單片機基礎：鍵盤(pán)接口原理詳解

矩陣式按鍵

單片機系統中，若使用按鍵較多時(shí)，通常采用矩陣式(也稱(chēng)行列式)鍵盤(pán)。

1. 矩陣式鍵盤(pán)的結構及原理

矩陣式鍵盤(pán)由行線(xiàn)和列線(xiàn)組成，按鍵位于行、列線(xiàn)的交叉點(diǎn)上，其結構如下圖所示。

由圖可知，一個(gè)4×4的行、列結構可以構成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤(pán)，顯然，在按鍵數量較多時(shí)，矩陣式鍵盤(pán)較之獨立式按鍵鍵盤(pán)要節省很多I/O口。

矩陣式鍵盤(pán)中，行、列線(xiàn)分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，行線(xiàn)通過(guò)上拉電阻接到+5V上。當無(wú)鍵按下時(shí)，行線(xiàn)處于高電平狀態(tài);當有鍵按下時(shí)，行、列線(xiàn)將導通，此時(shí)，行線(xiàn)電平將由與此行線(xiàn)相連的列線(xiàn)電平?jīng)Q定。這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤(pán)中的行線(xiàn)、列線(xiàn)和多個(gè)鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線(xiàn)和列線(xiàn)的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線(xiàn)、列線(xiàn)信號配合起來(lái)作適當處理，才能確定閉合鍵的位置。

2.式鍵盤(pán)按鍵的識別

識別按鍵的方法很多，其中，最常見(jiàn)的方法是掃描法。

按鍵按下時(shí)，與此鍵相連的行線(xiàn)與列線(xiàn)導通，行線(xiàn)在無(wú)鍵按下時(shí)處在高電平。顯然，如果讓所有的列線(xiàn)也處在高電平，那么，按鍵按下與否不會(huì )引起行線(xiàn)電平的變化，因此，必須使所有列線(xiàn)處在低電平。只有這樣，當有鍵按下時(shí)，該鍵所在的行電平才會(huì )由高電平變?yōu)榈碗娖?。CPU根據行電平的變化，便能判定相應的行有鍵按下。

3. 盤(pán)的編碼

對于獨立式按鍵鍵盤(pán)，因按鍵數量少，可根據實(shí)際需要靈活編碼。對于矩陣式鍵盤(pán)，按鍵的位置由行號和列號惟一確定，因此可分別對行號和列號進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節，高4位是行號，低4位是列號。

4. 鍵盤(pán)的工作方式

對鍵盤(pán)的響應取決于鍵盤(pán)的工作方式，鍵盤(pán)的工作方式應根據實(shí)際應用系統中CPU的工作狀況而定，其選取的原則是既要保證CPU能及時(shí)響應按鍵操作，又不要過(guò)多占用CPU的工作時(shí)間。通常，鍵盤(pán)的工作方式有三種，即編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。

1) 編程掃描方式

編程掃描方式是利用CPU完成其它工作的空余時(shí)間，調用鍵盤(pán)掃描子程序來(lái)響應鍵盤(pán)輸入的要求。在執行鍵功能程序時(shí)，CPU不再響應鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵盤(pán)為止。

2) 定時(shí)掃描方式

定時(shí)掃描方式就是每隔一段時(shí)間對鍵盤(pán)掃描一次，它利用單片機內部的定時(shí)器產(chǎn)生一定時(shí)間(例如10 ms)的定時(shí)，當定時(shí)時(shí)間到就產(chǎn)生定時(shí)器溢出中斷。CPU響應中斷后對鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時(shí)識別出該鍵，再執行該鍵的功能程序。

3) 中斷掃描方式

采用上述兩種鍵盤(pán)掃描方式時(shí)，無(wú)論是否按鍵，CPU都要定時(shí)掃描鍵盤(pán)，而單片機應用系統工作時(shí)，并非經(jīng)常需要鍵盤(pán)輸入，因此，CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)。

為提高CPU工作效率，可采用中斷掃描工作方式。其工作過(guò)程如下：當無(wú)鍵按下時(shí)，CPU處理自己的工作，當有鍵按下時(shí)，產(chǎn)生中斷請求，CPU轉去執行鍵盤(pán)掃描子程序，并識別鍵號。