【文章內(nèi)容簡介】 作原理，鍵盤接口類型及其按鍵識別方法。 常用鍵盤接口 單片機(jī)常用鍵盤接口分別為獨立式鍵盤接口，和行列式鍵盤接口。 獨立式鍵盤接口每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)判斷哪個按鍵被按下。在按鍵數(shù)目較多時，獨立鍵盤電路需用較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。 行列式（也稱矩陣式）鍵盤適用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。很明顯，在按鍵數(shù)目較多的場合，行列式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié) 省很多的 I/O 口線。在行列式鍵盤接口電路中，如果內(nèi)部有上拉電阻，則外部電路的上拉電阻可以省去。 一、 鍵盤的工作方式 鍵盤工作方式的選取根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)中 CPU 工作的忙閑情況而定，其原則是既要保證能及時響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用 CPU 的工作時間。通常鍵盤工作方式有 3 種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。 1. 編程掃描方式：只有當(dāng)單片機(jī)空閑時，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，反復(fù)的掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)，來響應(yīng)鍵盤的輸入請求。 2. 定時掃描工作方式：每個一定的時間對鍵盤掃描一次。通常利用單片機(jī)內(nèi)的定時基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計 12 器，產(chǎn)生 10ms 的定時中斷， CPU 響應(yīng)定時器溢出中斷請求，對鍵盤進(jìn)行掃描，在有鍵按下時識別出該鍵，并執(zhí)行相應(yīng)鍵的處理功能程序。 3. 中斷工作方式：只有在鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無鍵按下，單片機(jī)將不理睬鍵盤。 主機(jī)鍵盤電路的設(shè)計 鍵盤工作過程如下框圖 25 所示，首先鍵盤的工作方式可以采取中斷工作方式，當(dāng)只有鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序，否則，單片機(jī)將不予理睬鍵盤。其次采用線反轉(zhuǎn)法確定具體的鍵號。最后實現(xiàn)按鍵的功能，執(zhí)行鍵處理程序。 綜上所述可以采用 2 8 行列式（矩陣式）鍵盤，如圖 26 所示， 鍵盤掃描工作方式的工作過程如下： 1. 在鍵盤掃描子程序中，首先判斷鍵盤上有無按鍵按下。其方法為 P0 口 8 位輸出全為0，讀 P2 口狀態(tài)，若 P2 口全為 1，則說明鍵盤無按鍵按下；若不全為 1，則說明鍵盤可能有按鍵按下 。 用軟件延時 10ms 來消除按鍵抖動的影響。確實有按鍵按下時，進(jìn)行下一步。 2. 求按下鍵的鍵號。根據(jù)前面介紹的掃描法，逐列置 0 掃描，讀入行線的狀態(tài)，最后確定按鍵的位置。 3. 等待按鍵釋放后，再進(jìn)行按鍵功能的處理操作。 語音通話電路的設(shè)計 語音電路的設(shè)計主要是采用集成運(yùn)算放大器，其電路設(shè)計相對簡 單，而且具有較好的基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計 13 抗干擾能力。 集成運(yùn)算放大器的原理及特性 集成電路運(yùn)算放大器 集成電路運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗的多級直接耦合放大電路。它的種類很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)有共同之處。一般由輸入級、輸出級、中間（放大）級、電平移動級，補(bǔ)償過載保護(hù)電路等組成。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，一般利用差動電路包括溫漂在內(nèi)的共模干擾，利用電流源解決弱電流偏置問題，利用有源負(fù)載提高開環(huán)增益。集成運(yùn)算放大器的組成如框圖 27 所示。 輸入級：要求輸出電阻高，差模放大倍數(shù)高，抑制零點漂移和共模 干擾信號的能力強(qiáng)。都采用差分放大電路。 中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。 偏置電路：為各級放大電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點，一般由恒流源電路構(gòu)成。 模擬選通放大器 F3140A 和 F3140B F3140 是一種多功能的集成運(yùn)算放大器，其各管腳功能如表 21 所示。 表 2 1 F3140 各個管腳的功能 管腳號 2 3 6 1 5 4 7 8 符號 IN IN+ OUT OA+ OA V+ V S 功能 輸入 輸出 調(diào)零 電源 選通 F3140 的工作狀態(tài)受選通端 S 控制，當(dāng) S 端低電位時，無論輸入端有無信號輸入，輸出端均無信號輸出，即 F3140 被阻斷；當(dāng) S 端高電位時， F3140 將信號放大輸出，即 F3140被選通。因此，將二個始終相依的脈沖信號接入 F3140A 和 F3140B 的 S 端，即可控制 F314A和 F3140B 分時交替工作，實現(xiàn)送話方向的瞬時單向選通。 基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計 14 利用 F3140 模擬選通功能組成的聲控半雙工對講機(jī)原理框圖如圖 2 所示。其核心是在語音信號發(fā)出的同時，產(chǎn)生兩路輸出高低電位始終相異的控制信號，控制 F3140A 和F3140B 分時交替工作，從而實現(xiàn) 了對對講機(jī)實行聲控的目的?？刂菩盘柕母唠娢恢到咏娫?V+。低電位值接近 V。 MIC 拾取 A 方欲傳送到 B 方的語音信號。當(dāng) A 方講話時，語音信號經(jīng)過整流濾波，使同相比較電路輸出高電位，選通 F3140A，語音信號從 A 方傳到 B 方，而反方向比較電路輸出低電位，阻斷 F3140B， B 方不能向 A 方傳送消息。反之，若 A 方不講話，則同相比較電路輸出低電位，阻斷 F3140A，而反方向比較電路輸出高電位，選通 F3140B， B 方可向 A 方傳送信息。 利用 A 方語音信號選通 F31使用 12V 單一電源的聲控半雙工語音電路，如圖 2 8所示 。其工作原理按其各自功能的不同，作如下分析。 語音通話電路的設(shè)計 整流濾波電路 MIC 拾取 A 方語音信號經(jīng)前置放大器 A 放大后，分成兩路：一路輸入 F3140A，用于音調(diào)功率放大；另一路輸入整流濾波電路，用于產(chǎn)生 F3140 的選通信號。整流濾波電路由正半波整流電路 A1 和 RC 低通濾波電路組成。若 UI 大于 UC，運(yùn)放 A1 的負(fù)反饋削弱，則在 A1 的開環(huán)增益作用下，其輸出電壓迅速增加，整流二極管 D1 導(dǎo)通，形成深反饋，于是UC 跟隨 UI，電容 C 充電。反之，若 UI 小于 UC，則 D1 截止，電容 C 通過電阻 R 放電。如 果 C 的放電時間短于 A 方語音中途停頓時間，那么將是變化平緩的脈動直流電壓，其數(shù)值大于 6V。 基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計 15 比較電路 比較電路由同相比較器 A2 和反相比較器 A3 構(gòu)成。比較器的輸入信號就是濾波電路的輸出信號 UC。參考電壓 UR 是由 10kΩ電位器對 12V 直流電壓源分壓源分壓得到，其數(shù)值大于 6V。 A 方講話時， UC 大于 UR， A2 輸出高電位，選通 F3140A，語音信號由功放 A放大，激勵揚(yáng)聲器 B 放音， A 方到 B 方送話電路通暢； A3 則輸出低電位，阻斷 F3140B，B 方到 A 方受話通斷斷開。反之， A 方不講話， UC 小于 UR， A 方到 B 方送話通路斷 開，而 B 方到 A 方的受話通路接通。顯然，參考電壓 UR 設(shè)置得越大，控制電路的抗干擾能力就越強(qiáng)。 箍位電路 為防止 F3140B 接受過強(qiáng)的輸入信號，引起自激，影響其阻斷效果，必須在 F3140B的輸入端插入箍位電路，限制其輸入幅度。箍位電路由電壓跟隨器 A4 和 A5 及二極管 D2和 D3 組成。電阻分壓器提供給 A4 和 A5 的輸入電壓分別為 VI4=7V,VI5=5V。當(dāng) F3140B的輸入電壓大于 時，二極管 D2 導(dǎo)通箍位，當(dāng)輸入電壓小于 時，二極管 D3 導(dǎo)通箍位。從而確保 F3140B 可靠地阻斷。 基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計 16 系統(tǒng)總線 設(shè)計 模擬開關(guān) CD4067 本系統(tǒng)用戶分機(jī)按鍵選用多通道模擬開關(guān) CD4067，CD4067 模擬開關(guān)是數(shù)字電路中模擬開關(guān)是很有用的器件，用它來切換數(shù)字信號的傳輸是十分方便的。本系統(tǒng)通過單片機(jī) AT89C51 將按鍵通過一定的程序計算得出，再換算成為四位二進(jìn)制編碼，然后通過模擬開關(guān)CD4067 將選通信號傳輸給用戶。 CD4067 是單 16 路（單刀 16 位）模擬開關(guān)，各開關(guān)由外部輸入二進(jìn)制的地址碼 A、 B、 C、 D 來切換。其中腳 {10}、 {11}、 {13}和 {14}是地址碼 A、 B、 C、 D 的輸入端；腳 {2}～ {11}和 {16}～ {23}是開關(guān)的輸入 /輸出端（開關(guān)位）；腳 1 是開關(guān)的輸出 /輸入公共端（開關(guān)刀）；腳 {15}為控制端，低電平有效（選通），高電平禁止（開關(guān)開路）。CD4067 的真值表如附表所示。 4 位二進(jìn)制碼 A、 B、 C、 D 共有 16 種狀態(tài)，所以可以控制16 個開關(guān)的通斷。 表 22 CD4067 模擬開關(guān) D C B A INH 接通通道 0 0 0 0 0 “ 0” 0 0 0 1 0 “ 1” 0 0 1 0 0 “ 2” 0 0 1 1 0 “ 3” 0 1 0 0 0 “ 4” 0 1 0 1 0 “ 5” 0 1 1 0 0 “ 6” 0 1 1 1 0 “ 7” 1 0 0 0 0 “ 8” 1 0 0 1 0 “ 9” 1 0 1 0 0 “ 10” 1 0 1 1 0 “ 11” 基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計 17 1 1 0 0 0 “ 12” 1 1 0 1 0 “ 13” 1 1 1 0 0 “ 14” 1 1 1 1 0 “ 15” ? ? ? ? 1 均不接通 系統(tǒng)工作原理介紹 本課題設(shè)計一個樓宇呼叫系統(tǒng)，要求當(dāng)訪客按下門口主機(jī)上所需訪問的用戶門號時，用戶可收到呼叫信號并給予相應(yīng)的回復(fù)。 現(xiàn)設(shè)計的系統(tǒng)，當(dāng)訪客按下主機(jī)按鍵時，單片機(jī) AT89C51 掃描鍵盤，確定按鍵號，再將信號通過多路模擬開關(guān) CD4067 將選通信號傳遞給用戶，用戶接通室內(nèi)分機(jī)與訪客談話，之后按下開鎖按鈕為訪客開門。 整個對講系統(tǒng)的工作過程是：電源盒為主機(jī)提供電源，內(nèi)部設(shè)有降壓充電電路，將市電降壓、整流、濾波后，向蓄電池充電，市電停電時由蓄電池提供電源。主機(jī)是整個系統(tǒng)的核心，內(nèi)部設(shè)有電源控制電路、呼叫電路、對講電路、開鎖電路等，通過呼叫線、送話線、受話線、開鎖線、地線這五條連接線與用戶分機(jī)連接。訪客要進(jìn)入樓內(nèi)，先按防盜門主機(jī)上的 編號按鍵，該住戶分機(jī)振鈴響起，住戶摘機(jī)后通過對講系統(tǒng)對來人進(jìn)行確認(rèn)，然后按開鎖鍵，使主機(jī)上的開鎖電路動作，將防盜門打開。 系統(tǒng)總線設(shè)計 1. 系統(tǒng)接線方式： 4 芯主桿線 +1 條呼叫線， 4 為系統(tǒng)主桿線，與每臺分機(jī)內(nèi)表示綠、紅、黑、白字符位置相接，藍(lán)線為分機(jī)呼叫線，將按鍵位置相對的房號呼叫線接到該用戶分機(jī)即可。 2. 五線分機(jī)電路簡單，一般為不保密通話，既可以有 2 戶同時和主機(jī)通話，主機(jī)呼叫分機(jī)需要一直按住按鍵，振鈴聲才會有，分機(jī) 5 根線一般為送話線、受話線、開鎖線、接地線、呼叫振鈴線。其中送話線、受話線、 開鎖線、接地線是公共線。 基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計 18 基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計 19 3 控制部分 單片機(jī)控制系統(tǒng)介紹 單片機(jī) AT89C51 在本設(shè)計中的作用主要是將門口主機(jī)的按鍵信息掃描之后計算出鍵碼，并傳送給模擬開關(guān) CD4067 使住戶能接收到呼叫請求，并且完成語音通話的信號請求與傳輸，能夠控制電門鎖打開樓門。 程序部分 鍵盤的程序設(shè)計 鍵盤采用編程掃描工作方式，鍵盤的功能有以下四個方面： （ 1） 判斷鍵盤上有無按鍵閉合，其方法為掃描口 ～ ，輸出全為 0。讀 、 口的狀態(tài)，若 、 為 1（鍵盤上行線全 為高電平），則鍵盤上無按鍵閉合，若、 不全為 1，則有鍵處于閉合狀態(tài)。 （ 2） 去除鍵的機(jī)械抖動，其方法為判別出鍵盤上有按鍵閉合后，延遲一段時間再判斷鍵盤的狀態(tài)，若仍有鍵閉合，則認(rèn)為鍵盤上有 1 個鍵處于穩(wěn)定的閉合期，否則認(rèn)為是鍵的抖動。 （ 3） 判別閉合鍵的鍵號，方法為對鍵盤的列線進(jìn)行逐列掃描，掃描口 ～ 口依次輸出下列編碼，既只有 1 列為低電平，其余各列為高電平，相應(yīng)地依次讀 P2 口的狀態(tài)，若 、 全為 1，則列線為 0 的這 1 列上沒有鍵閉合。閉合鍵的鍵號等于為低電平的列號加上行線的首 鍵號。即鍵號 N=行首鍵號 +列號。 （ 4） CPU 對鍵的 1 次閉合僅做 1 次處理，采用的方法為等待閉合鍵釋放以后再處理。 鍵盤程序流程圖： 基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計 20 1. 鍵盤子程序如下： KEYI： MOV A， 00H ；判有無鍵按下，使所有列線為 0 的編碼→ A KL1： JNB ， PK1 ；第一行如有閉合鍵，跳 PK1 進(jìn)行處理 JB ， KL1 ；在第二行鍵中無閉合鍵跳 KL1 PK1： ACALL DL10 ；調(diào)用延時 10ms 子程序 DL10 軟件消除抖動 JNB ， PK2 ；判斷是否由抖動引起的？ JB ， KL1 P