跟我學(xué)51單片機（四）：獨立-矩陣鍵盤(pán)應用與設計

　　一、原理簡(jiǎn)介

　　鍵盤(pán)接口電路是單片機系統設計非常重要的一環(huán)，作為人機交互界面里最常用的輸入設備。我們可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入數據或命令來(lái)實(shí)現簡(jiǎn)單的人機通信。在設計鍵盤(pán)電路與程序前，我們需要了解鍵盤(pán)和組成鍵盤(pán)的按鍵的一些知識。

　　1. 按鍵的分類(lèi)

　　一般來(lái)說(shuō)，按鍵按照結構原理可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)按鍵，如機械式開(kāi)關(guān)、導電橡膠式開(kāi)關(guān)等；另一類(lèi)是無(wú)觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長(cháng)。目前，微機系統中最常見(jiàn)的是觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)按鍵（如本學(xué)習板上所采用按鍵）。

　　按鍵按照接口原理又可分為編碼鍵盤(pán)與非編碼鍵盤(pán)兩類(lèi)，這兩類(lèi)鍵盤(pán)的主要區別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。編碼鍵盤(pán)主要是用硬件來(lái)實(shí)現對鍵的識別，非編碼鍵盤(pán)主要是由軟件來(lái)實(shí)現鍵盤(pán)的識別。

　　全編碼鍵盤(pán)由專(zhuān)門(mén)的芯片實(shí)現識鍵及輸出相應的編碼，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵等保護電路，這種鍵盤(pán)使用方便，硬件開(kāi)銷(xiāo)大，一般的小型嵌入式應用系統較少采用。非編碼鍵盤(pán)按連接方式可分為獨立式和矩陣式兩種，其它工作都主要由軟件完成。由于其經(jīng)濟實(shí)用，較多地應用于單片機系統中（本學(xué)習板也采用非編碼鍵盤(pán)）。

　　2. 按鍵的輸入原理

　　在單片機應用系統中，通常使用機械觸點(diǎn)式按鍵開(kāi)關(guān)，其主要功能是把機械上的通斷轉換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說(shuō)，它能提供標準的TTL 邏輯電平，以便與通用數字系統的邏輯電平相容。此外，除了復位按鍵有專(zhuān)門(mén)的復位電路及專(zhuān)一的復位功能外，其它按鍵都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設置控制功能或輸入數據。當所設置的功能鍵或數字鍵按下時(shí)，計算機應用系統應完成該按鍵所設定的功能。因此，鍵信息輸入是與軟件結構密切相關(guān)的過(guò)程。 對于一組鍵或一個(gè)鍵盤(pán)，通過(guò)接口電路與單片機相連。單片機可以采用查詢(xún)或中斷方式了解有無(wú)按鍵輸入并檢查是哪一個(gè)按鍵按下，若有鍵按下則跳至相應的鍵盤(pán)處理程序處去執行，若無(wú)鍵按下則繼續執行其他程序。

　　3. 按鍵的特點(diǎn)與去抖

　　機械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩定下來(lái)。其抖動(dòng)過(guò)程如圖1（a） 所示，抖動(dòng)時(shí)間的長(cháng)短與開(kāi)關(guān)的機械特性有關(guān)，一般為5 ～ 10 ms。從圖中可以看出，在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導致判斷出錯。即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認為是多次操作，這種情況是不允許出現的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機械抖動(dòng)所致的檢測誤判，必須采取去抖動(dòng)措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。一般來(lái)說(shuō)，在鍵數較少時(shí)，可采用硬件去抖，而當鍵數較多時(shí)，采用軟件去抖。（ 本學(xué)習板采用軟件去抖方式）。軟件去抖的流程圖如圖1（b） 所示。

圖1

　　從按鍵的去抖流程圖我們可以知道，檢測到有鍵按下時(shí)，應延時(shí)等待一段時(shí)間（可調用一個(gè)5ms~10ms的延遲子程序），然后再次判斷按鍵是否被按下，若此時(shí)判斷按鍵仍被按下，則認為按鍵有效，若此時(shí)判斷按鍵沒(méi)有被按下，說(shuō)明為按鍵抖動(dòng)或干擾，應返回重新判斷。鍵盤(pán)真正被按下才可進(jìn)行相應的處理程序，此時(shí)基本就算實(shí)現了按鍵輸入，進(jìn)一步的話(huà)可以判斷按鍵是否釋放。