Краткие теоретические сведения

Практическая работа №3

Тема: Разработка схемы клавиатуры матричного типа.

Цель: Получить практические навыки проектирования и интеграции клавиатуры некодирующего матричного типа во встраиваемые системы на микроконтроллерах.

Задание: Разработать электрическую принципиальную схему клавиатуры некодирующего матричного типа и интегрировать ее в схему цифрового семисегментного светодиодного дисплея на основе микроконтроллера в соответствии с техническим заданием.

Краткие теоретические сведения

Во многих применениях микроконтроллер работает автономно по заданной программе. Однако в интерактивных системах осуществляется ввод значений некоторых параметров (пределов регулирования, граничных значений и др.) с контролем ввода, а также вывод значений параметров системы. В качестве устройств ввода-вывода применяются цифровые и символьно-знаковые клавиатуры.

В микропроцессорных системах используются клавиатуры некодирующего матричного типа, которые представляют собой матрицу контактов, включенных на пересечении строк и колонок. Идентификация нажатой клавиши и формирование соответствующего ей двоичного кода выполняется программно. В составе клавиатуры могут быть цифровые и функциональные клавиши.

Цифровые клавиши предназначены для ввода численных значений параметров для программы, а функциональные - для выбора режимов. Обычно численные значения вводятся в десятичной и системе, поэтому клавиатура содержит клавиши с символами 0,1,2, ... ,9. Символика остальных клавиш отображает их функции, например ''- пробел, 'СТ' - старт, 't’- время и т.д. Очевидно, что любой функциональной клавише также как и цифровой соответствует двоичный код, определяемый её положением в матрице. На рисунке 1 представлена схема клавиатуры формата 4х4.

Выходы 0,1,2,3 дешифратора DD2 используются для выбора строк, а разряды РА.4…РА.7 микроконтроллера - для опроса матрицы клавиш. Разряды опроса микроконтроллера настраиваются на ввод.

Обработчиком клавиатуры в разряды РС.0-РС.1 (РС.6 должен быть равен нулю) микроконтроллера загружаются последовательно двоичные коды сканирования, поступающие на входы дешифратора. Сигналы на выходах дешифратора имеют вид «бегущего» нуля.

После выдачи каждого кода сканирования производится анализ состояния линий опроса (возврата) РА.4…РА.7.

 

Рисунок 1

 

Значение исходного кода, загружаемого в разряды РС.0 и РС.1 равно 00, т.е. код выбора нулевой строки матрицы. Состояния выходов дешифратора имеют логические значения 0111. Если в нулевой строке не нажата ни одна кнопка (разомкнуты все контакты), то на разряды РINА.4-РINА.7 подается напряжение высокого уровня, которое поступает от источника +5В через резисторы R1-R4. Затем в разряды РС.0 и РС.1 необходимо подать код выбора первой строки. При состоянии РINА.0 - РINА.7 равном хххх1111, подать код выбора второй строки и т.д. .

Если нажата какая-либо кнопка в строке, то на одном из разрядов РА.4 -РА.7 будет напряжение логического нуля и для определения кода нажатой клавиши необходимо произвести последовательный опрос состояния разрядов РА.4 -РА.7. Например, при замкнутых контактах S1 напряжение низкого уровня с нулевого выхода дешифратора через диод VD1 и замкнутый контакт поступает на линию опроса РА.4. Если замкнут контакт S2 , то нулевой уровень напряжения будет в разряде РА.5 и т.д. .

Задание

1. Разработать электрическую принципиальную схему клавиатуры некодирующего матричного типа.

2. Интегрировать полученную клавиатуру в электрическую схему динамической индикации, разработанную в результате предыдущей практической работы.

3. Выполнить чертеж схемы электрической принципиальной согласно ГОСТ ЕСКД.

4. Обосновать выбор схемотехнических решений.

5. Исходные данные для проектирования представлены в таблице вариантов 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант №	Тип микроконтроллера	Количество кнопок
	ATmega8	4х4
	ATmega16	6х3
	ATtiny13	8х2
	ATtiny2313	4х4
	ATmega8	6х3
	ATmega16	8х2
	ATtiny13	4х4
	ATtiny2313	6х3
	ATmega16	8х2
	ATtiny13	4х4

Содержание отчета

Отчет по практической работе должен содержать:

- наименование практической работы;

- тему практической работы;

- цели и задачи практической работы;

- задание в соответствии с вариантом;

- чертеж схемы электрической принципиальной;

- обоснование разработки схемы электрической принципиальной;

- вывод по проделанной работе;

- ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Для чего применяются клавиатуры?

2. В чем отличия цифровой и символьно-знаковой клавиатуры?

3. В чем заключаются основные особенности работы клавиатуры матричного типа?

4. Какие функции в схеме матричной клавиатуры выполняет дешифратор?

5. Какие функции в схеме матричной клавиатуры выполняют резисторы?

6. Какие функции в схеме матричной клавиатуры выполняют диоды?