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1、,自动测试技术,西安电子科技大学 机电工程学院,测控工程与仪器系 贺华,第2章,自动测试技术,智能仪器基本系统的设计,2.1 仪器中单片机的工作模式与端口特性 2.2 存贮系统的扩展设计 2.3 仪用键盘系统设计 2.4 数据显示系统设计,自动测试技术,第2章 智能仪器基本系统的设计,2.3 仪用键盘系统设计,键盘操作是自动测试仪器区别于其它传统仪器的主要特征之一。 几乎所有以计算机为 核心的自动测试仪器，都一改传统仪器的波段开关和琴键开关方式而采用按键来实现仪器 功能选择、量程的切换等各种仪器功能的控制。因此，键盘设计是智能仪器设计的重要内容。,2.3 仪用键盘系统设计,键盘操作是自动测试仪
2、器区别于其它传统仪器的主要特征之一。 几乎所有以计算机为 核心的自动测试仪器，都一改传统仪器的波段开关和琴键开关方式而采用按键来,实现仪器 功能选择、量程的切换等各种仪器功能的控制。因此，键盘设计是智能仪器设计的重要内容。,提纲： 2.3.1 分立式键盘 2.3.2 矩阵式键盘,231 分立式键盘 一、 仪用键盘的特点,按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，仪器中最常见的是触点式开关按键。,单片机仪器的键盘组织方法按仪器功能不同有多种不同的形式。 有简单分立连接方式的
3、，也有矩阵连接方式的；有非编码直接识别方式的，也有编码后输入识别方式的； 有一键一义的，也有一键多义的等等，十分灵活。但是，不管是哪种方式，其基本特点是一样的。 按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。,(1) 一个按键实际上是一个开关。按键的电路状态经计算机识别后既可以用来表示一个数字，也可以用来表示一种或多种仪器的功能选择命令或某种仪器功能的控制过程。 键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它
4、能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。,按键开关:自锁开关KFC-5.8/无锁开关KFC-5.8,自锁开关一般是指开关自带机械锁定功能，按下去，松手后按钮是不会完全跳起来的，处于锁定状态，需要再按一次，才解锁完全跳起来。 它就叫自锁开关。早期的直接完全断电的电视机、显示器就是使用的这种开关。,在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。,(2) 键盘设计包括硬件电路设计和键盘扫描识别程序设
5、计两个方面。两者是紧密关联，相辅相成的。键盘组织形式不同，相应的键盘程序设计方法也不同。 (3) 键盘扫描控制有定时查寻法和中断控制法两种。不论哪种方法都要实现以下 3 个 过程：, 要对键盘状态进行扫描，判别其中是否有键按下。若无键按下，则可以跳出键盘程序。 在扫描到有键按下时要对键盘状态进行进一步的识译， 识别是哪个键按下了，译出它的键码，以便进一步处理。 计算机将所得到按键的键码和事前设计好的键码键义表进行查对比较，进行键义分析， 了解按键的具体作用，以便计算出对应处理程序的入口地址或得知相应的处理方法，以便转去完成按键所对应的操作功能。,(4) 按键是一种弹性元件，某个按键按下后总是会
6、出现瞬时性的弹跳现象，很容易被计算机误识有多次的按键效果。 大部分按键是机械触点（弹性金属簧片）,由于机械触点的弹性及电压突跳等原因,通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。因此，在触点闭合和断开的瞬间会出现电压抖动,抖动的时间长短取决于开关元件的机械特性。其抖动过程如图所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510 ms。,图 按键触点的机械抖动,在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数
7、较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。 在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路。图是一种由R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器一旦翻转，触点抖动不会对其产生任何影响。,电路工作过程如下：按键未按下时，a = 0，b = 1，输出Q = 1。按键按下时，因按键的机械弹性作用的影响，使按键产生抖动。当开关没有稳定到达b端时，因与非门2输出为0反馈到与非门1的输入端，封锁了与非门1，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为1，输出Q不会产生抖动的波形。当开关稳定到达b端时，因a = 1，b = 0，使Q = 0，双稳态电路状态发生翻转。当释放
8、按键时，在开关未稳定到达a端时，因Q = 0，封锁了与非门2，双稳态电路的状态不变，输出Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到达a端时，因a = 0，b = 0，使Q = 1，双稳态电路状态发生翻转，输出Q重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双稳态电路之后，输出已变为规范的矩形方波。,软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10 ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。 仪用键盘都应采取防弹跳、防重识
9、的软硬件措施。防抖就是让在按键正常反应时间内机器只感应一次按键效果，防止误操作 。 不同的按键最长抖动时间不同，一般为5-10ms，某些开关有时长达20ms，甚至更长。 硬件去抖，软件去抖。,二、非编码分立连接式键盘设计,图2-24是一种非编码分立连接式键盘电路（独立式按键结构）。在这种方法中每个按键分别与单片机的一个I/O口相连，它们的作用是互相独立的，单片机只要简单地读取它们的电路状态，就可按事前规定的功能进行键盘操作。 图中用一个与门产生所需的中断信号，任一个按键按下时都会产生一个中断请求， 单片机实行中断服务读取键盘信息并执行相应的功能程序。,图 2-24 非编码分立式键盘, 例 2-
10、1 若图 2-25 是一个以 8031 为主机的仪器功能键电路，试设计键盘操作程序。 设计： 设键盘电路接在 8031 的 P1 口 。 K0 K7 每一个命令键都有一个相应的仪器功能子程序与之对应， K0 的功能程序起址为 SEVK0 ，K1 的功能程序起址为 SEVK1 ，等等。 功能程序编写如下：,SEVK0 ： ；执行 K0 功能程序 POP A POP PSW RETI SEVK1 ： ；执行 K1 功能程序 RETI ；执行 Ki 功能程序 SEVK7 ： ；执行 K7 功能程序 RETI 任一个键按下后，单片机进入中断服务，先从 P1 口读取按键的状态 ，经识别后转向指定的程序入
11、口进行仪器功能操作，中断服务完成后会自动返回。,P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0,图 2-24b Mcs51的非编码分立式键盘,IQRP ： PUSH PSW PUSH A JNB P1.0 ， SEVK0 ；是 K0 按下 ? JNB P1.1 ， SEVK1 ；是 K1 按下 ? JNB P1.7 ， SEVK7 ；是 K7 按下 ? POP A POP PSW RETI SEVK0 ： ；执行 K0 功能程序 POP A POP PSW RETI SEVK1 ： ；执行 K1 功能程序 RETI ；执行 Ki 功能程序 SEVK7 ： ；执行
12、 K7 功能程序 RETI 以上程序也可改用定时查询法实现，读者可自行练习之。,非编码分立连接式键盘电路（独立式按键结构）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，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。,三、编码分立连接式键盘设计,上述非编码式键盘连接的缺点是占用单片机端口多。如果采用先编码后输入的方法， 可以减少对单片机的端口的占用数。,图 2-25 示出了一个简单的例子，图中采用一只 16 线 4 线编码器，先对 16 个开关量输入进行逻辑编码，得到 16 种 4 位二进制代码，每一种代码表示一个开关的有效输入。 因此计算机只需读取4 位二进制数据就能识别 16
13、个键中是哪个按键在操作，可见编码式键盘可以节省输入端口。,图 2-25 编码分立式键盘,下面程序中设单片机为 8031 ， K0 K9是十个数字键，KAKF为6个功能命令键，各仪器功能程序的入口地址为SKA 、SKB 、，且命令表首址为 COMATB ，用中断方式来读取 P1.3 P1.0 端口链码数据并进行识译。 SKA ： ； 仪器功能 A 操作程序 RETI ； A 操作完成以后返回中断前状态 SKB ： ； 功能 B 操作程序 RETI SKF ： ； 功能 F 操作程序 RETI,P1.3 P1.2 P1.1 P1.0,图 2-25b 编码分立式键盘, SKYSEV ： MOV A
14、， P1 ；读取键值 ANL A ， #0FH ；算出键码 CJNE A ， #0AH ， SKY1 ；键义分析 AJMP SKY2 ；键码为 0AH 时，执行命令操作 SKY1 ： JNC SKY2 ；键码大于 0AH 时也为命令键 ；键码小于10为数字键，进行相应的操作 MOV R0 ， R3 ；R3 是数据存贮缓冲区指针 MOV R0 ， A ；将数字存入指定单元中 INC R3 ；数据存贮指针加 l RETI ；中断返回 SKY2 ： CLR C ；命令键时，先求命令表偏移量 SUBB A ， #0AH MOV R4 ， A ADD A ， R4 ；求得命令表偏移量 MOV DPTR
15、， #COMATB ；取命令表首址 JMP A+DPTR ；执行表中命令,COMATB ： AJMP SKA ；再去执行具体的仪器功能程序 AJMP SKB AJMP SKF SKA ： ； 仪器功能 A 操作程序 RETI ； A 操作完成以后返回中断前状态 SKB ： ； 功能 B 操作程序 RETI SKF ： ； 功能 F 操作程序 RETI,00H 01H 02H 03H 09H 命令键的序号 0AH 00H 0BH 01H 0CH 02H 0DH 03H 0EH 04H 0FH 05H,键码：,AJMP SKA A10 A9 A8 0 0001, A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0,第二章7结束 同学们再见,