燕山大学工学硕士学位论文
续表 3-1 引脚功
能
Table 3-1 Pin functions (continued)
8 A0 输入 数据/命令选择端，接―高‖时，输入数据为显示数据， 接―低‖时，输入数据为控制命令 9 /WR(R//W) 使 用 68 系 列 方 式 ： R//W ― 高 ‖ 读 输入 数 据 ， R//W―低‖写数据；使用 80 系列方式：/WR―低‖有 效(边沿触发) 10 11~16 RD(E) D0~D5 输入 输入输出 使用 68 系列方式，E 高电平有效 使用 80 系列方式，RD 低电平读有效 并行数据 I/O 口，当串行输入(P/S=0)时，高阻 选择并行输入方式时，D6 为并行数据 I/O 口，选择串 行输入方式时，SCL 为串行时钟输入端 17 D6(SCL) 输入输出 18 D7(SDI) 输入输出 选择并行输入方式时，D7 为并行数据 I/O 口；选择串 行输入方式时，SDI 为串行数据输入端
19，20 NC — 未用端，不接收任何信号 表 3-2 参数性
能
Table 3-2 The characteristic of parameters
参数 符号 最小 定型值 最大 单位 供电电压 VDD -0.3 4.5 (3V 模块) V 6.0 (5V 模块) 输入电压 工作温度 存放温度 TOP TST 0.3 -20 -30 25
VDD+0.3 +70 +80 V ℃ ℃
燕山大学工学硕士学位论文
从表 3-2 可以看出 LMB-018 液晶模块在使用时有 68 系列和 80 系列两 种方式，由于本设计选用了 TI 公司的 MSP430 系列单片机，对外围器件的 要求很低，因此可选任一系列。本系统设计中选用了 68 系列方式，并且为 并行输入方式。硬件连接
[38]
如图 3-5 所示。
VD D
M PU P3.0 P3.1 P3.4 P3.5 C 86 P/S C S2 /C S1 /R E S A0 E R /W P1 D 0-D7
图 3-5 LMB-018 模块和 6800 系列微处理器接口硬件连接参考
图
Fig.3-5 Recommended connection of LMB-018 module with microprocessor of 6800
3.3.3 键盘功能
键盘在单片机系统中是一个很重要的部分。输入数据、查询和控制系 统的工作状态，都要用到键盘。键盘是单片机最简单的输入设备，是人工 干预计算机的主要手段，与显示器同属人机通信部分。
微机键盘可分为编码和非编码两种：编码键盘采用硬件线路来实现键 盘编码，每按下一个键，键盘能自动生成按键代码，键数较多，而且还能 由硬件实现去抖动和采取一些保护措施。这种键盘使用方便，可以节省中 央处理器相当多的时间，但电路结构复杂，PC(Personal Computer)机所使 用的键盘就属于这种；非编码键盘仅提供按键开关的工作状态，其它工作 由软件完成，这种键盘键数较少，硬件简单，但占用中央处理器较多时间， 一般在单片机应用系统中广泛使用。
非编码式键盘可分独立式键盘和行列式键盘两种：独立式键盘中，每
26
燕山大学工学硕士学位论文
键占用一根 I/O 口线，每根 I/O 口线上的按键工作状态不会影响其它 I/O 口线上个
的状态。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，在按键数量较多时，I/O 口线浪费较大，且电路结构 显得繁杂。故这种形式适用于按键数量较少的场合；行列式键盘又称矩阵 式键盘，设计 4 行 4 列 16 个键，只占用 8 根 I/O 口线，所以键数目较多时， 可节省 I/O 口线。这种结构的软件较繁琐。
在本次设计中，根据具体应用情况，选择了矩阵式键盘。下面对矩阵 式键盘作详细描述。
3.3.3.1 键盘设计基础 包括键盘工作方式、键盘扫描技术、键盘抖动消除 几个部分。
(1)键盘工作方式 在单片机应用系统中，扫描键盘只是中央处理器的 工作任务之一。在实际应用中要想做到既能及时响应键操作，又不过多地 占用处理器的工作时间，就要根据应用系统中处理器的忙闲情况，选择适 当的键盘工作方式。键盘的工作方式分为程序控制扫描方式、定时扫描方 式和中断扫描方式 3 种
[39]
。
程序控制扫描方式：是利用处理器在完成其它工作的空余，调用键盘
扫描子程序，来响应键输入要求。在执行键功能程序时，处理器不再响应 键输入要求。程序控制扫描程序应具备以下功能：判断键盘上有无键按下； 去除键的抖动影响；扫描键盘，得到按下键的键号。
定时扫描方式：单片机对键盘的扫描也可采用定时方式，即每隔一定 的时间对键盘扫描一次。在这种扫描方式中，通常利用单片机内的定时器， 产生 10 ms 的定时中断，处理器响应定时器溢出中断请求，对键盘进行扫 描，以响应键盘输入请求。
中断扫描方式：对键盘定时扫描控制方式的主要优点，是能及时响应 键入的命令或数据，便于用户对正在执行的程序进行干预。这种控制方式， 不管键盘上有无键闭合，处理器总是定时地关心键盘状态，因为人工键入 动作极慢，有时操作员对正在运行的系统很少甚至不会干预，所以在大多 数情况下，处理器对键盘进行空扫描。为了进一步提高效率，可以采用中 断方式，当键盘上有键闭合时产生中断请求，处理器响应中断，执行中断
27
燕山大学工学硕士学位论文
务程序，判断键盘上闭合键的键号，并作相应处理。对于本系统的设计, 服
由于系统的实时性要求不高，所以选择了程序控制扫描方式。
(2)键盘扫描技术 检测到有键闭合时，或因有闭合键而申请中断并得 到响应后，应进行键扫描，以判断是哪个键被按下。通常的键盘扫描方式 有：行扫描法、状态矩阵法、线路反转法。
行扫描法：是在确认有键闭合之后，逐行(或逐列)置低电平，并读入 列(或行)状态，如果出现非全 1 状态，那么 0 状态的行列交叉点就是被按 下键。
状态矩阵法：它主要适用于多定义键。多定义键的含义是多重的，即 同一个键在不同操作状态之下，具有不同的指定功能，即中央处理器执行 完成不同任务的程序。所谓操作状态，指进行该键操作之前，操作了哪个 或哪几个键。由于本系统采用单定义键，在此对状态矩阵法不再赘述。
线反转法：通过单片机本身并行口或扩展的并行口均可实现。比行扫 描法速度快，经过两个步骤即可得到键值。图 3-6 为 4×4 键盘线反转法的
原理图。该键盘采用中断方式。现将反转法工作的两个步骤分述如下：
VC C
输 1 0 1 1 0 0 0 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VC C
单 入 片 I/O 口 输 机 出
IN T
与门
第一步
(a) First step
28
燕山大学工学硕士学位论文
输 1 0 单 片 机 出 I/O 口 输 1 1 0 0 0 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
入
IN T
第二步
(b) Second step
图 3-6 4×4 键盘线反转法的原理图 Fig.3-6 line reversion principle of 4×4 keyboard
第一步如图 3-6(a)所示。首先将 D0～D3 编程设定为输入口线，用于 输入列信息。然后将 D4～D7 编程设定为输出口线，并输出 0000。若有按 键闭合，与门的输出将为低电平，此时向处理器申请中断，表示键盘中有 按键闭合。当处理器响应中断后，由中断服务程序读取 D0～D3 的列信号， 并将信号存入到专用单元 N 中。图中闭合按键位置使 N 单元得到的信息为 xxxx1101。
第二步如图 3-6(b)所示。首先将 I/O 口的输入与输出口线反转过来， 即将 D0～D3 编程设定为输出口线，将 D4～D7 编程设定为输入口线。然 后再将单元 N 中的内容送到列线，最后通过输入口线读入行线的状态，并 将其存入 N+1 单元中。图示闭合按键位置使 N+1 单元得到 0111xxxx 信息。 最后将 N 与 N+1 单元内容拼接得到 0x7D，即为图 3-6 中所示的闭合按键 的键值。
(3)按键抖动消除 键触点在闭合或断开瞬间，由于机械触点的弹性作 用，会产生短暂的抖动现象。抖动时间长短与机械特性有关，一般为 5 ms～
10 ms,抖动过程引起电平信号的波动，有可能令处理器误解为多次按键操 作，而引起误处理。
29