【正文】 。用于單片機(jī)系統(tǒng)的鍵盤按其結(jié)構(gòu)形式分為兩類非編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤即鍵盤上閉合鍵的識別有專用的硬件來實(shí)現(xiàn)，由硬件邏輯電路完成必要的鍵識別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動提供被按鍵的讀數(shù)，同時產(chǎn)生一選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時按鍵保護(hù)功能。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復(fù)雜，對于主機(jī)任務(wù)繁重之情況，采用8279可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(tǒng)是很實(shí)用的方案。非編碼鍵盤即鍵盤上閉合鍵的識別由軟件來識別。只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件完成，故硬件較為簡單，但占用CPU較多時間。單片機(jī)系統(tǒng)中普遍采用非編碼鍵盤，它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活等特點(diǎn)。鍵盤接口（或處理）應(yīng)具備以下功能：鍵掃描功能，即檢測是否有鍵按下。產(chǎn)生相應(yīng)的鍵代碼（又稱鍵值）。消除按鍵抖動及多鍵按下的問題。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤的應(yīng)用形式還分為獨(dú)立鍵盤及矩陣鍵盤。它們各有自己的特點(diǎn)。其中獨(dú)立鍵盤就是各按鍵相互獨(dú)立，每個按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根I/O口線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下了。優(yōu)點(diǎn)：電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。 缺點(diǎn)：每個按鍵需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時，I/O口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。因此，此鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，是用于按鍵較少或操作速度較高對硬件電路要求不高的場合。矩陣鍵盤與獨(dú)立鍵盤有很大區(qū)別，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上。節(jié)省I/O口。矩陣鍵盤工作原理：行線通過上拉電阻接到+5V上。無按鍵，行線處于高電平狀態(tài)，有鍵按下，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤復(fù)雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。鍵盤的工作方式有：編程掃描方式：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。定時掃描工作方式：單片機(jī)對鍵盤的掃描也可用定時掃描方式，即每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。中斷工作方式：只有在鍵盤有鍵按下時，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。組成鍵盤的按鍵有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種，單片機(jī)中應(yīng)用的一般是由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的。按鍵如圖36所示，當(dāng)開關(guān)S1斷開時，單片機(jī)接入口輸入為高電平，S1閉合時，單片機(jī)接入口輸入為低電平。由于按鍵是機(jī)械觸點(diǎn)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時，會有抖動，P1輸入端的波形如圖37所示。這種抖動對于人來說是感覺不到的，但對單片機(jī)來說，則是完全可以感應(yīng)到的，因?yàn)閱纹瑱C(jī)處理的速度是在微秒級，而機(jī)械抖動的時間至少是毫秒級，對單片機(jī)而言，這已是一段“漫長”的時間了。如果鍵處理程序采用中斷方式的話，在響應(yīng)按鍵時就可能會出現(xiàn)問題，也就是說按鍵有時靈，有時不靈，其實(shí)就是這個原因，你只按了一次按鍵，可是單片機(jī)卻已執(zhí)行了多次中斷的過程，若執(zhí)行的次數(shù)正好是奇數(shù)次，那么結(jié)果正如你所料，若執(zhí)行的次數(shù)是偶數(shù)次，那就不對了。而如果鍵處理程序采用查詢方式的話也會存在響應(yīng)按鍵遲鈍的現(xiàn)象，甚至可能會漏掉信號。圖36 按鍵圖圖37 抖動波形圖為了使CPU能正確地讀出按鍵接入口的狀態(tài)，對每一次按鍵只作一次響應(yīng)，就必須考慮如何去除抖動，也就是消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象。常用的去抖動的方法有兩種：硬件方法和軟件方法。單片機(jī)設(shè)計(jì)中常用軟件法，因此，對于硬件方法我們在此不做介紹。軟件去除抖動其實(shí)很簡單，這里采用最常用的方法，即延時重復(fù)掃描法，延時法的原理為：因?yàn)椤懊獭泵}沖一般持續(xù)時間短，約為幾ms，而我們按鍵的時間一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個時間,所以當(dāng)單片機(jī)檢測到有按鍵動靜（按鍵按下或釋放）后再延時一段時間(這里我們?nèi)?0ms)后再判斷此電平是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵，否則無效。不過一般情況下，我們通常不對按鍵釋放的后沿進(jìn)行處理，實(shí)踐證明，也能滿足一定的要求。當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用中，對按鍵的要求也是千差萬別，要根據(jù)不同的需要來編制處理程序。以上是消除鍵抖動的原則.在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為簡化硬件線路，縮小整個系統(tǒng)的規(guī)模，總希望設(shè)置最少的按鍵，獲得最多的控制功能。矩陣鍵盤與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比，硬件電路大大節(jié)省。可通過軟件的方法讓一鍵具有多功能。方法：選擇一個RAM工作單元，對某一個按鍵進(jìn)行按鍵計(jì)數(shù)，根據(jù)不同計(jì)數(shù)值，轉(zhuǎn)到子程序。這種計(jì)數(shù)多功能鍵最好與顯示器結(jié)合用，以便知道當(dāng)前計(jì)數(shù)值，同時配合一個啟動鍵。復(fù)合鍵是使用軟件實(shí)現(xiàn)一鍵多功能的另一個途徑。所謂復(fù)合鍵，就是兩個或兩個以上的鍵的聯(lián)合，當(dāng)這些鍵同時按下時，才能執(zhí)行相應(yīng)的功能程序。實(shí)際情況做不到“同時按下”，他們的時間差別可以長到50ms，解決策略是：定義一個或兩個引導(dǎo)鍵，這些引導(dǎo)鍵按下時沒什么意義，執(zhí)行空操作。引導(dǎo)鍵的例子：微機(jī)鍵盤上的CTRL、SHIFT、ALT。缺點(diǎn)：一是操作變得復(fù)雜，二是操作時間變長。多功能鍵的利用，應(yīng)具體情況具體分析。要求速度的場合最好做一鍵一功能。如果系統(tǒng)功能很多，一鍵一功能不現(xiàn)實(shí)，可采取一鍵多功能。八路智能搶答器設(shè)計(jì)中由于按鍵較少，端口資源豐富，因此采用了獨(dú)立鍵盤的方式，無雙功能和多功能設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中有8個搶答按鍵輸入，一個開始按鍵、一個結(jié)束按鍵，此外還有搶答時間調(diào)整鍵、回答時間調(diào)整鍵，加一按鍵、減一按鍵各一個。按鍵連接圖如圖38所示。圖38按鍵連接圖。開始及結(jié)束按鍵接到單片機(jī)的11腳，這里用到了單片機(jī)11腳復(fù)合功能中的IO端口功能，單片機(jī)通過讀取。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過指示燈或數(shù)碼顯示來指示， 供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對于某些緊急狀態(tài)，比如系統(tǒng)檢測到的錯誤狀態(tài)等， 為了使操作人員不至于忽視,及時采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺的報警信號。這種報警信號通常有三種類型：一是閃光報警，因?yàn)殚W動的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強(qiáng)警覺；三是語音報警，不僅能起到報警作用，還能直接給出警報種類的信息中。前兩種報警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡單，軟件編程方便，常常在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用；而語音報警雖然警報信息較直接，但硬件成本高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軟件量也增加，下面主要介紹鳴音報警。鳴音報警有兩種方法：單頻音報警和音樂聲報警。單頻音報警：實(shí)現(xiàn)單頻音報警的接口電路比較簡單，其發(fā)音元件通?？刹捎脡弘姺澍Q器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加3～15V直流工作電壓,就能產(chǎn)生3KHz左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電少，更適于在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器，約需 10mA的驅(qū)動電流，可在某端口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動電路來驅(qū)動。音樂聲報警：單頻音報警電路,簡單實(shí)用，已能滿足音響報警的一般需要，但是音調(diào)單調(diào)，而且采用壓電鳴音元件，音量較小且不可調(diào)整。音樂聲報警電路，與單片機(jī)系統(tǒng)連接，也很方便易行，而報警的音響又優(yōu)美動聽。我們知道，發(fā)聲電路用于報警，當(dāng)遇到發(fā)聲信號時，發(fā)出警報。一般喇叭是一種電感性，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單片機(jī)某個口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭（壓電陶瓷型揚(yáng)聲器）就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。搶答器發(fā)聲電路設(shè)計(jì)如圖39所示。單片機(jī)的16腳輸出具有復(fù)合功能，單片機(jī)通過內(nèi)部定時器的操作實(shí)現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲。圖39 發(fā)聲電路在圖 39中，P ，當(dāng) P “1”時, 三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的通電而發(fā)音，當(dāng) P 輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。在本系統(tǒng)中，當(dāng)搶答時間和答題時間倒計(jì)5秒時就調(diào)用報警子程序發(fā)聲報警。系統(tǒng)正常工作需要電源，電源的獲得方式可以是自給式的，如各種電池；也可以是接口式的，從公用電網(wǎng)獲取。自給式的優(yōu)點(diǎn)是自給自足，使用方便，在電池可以正常工作的情況下，受外界的影響較??；缺點(diǎn)是使用的時間受到限制，并且電池的性能隨使用時間的增長而下降，并直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行。接口式的電源，由于電能來源于公共電網(wǎng)，可長時間穩(wěn)定供電且電壓的波動較小。但是在某些情況下，使用不如自給式方便。根據(jù)本文中設(shè)計(jì)的具體要求，本文選擇接口式的電源供電方式。由前述可知，本文中需要一種直流電源：+5V。實(shí)現(xiàn)這種電源的原理由變壓器、整流橋、濾波器和電源穩(wěn)壓芯片四部分組成。 變壓器根據(jù)電源部分的電壓幅值的設(shè)計(jì)要求，采用接口式的電源供電方式，從交流電壓峰值為220V的公共電網(wǎng)獲取電能，首先要解決的問題就是降低電壓。本文采用變壓器的方式解決這一問題。通過變壓器，將峰值為220V交流電降低到峰值略高于期望值的交流電12V。 整流橋雖然降壓后的交流電的峰值在幅值上與期望的電壓值接近，但是由于系統(tǒng)需要的是電壓極性不變的直流電，降壓后的交流電仍然無法滿足設(shè)計(jì)要求。因此，系統(tǒng)需要添加整流環(huán)節(jié)。整流電路如圖310所示。圖310整流電路示意圖本文采用二極管整流橋的方法實(shí)現(xiàn)整流。具體接法如圖14。圖中的四個二極管分為兩組（D1,D2與D3,D4），分別在交流電的正負(fù)周期內(nèi)導(dǎo)通。在輸入的交流電過零點(diǎn)時，兩組二極管完成交替。由于整流橋的結(jié)構(gòu)及二極管的單向?qū)щ娦?，整流橋的輸出端將是一個電壓極性不變，但是幅值起伏很大的“粗糙”的直流量！ 濾波器通過整流橋獲得的直流量波形很“粗糙”，紋波起伏很大，無法滿足系統(tǒng)的應(yīng)用要求。為了得到系統(tǒng)需要的幅值穩(wěn)定的直流電源，還需要對整流所得的波形進(jìn)行濾波處理，以達(dá)到將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。電源濾波電路的形式有多種，本文采用最常見也是最簡單的電容濾波電路。如圖310，在整流電路的輸出端并聯(lián)一個電容即構(gòu)成電容濾波電路。濾波電容的容量較大，因而一般均采用電解電容，安裝時注意電容的極性。電容濾波電路的原理就是利用電容的充放電作用，使輸出電壓趨于平穩(wěn)。理想狀態(tài)下，電容濾波的效果見圖311（a）。從圖中可見，濾波后輸出的電壓不僅變得平滑，而且平均值已得到了提高。若考慮變壓器內(nèi)阻和二極管的導(dǎo)通電阻，則電容兩端電壓的波形將如圖311（b）所示，陰影部分為整流電路內(nèi)阻上的壓降。這就是為什么變壓器的輸出電壓峰值要略高于設(shè)定的電壓值的原因。（a） 理想情況下的波形（b）考慮整流電路內(nèi)阻時的波形圖311 濾波效果圖 電源穩(wěn)壓芯片雖然整流濾波電路能將正弦交流點(diǎn)變換成較為平滑的直流電壓，但是，一方面，由于輸出電壓的平均值取決于變壓器副邊電壓有效值，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動；另一方面，由于整流濾波電阻的存在，內(nèi)阻上的電壓降產(chǎn)生變化，于是輸出電壓平均值也將隨之產(chǎn)生相反的變化。例如，如果負(fù)載電阻減小，則負(fù)載電流增大，內(nèi)阻上的電流也就隨之增大，其壓降必然增大，輸出電壓平均值必將相應(yīng)減少。因此，整流濾波電路輸出電壓會隨著電網(wǎng)的波動而波動，隨著負(fù)載電阻的變化而變化。為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。穩(wěn)壓的方式也很多，本文中采用集成穩(wěn)壓器芯片的方式實(shí)現(xiàn)。7805大概是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它的使用方便，用很簡單的電路即可以實(shí)現(xiàn)一個直流穩(wěn)壓電源,他的輸出電壓恰好為5v，剛好是51系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓。它有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差別,用的最多的還是lm7805。下面我簡單的介紹一下他的3個引腳，其中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負(fù)極)，3就是我們需要的正5V輸出電壓了。首先利用220V用220V～12V的變壓器降壓，再用橋式整流。在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容（470uf），利用其充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩(wěn)定的直流電壓。在實(shí)際中，為了防止電路各部分供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化，所以在電源的輸出端及負(fù)載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容．由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除，、7805的2腳接地、7805的3腳輸出。這就可以了。電源模塊如下圖312所示。圖312 電源模塊電路元件的選擇及要求：為了保證穩(wěn)壓器的穩(wěn)定工作，三端穩(wěn)壓器的輸入端電壓至少應(yīng)該比輸出端的電壓高出3到6V，輸入電壓與輸出電壓不能相差太高，太高不僅工作效率降低，浪費(fèi)能源，而且穩(wěn)壓器本身的功耗太大，會引起過熱而造成工作不穩(wěn)定。三端穩(wěn)壓器的輸入與輸出電壓之間的壓差和輸出電流較大時，應(yīng)加裝合適的散熱器。C6C7C8C9的作用和數(shù)值： C6和C9是防止自激用的， —1μF，—。C7和C8是濾波電容，C7和C8一般取值為100—470μF。4 軟件設(shè)計(jì)模塊隨著單片機(jī)技術(shù)日新月益的發(fā)展，很多人經(jīng)常會被單片機(jī)的各種各樣的編程語言搞糊涂。因?yàn)閱纹瑱C(jī)目前的編程語言常見的有4種，即匯編語言、C語言、PL／M和BASIC語言。究竟要學(xué)習(xí)哪一種編程語言好呢?下面我們對這4種語言作詳細(xì)介紹。 BASIC編程語言 BASIC是一種高級語言，它的英文含義是“初學(xué)者通用符號指令代碼”，是在1965年5月，由美國科學(xué)家托馬斯庫 爾茲研制出來的。10多年后，微軟公司把它移植到微型機(jī)上。幾十年來，BASIC語言一直被認(rèn)為是初學(xué)者編程的語言。它已經(jīng)由QBASIC發(fā)展到VB版本，具備了很多結(jié)構(gòu)化思想和編程方式，如函數(shù)、模塊、局部變量、全局變量、數(shù)據(jù)傳遞等。早期的BASIC語言由于生成的代碼不是最終目標(biāo)機(jī)器的代碼，而是經(jīng)過一個RUNTIME程序解釋后運(yùn)行的，所以執(zhí)行效率低，但這種逐行解釋的方法很容易找到程序中的錯誤，而不是當(dāng)程序執(zhí)行完才能顯現(xiàn)出來。而單片機(jī)的BASIC編譯器是直接將程序代碼編譯成相應(yīng)芯片的機(jī)器碼，不需要在單片機(jī)的內(nèi)存中駐留RUNTIME程序，執(zhí)行效率與其他編譯器編譯出來的一樣。此外還需要注意，BASIC為簡化使用變量，所有變量都用浮點(diǎn)值，這一點(diǎn)與c語言存在差異。以MCS—El