msp430程序库连载系列 键盘

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msp430程序库连载系列 键盘 [复制链接]

    按键是单片机系统最常用的输入设备之一；几乎是只要需要交互输入，就必须有键盘。这篇博客实现了一个通用的键盘程序，只要提供一个读取键值的函数(底层键值)，程序将完成消抖、存入队列等一些列处理。同时本程序提供最常用的4*4矩阵键盘的程序，和4个按键的程序。
硬件介绍：
本文主要实现了一个键盘的通用框架，可以很方便的改为不同的键盘函数，这里实现了两种按键4个单独按键和4*4行列扫描的键盘。

4个按键的是这样的：四个按键分别一端接地，另一端接上拉电阻后输入单片机的P1.0-P1.3口；这样，按键按下时，单片机接到低电平，松开时单片机输入信号有上拉电阻固定为高电平。
4*4的按键：行输入信号配有桑拉电阻，无按键时默认电平高电平；列扫描信号线直接接到按键列线；读键时，列扫描信号由单片机给出低电平信号(按列逐列扫描)，读取行信号，从而判断具体是哪个按键；电路图大概如下：



图中，IN是键盘的列扫描线，OUT是键盘的输出的行信号线。扫描是也可以按行扫描，这时IN是行扫描线，OUT的按键输出的列信号线。我的程序是按列扫描的（行列扫描原理一样，只是行列进行了交换）。
这里，同时实现了4*4按键的scanf函数的移植，同时，加入了之前实现的液晶的printf函数的移植，搭建了一个可以交互输入输出的完整的一个系统；液晶的printf又加入了函数，实现了退格；可以在输入错误数字的时候退格重新输入。
程序实现：
先说一下程序的结构，程序实现了一个循环队列，用来存放已按下的键值，可以保存最新的四个按键，可以防止按键丢失；程序使用的是中断的方式进行按键，每16ms(用的是看门狗的间隔中断)读一次按键，进行判断键值是否有效，有效则放入队列，等待读取。


循环队列的实现:用数组实现，为判断队满，数组的最后一个元素不用于存储键码值：

/**********************宏定义***********************/
#define KeySize     4           //键码值队列
#define Length      KeySize+1   //队列数组元素个数
/***************************************************/

/**********************键值队列*********************/
//可KeySize(Length-1)个键码循环队列占用一个元素空间
char Key[Length];
入队函数：入队时，队满则出队一个，以保存最新的四个按键。

void AddKeyCode(char keyCode)
{
    if((rear+1)%Length==front)      //队满
    {
        front=(front+1)%Length;     //出队一个
    }
    Key[rear] = keyCode;
    rear=(rear+1)%Length;
}
出队函数：出队函数即是读取按键的函数，以供其他需要的地方调用。


char ReadKey()
{
    char temp;
    //if(rear==front) return '\0';    //无按键
    while(rear==front);
    temp = Key[front];
    front=(front+1)%Length;
    return temp;
}
KeyProcess:这个函数即是键盘处理函数，需要被每10ms-20ms的时间调用一次的函数，在这里把它放入了看门狗定时器16ms的中断中;函数流程图和函数内容如下：

 


void KeyProcess()
{
    static char keyValue = 0xff;    //按键标识，键值
    static char addedFlag = 0;      //加入队列标志
    char keyVal = GetKey();
    if(keyVal==0xff)                //无按键
    {
        keyValue = 0xff;
        addedFlag = 0;
        return;
    }
    if(keyValue==0xff)              //之前状态无按键
    {
        keyValue = keyVal;
        return;
    }
    if(keyValue!=keyVal)            //和前次按键不同
    {
        keyValue = keyVal;          //保存新按键值
        return;
    }
    if(addedFlag==1)                //已加入队列
    {
        return;
    }
    addedFlag = 1;
    AddKeyCode(KeyCode[keyVal]);
}
这个函数完成按键的判断，并和上次的比较，从而判断是否是有效按键，再根据是否已经入队保存，去判断是否要保存，入队列保存按键。


这个函数需要每10ms-20ms中断运行一次：


#pragma vector=WDT_VECTOR
__interrupt void WDT_ISR()
{
    KeyProcess();
}
这是430看门狗的间隔定时中断，设置的是每16ms中断一次：


    WDTCTL=WDT_ADLY_16;   //看门狗内部定时器模式16ms
    IE1 |= WDTIE;         //允许看门狗中断
KeyProcess里调用了GetKey函数，这个函数需要用户提供，以满足特殊的按键需求，这里提供了两个实例：4个按键和4*4矩阵键盘。


4个按键的getkey函数：


char GetKey()
{
    if((P1IN&0X0F)==0x0E)
    {
        return 0;
    }
    if((P1IN&0X0F)==0x0D)
    {
        return 1;
    }
    if((P1IN&0X0F)==0x0B)
    {
        return 2;
    }
    if((P1IN&0X0F)==0x07)
    {
        return 3;
    }
    return 0xff;
}
这里根据每个按键，输出按键原始键值，没有按键则输出0xff；当自己提供getkey函数时，也需要这样，无按键时返回0xff


把对应原始键值翻译成所需键码，用数组KeyCode：


char KeyCode[] = "0123";    /*4个按键时*/
这里把它转化成ASCII码输出，需要的话可以自行更改。


4*4矩阵键盘：getkey：


char GetKey()
{
    P1DIR |= 0XF0;                  //高四位输出
    for(int i=0;i<4;i++)
    {
        P1OUT = 0XEF << i;
        for(int j=0;j<4;j++)
        {
            if((P1IN&(0x01<<j))==0)
            {
                return (i+4*j);
            }
        }
    }
    return 0xff;
}
这里是按列扫描，可以随意改成其他扫描方式，只要获取原始键值即可，无按键是须返回0xff。


KeyCode，翻译成ASCII码：


char KeyCode[] = "0123456789ABCDEF"
到这里，正常的键盘程序结束，调用时只需加入Key.c，包含Key.h即可使用，先调用KeyInit后，就可以正常的读键了。这里不再细说。


scanf移植：scanf移植时，需要的是ASCII码字符型设备，利用ASCII码输入数据还必须要有回车键，只有这样，才能用scanf输入数据，这里为了输入数据错误时，可以退格修改，按键还有一个退格键。


键盘结构：
 

1	2	3	退格
4	5	6	保留
7	8	9	保留
保留	0	保留	回车

保留键用字符’\0’,回车’\n’退格’\b’


所以：KeyCode：


char KeyCode[] = "123\b456\000789\0\0000\0\r"; /* 4*4,scanf移植*/
在字符串里，\0后面是数字时，必须用’\000’否则，c语言编译器认为\0和后面的数字组合为一个字符。


scanf的移植，需要实现getchar函数，这里和之前的getchar函数类似，把它放到了Getchar.c文件里，内容如下：


#include <stdio.h>
#include "Key.h"


#define LINE_LENGTH 20          //行缓冲区大小，决定每行最多输入的字符数


/*标准终端设备中，特殊ASCII码定义，请勿修改*/
#define InBACKSP 0x08           //ASCII  <--  (退格键)
#define InDELETE 0x7F           //ASCII <DEL> (DEL 键)
#define InEOL '\r'              //ASCII <CR>  (回车键)
#define InLF '\n'                 //ASCII <LF>  (回车)
#define InSKIP '\3'             //ASCII control-C
#define InEOF '\x1A'            //ASCII control-Z


#define OutDELETE "\x8 \x8"     //VT100 backspace and clear
#define OutSKIP "^C\n"          //^C and new line
#define OutEOF "^Z"             //^Z and return EOF


int getchar()
{
    static char inBuffer[LINE_LENGTH + 2];      //Where to put chars
    static char ptr;                            //Pointer in buffer
    char c;
    
    while(1)
    {
        if(inBuffer[ptr])                       //如果缓冲区有字符
            return (inBuffer[ptr++]);           //则逐个返回字符
        ptr = 0;                                //直到发送完毕，缓冲区指针归零
        while(1)                                //缓冲区没有字符，则等待字符输入
        {
            c = ReadKey();                      //等待接收一个字符==移植时关键
            if(c == InEOF && !ptr)              //==EOF==  Ctrl+Z 
            {                                   //只有在未入其他字符时才有效
                printf(OutEOF);                 //终端显示EOF符
                return EOF;                     //返回 EOF（-1）
            }
            if(c==InDELETE || c==InBACKSP)      //==退格或删除键==
            {
                if(ptr)                         //缓冲区有值
                {
                    ptr--;                      //从缓冲区移除一个字符
                    printf(OutDELETE);          //同时显示也删掉一个字符
                }
            }
            else if(c == InSKIP)                //==取消键 Ctrl+C ==
            {
                printf(OutSKIP);                //终端显示跳至下一行
                ptr = LINE_LENGTH + 1;          //==0 结束符==
                break;
            }
            else if(c == InEOL||c == InLF)      //== '\r' 回车=='\n'回车
            {
                putchar(inBuffer[ptr++] = '\n');//终端换行
                inBuffer[ptr] = 0;              //末尾添加结束符（NULL）
                ptr = 0;                        //指针清空
                break;
            }
            else if(ptr < LINE_LENGTH)          //== 正常字符 ==
            {
                if(c >= ' ')                    //删除 0x20以下字符
                {
                    //存入缓冲区
                    putchar(inBuffer[ptr++] = c);
                }
            }
            else                                //缓冲区已满
            {
                putchar('\7');                  //== 0x07 蜂鸣符，PC回响一声
            }
        }
    }
}
这里是支持退格等键的详细函数。


如果不需要支持退格，可以简化为：


int getchar()
{
    return ReadKey();
}
要实现scanf调用，还需要设置，详细设置参考：MSP430程序库<四>printf和scanf函数移植；需要把库设置为CLIB；在Option-general option-library configuration里面。


这样，键盘的scanf移植完成，需要使用时，只需加入对stdio.h文件的包含，然后完成键盘的初始化即可。


使用示例：
这里，示例实现的是键盘和液晶的简单交互；键盘输入数据，液晶正常显示；就像c语言调试时键盘和屏幕一样；当然没有那个丰富啦。


液晶的部分，用的是原来实现的程序，在这里，为了支持输入错误时退格，对原来的printf函数加入了退格支持。具体参考：MSP430程序库<四>printf和scanf函数移植(已经更新)。


项目中接入液晶的c程序文件和printf的程序文件（Lcd12864.c、Printf.c），加入Lcd12864.h的文件包含；初始化液晶后，就可用printf向液晶输出要显示的内容了。


键盘：加入Key.c，包含Key.h，加入Getchar.c，程序中初始化键盘；然后设置所用的lib为CLIB，具体设置见：MSP430程序库<四>printf和scanf函数移植。之后就可以用键盘和液晶完成和430单片机简单的交互了。


详细参考示例工程和main.c。


#include <msp430x16x.h>
#include <stdio.h>
#include "Lcd12864.h"
#include "Key.h"


long a;
void main( void )
{
    // Stop watchdog timer to prevent time out reset
    WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
    ClkInit();
    LcdInit();
    KeyInit();
    _EINT();
    while(1)
    {
        printf("请输入数字：");
        scanf("%ld",&a);
        printf("输入的数字是：%ld",a);
        _NOP();
    }
}
这样，就可以用键盘向单片机输入数据，同时利用液晶可以很容易的知道数据输入的是否有问题。


键盘的程序库就到这里，有什么不足，欢迎讨论。