《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》教案3.1

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1、第 周 第次課 年 月 日 早 節(jié) 名 稱 第四章鍵盤及其接口技術(shù) 授 課 方 式 理論課（* ）;實(shí)踐課（）；實(shí)習(xí) （） 教學(xué) 時(shí)數(shù) 2 教 學(xué) 目 的 及 要 求 1 .熟悉按鍵的抖動(dòng)干擾及其解決方法。 2 .掌握獨(dú)立式鍵盤的結(jié)構(gòu)原理及其接口電路。 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)：按鍵的抖動(dòng)干擾及其解決方法。 難點(diǎn)：獨(dú)立式鍵盤的結(jié)構(gòu)原理及其接口電路 教 學(xué) 手 段 介紹、討論與多媒體 教學(xué)主要內(nèi)容 時(shí)間 分配 復(fù)習(xí) 按鍵的抖動(dòng)干擾及其解決方法。 獨(dú)立式鍵盤的結(jié)構(gòu)原理及其接口電路。 小結(jié) (5) (30) (45) (5) 復(fù)習(xí)思考題 1 .簡(jiǎn)述鍵盤的兩種

2、類型及其特點(diǎn)。 2 .簡(jiǎn)述何為鍵盤的抖動(dòng)干擾及其消除的兩種方法。 3 .結(jié)合圖分析說明矩陣式鍵盤電路的逐行零掃描法的工作過程。 小 結(jié) 鍵盤接口電路可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種類型。 非編碼鍵盤僅提供 按鍵的逋或斷狀態(tài),按鍵代碼的產(chǎn)生與識(shí)別是由軟件完成的，當(dāng)按鍵數(shù)量 少時(shí)，一般采用獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)；當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，常采用矩陣式鍵盤 結(jié)構(gòu)。 黑龍江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第四章鍵盤及其接口技術(shù) 引言 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，除了與生產(chǎn)過程進(jìn)行信息傳遞的過程輸入輸出設(shè)備以 外，還有與操作人員進(jìn)行信息交換的常規(guī)輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。 鍵盤是一種最常 用的輸入設(shè)備，它是一組按鍵的集合

3、，從功能上可分為數(shù)字鍵和功能鍵兩種，作 用是輸入數(shù)據(jù)與命令，查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。 鍵盤接口電路可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。編碼鍵盤采用硬件編 碼電路來實(shí)現(xiàn)鍵的編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤便能自動(dòng)產(chǎn)生按鍵代碼。編碼鍵盤 主要有BCM鍵盤、ASCII碼鍵盤等類型。非編碼鍵盤僅提供按鍵的通或斷狀態(tài), 按鍵代碼的產(chǎn)生與識(shí)別由軟件完成。 編碼鍵盤的特點(diǎn)是使用方便，鍵盤碼產(chǎn)生速度快，占用 CPU寸問少，但對(duì) 按鍵的檢測(cè)與消除抖動(dòng)干擾是靠硬件電路來完成的， 因而硬件電路復(fù)雜、成本高。 而非編碼鍵盤硬件電路簡(jiǎn)單，成本低，但占用 CPU勺時(shí)間較長(zhǎng)。 4. 1鍵盤的抖動(dòng)干擾

4、由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性振動(dòng)，按鍵在按下時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通而在彈起時(shí) 也不能一下子完全地?cái)嚅_，因而在按鍵閉合和斷開的瞬間均會(huì)出現(xiàn)一連串的抖 動(dòng)，這稱為按鍵的抖動(dòng)干擾，其產(chǎn)生的波形如圖所示，當(dāng)按鍵按下時(shí)會(huì)產(chǎn)生前沿 抖動(dòng)，當(dāng)按鍵彈起時(shí)會(huì)產(chǎn)生后沿抖動(dòng)。這是所有機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵在狀態(tài)輸出時(shí)的 共性問題，抖動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短取決于按鍵的機(jī)械特性與操作狀態(tài)，一般為 10~100ms此為鍵處理設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的一個(gè)重要參數(shù)。 撕下 m i 電子工程系 黑龍江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4.2 抖動(dòng)干擾的消除 按鍵的抖動(dòng)會(huì)造成按一次鍵產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)被 CPU 誤讀幾次。為了使CPUtt正確地讀取按鍵狀態(tài)，必須在

5、按鍵閉合或斷開時(shí)，消除 產(chǎn)生的前沿或后沿抖動(dòng)，去抖動(dòng)的方法有硬件方法和軟件方法兩種。 1 .硬件方法 硬件方法是設(shè)計(jì)一個(gè)濾波延時(shí)電路或單穩(wěn)態(tài)電路等硬件電路來避開按鍵的 抖動(dòng)時(shí)間。圖是由R2和C組成的濾波延時(shí)消抖電路，設(shè)置在按鍵 S與CPU&據(jù) 線Di之間。按鍵S未按下時(shí)，電容兩端電壓為0,即與非門輸入Vi為0,輸出 Vo為1。當(dāng)S按下時(shí)，由于C兩端電壓不能突變，充電電壓 Vi在充電時(shí)間內(nèi)未 達(dá)到與非門的開啟電壓，門的輸出Vo將不會(huì)改變，直到充電電壓Vi大于門的開 啟電壓時(shí)，與非門的輸出Vo才變?yōu)?, 這段充電延遲時(shí)間取決于 R1、R2和C值的大小，電路設(shè)計(jì)時(shí)只要使之大于 或等于100m

6、s即可避開按鍵抖動(dòng)的影響。同理，按鍵 S斷開時(shí)，即使出現(xiàn)抖動(dòng)， 由于C的放電延遲過程，也會(huì)消除按鍵抖動(dòng)的影響 圖中，V1是未施加濾波電路含有前沿抖動(dòng)、后沿抖動(dòng)的波形， V2是施加濾 波電路后消除抖動(dòng)的波形。 2 .軟件方法 軟件方法是指編制一段時(shí)間大于100ms的延時(shí)程序，在第一次檢測(cè)到有鍵按 下時(shí)，執(zhí)行這段延時(shí)子程序使鍵的前沿抖動(dòng)消失后再檢測(cè)該鍵狀態(tài)， 如果該鍵仍 保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為該鍵已穩(wěn)定按下，否則無鍵按下，從而消除了抖動(dòng) 的影響。同理，在檢測(cè)到按鍵釋放后，也同樣要延遲一段時(shí)間，以消除后沿抖動(dòng)， 然后轉(zhuǎn)入對(duì)該按鍵的處理。 4. 3非編碼獨(dú)立式鍵盤 查詢法接口電路

7、現(xiàn)以3個(gè)按鍵為例，圖即為獨(dú) 立式鍵盤查詢法接口電路。按鍵 SR S1、S2分別通過上拉電阻與 CPUB數(shù)據(jù)線 DR D1、D2相連，當(dāng)按鍵Si閉合時(shí)，數(shù)據(jù)線直接接地，因而 CPU賣入Di=0;當(dāng) 按鍵Si斷開時(shí)，數(shù)據(jù)線通過上拉電阻接到正電源，因而 CPU賣入Di=1。 該接口電路實(shí)現(xiàn)的功能為：查詢檢測(cè)是否有鍵按下，如有鍵閉合，則消除抖 動(dòng)，再判斷鍵號(hào)，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。其程序流程如圖所示。 采用查詢法時(shí)，必須保證CPUS隔一定時(shí)間主動(dòng)地去掃描按鍵一次， 該掃描 4 電子工程系 時(shí)間間隔應(yīng)小于兩次按鍵的時(shí)間問隔， 否則會(huì)有按鍵不響應(yīng)的情形。顯然這種方 式占用CPUM問比較多。

8、 % 中斷法接口電路 仍以3個(gè)按鍵為例，圖是一個(gè)爐溫控制系統(tǒng)的功能鍵分配圖，SR S1、S2分別代表自動(dòng)/手動(dòng)切換、爐溫參數(shù)顯示和爐溫參數(shù)打印功能。這是在上 述查詢法接口電路的基礎(chǔ)上，再把按鍵 SR S1、S2的數(shù)據(jù)輸出線經(jīng)過與非門和 反相器后與8255A的選通輸入信號(hào)PC4相連，8255A的PC3發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)經(jīng) 中斷控制器8259A與CPU的中斷請(qǐng)求引腳相連，這是一種典型的中斷法鍵盤接口 電路。 工作過程如下：當(dāng) CPUK寸8255A初始化（8255A的A 口工作于方式1輸入） 后，CPU執(zhí)行主程序。當(dāng)按下S0鍵即表示要進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)，此時(shí)

9、與之相 連的I/O 口線呈現(xiàn)為低電平的同時(shí)，與非門輸出為高電平，經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖剑?使8255A端口 A的選通輸入信號(hào)PC4有效，則PAA PA2引腳接收并存入3個(gè)按 鍵的“0”或“1”狀態(tài)，當(dāng)恢復(fù)成高電平后，經(jīng) TSIT時(shí)間，8255A的PC3發(fā)出 INTRa中斷請(qǐng)求信號(hào)，經(jīng)中斷控制器 8259A向CPUH青中斷，CPU響應(yīng)中斷后， 即轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序中。中斷服務(wù)程序依次查詢按鍵的通斷狀態(tài)， 當(dāng)查詢到是自 動(dòng)/手動(dòng)（即S0=O時(shí)，則*$到自動(dòng)/手動(dòng)控制子程序的入口地址，從而使系統(tǒng) 進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)。如果沒有鍵按下，則相應(yīng)的I/O 口線均為高電平，也不會(huì)產(chǎn) 生中斷信號(hào)，CPU1續(xù)運(yùn)行主程序。

10、 D7 S CPU DO KT INIR INI S259A 334-HJIi 7 FAPAPAPAPAPAFA班 D7?RDPCS 鍵盤中斷服務(wù)子程序，與查詢方式相似，在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)后，首先調(diào)用 100mss 時(shí)子程序去除抖動(dòng)，然后依次查鍵號(hào)，并轉(zhuǎn)入鍵功能處理程序，最后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、 中斷返回。顯然，查詢順序代表了按鍵的排隊(duì)優(yōu)先級(jí)。 采用中斷法時(shí)，CPUX寸按鍵而言是被動(dòng)方式，在無鍵按下時(shí)不占用 CPU寸間, 因而CPUt更多的時(shí)間執(zhí)行其他程序。 上述分析說明：獨(dú)立式鍵盤接口電路簡(jiǎn)單靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵 必須占用一根I/O 口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要占用較多的 I/O 口線。比如 64個(gè)按鍵，需要有64根線，不僅連線復(fù)雜，查詢按鍵的時(shí)間也較長(zhǎng)。故這種鍵 盤電路只適合于按鍵數(shù)量比較少的小型控制系統(tǒng)或智能控制儀表中。