第4章 键盘输入与中断Word文档格式.docx
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当数码管当前显示数值为9时，再按下K1键，数码管显示数值0；
当数码管当前显示数值为0时，再按下K2键，数码管显示数值9。
硬件说明：
1、硬件电路连接如图4-4所示。
按键选用轻触按键，按键K1和K2分别连接单片机的P3.2和P3.3两只引脚；
2、数码管选用共阴极数码管，使用74HC573驱动段码数据，公共端直接接地。
图4-4独立按键计数硬件连接图
软件说明：
1、通过不断读取并查看按键连接端口引脚P3.2和P3.3的状态，实现按键识别；
2、按键识别后，通过设置计数器来记录按键次数，并将数据及时送到P0口显示。
程序清单如下：
#include<
reg52.h>
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitk1=P3^2;
sbitk2=P3^3;
ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
charnum=0;
//************************************************************
voiddelay（uchari）//延时子函数
{
ucharj,k;
for（k=0;
k<
i;
k++）
for（j=0;
j<
110;
j++）;
}
main（）
while
（1）
{
if（k1==0）//读按键K1状态，若为0，初步判断按键K1按下
{
delay（10）;
//延时去抖动
if（k1==0）//再次判断，仍为0，说明按键K1确实按下
{
num++;
//计数器值加1
if（num==10）//若计数器值等于10，则清0，保证0~9显示
num=0;
while（k1==0）;
//等待按键释放
P0=table[num];
}
}
if（k2==0）
{
delay（10）;
if（k2==0）
{
num--;
if（num==-1）
num=9;
while（k2==0）;
P0=table[num];
}
}
C语言知识：
if语句
程序设计中的三大结构分别是顺序结构、选择结构和循环结构。
选择结构也称为分支结构，if语句属于选择结构。
在程序中，if语句用来判定给定的条件是否满足，并根据判定结果（逻辑真或假），在所给两种操作中，选择其中一种操作来执行。
1.if语句的三种形式
（1）if语句的第一种形式为：
if（表达式）
语句
其执行流程如图4-5所示。
例如：
if（x>
y）
x--;
图4-5if语句形式1的执行流程
（2）if语句的第二种形式为：
语句1
else
语句2
其执行流程如图4-6所示。
图4-6if语句形式2的执行流程
else
x++;
（3）if语句的第三种形式为：
if（表达式1）
elseif（表达式2）
elseif（表达式3）
语句3
……
elseif（表达式m）
语句m
else
语句m+1
其执行流程如图4-7所示。
图4-7if语句形式3的执行流程
if（number>
500）NUM=1;
elseif（number>
300）NUM=2;
100）NUM=3;
50）NUM=4;
elseNUM=0;
说明：
1）if语句中的“表达式”，一般为关系表达式或逻辑表达式，但并不仅局限于这两种。
需要注意的是，C语言中，0代表“假”，非0则代表“真”。
if（‘A’）i++;
语句中，i++;
一定会被执行，原因是字符‘A’作为表达式时，被判断的是该字符对应的ASCII码值，‘A’的ASCII码值为十进制数65，自然是非0的，所以表达式’A’的结果为逻辑“真”。
2）else子句不能单独使用，它是if语句的一部分，必须与if配对使用。
3）在if和else的语句1或者语句2中，可以只包含一条操作语句，也可以包含多条。
如果是多条操作语句，这些多条操作语句必须用大括号（花括号）括起来,构成所谓的语句块或复合语句。
复合语句中的每条语句也许都用分号结束，但复合语句的大括号外不再需要分号。
if（x+y>
z&
&
y+z>
a&
z+x>
{
s=2*（x+y+z）;
area=sqrt（s*（s-x）*（s-y）*（s-z））;
display（area）;
printf（“itisnotatriangle”）；
2.if语句的嵌套
if语句的嵌套，就是if语句的if块或else块中，又包含一个或多个if语句。
其一般形式为：
if（…）
if（…）
语句1；
else
语句2；
语句3；
语句4；
在实际程序编写中，应当注意if与else的配对关系：
else总是与它上面最近的、且未配对的if配对；
尤其是在if/else子句数目不相等（if子句数量大于或等于else子句数量）时，应特别注意if与else的配对。
在if语句使用中，经常会出现与编程者预期结果不同的现象，通常可以用下面两种方法解决if与else的匹配问题：
（1）利用“空语句”占位，使if子句数量与else子句数量相同。
所谓“空语句”，就是什么功能都没有、仅仅由一个分号构成的语句。
在程序设计中，其作用就是为了使程序结构完整、规范，不出现歧义，避免不必要的错误。
if（…）
；
//此行中的分号即为空语句
else
if（…）
else
语句3
（2）利用复合语句。
将没有else子句的if语句用大括号括起来，构成复合语句，使原有的语句1或者语句2从整体上查看时，呈现出语句块结构。
在单片机C语言编程时，常有“if…else包打天下”的说法，虽有些夸张，但也从一个侧面反映了if语句应用的广泛性与功能的多样性。
我们建议读者熟练运用if语句，同时尽量掌握多种语句形式，灵活运用。
比如，本章后面实例中出现的switch语句，就可以在很多场合替换if语句，更有层次分明、可读性好的优点。
单片机知识：
按键的去抖动
我们常用的按键都是机械按键，如图4-8（a）所示，键在按下或释放时，由于机械弹性的影响，触点会发生机械抖动，与按键连接的芯片引脚就会发生如图4-8（b）所示电平波动或抖动现象。
这种抖动可能造成CPU错误判定外部引脚上电平的高低，从而导致误操作或者一次按键多次处理的问题。
因此，实际使用中，要通过某种方法消除抖动产生的不良后果，这就是按键的去抖动。
目前，较为常用的有硬件去抖动和软件去抖动。
图4-8按键操作和按键抖动
图4-8（b）中，前沿抖动或后沿抖动持续的时间一般为5～10ms。
由于抖动现象不可避免，势必引起电平信号波动，
1．硬件去抖动
图4-9硬件消抖电路
硬件去抖动，就是使用硬件电路消除按键的抖动。
常用的硬件电路如图4-9所示，其中图（a）是用两个与非门构成的双稳态触发器来消除按键抖动；
图（b）是使用单稳态集成触发器74121来消除按键抖动；
图（c）是利用电阻和电容构成的RC滤波电路去抖动，图（c）电路结构简单，实用效果好，运用较多。
2.软件去抖动
为了便于理解软件去抖动的原理，此处，我们分析一次完整按键的过程细节，如图4-8（b）所示。
首先，按键被按下，由于机械弹性原因出现前沿抖动，抖动持续时间一般为5～10ms；
前沿抖动结束后，引脚电平就稳定在低电平状态；
低电平持续一段时间后，按键被松开弹起，此时又出现后沿抖动，抖动持续时间一般也是5～10ms；
后沿抖动结束，一次完整的按键操作随之结束。
软件去抖动，就是首先检测引脚电平是否为低电平，若检测到低电平，说明按键可能被按下，但还不能完全确定按键是否真被按下；
然后延时5～10ms，目的就是要避开前沿抖动这一时段；
延时结束后，按理引脚电平已稳定在低电平状态，此时再检测引脚电平，如果是低电平，则可以确认按键的确被按下。
相反，若延时之后，再次检测到的电平是高电平，则说明刚才检测到的低电平是误判，按键没有真正被按下。
如果确认按键的确被按下，则CPU执行相关按键按下的处理程序；
否则CPU不予理睬，继续执行原有程序。
由以上分析可见，软件去抖动的核心，就是延时及延时前后两次连续的检测和判断。
软件去抖动的程序示例如下：
if（k2==0）//若检测到低电平，初步判断按键被按下，但还未完全确认
//延时10ms去抖动
if（k2==0）//延时后再次检测，若检测到低电平，则可以确认按键的确被按下
//有按键按下，则进行相关处理
}
4.2.3独立按键实例2——多个按键识别
功能要求：
实现8个独立按键K0~K7的识别，并用一位数码管显示被按下按键对应的键号。
1、硬件连接原理图如图4-10所示。
8个按键分别与单片机P2口的8只引脚连接，8个按键的公共端接地。
2、采用共阴极数码管显示键号，通过74HC573驱动段码数据，公共端直接接地；
图4-10独立按键多键识别硬件连接图
独立按键的程序设计，一般都采用查询方式，即逐位查询每根I/O口引脚线的电平状态。
如果软件去抖动之后，检测到某根I/0口线引脚依旧为低电平，则可以确认与该I/O端口引脚连接的按键被按下，之后就可以转入该按键对应的处理程序。
ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
ucharnum;
voiddelay（uchari）//延时函数
ucharkeyscan（）
ucharb;
P2=0xff;
//P2口作为输入口，置全1
b=P2;
if（b==0）//循环判断是否有键按下
//有键按下，延时10ms去抖
if（b==0）
b=P2;
//读按键状态
b=~b;
//按键状态取反
}
switch（b）//根据键值调用不同的处理函数
case0x01:
num=1;
break;
//取得按键1键值
case0x02:
num=2;
//取得按键2键值
case0x04:
num=3;
//取得按键3键值
case0x08:
num=4;
//取得按键4键值
case0x10:
num=5;
//取得按键5键值
case0x20:
num=6;
//取得按键6键值
case0x40:
num=7;
//取得按键7键值
case0x80:
num=8;
//取得按键8键值
default:
break;
returnnum;
main（）
while
（1）
P0=table[keyscan（）];
}
switch语句
如前所述，嵌套的if语句可以实现多分支，但分支过多，if语句嵌套的层数就多，致使程序冗长，可读性变差，此时，可考虑使用switch语句实现。
C语言中，switch语句是多分支选择语句，其一般形式为：
switch（表达式）
case常量表达式1：
case常量表达式2：
………
case常量表达式n：
语句n
语句n+1
switch语句中，各个case语句可以通过使用break语句终止。
（1）switch括号内的表达式，允许为任何类型。
（2）当“表达式”的值与某个case后面的常量表达式的值相等时，就执行此case后面的语句。
如果表达式的值与所有常量表达式都不相等，就执行default后面的语句。
（3）各个常量表达式的值必须互斥，不允许相同，否则会出现逻辑矛盾。
（4）case，default出现的顺序不影响执行结果。
（5）执行完一个case后面的语句后，流程控制转移到下一个case中的语句继续执行。
此时，“case常量表达式”只起到语句标号的作用，并不在此处进行条件判断。
执行一个分支后，可以使用break语句，使流程跳出switch结构，即终止switch语句的执行（最后一个分支可以不用break语句）。
（6）case后面如果有多条语句，不必用大括号括起来。
（7）多个case可以共用一组执行语句，此时应注意break使用的位置。
4.2.4独立按键实例3——一键多功能按键识别
用一个按键实现多个按键的功能。
具体要求为：
系统上电的时候，仅接在P2.0引脚上的发光二极管D1在闪烁，其它发光二极管D2、D3和D4都熄灭；
如果按一下开关K，即开关K被按下了一次，此时接在P2.1管脚上的发光二极管D2开始闪烁，而D1、D3和D4都熄灭；
如果再按一下开关K，即开关K已累计被按下了2次，此时，接在P2.2管脚上的发光二极管D3开始闪烁，而D1、D2和D4都熄灭；
如果再按下开关K，即开关K已累计被按下了3次，此时，接在P2.3管脚上的发光二极管D4开始闪烁，而D1、D2和D3都熄灭；
如果再次按下开关K，即开关K已累计被按下了4次，此时D1开始闪烁，而D2、D3和D4都熄灭，……，依次类推，随着按键次数的增加，四个发光二极管被轮流选中，闪烁发光。
电路原理图如图4-11所示，开关K接在P2.7引脚上，P2口的低四位分别接有四个发光二极管D0，D1，D2和D3。
图4-11一键多功能识别硬件连接图
从上面的要求可以看出，发光二极管D1到D4轮流闪烁的时段受开关K控制，给发光二极管单独闪烁的各个时段分配不同的ID号：
仅当D1在闪烁时，ID＝0；
仅当D2在闪烁时，ID＝1；
仅当D3在闪烁时，ID＝2；
仅当D4在闪烁时，ID＝3。
很显然，每次按下开关K时，ID值加1，根据当前ID号，选择不同的任务去执行，而ID号则以数值3封顶，即ID号加1等于4时，ID号就清0。
本实例的程序设计框图如图4-12所示。
图4-12一键多功能程序流程
sbitK=P2^7;
sbitD1=P2^0;
sbitD2=P2^1;
sbitD3=P2^2;
sbitD4=P2^3;
unsignedcharID=0;
voiddelay（unsignedchari）//延时1ms
unsignedcharj,k;
voiddelay02s（void）//延时200ms=0.2s函数
unsignedcharx;
for（x=20;
x>
0;
x--）
main（）
if（K==0）
if（K==0）
ID++;
//确定有按键按下，每次ID加1记录
if（ID==4）//当ID值为4时，重新开始记录
ID=0;
while（K1==0）;
switch（ID）
case0:
D1=~D1;
delay02s（）;
case1:
D2=~D2;
case2:
D3=~D3;
delay02s（）;
case3:
D4=~D4;
default:
4.3矩阵键盘
4.3.1矩阵键盘
在独立按键电路中，每一个按键都要占一根I/O口引脚。
按键数量较多时，如果依旧采用独立按键，必然使很多I/O口引脚被占用。
由于51单片机I/O口引脚数量原本就有限，这样留做它用的I/O口引脚数量就会更少，以致具体应用中出现I/O口引脚不够用的尴尬局面。
所以，在按键数量较多的情况下，就不宜再使用独立按键，取而代之的便是矩阵键盘。
矩阵键盘由多个行线和多个列线交织组成，其中使用的按键依旧是独立按键，但各个独立按键都位于行线和列线的交叉点上，如图4-13所示。
此图所示矩阵键盘，共有16个按键，分别位于4根行线和4根列线的交叉点上。
从图中可以看到，若依照独立按键的形式连接，16个独立按键就需要16根I/O口引脚线；
若采用矩阵键盘，则仅占用8根I/O口引脚线，节省下来的I/O引脚线数量还是相当可观的。
在节省了I/O引脚、硬件电路得以优化的同时，也导致软件编程复杂度的提高。
图4-13矩阵键盘结构
实际应用中，常见的矩阵键盘有两种，如图4-14所示，
（a）普通矩阵键盘（b）薄膜矩阵键盘
图4-14常用矩阵键盘实物
图4-14（a）为独立按键与设计好的PCB电路构成的矩阵键盘。
制作时，要先设计PCB印刷电路板,再在PCB板上焊接按键、电阻和接口等元件，使用时直接将接口与单片机I/O连接即可。
图4-14（b）为薄膜键盘，它是近年来国际流行的一种集装饰性与功能性为一体的矩阵键盘。
由于薄膜键盘具有可定制、体积小、厚度薄、重量轻、密封性强、防潮、防尘、耐酸碱、抗震、使用寿命长、耐弯折等优点，已广泛应用在智能化电子测量仪器、医疗仪器、计算机控制、数控机床、邮电通讯、复印机、电冰箱、微波炉、电风扇、洗衣机、电子游戏机等各类工业及家用电器产品及相关领域。
无论PCB矩阵键盘还是薄膜矩阵键盘，其电路原理是一样的。
为了方便读者制作验证，图4-15给出了矩阵键盘的电路原理图。
图4-15矩阵键盘电路原理图
4.3.2矩阵键盘应用实例
4×
4矩阵键盘连接到51单片机的P2口，P2.0－P2.3作为列线，P2.4－P2.7作为行线；
某一按键被按之后，在数码管上显示其对应的序号。
矩阵键盘面板序号的排列如图4-16所示。
选择51单片机的P0口作为共阴极数码管段码的输出口，公共端直接接地。
硬件连接如图4-17所示。
图4-16矩阵键盘面板序号排列
图4-17矩阵按键硬件连接图
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