前面一貼簡單讨論了一下51單片機的IO輸出功能

既然是IO，有output肯定就有input

今次咱聊聊input，輸入功能

有了input，51就能夠根據輸入的信号

去做出下一步工作的決定

其實單片機的輸入不外乎就是兩種

一是數字輸入，由單片機去判斷輸入的高低電平

再就是模拟輸入，最典型的就是内置ADC外設的單片機

可以把外部輸入的電壓值與基準電壓進行比較

從而得到一定數值的二進制編碼

譬如基準電壓3.3v，12位的線性ADC外設

就可以将外部輸入的0-3.3v電壓按比例用0-4096的十進制數去表示

換成二進制便是000000000000-111111111111

限于手頭上51片子沒有AD這個外設

咱今天聊的輸入，就從數字輸入下手

一、按鍵基本原理

先上電路

先看上面一個圖

P0.1口，連接到一個10k的電阻，上拉到電源Vcc(這裡Vcc=5.0v)

同時連接到按鍵的一端

按鍵的另一端則直接連到地

簡單分析一下這個電路

當按鍵沒有按下的時候

10k電阻和P0.1口沒有連接到地

由于P0端口是開漏輸出，可以看做是懸空

那麼經過10k電阻的電流為0，即10k電阻的壓降為0

這個時候，可以認為P0.1口的電位是5.0v，一個高電平

So，按鍵沒有按下，單片機可以認為P0.1口輸入了一個邏輯“1”，也就是高電平

當按鍵按下時

P0.1口和10k電阻均被連接到了地

這個時候，P0.1口的電位直接被拉到0v，也就是地

So，單片機可以認為P0.1口輸入了一個邏輯“0”，也就是低電平

這裡尤其注意一下這個10K電阻的作用

名曰上拉電阻

它的存在是非常有必要的

沒有這個電阻，P0.1口直接連接到按鍵一端或者電源，都會産生不好的後果

如果直接連至電源，按鍵按下的時候，Vcc和地……，後果你懂的……

如果直接連接到按鍵的一端，在按鍵按下前

P0.1都是懸空的，外界的幹擾（EMI之類），非常容易引起單片機的誤判

它的作用主要是按下前穩定電平、按下後限流

在按鍵按下的時候，電源—10k電阻—地 這個回路中

會産生5/100000=5mA電流，産生一定的功耗

有朋友會想，加大電阻就可以解決這個問題了呀

但是電阻太大的話，可能會出現開路情況

So，幾k到幾十k是比較合适的

再看下面一個圖

嗯，簡單的發光二極管回路

這裡就不多解釋了

順道拿電木闆焊了個電路

菊花面，10k上拉電阻和220歐LED限流電阻

這個電木闆質量真次，焊盤掉了好幾個

51讀端口的代碼特别簡單

隻要直接按位或者按port來逐位讀取即可

譬如要把P01口的邏輯值賦給變量temp

直接temp = P01即可

P01輸入一個低電平，temp=0x00

P01輸入一個高電平，temp=0x01

上個測試代碼

#include <reg51.h>

sbit P11 = P1^1;//按位定義

sbit P01 = P0^1;

int main()

{

while(1)

{

if(P01==0)//判斷P01口的值，0為按下

{P11 = ~P11;}//按下後的操作，P11口取反

else (P11 = P11;)

}

return 0;

}

簡單閱讀一下代碼

大概的功能就是判斷P01口電平是否為0

為0的話，P11口電平取反，也就是LED點亮或者熄滅

編譯下載，看看結果

不難發現

按鍵雖然能夠控制51去點亮或者熄滅LED

但是似乎并不是那麼順手

不能非常準确地操作LED的亮或者滅

為嘛？

二、去抖

在解決上面問題之前

必須意識到，按鍵其實是一個機械彈性開關結構

在按下或者松開的瞬間，也就是機械觸點斷開、閉合時

不會穩定地接通或者斷開，存在一連串的抖動

這種抖動時間與按鍵的機械特性有關，幾個ms到幾十個ms都有可能

由于51執行代碼的速度是us級

So，自己感覺隻按下了一次按鍵

其實51已經反複多次執行了按鍵按下的操作

所以造成上面gif中的現象

所以，按鍵去抖，是無論哪種單片機都需要面臨的問題

當然，有些比較有特點的單片機會有按鍵相關的外設，無需過多關注去抖，這個在此不讨論

有關去抖，有硬件和軟件兩種辦法

硬件上去抖的辦法

第一種是使用RS觸發器/鎖存器

鎖存器的工作特點就決定了，即使有按鍵抖動，也不會影響上如兩個與非門構成的RS鎖存器的輸出

再一種是在按鍵上并聯一個合适大小的電容

其實就是利用電容充放電的特性，無它

硬件去抖，基本上不占用單片機的資源

緻命的缺陷是需要額外的器件

會使PCB面積、BOM、成本有所增加

在成本為王的時代，基本上這種辦法很少有人使用了

但是非常可靠

再來看看軟件去抖

第一種是使用延時去抖，是目前用得比較多的

上個代碼

#include <reg51.h>

sbit P11 = P1^1;

sbit P01 = P0^1;

unsigned char flag;

void delay_ms(unsigned int xms)//定義一個ms級的延時函數

{

unsigned int i,j;

for(i=xms;i>0;i--)

{

for(j=124;j>0;j--);

}

}

unsigned char keyscan()//掃描按鍵

{

unsigned char key_value;

if(P01 == 0)//P01被拉低，也就是有按鍵按下

{

delay_ms(100);//延時100ms

if(P01 == 0) //延時後再判斷P01口是不是被拉低(按下)

{key_value = 1;}//如果是，鍵值位置1

else {key_value = 0;}//否則置0

}

return key_value;//返回鍵值

}

void key_op()

{

if(flag) //判斷标志位，然後進行操作

{

P11 = ~P11;

flag = 0;

}

else {;}

}

int main()

{

while(1)

{

flag = keyscan();//把掃描的鍵值賦給标志位

key_op();//根據标志位進行操作

}

return 0;

}

簡單分析一下上面的代碼

最最核心的就是

如果發現P01的按鍵被按下

就延時100ms後再讀一下P01的值

注意一下，這裡的100ms其實和按鍵的機械特性有關

根據實際情況調整

如果還是被按下的狀态，則認為按鍵确實被按下

單片機再進行下一步操作

上個GIF

可以發現

按鍵已經可以很準确地控制LED的亮滅了

但是，單片在執行delay_ms(100)的時候

其它任何事情都不能做呀

所以很多時候，這個延時會采用定時器中斷來完成

這個後面再讨論

其實還有一種不需要延時的去抖方法

可以理解成一個狀态機

上代碼

#include <reg51.h>

sbit P11 = P1^1;

sbit P01 = P0^1;

unsigned char flag;

void delay_ms(unsigned int xms)

{

unsigned int i,j;

for(i=xms;i>0;i--)

{

for(j=124;j>0;j--);

}

}

unsigned char keyscan()

{

static unsigned char key_state = 0;

static unsigned char key_value = 0;

unsigned char key_press,key_return = 0;

key_press = P01; //讀按鍵

switch(key_state)

{

case 0 ://按鍵初始态

if(key_press == 0){key_state = 1;}//按鍵被按下，但需要确認

break;

case 1://按鍵進行确認

if(key_press == 0)//如果還是被按下，則開始決定鍵值

{

key_value = 1;

key_state = 2;//确定被按下，轉到按鍵被按下狀态

}

else { key_value = 0;}//否則認為是抖動

break;

case 2://按鍵釋放狀态

if(key_press == 1)

{

key_return = key_value; //按鍵釋放後輸出鍵值

key_value = 0;

key_state = 0; //按鍵釋放，進入按鍵初始态

}

break;

}

return key_return; //返回鍵值

}

void key_op()

{

if(flag)

{

P11 = ~P11;

flag = 0;

}

else {;}

}

int main()

{

while(1)

{

flag = keyscan();

key_op();

}

return 0;

}

利用狀态機的編程思想

代碼上有解釋了，這裡不過多深入讨論

上GIF

可以看得出來

其實效果也還不錯

三、矩陣鍵盤

到這裡，一個基本鍵盤需要考慮的東西

大概就是這麼多了

還有一種針對比較多按鍵的電路組态

叫做是矩陣鍵盤

簡單介紹一下吧

上個結構圖

上圖是個4x4鍵盤，16個按鍵

按照前面的方法，得需要16個IO口才能完成接入

這裡其實隻需要P1口的8個端口即可

這種矩陣鍵盤判斷按鍵的方法有好幾種

用的比較多的有2種

一是行/列掃描法，分兩步

1、判斷鍵盤中有無鍵按丿将全部行線Y0-Y3置低電平，然後檢測列線的狀态。隻要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線丿根行線相交叉皿個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下

2、判斷閉合鍵所在的位置 在确認有鍵按下後，即可進入确定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次将行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在确定某根行線位置為低電平後，再逐行檢測各列線的電平狀态。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵

再一個是翻轉法，三步

1、行線輸出全為0，讀出列線值。

2、列線輸出上次讀入的列線值。

3、讀入行線值，并與前次列線值組合，生成組合碼值。根據這個組合碼來确定被按下的按鍵。

沒來得及做個矩陣鍵盤

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