◇任务要求◇

利用YL-236型单片机实训平台搭建一个按键编号显示系统，要求具有以下功能：

（1）使用矩阵键盘，按下任意键，在八位数码管的右两位显示按下按键的编号（00～15），其余数码管熄灭。

（2）消抖方法选用状态机消抖法。

◇任务准备◇

矩阵键盘的工作原理

矩阵键盘又称行列式键盘，由行线﹑列线及多个按键组成。按键位于行﹑列线的交叉点上，行﹑列线分别连接到按键的两端，列线通过上拉电阻连接到+5 V上，结构如图4-6所示。

单片机的一些I/O口与行线﹑列线相连，并通过行线（或列线）输出低电平，检测列线（或行线）的反馈信号，从而判定是哪行哪列处的按键被按下。4×4矩阵键盘可以扫描16个按键，也可变化为2×3矩阵键盘（6个按键）﹑4×5矩阵键盘（20个按键）等形式。矩阵键盘接口电路如图4-6所示。

图4-6　矩阵键盘接口电路

1.反转法介绍

矩阵键盘扫描最常使用反转法，当使用反转法时，键盘的行﹑列线都要通过上拉电阻连接到+5 V上（单片机P1～P3口内部均有上拉电阻）。反转法只要经过以下两步就能确定按下键的行列值。

首先，将矩阵键盘的行线设为输出线，列线设为输入线，使行线全部输出低电平，当某列线出现低电平时，则该列为按键所在列。

其次，将矩阵键盘的行列线功能反转：将列线设为输出线，行线设为输入线，使列线全部输出低电平，当某行线出现低电平时，则该行为按键所在行。

2.状态机消抖法

（1）延时消抖的缺点。

系统检测到有按键被按下后，延时10～20 ms后，再检测按键状态，如果仍为按下状态，则确认按键有效。这种方法的缺点是：延时期间单片机无法进行其他工作，使单片机的效率降低。为了解决上述问题，我们引入有限状态机的思想。

（2）按键的状态机。

有限状态机（FSM）是实时系统设计中的一种数学模型，是一种重要的﹑易于建立的﹑应用比较广泛的﹑以描述控制特性为主的建模方法，它可以应用于从系统分析到设计（包括硬件﹑软件）的所有阶段。

一般有两种方法建立有限状态机：状态转移图和状态转移表。其中状态转移图如图4-7所示，它能够清楚﹑直观地看清各状态间的关系，便于对系统进行分析。

图4-7　按键有限状态机的状态转换图

（3）有限状态机。

把按键看成是一个有限状态机，首先要对一次按键操作和确认的过程进行分析，根据实际情况确定按键在整个过程中的状态，每个状态的输入及输出信号，以及各状态间的转换关系，最后要考虑状态机的时间间隔（节拍）问题。

由于按键扫描中需要进行消抖处理，因此取状态机的时间间隔为10 ms，这样既达到消抖的目的，又使单片机能处理其他任务，提高了系统工作效率。

◇任务实施◇

一、硬件电路搭建

本项目需在YL-236型单片机实训平台上选用四个模块：主机模块﹑电源模块﹑指令模块和显示模块，搭建按键计数器系统。

1.模块选择

本任务所需要的模块如表4-5所示。

表4-5　本任务所需要的模块

(www.daowen.com)

2.工具和器材

本任务所需要的工具和器材如表4-6所示。

表4-6　工具和器材

3.电路搭建

结合YL-236型单片机实训平台主机模块和显示模块，按照图4-8连接电路。

图4-8　硬件接线图

二、程序代码的编写、编译

（1）启动Keil C51编程软件，新建工程﹑文件并均以“keynum”为名保存在文件夹中。

（2）在keynum.c文件的文本编辑器窗口中输入程序代码。

（3）编译源程序，排除程序输入错误，生成keynum.hex文件。

三、系统调试

系统调试的步骤如下：

（1）使用程序下载专配USB线将计算机的USB接口与单片机主机模块程序下载接口连接起来。

（2）打开电源总开关，启动程序下载软件，下载可执行文件至单片机中。

（3）按下任意独立按键，并观察数码管显示情况，若实现任务要求，则系统调试完成；否则，需要进行故障排除。

◇任务评价◇

一、工艺性评分标准

工艺性评分标准如表4-7所示。

表4-7　工艺性评分标准

二、功能评分标准

功能评分标准如表4-8所示。

表4-8　功能评分标准