.h"void delay(u32 nCount){for(; nCount != 0; nCount--);}void Key_GPIO_Config(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; //输出的最大频率为10HZ GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOA端口GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOB端口}u32 Key_Scan(void){u32 temp,k=0;{GPIO_Write(GPIOA,0xffff);delay(100);temp=GPIO_ReadOutputData(GPIOA);switch(temp){case 0xfe:delay(100);if(temp==0xfffe) k=1;break;case 0xfd:delay(100);if(temp==0xfffd)k=2;break;case 0xfb:delay(100);if(temp==0xfffb)k=3;break;case 0xf7:delay(100);if(temp==0xfff7)k=4;break;default:k=0;}GPIO_Write(GPIOA,0xfffe);delay(100);temp=GPIO_ReadOutputData(GPIOA);switch(temp){case 0xfc:delay(100);if(temp==0xfffc)k=5;break;case 0xfa:delay(100);if(temp==0xfffa)k=6;break;case 0xf6:delay(100);if(temp==0xfff6)k=7;break;default:k=0;}GPIO_Write(GPIOA,0xfffd);delay(100);temp=GPIO_ReadOutputData(GPIOA);switch(temp){case 0xf9:delay(100);if(temp==0xfff9)k=8;break;case 0xf5:delay(100);if(temp==0xfff5)k=9;break;default:k=0;}GPIO_Write(GPIOA,0xfffb);delay(100);temp=GPIO_ReadOutputData(GPIOA);if(temp==0xfff3)delay(100);if(temp==0xfff3) k=10;GPIO_Write(GPIOA,0xfff0);delay(100);temp=GPIO_ReadOutputData(GPIOA);switch(temp){case 0xf1:delay(100);if(temp==0xfff1)k=11;break;case 0xf2:delay(100);if(temp==0xfff2)k=12;break;case 0xf4:delay(100);if(temp==0xfff4)k=13;break;case 0xf8:delay(100);if(temp==0xfff8)k=14;break;default:k=0;}}return(k);}。