周立功教授新書《面向AMetal框架與接口的編程（上）》，對AMetal框架進行了詳細介紹，通過閱讀這本書，你可以學(xué)到高度復(fù)用的軟件設(shè)計原則和面向接口編程的開發(fā)思想，聚焦自己的“核心域”，改變自己的編程思維，實現(xiàn)企業(yè)和個人的共同進步。

第四章為面向接口的編程，本文內(nèi)容包括：4.4 事件驅(qū)動和4.5 鍵盤管理。

4.4 事件驅(qū)動

>>> 4.4.1 中斷與事件驅(qū)動

1. 中斷

到目前為止，幾乎所有的程序都依賴輪詢通信。那些代碼只是一遍一遍地巡檢外圍功能部件，并在需要的時候為外圍設(shè)備提供服務(wù)?？上攵?，輪詢訪問不僅消耗了大量的 MCU資源，而且將導(dǎo)致非常不穩(wěn)定的反應(yīng)時間。

為了有效地解決上述可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓的問題，計算機專家提出了一種“實時”的解決方案，通過“中斷”使可預(yù)見的反應(yīng)時間維持在幾微秒之內(nèi)。所謂中斷是指當 MCU 正在處理某件事情的時候，外部發(fā)生的某一“事件”請求 MCU 迅速去處理，于是 MCU 暫時中止當前的工作，轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件。當中斷服務(wù)處理完該事件以后，再回到原來被中止的地方繼續(xù)原來的工作。

但也有可能突發(fā)事務(wù)請求中斷時，可能出現(xiàn)在正常程序流程的任何地方，在正常程序流程中可以選擇響應(yīng)或不響應(yīng)這個中斷請求，突發(fā)事件的處理可能會改變整個程序的狀態(tài)，從而也改變了后續(xù)的正常程序流程。

比如，在一次會議上你正在按照計劃做報告，這時手機鈴聲響了，此時，你有兩種選擇，一是你覺得正在進行的報告更重要，你可以掛斷電話或干脆關(guān)機，等會后再去處理這個來電；二是你認為這個電話很重要或很快就可處理完畢（不影響做報告），你可以暫停報告轉(zhuǎn)而接聽這個電話，當接聽完畢后，你再繼續(xù)做報告，前提是你必須記住接電話前講到哪里了，當然如果你足夠機敏的話，在這次通話中你所接收到的信息可能會改變你隨后的報告內(nèi)容。

由此可見，通過中斷方式允許系統(tǒng)在執(zhí)行主程序時可以響應(yīng)并處理其它任務(wù)，進而中斷驅(qū)動系統(tǒng)給人們一種假象，MCU 可以同時執(zhí)行多個任務(wù)。而事實上 MCU 不能同時執(zhí)行 1條以上的指令，它只是暫停主程序轉(zhuǎn)去執(zhí)行其它程序，完成后再返回繼續(xù)執(zhí)行主程序。

從這個角度來看，中斷響應(yīng)非常類似于函數(shù)的調(diào)用過程。它們兩者之間的差別在于中斷的響應(yīng)是由“事件”發(fā)起的，而不像函數(shù)調(diào)用那樣，它是在主程序流程中預(yù)先設(shè)定的，中斷是系統(tǒng)響應(yīng)一些和主程序異步事件，這些事件何時將主程序中斷是預(yù)先未知的。有了中斷就可以實現(xiàn)主機與外設(shè)并行工作，支持多程序并發(fā)運行，支持實時處理功能。

2. 事件驅(qū)動

在現(xiàn)實生活中，“發(fā)生的某件事情”就是事件，事實上很多程序都對“發(fā)生的事情”做出反應(yīng)。比如，移動或點擊鼠標、按鍵、或經(jīng)過一定的時間都是基于事件的驅(qū)動程序。

事件驅(qū)動程序只是“原地不動”，什么也不做，等待有事件發(fā)生，一旦事件確實發(fā)生了，它們就會做出反應(yīng)，完成所有必要的工作來處理這個事件。其實，Windows 操作系統(tǒng)就是事件驅(qū)動程序的一個很好的示例，當啟動計算機運行 Windows 時，它只是“原地不動”，不會啟動任何程序，你也不會看到鼠標光標在屏幕上移動。不過，如果你開始移動或點擊鼠標，就會有情況發(fā)生。

為了讓事件驅(qū)動程序“看到”有事件發(fā)生，它必須“尋找”這些事件，程序必須不斷地掃描計算機內(nèi)存中用于事件發(fā)生的部分，即只要程序在運行就會不斷尋找事件。顯然，只要移動或點擊了鼠標或按下了按鍵，就會發(fā)生事件，這些事件在哪里呢？比如，在內(nèi)存中存儲事件的部分就是事件隊列，事件隊列就是發(fā)生的所有事件的列表，這些事件按它們發(fā)生的順序排列。

如果需要編寫一個游戲，則程序必須知道用戶什么時候按下一個按鍵或移動了鼠標。而這些按鍵動作、點擊或移動鼠標都是事件，而且程序必須知道如何應(yīng)對這些事件，它必須處理事件，程序中處理某個事件的部分稱為 事件處理器。而事實上并不是發(fā)生的每一個事件都要處理，比如，在桌面移動鼠標就會產(chǎn)生成百上千個事件，因為事件循環(huán)運行得非?？?。每一個瞬間即使鼠標只是移動了一點點，也會生成一個新的事件。不過你的程序可能并不關(guān)心鼠標的每一個小小的移動，它可能只關(guān)心用戶什么時候點擊某個部分，因此你的程序可以忽略鼠標移動事件，只關(guān)注鼠標點擊事件。

事件驅(qū)動程序中，對于所關(guān)心的各種事件會有相應(yīng)的事件處理器。如果你有一個游戲使用鍵盤上的方向來控制一艘船的移動，可能要為 keyDown 事件寫一個處理器；相反，如果使用鼠標控制這艘船，就可能為 mouseMove 事件寫一個事件處理器。

另一種有用的事件是軟件定時器事件，定時器會按設(shè)定的間隔生成事件，就像鬧鐘一樣，如果設(shè)定好鬧鐘，并將鬧鐘打開，每天它都會在固定的時刻響起來。比如，（宏觀上）同時處理兩個事件。其中，一個為鍵盤輸入事件，另一個為時間事件，用于顯示運行的時間，每秒顯示一次。

顯然，可以在 main()函數(shù)設(shè)置一個循環(huán)，依次檢查是否有鍵盤輸入和時間是否到 1 秒？其實都可以直接調(diào)用固定的函數(shù)來實現(xiàn)“鍵盤輸入處理代碼”和“時間處理代碼”，但這樣不夠靈活，此時可以用中斷機制來實現(xiàn)，即由硬件來實現(xiàn)對事件的檢測并調(diào)用指定的函數(shù)，這樣一來使用注冊回調(diào)函數(shù)機制也就成為了必然。而注冊回調(diào)函數(shù)就是事先用一個函數(shù)指針變量保存指定的函數(shù)，然后在事件發(fā)生時，通過這個函數(shù)指針變量調(diào)用指定的函數(shù)。

>>>4.4.2 軟件定時器

我們知道，數(shù)碼管顯示主要做兩件事，其一，每隔 5ms 調(diào)用一次 digitron_disp_scan()動態(tài)掃描顯示函數(shù)，其次，當需要改變顯示內(nèi)容時，則調(diào)用緩沖區(qū)操作接口，修改緩沖區(qū)中的內(nèi)容。由于 MCU 設(shè)計了類似于鬧鐘那樣的特定性的周期性的中斷時鐘節(jié)拍源，因此由時鐘節(jié)拍源實現(xiàn)的定時器也是一個周期性的定時器，并產(chǎn)生周期性的中斷，這個中斷可以看做系統(tǒng)心臟的脈動。即當計數(shù)值等于定時時間時，則定時器立即觸發(fā)中斷，計數(shù)器重新開始計數(shù)，如此周而復(fù)始循環(huán)計數(shù)。

顯然，可以使用定時器的周期性的中斷實現(xiàn)自動掃描顯示，即每隔 5ms 觸發(fā)中斷自動調(diào)用 digitron_disp_scan()，這樣就可以將 MCU 解放出來執(zhí)行其它的任務(wù)，從而得到更好的性能，其相應(yīng)的接口函數(shù)詳見表 4.3。程序員先調(diào)用軟件定時器函數(shù)，然后等待操作完成。通常程序員提供一個由函數(shù)指針指定的回調(diào)函數(shù)，當操作完成后，中斷系統(tǒng)會調(diào)用回調(diào)函數(shù)。

表 4.3 軟件定時器接口函數(shù)

1． am_softimer_t 類型

從面向?qū)ο蟮慕嵌葋砜矗愊喈斢?C 語言的結(jié)構(gòu)體，這里的 am_softimer_t 是用 typedef自定義的一個對用戶隱藏的結(jié)構(gòu)體類型。即：

在使用軟件定時器時，需要使用該類型定義一個軟件定時器實例（對象），實例的本質(zhì)是定義一個結(jié)構(gòu)體變量。比如：

顯然，對象是類型的實例，即 timer 是 am_softimer_t 類型的一個實例。

2． 初始化軟件定時器

事先將指定的函數(shù)保存在函數(shù)指針 p_func 中（注冊），當定時時間到時，則通過 p_func調(diào)用指定的函數(shù)，即注冊函數(shù)回調(diào)機制。

其中的 p_timer 為使用 am_softimer_t 類型定義的軟件定時器實例，當定時時間到，則調(diào)用 p_func 指向的函數(shù)（注冊回調(diào)函數(shù)），am_pfnvoid_t 是 AMetal 聲明的函數(shù)指針類型，其定義（am_types.h）如下：

由此可見，p_func 指向的函數(shù)類型是無返回值，具有一個 void*型參數(shù)的函數(shù)。p_arg為用戶自定義的參數(shù)，在定時時間到調(diào)用回調(diào)函數(shù)時，會將此處設(shè)置的 p_arg 作為作為參數(shù)傳遞給回調(diào)函數(shù)；如果不使用此參數(shù)，則設(shè)置為 NULL。如果返回 AM_OK，說明軟件定時器初始化成功；如果返回-AM_EINVAL，說明由于參數(shù)錯誤導(dǎo)致初始化失敗。初始化函數(shù)的使用范例詳見程序清單 4.26。

程序清單 4.26 am_softimer_init ()函數(shù)范例程序

其中的 am_softtimer_init()函數(shù)（A）與用戶自定義的任務(wù)函數(shù)（C）同屬于上層模塊的函數(shù)，timer_callback()函數(shù)（B）為下層模塊的函數(shù)。由于事先已經(jīng)將 timer_callback()的地址 time_callback 保存在 p_func 中了，因此，當 am_softtimer_init()調(diào)用 timer_callback()時，僅需將用戶自定義的任務(wù)函數(shù)的入口地址作為實參傳遞給 timer_callback()的形參，即可通過函數(shù)指針變量 p_arg 在某個時刻回調(diào)用戶自定義的任務(wù)函數(shù)，即在函數(shù) A 調(diào)用函數(shù) B 中直接調(diào)用回調(diào)函數(shù) C。即只要在每次調(diào)用 timer_callback()時，給出不同的函數(shù)名作為實參，即可回調(diào)相應(yīng)的函數(shù)，卻不必修改 timer_callback()。

3． 啟動軟件定時器

啟動定時器并設(shè)置定時時間（單位 ms），然后定時器開始計數(shù)。當計數(shù)值等于定時時間時，則定時器立即觸發(fā)中斷，計數(shù)器重新開始計數(shù)，如此周而復(fù)始循環(huán)計數(shù)。當定時器觸發(fā)中斷時，則程序跳轉(zhuǎn)到調(diào)用 am_softimer_init()時 p_func 指向的函數(shù)，其函數(shù)原型為：

p_timer 為使用 am_softimer_t 類型定義的軟件定時器實例，ms 為定時時間，單位 ms。如果返回 AM_OK，說明啟動定時器成功；如果返回-AM_EINVAL，說明失敗參數(shù)錯誤。設(shè)置定時器以實現(xiàn)數(shù)碼管自動掃描顯示的代碼詳見程序清單 4.27。

程序清單 4.27 自動掃描顯示實現(xiàn)

程序中，digitron_softimer_set()函數(shù)初始化并啟動了一個軟件定時器，并在定時器回調(diào)函數(shù)中調(diào)用了數(shù)碼管掃描函數(shù)，進而實現(xiàn)了數(shù)碼管自動掃描。

為了更方便的使用自動掃描，可以將 digitron_softimer_set()合并到 digitron_init()中，形成一個新的 digitron_init_with_softimer()，當用戶需要數(shù)碼管初始化后自動掃描時，只需調(diào)用該帶軟件定時器的初始化函數(shù)即可，詳見程序清單 4.28。

程序清單 4.28 digitron1.h 文件內(nèi)容

如程序清單 4.29 所示為再次迭代的 0~59 秒循環(huán)顯示程序。

程序清單 4.29 0~59 秒計數(shù)器范例程序（3）

既然程序是每隔 1s 計數(shù)器加 1 后更新緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的，那么同樣可以使用軟件定時器實現(xiàn)每秒加 1 的操作，迭代后的代碼詳見程序清單 4.30。

程序清單 4.30 0~59 秒計數(shù)器范例程序（4）

當啟動軟件定時器后，秒計數(shù)器加1和更新緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的工作自動在timer_sec_callback()函數(shù)中完成，不再需要主程序干預(yù)。現(xiàn)在 while(1)主循環(huán)什么事情都不用做，同樣實現(xiàn)了 0~59的循環(huán)顯示。這樣一來，數(shù)碼管就會獨立地工作了，那么在 while(1)主循環(huán)中，就可以直接去做其它事情。以后遇到“每隔一定時間做某件事”的問題，均可使用軟件定時器來實現(xiàn)。

雖然用軟件定時器實現(xiàn)自動掃描顯示的方法非常巧妙，流程也更加清晰，且程序還可以去做其它的事情，但卻是以犧牲程序空間為代價的，即軟件定時器要占用一個硬件定時器，以及 438 個字節(jié)的 Flash 和 12 個字節(jié)的 RAM。同時在使用軟件定時器時，由于新建一個軟件定時器必須定義一個定時器實例，每個定時器實例還要占用 24 字節(jié)，因此要根據(jù)硬件資源做出取舍。

4． 關(guān)閉軟件定時器

當軟件定時器關(guān)閉時，如果再次啟動，則調(diào)用 am_softimer_start()重新啟動。即：

其中的 p_timer 為使用 am_softimer_t 類型定義的軟件定時器實例，如果返回 AM_OK，說明停止定時器；如果返回-AM_EINVAL，即參數(shù)錯誤導(dǎo)致關(guān)閉失敗，詳見程序清單 4.31。

程序清單 4.31 am_softimer_stop ()范例程序

現(xiàn)在不妨在程序清單 4.30 的基礎(chǔ)上，再增加一個小功能，即每秒加一、蜂鳴器“嘀”一聲，詳見程序清單 4.32。

程序清單 4.32 0~59 秒計數(shù)器+蜂鳴器綜合范例程序（1）

通過運行發(fā)現(xiàn)，雖然計數(shù)器在每秒加 1 時，蜂鳴器也會發(fā)出“嘀”的一聲，但數(shù)碼管的某位卻會熄滅一下。如果覺得看起來還不夠明顯，不妨將蜂鳴器的鳴叫時間增加到 500ms。奇怪！為何連顯示都不正常了呢？

雖然此前在 main()函數(shù)的 while(1)主循環(huán)中也使用了延時，但在主程序的延時期間，軟件定時器定時時間到而產(chǎn)生的中斷事件是可以搶占 MCU 的，所以不會影響其它事件的繼續(xù)運行。如果在中斷環(huán)境中調(diào)用 buzzer_beep()，程序必須等到蜂鳴器鳴叫結(jié)束后才會返回，這樣一來就會使回調(diào)函數(shù)產(chǎn)生 100ms 的延時，從而導(dǎo)致 MCU 被完全占用，不僅 while(1)主循環(huán)無法執(zhí)行，而且連其它的中斷事件也無法執(zhí)行。比如，另一個軟件定時器中的數(shù)碼管動態(tài)掃描也就無法執(zhí)行了，所以在這 100ms 時間內(nèi)，無法實現(xiàn)數(shù)碼管動態(tài)掃描，于是只有一個數(shù)碼管顯示，另外一個數(shù)碼管無法顯示而處于熄滅的狀態(tài)。

在這種情況下，應(yīng)盡可能地將相應(yīng)功能設(shè)計為異步模式，即啟動軟件定時器，設(shè)定蜂鳴器鳴叫時間，打開蜂鳴器，函數(shù)立即返回。待定時時間到，則自動調(diào)用回調(diào)函數(shù)，然后在回調(diào)函數(shù)中關(guān)閉蜂鳴器并停止定時器。這就是使用軟件定時器實現(xiàn) buzzer_beep_async()的由來，異步模式的優(yōu)點是無需等待，函數(shù)立即返回，即可在任意地方調(diào)用該函數(shù)了，再也不會因為

延時而帶來副作用，詳見程序清單 4.33。

程序清單 4.33 實現(xiàn)蜂鳴器異步鳴叫函數(shù)

基于此，將 buzzer_beep_async()添加到 buzzer.h 以利于復(fù)用，詳見程序清單 4.34。

程序清單 4.34 0~59 秒計數(shù)器+蜂鳴器綜合范例程序（2）

4.5 鍵盤管理

>>> 4.5.1 獨立按鍵

1． 消抖方法

對于質(zhì)量不太好或者長期使用簧片氧化磨損的按鍵來說，常常會產(chǎn)生一種被稱為“抖動”的現(xiàn)象。如圖 4.12(a)所示為單觸點按鍵的無消抖電路，當按鍵未按下時，則輸出 Y 為高電平；當按下時，則輸出 Y 為低電平。但由于按鍵的機械特性和人手指的不穩(wěn)定性等綜合因素，致使按鍵盤剛按下的瞬間，因接觸不良而產(chǎn)生的反復(fù)跳動現(xiàn)象，即“抖動”，同樣在按鍵釋放的瞬間也可能產(chǎn)生“抖動”，結(jié)果輸出 Y 在這一瞬間產(chǎn)生了多個窄脈沖干擾，這些脈沖信號的寬度一般可達毫秒，詳見圖 4.12 (b)。

圖 4.12 無消抖按鍵電路及波形

“抖動”的脈沖寬度一般有幾十到幾百微秒，但也可能達到毫秒級，這對運行速度很快的數(shù)字電路會產(chǎn)生很大的影響。如果將發(fā)生“抖動”現(xiàn)象的按鍵連接到計數(shù)電路的時鐘輸入端，則檢測到每按一次鍵都會產(chǎn)生一串極不穩(wěn)定的脈沖。

對實際的產(chǎn)品來說，按鍵在長時間的使用中永不產(chǎn)生“抖動”是不可能的，但只要預(yù)防可能產(chǎn)生的“抖動”即可。抖動其實只持續(xù)了一小段時間，軟件延時就是在按鍵產(chǎn)生“抖動”的這段時間里，用“拖延時間”的方法避開，從而消除因“抖動”而產(chǎn)生的錯誤信號，其示意圖詳見圖 4.13。在按下鍵的瞬間啟動定時器開始延時，延時 td 時間后再判斷按鍵是否仍然按下，若仍按下則本次按鍵有效，否則本次按鍵無效。延時消抖由于過程比較復(fù)雜，比較適合用軟件實現(xiàn)，因此稱為軟件消抖。

圖 4.13 延時消抖

2． 電路原理

一般來說，在用法上按鍵可分為獨立按鍵和矩陣鍵盤兩大類。LPC824 的 P0_10、P0_11是標準的開漏結(jié)構(gòu)，無內(nèi)部上拉電阻，因此連接按鍵時必須加上拉電阻。其它的 14 個 GPIO口均有可編程使能的內(nèi)部上拉電阻，雖然 MCU 內(nèi)部有幾十 KΩ以上的上拉電阻，但均屬于弱上拉，所以在實際的應(yīng)用中，一般都會外接一個阻值適中的上拉電阻，以提高可靠性。

對于獨立按鍵來說，要求比較簡單，既不考慮多個鍵同時按下，也不考慮長按的情況。僅識別是否有鍵按下的情況，即有鍵按下一次執(zhí)行一次操作。如圖 4.14 所示是一個獨立按鍵電路圖，只要將 AM824-Core的 J14_1 與 J14_2 短接，則 KEY 鍵接入 PIO0_1。

圖 4.14 獨立按鍵電路圖

由于一次按鍵的時間通常都是上百毫秒，相對于 MCU 來說是很長的，因此不需要時時刻刻不斷地檢測按鍵，只需要每隔一定的時間（如 10ms）檢測 GPIO 的電平即可。其檢測方法如下（1 表示高電平、0 表示低電平）：

（1）當無鍵按下時，由于 PIO0_1 內(nèi)部自帶弱上拉電阻，因此 PIO0_1 為 1；

（2）當 KEY 按下時，則 PIO0_1 為 0。在下一次掃描（延時 10ms 去抖動）后，如果PIO0_1 為 1，說明錯誤觸發(fā)；如果 PIO0_1 還是 0，說明確實有鍵按下，執(zhí)行相應(yīng)的操作；

（3）當 KEY 釋放時，則 PIO0_1 為 1，在下一次掃描（延時 10ms 去抖動）后，如果PIO0_1 為 0，說明錯誤觸發(fā)；如果 PIO0_1 還是 1，說明按鍵已經(jīng)釋放，執(zhí)行相應(yīng)的操作。

3. Key 軟件包

AMetal 提供了獨立按鍵初始化和按鍵掃描函數(shù)接口（key1.h），詳見程序清單 4.35。

程序清單 4.35 key1.h 接口

如程序清單 4.36 所示為獨立按鍵的范例程序，如果有鍵按下，則蜂鳴器“嘀”一聲；當按鍵釋放后，則 LED0 翻轉(zhuǎn)。

程序清單 4.36 獨立按鍵范例程序

顯然，每隔 10ms 調(diào)用一次 key1_scan()，即可根據(jù) key_return 的值判斷按鍵事件的產(chǎn)生，但這又是“每隔一段時間做某事”。如果使用軟件定時器定時自動掃描，則無需在 while(1)中每隔 10ms 調(diào)用一次 key1_scan()，詳見程序清單 4.37。

程序清單 4.37 添加軟件定時器后的按鍵范例程序

程序中新增了一個初始化軟件定時器 key1_softimer_set()，并啟動軟件定時器以 10ms的時間間隔，通過 key1_softimer_callback()回調(diào) key1_scan()實現(xiàn)按鍵掃描。當按鍵事件發(fā)生（返回值不為 0xFF）時，則調(diào)用 key1_process()按鍵處理程序，根據(jù)掃描得到的返回值判斷按鍵事件的發(fā)生。在 key1_process()按鍵處理程序中，當有鍵按下時，蜂鳴器“嘀”一聲；當按鍵釋放時，LED0 翻轉(zhuǎn)。由于 key1_process()是在中斷環(huán)境的回調(diào)函數(shù)中調(diào)用的，因此不能出現(xiàn)阻塞式語句，必須調(diào)用異步模式下的 buzzer_beep_async()。

在這里，與軟件定時器相關(guān)的代碼直接放在主程序中，而在實際使用時，更希望將實現(xiàn)和聲明分別放在 key1.c 和 key1.h 中，因此需要增加一個接口函數(shù)：

雖然按鍵與數(shù)碼管都可以使用軟件定時器實現(xiàn)自動掃描，但它們之間卻存在一定的差異，數(shù)碼管只要自動掃描即可，但對于按鍵自動掃描，當掃描到按鍵事件發(fā)生時，還必須通知應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。而實際上在封裝模塊時，并不知道應(yīng)用程序要做什么事，唯一的辦法是采用注冊回調(diào)機制。當按鍵事件發(fā)生時，調(diào)用相應(yīng)的注冊函數(shù)。如果需要使用軟件定時器，則在初始化時注冊一個函數(shù)，以便按鍵事件發(fā)生時調(diào)用。定義回調(diào)函數(shù)類型為：

重新定義帶軟件定時器的初始化函數(shù)類型為：

為了便于使用，將上述函數(shù)聲明和回調(diào)函數(shù)類型定義添加到程序清單 4.38 所示的 key1.h中，其相關(guān)實現(xiàn)代碼添加到程序清單 4.39 所示的 key1.c 中。

程序清單 4.38 key1.h 文件內(nèi)容

程序清單 4.39 新增使用軟件定時器自動掃描的程序（key1.c）

當有鍵按下時，則蜂鳴器“嘀”一聲；當按鍵釋放時，則 LED0 翻轉(zhuǎn)，經(jīng)過迭代后的代碼詳見程序清單 4.40。

程序清單 4.40 使用軟件定時器自動進行按鍵掃描范例程序

>>> 4.5.2 矩陣鍵盤

獨立按鍵必須占用一個 I/O 口，當按鍵數(shù)目較多時，這種每個按鍵占用一個口的方法就顯得很浪費了。如何用盡可能少的 I/O 口去管理較多的按鍵呢？矩陣形式鍵盤電路就是使用最多的一種，如圖 4.15 所示就是一種典型的矩陣式 2×2 鍵盤電路。采用矩陣鍵盤方式進行排列，其中 KR0、KR1 為行線，KL0、KL1 為列線。

圖 4.15 2×2 矩陣鍵盤

該接法將口線分成行線（row）和列線（column），如果將它變成比較容易理解的拓撲結(jié)構(gòu)，就是兩組垂直交叉的平行線，每個交叉點就是一個按鍵位置，按鍵的兩端分別接在行線和列線上。其最大優(yōu)點是組合靈活，假如有16 個 I/O 可用于擴展做鍵盤電路，我們可以將它接成 6×10、5×11 或 8×8 等多種接法，當然，使用效率最高的是 8×8 的接法，它最多可實現(xiàn) 64 個按鍵。

MiniPort-Key 按鍵模塊集成了 4 個按鍵，通過 MiniPort B（排母）與 AM824-Core 相連，同時引出其余不用的 I/O，實現(xiàn)模塊的橫向堆疊，其對應(yīng) AM824-Core 的 MiniPort 接口的 J4的功能定義詳見圖 4.16。

圖 4.16 按鍵模塊實物與接口定義圖

2×2 的矩陣鍵盤共有 4 個按鍵，分別為 KEY0～KEY3。KR0、KR1 為行線（row），KL0、KL1 為列線（column）。假設(shè)選擇 KL0、KL1 為輸入，當無鍵按下時，由于內(nèi)部弱上拉作用，此時讀取電平為高電平。當 KEY0 按下時，KL1 依然為高電平，而 KL0 在 KR0 輸出低電平時就會得到低電平。顯然，只有 KR0、KR1 輸出為低電平時，KL0、KL1 才能得到低電平，這就是逐行掃描鍵盤的方法，即行線為輸出，列線為輸入，每次掃描一行，掃描該行時，對應(yīng)行線輸出為低電平，其余行線輸出為高電平，然后讀取所有列線的電平，若有列線讀到低電平，則表明該行與讀到低電平的列對應(yīng)的交叉點有按鍵按下。逐列掃描法恰好相反，其列線為輸出，行線為輸入，但基本原理還是一樣的。AMetal 針對矩陣鍵盤提供了相應(yīng)的 matrixkey.h 接口，詳見程序清單 4.41。

程序清單 4.41 matrixkey.h 接口

如程序清單4.42所示是使用上述接口的范例程序，即當有鍵按下時，蜂鳴器在發(fā)出“嘀”的一聲的同時，通過 LED0 和 LED1 的組合顯示按鍵編號。比如，KEY0 鍵按下時，兩個 LED燈均熄滅。KEY1 按下時顯示 01，即 LED0 亮，LED1 熄滅，依此類推。

程序清單 4.42 矩陣鍵盤范例程序

為了節(jié)省引腳，還可以將數(shù)碼管與矩陣鍵盤結(jié)合起來使用，如圖4.17 所示的數(shù)碼管的 2個 com 端與矩陣鍵盤的列線是復(fù)用的，PIO0_17與 PIO0_23 既是數(shù)碼管的 com0、com1，又是矩陣鍵盤的列線 KL0、KL1這樣設(shè)計反而節(jié)省了引腳。作為鍵盤掃描時需將列線配置為輸入，作為數(shù)碼管掃描時需將 com 端設(shè)置為輸出。

圖 4.17 LED 顯示器電路圖

為了不影響數(shù)碼管的顯示，在鍵盤掃描結(jié)束后，必須將管腳恢復(fù)為輸出狀態(tài)。這是由

函數(shù)實現(xiàn)的。鍵盤掃描只需要每隔 10ms 進行一次，而數(shù)碼管掃描需要每隔 5ms 進行一次，當它們同時使用時，可以在按鍵掃描的 10ms 內(nèi)進行 2 次數(shù)碼管掃描。

利用 4 個按鍵和數(shù)碼管，實現(xiàn)一個按鍵調(diào)節(jié)值的小應(yīng)用，各個按鍵的功能定義如下：

• KEY0：進入設(shè)置狀態(tài)。點擊后進入設(shè)置狀態(tài)，默認個位不斷閃爍，再次點擊后回到正常運行狀態(tài)；

• KEY2：切換當前調(diào)節(jié)的位。當進入設(shè)置狀態(tài)后，當前調(diào)節(jié)的位會不斷地閃爍。點擊該鍵可以切換當前調(diào)節(jié)的位，由個位切換到十位，或由十位切換到個位；

• KEY1：也稱為+1 鍵，將當前正在閃爍的位的值加 1；

• KEY3：也稱為-1 鍵，將當前正在閃爍的位的值減 1。

其相應(yīng)的范例程序詳見程序清單 4.43。

程序清單 4.43 矩陣鍵盤+數(shù)碼管范例程序（2）