基于单片机的班级投票器

基于单片机的班级投票器

【摘 要】班级投票器是针对班级而设计的现场投票计数器系统，该系统可用于班级人数小于99人，职位候选人不超过10人的投票选举。投票器是由键盘接口专用芯片74C922来完成按键编码，再通过单片机采集信息，进行票数的累计，最后有四联数码管来显示选举结果。投票期间用一个按键来控制投票有效性，并通过发光二极管来完成指示工作。选举投票期间可暂停投票，查看投票结果，后可继续投票，直至达到预设的最大班级人数关闭投票系统。

引言 ????????????????????????????????3 1 系统总体设计 ???????????????????????????4

1.1 设计要求…………………………………………………………………………………..........4 1.2 系统组成方框图……………………………………………………………………………......4 1.3 方案设计……………………………………………………………………………………......4

2 系统硬件设计 ???????????????????????????4

2.1 相关芯片介绍………………………………………………………………………………......4 2.1.1 AT89C51芯片介绍…………………………………………………………………………...4 2.1.2 74C922芯片介绍……………………………………………………………………….........5 2.1.3 74LS04芯片介绍……………………………………………………………………….........6 2.2 各单元电路设计与分析……………………………………………………………………......7 2.2.2 由74C922够成的键盘电路………………………………………………………………....7 2.2.2 复位电路…………………………………………………………………………………......8 2.2.3 时钟电路…………………………………………………………………………………......8 2.2.4 显示模块……………………………………………………………………………………..9 2.2.5 控制投票有效部分…………………………………………………………………………10 2.3 总原理图和元器件清单……………………………………………………………………….11 2.3.1 总原理图…………………………………………………………………………………….11 2.3.2 元件清单…………………………………………………………………………………….11

3 系统软件设计???????????????????????????12

3.1 主程序设计……………………………………………………………………………………12 3.2 中断程序设计…………………………………………………………………………………13 3.3 定时程序设计…………………………………………………………………………………14

4 调试???????????????????????????????16 5 总结???????????????????????????????16 6 致谢语??????????????????????????????17 参考文献??????????????????????????????17 附录一 PCB图 ???????????????????????????19 附录二 源程序 ???????????????????????????19

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引言

在大学生活中，时常发生选举投票事件。目前班级职位选举采用纸条的方式进行投票。具体过程如下：首先，在黑板上列出要选举的职位及职位候选人的名字；接着班级成员在纸条上写上候选人的名字，折叠好放在指定的位置（如讲台桌上）；再来全部投票完毕后，进行唱票，判断票的有效性（写上多于一个候选人的名字，或不写都视为废票），同时并统计票数。最后，票数统计完成后先判断本次选举是否有效（若发生选票多于选民数，视为无效）。确定本次选举有效后，宣布最高得票者为该职位的的当选者。这样的选举的缺点是比较费时，效率不高，同时也由于可能发生的选举无效问题，造成时间的延长，同时降低班级成员的积极性等。其优点就是选举十分的直观，可以在唱票时期直接观察到每个候选人的得票情况，并较直接判断出当选人。

针对纸条选举费时，效率不高的问题，采用设计投票器来改善这一情况。本设计是基于单片机设计的适用于班级选举的投票器，由键盘专用芯片74C922完成投票，再经由单片机采集信息，统计票数。最后由四联数码管显示投票结果。并且利用发光二极管和一个按键来控制投票的有效性。选举投票期间可暂停投票，查看当前投票结果，后可继续投票，直至达到预设的最大班级人数就会自动关闭投票系统。 本次设计的班级投票器可以有效地控制投票及选举的有效性，就节省了去判断选票及选举的有效性及选举无效延长的时间。同时投票器本身有统计票数的功能，就又节省了统计票数的时间。整体上提高了班级选举的效率，同时也使得选举更加地民主，公平。

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1、系统总体设计

1.1 设计要求

假定班级成员45人，职位候选人10人（不超过10人）。选民（班级成员）分别编号为01，02，??44，45；候选人分别编号为01，02，??，09，10(由10个按键构成)。

(1) 一上电不允许投票，按下允许投票键，利用10个按键进行投票，有效投票后显示选民编号和所选候选人的编号。将投票结果储存起来并且再按其他按键无效。

(2) 按下允许投票键进行下一个选民的投票。

(3) 投票期间，可暂停投票来查看票数统计结果，后按下允许投票键又可继续投票。

(4) 全部成员投票完成后，最后显示候选人的编号及其得票数。 (5) 按下复位键，进行新一轮的职位选举。

1.2 系统组成方框图

复位电路 单片机 （AT89C51） 时钟电路 数码管显示

由74C922构成的键盘投票

允许投票键开启选民投票 LED灯灭提示选民可以进行投票；当LED灯亮，无法进行投票。 图1-2 系统模块组成方框图

1.3 方案设计

设计时班级成员不超过99，职位候选人10人。由键盘接口专用芯片74C922及12个按键（10个按键用于投票工作，2个按键用于查看投票结果）构成的电路来完成键盘扫描，编码，再通过AT89C51

芯片来采集信息，进行票数的统计。由四联数码管完成显示工作，投票期间显示选民编号和所选候选人的编号，查看结果时显示候选人的编号及其得票数。设置一按键来控制有效投票，并让发光二极管配合指示。选举投票期间可暂停投票，查看投票结果，后可继续投票，直至达到预设的最大班级人数关闭投

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票系统。

2、系统硬件设计

2.1 相关芯片介绍 2.1.1 AT89C51芯片简介

AT89C51是一种低电压,高性能CMOS8位单片机,采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和FLASH存储单元,功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性能比的应用场合,可灵活应用在各种控制领域。[1]

它具有以下特点:4K字节FLASH闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量级中断接口,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到出现下一个硬件复位。

图2-1-1 AT89C51引脚图

2.1.2 74C922芯片简介

74C922芯片有16键IC和20键IC，本设计采用的是16键的IC。图2-1-2（1）所示为4×4(16键)扫描式编码键盘原理图。这种键盘的按键排成矩阵形式,以减少按键联线。如图中有16个键，排列成4行4列，仅需8根引线。时钟发生器的输出送给4位计数器进行计数，计数器的低2位经译码后作为行扫描，高2位经译码后作为列扫描。若没有检出有键闭合，则计数器周而复始反复计数,即反复进行扫描，一旦检出有键闭合，就发出一个脉冲使时钟振荡器停振，计数器随即停止计数。单片机通过读取计数器的计数值来获取闭合键所在的行列位置，然后从真值表得到按键读数。如果有两个键同时按下，

[2]

则扫描到第一个闭合键时就停止扫描，把该键当作有效按键进行处理。

4 位计数器 2—4译码器

4 2 ︳ 4 3 2 1 0

时钟发生器

图2-1-2（1）扫描式编码键盘

74C922芯片(16键IC)的引脚排列如图2-1-2（2）所示：

图2-1-2（2）74C922引脚图

X1～X4：列线。

Y1～Y4：行线。

OSC：接振荡电容0.1μF，以便扫描矩阵键盘

KM：键盘消除抖动电路，并发出两种信号。(1)内部计数器停止计数。(2)若有键按下,使DA脚由未按键时的低电平变为高电平,若按键未放开则一直保持高电平,当按键放开时,才转为低电平。此引脚外接一个电容是OSC所接电容的10倍。

DA：数据有效信号。若无键按下,保持低电平。若有键按下，变为高电平，直到键放开，才转为低电平。 /OE：输出使能。

D～A：按键值输出，按BCD码输出，具体输出情况如表2-1-2所示。

表2-1-2 真值表 数据输A B C D 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Y1, Y1, Y1, Y1, Y2, Y2, Y2, Y2, Y3, Y3, Y3, Y3, Y4, Y4, Y4, Y4, X2 1 0 0 0 X3 0 1 0 0 X4 1 1 0 0 X1 0 0 1 0 X2 1 0 1 0 X3 0 1 1 0 X4 1 1 1 0 X1 0 0 0 1 X2 1 0 0 1 X3 0 1 0 1 X4 1 1 0 1 X1 0 0 1 1 X2 1 0 1 1 X3 0 1 1 1 X4 1 1 1 1 0 0 0 0 出 X1 2.1.3 74LS04芯片简介

74ls04是一六反向器，其功能表如表2-1-3，其引脚分布如图2-1-3。

表2-1-3功能表

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Y=A

输入 A L H H为高电平 L为低电平

输出 Y H L

图2-1-3 74LS04引脚图

2.2 各单元电路设计与分析 2.2.1由74C922够成的键盘电路

图2-2-1 74C922构成的键盘电路

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在键盘部分采用74C922来完成工作。键盘电路图如图2-2-1所示。74922芯片是专用编码键盘接口芯片,当按下某一按键时,该芯片能自动给出相应的编码信息,并可自动消除抖动,从而可免除关于削抖的软件编程，提高了CPU的利用率。因为按键扫描要对按键进行削抖处理，而削抖分为软件削抖和硬件削抖，一般情况下多采用软件削抖。

74C922为CMOS工艺技术制造，工作电压为3—15V，―二键锁定‖功能，编码输出为三态输出，可直接与微处理器数据线相连，内部振荡器完成4×4矩形键盘扫描，当有按键按下时，DA变高，通过非门接到AT89C51的外部中断0，并且设外部中断0为边沿触发方式，当DA变高时，经过非门变为低电平跳变产生外部中断，通知AT89C51从数据总线读键值，判断键值从而完成相应的散转程序功能。

[3]

[2]

根据图2-2-1及74C922芯片真值表2-1-2，按键S1—S10对应DCBA输出（0000—1001），上下翻查键S11,S12对应输出是（1010）和（1011）。同时ABCD输出连接到AT89C51的P2口的P2.0—P2.3。

2.2.2复位电路

图2-2-2 复位电路

单片机的复位都是靠外部电路来实现的。在时钟电路工作后，只要在单片机的复位(RST)脚上出现24个时钟振荡脉冲(也就是2个机器周期)以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。[4]

传统的复位方法有阻容上电复位和按键电平复位如图2-2-2。本设计采用按键手动复位电路。它们实际上利用RC充放电原理实现的复位电路，从外部给RST脚2个机器周期以上的高电平。

在实际应用系统中，为了保证复位电路可靠地工作，常常将RC电路接斯密特电路后再接入单片机的复位端和外围电路复位端。这样就特别适用于应用现场干扰大、电压波动大的工作环境，并且当系统有多个复位端时，也能够保证可靠的同步复位。

当AT89C51的RST引脚到高电平时，单片机就会复位。按下按纽S13，将高电平接到RST端，从而复位。复位后，单片机就从0000H地址开始执行程序。P0～P3四个并行接口全为高电平，其他寄存器全部清零，只有SBUF寄存器状态不确定。

2.2.3时钟电路

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图2-2-3 时钟电路

时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。MCS-51的时钟信号可以由两种方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。MCS-51单片机有HMOS型和CHMOS型，它们的时钟电路有一定区别。

内部时钟电路，利用AT89C51内部一个高增益的反向放大器，把一个晶振体和两个电容器组成的自激振荡电路接于XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）之间。这样，振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。如图2-2-3所示。图中晶振体可以是石英晶体或陶瓷结构，振荡频率可任选，一般频率在1.2～12MHz。对于石英晶体振荡器，电容C3，C4在30pF左右，对于陶瓷振荡器，C3，C4约47pF左右。

外部部时钟电路，MCS-51的内部工作时钟也可以由外部振荡器提供，这时，对HMOS型芯片，外部振荡器的信号接至XTAL2，即内部时钟发生器的输出端，而内部反相放大器的输人端XTAL1应接地.在CHMOS电路中，因内部时钟发生器的信号取自反相放大器的输入端(即与非门的一个输人端)，故采用外部时钟源时，接线方式与HMOS型的有所不同:外部信号接至XTALI，XTAL2不用。外部时钟引入方式如图2-2-3(A,B,C)所示。对外部振荡器的信号没有特殊的要求，一般为0.5一12 MHz的方波，方波的波形应尽量规范即上升沿、下降沿尽可能垂直。

时钟发生器把振荡频率加以二分频，给主机提供了一个双相信号，第一相信号在每一个时钟周期的前半部分有效，第二相信号则在时钟周期的后一半有效。

[5]

图2-2-3(A)HMOS和CMMOS器件都适用的外部时钟连接图

图2-2-3(B)HMOS器件外部时钟连接图 图2-2-3(C)CHMOS器件外部时钟连接图

本次设计采用内部时钟电路，石英晶体（频率12M），电容C3，C4为30pF。AT89C51的机器周期为1us。

2.2.4显示模块

（1）显示方式的选择

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7段数码管的显示方法可分为静态显示和动态显示，

所谓静态显示，就是当显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止。例如，7段显示器的a、b、c、d、e、f段导通，g、dp段截止，则显示0。这种显示方法的每一位都需要有一个8位输出口控制。对于51单片机，可以在并行口上扩展多片锁存器74LS573作为静态显示器接口。

所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），但利用人眼的视觉暂流效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，看到的却是多个字符“同时”显示。显示器亮度既与点亮是的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个8位I/O口（称为扫描口或字位口），控制各位LED显示器所显示的字形也需要一个8位口（数据口或字形口）。 与静态驱动显示相比，动态扫描显示具有以下优点：第一,能显著降低显示器的功耗,这对于采用电池供电的便携式数字仪表尤为重要；第二，能大大减少显示器的外部引线，给印制板的设计和安装带来方便；第三,能采用BCD码多路输出的方式,不仅使译码、驱动电路大为简化，还可以与微机相连等。

[6]

动态扫描的缺点是CPU工作效率比静态扫描低，同时显示亮度较静态显示器要低。

本次设计选择采用动态扫描。如图2-2-4芯片AT89C51的P1.0—P1.6作为数据口，P0.0—P0.3作为扫描片选口。

图2-2-4 LED显示电路

(2)数码管的驱动

本设计采用共阴型的四联数码管，关于数码管的驱动部分把P1口（P1.0 —P1.6）作为驱动接口，并外接上排阻511作为其上拉电阻增强其驱动能力。这样的驱动能力就可使数码管显示合适的亮度。

2.2.5控制投票有效部分

由一个发光二极管（DS1）和一个按键（S）构成控制投票有效部分，如图2-2-5所示。通过软件设置成发光二极管DS1灭时可允许投票，DS1亮时不可以投票。而按下按键S（允许投票键），让P3.3产生一个负跳变，开启外部中断1（外部中断选择边沿触发的方式），通过软件编程使发光二极管灭，一检测到有投票按键按下，使发光二极管亮。通过DS1和S的配合来控制投票有效的问题。

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图2-2-5 控制投票有效部分电路

2.3总原理图和元器件清单 2.3.1总原理图

图2-3 总原理图

2．3．2元件清单 器件名称 单片机 晶振 键盘编码器 非门

器件型号 AC89C51 12M 74C922 74LS04 10

数量 1 1 1 1 备注

本设计是基于AT89C51设计的班级投票器。它可实现最多班级人数99个，最多职位候选人10个的投票选举。由键盘接口专用芯片74C922完成按键扫描编码工作，再通过AT89C51芯片来采集信息，完成票数统计任务，并有四联数码管显示相应的数字（投票期间显示选民编号和所选候选人的编号，查看结果时显示候选人的编号及其得票数）。同时有LED和允许投票按键来控制投票的有效性。可以在投票期间或投票结束时利用上下翻查键可以查看投票结果。而班级投票器主要用来满足平常班级职位等选举，它可以较大地提高班级职位选举的效率，同时更加突出了选举的公平，公开。

本设计需改进的地方，首先，可以增设一个弃权键和一个用于显示最后投票选举的结果的按键，使得投票系统更加的完善。其次，本次设计的投票器是基于班级设计，考虑到实际中班级投票的情况，设计时最多候选人人数为10人，以满足班级日常选举。可进一步增大候选人人数，来完善投票系统，使其更大范围的选举。再有，若显示时编号可配合人名等资料显示，会使得显示结果更加的直观；最后，可以进一步的改善，实现直接手动调节相关按键便可设置最大班级人数，而不需要通过软件修改来完成。

附录 1、PCB图

2、源程序

#include \sbit LED =P2^4; sbit P2_0 = P2^0; sbit P2_1 = P2^1; sbit P2_3 = P2^3; sbit P2_2 = P2^2;

sbit P3_3 = P3^3; unsigned char key=0;

#define max_xuanmin 45 //最多选民数量 unsigned char beixuan[11];//选手选票数

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unsigned char xuanmin=1;//选民编号

unsigned char present=1;//目前这个被选者，用于显示整体选票 unsigned char ledout[4]; //显示数据

unsigned char code led1[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x27,0x7f,0x6f}; unsigned char cs=0;

unsigned char flash_cs=0; bit ok=0;//投票输入OK bit intbit=0;

void delay(unsigned int time) {

unsigned int mm; for(mm=0;mm

void led_init(void) {

unsigned char n; for(n=0;n<=9;n++) beixuan[n]=0; LED=1; ok=0;

}

/*********************************************************************************** ****************************进行数据转换******************************************** ************************************************************************************/ void change_led(unsigned char xuan,unsigned char value) {

unsigned char x,change; x=xuan;

change=x/100; x=xuan;

ledout[3]=x/10-change*10;

x=xuan;

ledout[2]=(unsigned char)(x-change*100-ledout[3]*10); x=value;

change=x/100; x=value;

ledout[1]=x/10-change*10; x=value;

ledout[0]=(unsigned char)(x-change*100-ledout[1]*10); }

/*********************************************************************************** ************外部中断1的入口********************************************************* ************************************************************************************/ int1_in() interrupt 2 using 3

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{

LED=0;

}

/*********************************************************************************** **************************外部中断0的入口****************************************** ************************************************************************************/ int0_in() interrupt 0 using 3 { key=0; if(P2_0==1) {

key=key+1; }

if(P2_1==1) {

key= key+2; }

if(P2_2 ==1) {

key= key+4; }

if(P2_3==1) {

key= key+8; }

key=key+1; intbit=1; }

/*************************************************************************************** *****************************定时1的入口********************************************** ***************************************************************************************/ Time1() interrupt 3 using 3 {

unsigned char bb; flash_cs++;

if( flash_cs==10)//每隔10个定时中断换一个数据 { if(cs==0) P0=0xff-8; if(cs==1) P0=0xff-4; if(cs==2) P0=0xfd; if(cs==3) P0=0xfe; flash_cs=0;

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bb=ledout[cs]; P1=led1[bb]; if(cs!=3) cs++; else cs = 0; } }

/*********************************************************************************** **********************************主函数******************************************** ************************************************************************************/ void main() { EX0=1; IT0=1; EX1=1; IT1=1;

ET1=1;

TMOD=0x20;//采用定时器1的第二种工作方式 TL1=0x00; TH1=0x11; TR1=1; EA=1; led_init();

change_led(0,0);

for(;;)//整个系统进入死循环 {

if(intbit) {

if(key>0 && key<=10 && ok==0 && LED==0) {

change_led(xuanmin,key);

beixuan[key]++;//被投的那个人选票+1 xuanmin++; LED=1;

key=0; if(xuanmin == max_xuanmin+1)

{

xuanmin=1; ok=1;

} }

//进行上翻 if( key ==11) {

key=0;

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if(present!= 10) {

present++;

change_led(present,beixuan[present]); } }

//进行下翻

if( key ==12) { key=0; if(present!= 1) {

present--;

change_led(present,beixuan[present]); } } intbit=0; } } }

MM74C922 16键编码器

整体介绍

MM74C922 CMOS键盘编码器提供所有必要的逻辑来将所有SPST按键编码成一个矩阵。 键盘扫描可以由外部时钟或者外部电容器来实现。这些编码器也拥有片上上拉装置，它最大允许上拉50 k?的电阻按键。按键矩阵中没有二极管，它需要消除按键的抖动。内部去抖动电路仅仅需要一个外部的电容器，若缺失这个电容器就无法完成消抖。当一个按键有效按下时，就会有一个相应的数据有效输出一个高电平。当这个按键放开时，相应的数据有效输出返回到低电平，即使这个时候有另一个按键按下。经过一个正常的的削抖周期，有新的按键有效按下时，数据有效输出重新返回高电平。一个内部寄存器将记忆最后一个按键按下，甚至在这个按键释放了之后。这种三态输出可用做简单的扩展和总线的操作，并且与LPTTL兼容。

特性

·最大的开关电阻为50 k? ·开关时钟芯片 ·片上有上拉装置 ·二键锁定

·一个电容消除按键抖动 ·输出保留最后一个按键按下 ·三态输出并与LPTTL兼容 ·工作电压范围：3—15V ·低功耗

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连接方框图

MM74C922引脚排列

真值表

数据输0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Y1, Y1, Y1, Y1, Y2, Y2, Y2, Y2, Y3, Y3, Y3, Y3, Y4, Y4, Y4, Y4, X2 1 0 0 0 X3 0 1 0 0 X4 1 1 0 0 X1 0 0 1 0 X2 1 0 1 0 X3 0 1 1 0 X4 1 1 1 0 X1 0 0 0 1 X2 1 0 0 1 X3 0 1 0 1 X4 1 1 0 1 X1 0 0 1 1 X2 1 0 1 1 X3 0 1 1 1 X4 1 1 1 1 出 X1 A 0 B C D 0 0 0 方框图

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典型应用

异步数据输入总线

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输出一直保持在三态，直到有按键按下，然后数据传到总线。当按键释放时，输出重新返回到三态。

理论操作

MM74C922键盘编码器可以执行所有必要的逻辑与一个16 SPST按键开关矩阵组成的数字系统相接。编码器可将一个按键按下转化成一个4位数据输出。

设计者可以通过振荡电容COSE 和防抖动电容来控制键盘扫描速率和键盘削抖周期。因此，MM74C922的性能能优化许多键盘。

键盘编码器连接到一个4×4的键盘矩阵。当没有按键按下时，行输入由内部上拉为高电平，列输出输出一个数字“0”。这些输出打开漏极，25%的周期处于低电平，其他时间断开。列扫描速率有振荡器输入控制的，振荡器输入包含一个施密特触发振荡器，一个2位计数器和一个2–4位的译码器。 当一个按键按下时，例如按键0，当X1输入断开不会发生变化，这是因为Y1一直保持高电平。当X1列被扫描时，X1变为低电平，Y1也变为低电平。此时计数器停止计数，X1继续保持低电平。随着Y1变成低电平开始进入键盘抖动时间，同时锁住其他Y输入。一旦过了键盘抖动电路定时间，数据锁存，现有的数据输出变成高电平。在按键过了抖动时期，Y1输入又将变为高电平，重新扫描，重置键盘抖动电路。按键可能抖动几次，但只要按键保持低电平一个去抖动周期，按键的闭合就可假定为有效的，同时数据被锁存。当按键释放时，它也有可能抖动。为确保编码器不会去识别抖动当作另一个按键的闭合，在另一个按键闭合被确认之前，去抖动电路必须已经完成。

“二键锁定”特性可针对假设一个按键按下时，紧接着第二个按键又按下的情况来说明。因为所有的扫描已经停止，所有其他的Y输入不可用，所以只有直到第一个按键释放了并且按键的防抖动电路已经复位时，第二个按键才可被识别。输出锁定在三态，当输出使能端（OE）为低电平是输出使能。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2em6.html