點(diǎn)擊次數(shù)：189次        更新時(shí)間：2017-12-23

作 者：北京航空航天大學(xué) 張雪峰 李榮源 袁海文

　　隨著微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，操作人員與微機(jī)系統(tǒng)需要交流的信息越來(lái)越多，用來(lái)交流的手段和途徑也更為靈活多樣；而鍵盤(pán)輸入作為最常用的輸入設(shè)備仍有其不可替代的作用。因此，探討一些鍵盤(pán)的特殊結(jié)構(gòu)，用盡可能少的輸入輸出端口實(shí)現(xiàn)較多數(shù)量的按鍵數(shù)仍具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

　　有些特殊情況下，在組成一個(gè)最小的單片機(jī)系統(tǒng)的過(guò)程中，由于通用的I/O口有限，而又需要大量的按鍵輸入，這就要求一種新的鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)，即用盡量少的I/O口實(shí)現(xiàn)盡可能多的鍵盤(pán)輸入。

　　本文將從硬件和軟件兩個(gè)方面介紹一種用N+1個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)N×N矩陣式鍵盤(pán)的方法（為了與傳統(tǒng)鍵盤(pán)區(qū)分，以下簡(jiǎn)稱新型鍵盤(pán)）。首先，對(duì)傳統(tǒng)鍵盤(pán)作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

一、傳統(tǒng)鍵盤(pán)的介紹

　　鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)通常有兩種形式：線性鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)。在不同的場(chǎng)合下，這兩種鍵盤(pán)均得到了廣泛的應(yīng)用。

線性鍵盤(pán)由若干個(gè)獨(dú)立的按鍵組成，每個(gè)按鍵的一端與微機(jī)的一個(gè)I/O口相連。有多少個(gè)鍵就要有多少根連線與微機(jī)的I/O口相連，因此，只適用于按鍵少的場(chǎng)合。

　　矩陣鍵盤(pán)的按鍵按N行M列排列，每個(gè)按鍵占據(jù)行列的一個(gè)交點(diǎn)，需要的I/O口數(shù)目是N+M，容許的最大按鍵數(shù)是N×M。顯然，矩陣鍵盤(pán)可以減少與微機(jī)接口的連線數(shù)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，是一般微機(jī)常用的鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)。根據(jù)矩陣鍵盤(pán)的識(shí)鍵和譯鍵方法的不同，矩陣鍵盤(pán)又可以分為非編碼鍵盤(pán)和編碼鍵盤(pán)兩種。

◇ 非編碼鍵盤(pán)

　　非編碼鍵盤(pán)主要用軟件的方法識(shí)鍵和譯鍵。根據(jù)掃描方法的不同，可以分為行掃描法、列掃描法和反轉(zhuǎn)法三種。

◇ 編碼鍵盤(pán)

　　編碼鍵盤(pán)主要用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵的掃描和識(shí)別，通常使用8279專用接口芯片，在硬件上要求較高。

二、新型鍵盤(pán)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)原理

　　經(jīng)過(guò)分析，實(shí)際上用N+1個(gè)I/O口，輔以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?，是可以?shí)現(xiàn)N×N個(gè)按鍵的?，F(xiàn)以6個(gè)端口實(shí)現(xiàn)5×5的按鍵為例來(lái)敘述。

1.硬件實(shí)現(xiàn)

　　圖1所示為用6個(gè)I/O口來(lái)實(shí)現(xiàn)25個(gè)按鍵的示意圖。具體的物理實(shí)現(xiàn)電路如圖2所示。

　　由圖1和圖2可見(jiàn)，硬件部分分為兩塊：一塊是普通鍵盤(pán)矩陣，另外一塊是中斷和接口電路，主要由相應(yīng)數(shù)目的二極管和電阻組成。具體對(duì)6個(gè)I/O口的情況，實(shí)現(xiàn)5×5的按鍵矩陣的中斷和接口電路（圖2）共需要10只二極管、12只電阻和1只三極管。10只二極管按其在電路中所起的作用可分為兩組：第一組包括D6、D7、D8、D9和D10，用于保證按鍵信息的單一流向；第二組包括D1、D2、D3、D4和D5，它們?cè)陔娐飞蠈?duì)NPN三極管的基極構(gòu)成"或"的邏輯關(guān)系，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化。除了PORT6（其要求具有中斷功能）以外，其余

的I/O口均被置成高電平，這樣當(dāng)有鍵按下時(shí)，三極管的基極由低變高，三極管導(dǎo)通；集電極由高電平跳變成低電平，向單片機(jī)發(fā)出中斷信號(hào)，從而啟動(dòng)鍵盤(pán)掃描程序。

2.軟件實(shí)現(xiàn)

　　按鍵的識(shí)別主要靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要編寫(xiě)鍵盤(pán)掃描程序。

（1）鍵盤(pán)掃描原理

　　為了更好地說(shuō)明鍵盤(pán)掃描的過(guò)程，假設(shè)編號(hào)為S12的鍵（見(jiàn)圖2）被按下，掃描程序已經(jīng)啟動(dòng)，掃描的具體過(guò)程如表1所列。
　
（2）鍵盤(pán)掃描程序的流程

　　在啟動(dòng)鍵盤(pán)掃描程序以前首先要對(duì)CPU進(jìn)行初始化（主要是對(duì)所使用的中斷進(jìn)行初始化）。假設(shè)已經(jīng)有鍵按下，并引發(fā)了相應(yīng)的中斷服務(wù)程序（即鍵盤(pán)掃描程序），其流程圖如圖3所示。

結(jié)束語(yǔ)

　　◇ 在I/O口數(shù)量有限的情況下，用該方法可以實(shí)現(xiàn)盡可能多的按鍵輸入；
　　◇ 該方法還可以用于需要大量開(kāi)關(guān)量測(cè)量的場(chǎng)合。