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武汉大学珞珈学院本科毕业论文
微机所用的键盘可分为编码和非编码键盘两种。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，而且还具有去抖功能。这种键盘使用方便，但硬件较复杂，PC机所用的键盘就属于这种。非编码键盘仅提供按键开关状态，其他工作由软件完成，这种键盘键数较少，硬件简单，一般在单片机应用系统中广泛使用。
本次设计用的是矩阵式键盘，这种键盘连接简单使用较少的I/O口就可以接较多按键。
3．3．1 矩阵式键盘扫描原理
矩阵键盘扫描的方法有两种:1、逐行扫描：我们可以通过高四位轮流输出低电平来对矩阵键盘进行逐行扫描，当低四位接收到的数据不全为1的时候，说明有按键按下，然后通过接收到的数据是哪一位为0来判断是哪一个按键被按下。2、行列扫描：我们可以通过高四位全部输出低电平，低四位输出高电平。当接收到的数据，低四位不全为高电平时，说明有按键按下，然后通过接收的数据值，判断是哪一列有按键按下，然后再反过来，高四位输出高电平，低四位输出低电平，然后根据接收到的高四位的值判断是那一行有按键按下，这样就能够确定是哪一个按键按下了。
图3.3 4 * 4矩阵键盘
矩阵键盘的原理如图3.3所示。首先可以通过高四位全部输出低电平，低四位输出高电平。当接收到的数据，低四位不全为高电平时，说明有按键按下，然后通过接收的数据值，来判断是哪一列有键按下，其程序如下：
GPIO_KEY=0X0F;
switch(GPIO_KEY) {
case(0X07): case(0X0b):
KeyValue=0;break;测试第一列 KeyValue=1;break;测试第二列
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}
case(0X0d): KeyValue=2;break;测试第三列 case(0X0e):
KeyValue=3;break;测试第四列
然后再通过高四位输出高电平，低四位输出低电平，然后根据接收到的高四位的值判断是哪一行有按键按下，其程序如下： GPIO_KEY=0XF0;
switch(GPIO_KEY) { }
case(0X70): case(0Xb0): case(0Xe0):
KeyValue=KeyValue;break;测试第一行 KeyValue=KeyValue+4;break;测试第二行 KeyValue=KeyValue+12;break;测试第四行
case(0Xd0): KeyValue=KeyValue+8;break;测试第三行
通过行与列的测试，这样就能够确定是哪一个按键按下了。
3．3．2 盘的去抖设计
（a）
(b)
图 3.4 键操作和键抖动示意图
按键开关在电路中的连接如图3.4(a)所示。按键未按下时，A点电位为高电平5V；按键按下时A点电位低电平。A点电位就用于向CPU传递开关状态。但由于按键的结构为机械弹性开关，在按键按下和断开时触点在闭合和断开瞬间还会接触不稳定，引起A点电平不稳定，如图3.4(b)所示，键盘的抖动时间一般为5～10ms，抖动现象会引起CPU对一次键操作进行多次处理，从而可能产生错误。因此，必须设法消除抖动的不良后果。
消除按键去抖不良后果的方法有硬件和软件两种。在此系统中我们采用软件去抖的方法来实现按键去抖问题。根据抖动的特性，在第一次检测到按键按下后，执行一段延时10ms子程序后再确定该键是否确实按下，从而消除抖动的影响。
3．3．3 键盘扫描控制方式
在单片机应用系统中，对键盘的处理工作只是CPU工作内容的一部分，CPU还要
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进行数据处理，显示和其他输入操作，因此键盘处理工作既不能占用CPU太多时间，又需要CPU对键盘操作及时作出响应，CPU对键盘处理控制的工作方式有以下几种。
1、程序控制扫描方式
程序控制扫描方式是在CPU工作空余，调用键盘扫描子程序，响应键输入信号要求。程序控制扫描方式的键处理程序固定在主程序的某个程序段。当主程序运行到该程序段时，依次扫描键盘，判断有键输入否。若有，则计算按键编号，执行相应键功能子程序。这种工作方式对CPU影响小，但应考虑键盘处理程序的运行间隔周期不能太长，否则会影响对键输入响应的及时性。
2、定时扫描控制方式
定时扫描控制方式是利用定时器/计数器每隔一段时间产生定时中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键闭合时转入该键的功能子程序。程序控制扫描方式与定时控制扫描方式的区别是，在扫描间隔时间内，前者用CPU工作程序填充，后者用定时器/计数器定时控制，还要占用一个定时/计数器。
3、中断控制方式
中断控制方式是利用外部中断源，响应按键输入信号。当无按键按下时，CPU执行正常工作程序。当有键按下时，CPU立即产生中断。在中断服务子程序中扫描键盘，判断是哪一个键被按下，然后执行该按键的功能子程序，既能及时处理键输入，又能提高CPU运行效率。
本系统就采用此种键盘控制方式，来响应系统的按键输入信号。
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第4章 系统的软件部分设计
同硬件设计一样，软件设计也是分块进行的。本设计主要的现实背景就是以武昌火车站路线为依托，运行区间沿途设置12个站点。程序的主要设计包括系统主程序、键盘扫描程序、液晶显示程序等。各部分子程序由主程序调用，组成一个整体。
4.1 系统主流程设计序
如图4.1所示为系统主流程图。首先需要进行系统初始化设置，初始化后进行循环。在本设计中是采用中断扫描模式，当有键按下时，系统产生中断，CPU响应中断后，通过软件来实现该键号所对应键的功能。
图 4.1 系统主流程图
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