單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制，家電，消費(fèi)電子，醫(yī)療電子，儀表測(cè)量等領(lǐng)域，為應(yīng)廣大初級(jí)電子工程師/單片機(jī)愛好者之需，電子發(fā)燒友網(wǎng)隆重策劃整合推出《單片機(jī)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)詳解》系列技術(shù)文章，以后會(huì)陸續(xù)推出其他章節(jié)，敬請(qǐng)廣大工程師朋友繼續(xù)關(guān)注和留意。應(yīng)廣大工程師網(wǎng)友對(duì)前面章節(jié)熱烈反響，電子發(fā)燒友網(wǎng)會(huì)再接再厲為各位工程師網(wǎng)友推出更多技術(shù)精品系列文章，以饗讀者。

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　　單片機(jī)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)詳解（一）

　　單片機(jī)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)詳解（二）

　　單片機(jī)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)詳解（三）

　　單片機(jī)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)詳解（四）
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　　一、單片機(jī)矩陣鍵盤原理與結(jié)構(gòu)

　　矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤識(shí)別要復(fù)雜一些，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。

　　在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。

　　《1》確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。

　　行掃描法 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。

　　1、判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。

　　2、判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。

　　《2》確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“高低電平翻轉(zhuǎn)法”。

　　首先讓P1口高四位為1，低四位為0，。若有按鍵按下，則高四位中會(huì)有一個(gè)1翻轉(zhuǎn)為0，低四位不會(huì)變，此時(shí)即可確定被按下的鍵的行位置。

　　然后讓P1口高四位為0，低四位為1，。若有按鍵按下，則低四位中會(huì)有一個(gè)1翻轉(zhuǎn)為0，高四位不會(huì)變，此時(shí)即可確定被按下的鍵的列位置。

　　最后將上述兩者進(jìn)行或運(yùn)算即可確定被按下的鍵的位置。

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　　二、什么是格雷碼

　　格雷碼（Gray code），又叫循環(huán)二進(jìn)制碼或反射二進(jìn)制碼 在數(shù)字系統(tǒng)中只能識(shí)別0和1，各種數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼才能進(jìn)行處理，格雷碼是一種無權(quán)碼，采用絕對(duì)編碼方式，典型格雷碼是一種具有反射特性和循環(huán)特性的單步自補(bǔ)碼，它的循環(huán)、單步特性消除了隨機(jī)取數(shù)時(shí)出現(xiàn)重大誤差的可能，它的反射、自補(bǔ)特性使得求反非常方便。格雷碼屬于可靠性編碼，是一種錯(cuò)誤最小化的編碼方式

　　簡(jiǎn)介

　　因?yàn)?，自然二進(jìn)制碼可以直接由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，但某些情況，例如從十進(jìn)制的3轉(zhuǎn)換成4時(shí)二進(jìn)制碼的每一位都要變，使數(shù)字電路產(chǎn)生很大的尖峰電流脈沖。而格雷碼則沒有這一缺點(diǎn)，它是一種數(shù)字排序系統(tǒng)，其中的所有相鄰整數(shù)在它們的數(shù)字表示中只有一個(gè)數(shù)字不同。它在任意兩個(gè)相鄰的數(shù)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，只有一個(gè)數(shù)位發(fā)生變化。它大大地減少了由一個(gè)狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)時(shí)邏輯的混淆。另外由于最大數(shù)與最小數(shù)之間也僅一個(gè)數(shù)不同，故通常又叫格雷反射碼或循環(huán)碼。

　　2、格雷碼對(duì)照表

　　下表為幾種自然二進(jìn)制碼與格雷碼的對(duì)照表：

　　一般的，普通二進(jìn)制碼與格雷碼可以按以下方法互相轉(zhuǎn)換：

　　二進(jìn)制碼-》格雷碼（編碼）：從最右邊一位起，依次將每一位與左邊一位異或（XOR），作為對(duì)應(yīng)格雷碼該位的值，最左邊一位不變（相當(dāng)于左邊是0）;

　　格雷碼-〉二進(jìn)制碼（解碼）：從左邊第二位起，將每位與左邊一位解碼后的值異或，作為該位解碼后的值（最左邊一位依然不變）。

　　數(shù)學(xué)（計(jì)算機(jī)）描述：

　　原碼：p［n:0］;格雷碼：c［n:0］（n∈N）;編碼：c=G（p）;解碼：p=F（c）;

　　書寫時(shí)按從左向右標(biāo)號(hào)依次減小，即MSB-》LSB，編解碼也按此順序進(jìn)行

　　編碼：

　　。..。..。..。..。..。...c［n］=p［n］，

　　。..。..。..。..。..。...c［i］=p［i］ XOR p［i+1］ （i∈N，n-1≥i≥0）;

　　解碼：

　　。..。..。..。..。..。...p［n］=c［n］，

　　。..。..。..。..。..。...P［i］=c［i］ XOR p［i+1］ （i∈N， n-1≥i≥0）。

　　Gray Code是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的Frank Gray在20世紀(jì)40年代提出的（是1880年由法國工程師Jean-Maurice-Emlle

　　Baudot發(fā)明的），用來在使用PCM（Pusle Code Modulation）方法傳送訊號(hào)時(shí)避免出錯(cuò)，并于1953年3月17日取得美國專利。由定義可知，Gray Code的編碼方式不是唯一的，這里討論的是最常用的一種。

　　用異或乘除法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制碼與格雷碼互相轉(zhuǎn)換

　　如果在二進(jìn)制運(yùn)算中忽略進(jìn)位、退位，那么加減運(yùn)算都變成了異或（XOR）。

　　用異或代替加減進(jìn)行二進(jìn)制豎式乘除，稱為異或乘除，它的特點(diǎn)是無進(jìn)退位。

　　由于沒有退位，異或除法將變得更像多項(xiàng)式除法。

　　如：10101除以11將變成1100余1，而不是111。

　　二進(jìn)制轉(zhuǎn)格雷碼：

　　只要異或乘以二分之三，即二進(jìn)制的1.1，然后忽略小數(shù)部分;也可以理解成異或乘以三（即11），再右移一位。

　　格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制：

　　異或乘以三分之二，即除以1.1，忽略余數(shù);或者左移一位，再異或除以三，忽略余數(shù)。

　　格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制方法

　　二進(jìn)位碼第n位 = 二進(jìn)位碼第（n+1）位+格雷碼第n位。因?yàn)槎M(jìn)位碼和格雷碼皆有相同位數(shù)，所以二進(jìn)位碼可從最高位的左邊位元取0，以進(jìn)行計(jì)算。（注：遇到1+1時(shí)結(jié)果視為0）

　　例如： 格雷碼0111，為4位數(shù)，所以其所轉(zhuǎn)為之二進(jìn)位碼也必為4位數(shù)，因此可取轉(zhuǎn)成之二進(jìn)位碼第五位為0，即0 b3 b2 b1 b0。

　　0+0=0，所以b3=0

　　0+1=1，所以b2=1

　　1+1取0，所以b1=0

　　0+1取1，所以b0=1

　　因此所轉(zhuǎn)換為之二進(jìn)位碼為0101

　　格雷碼轉(zhuǎn)換快速方法

　　（假設(shè)以二進(jìn)制為0的值做為格雷碼的0）

　　G：格雷碼 B：二進(jìn)位碼

　　G（N） = B（n+1） XOR B（n）