點擊次數(shù)：189次        更新時間：2017-12-23

作 者：北京航空航天大學 張雪峰 李榮源 袁海文

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

　　有些特殊情況下，在組成一個最小的單片機系統(tǒng)的過程中，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結(jié)構(gòu)，即用盡量少的I/O口實現(xiàn)盡可能多的鍵盤輸入。

　　本文將從硬件和軟件兩個方面介紹一種用N+1個I/O口實現(xiàn)N×N矩陣式鍵盤的方法（為了與傳統(tǒng)鍵盤區(qū)分，以下簡稱新型鍵盤）。首先，對傳統(tǒng)鍵盤作一個簡單的介紹。

一、傳統(tǒng)鍵盤的介紹

　　鍵盤的結(jié)構(gòu)通常有兩種形式：線性鍵盤和矩陣鍵盤。在不同的場合下，這兩種鍵盤均得到了廣泛的應用。

線性鍵盤由若干個獨立的按鍵組成，每個按鍵的一端與微機的一個I/O口相連。有多少個鍵就要有多少根連線與微機的I/O口相連，因此，只適用于按鍵少的場合。

　　矩陣鍵盤的按鍵按N行M列排列，每個按鍵占據(jù)行列的一個交點，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，矩陣鍵盤可以減少與微機接口的連線數(shù)，簡化結(jié)構(gòu)，是一般微機常用的鍵盤結(jié)構(gòu)。根據(jù)矩陣鍵盤的識鍵和譯鍵方法的不同，矩陣鍵盤又可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種。

◇ 非編碼鍵盤

　　非編碼鍵盤主要用軟件的方法識鍵和譯鍵。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

　　編碼鍵盤主要用硬件來實現(xiàn)鍵的掃描和識別，通常使用8279專用接口芯片，在硬件上要求較高。

二、新型鍵盤的硬件和軟件實現(xiàn)原理

　　經(jīng)過分析，實際上用N+1個I/O口，輔以適當?shù)慕涌陔娐?，是可以實現(xiàn)N×N個按鍵的。現(xiàn)以6個端口實現(xiàn)5×5的按鍵為例來敘述。

1.硬件實現(xiàn)

　　圖1所示為用6個I/O口來實現(xiàn)25個按鍵的示意圖。具體的物理實現(xiàn)電路如圖2所示。

　　由圖1和圖2可見，硬件部分分為兩塊：一塊是普通鍵盤矩陣，另外一塊是中斷和接口電路，主要由相應數(shù)目的二極管和電阻組成。具體對6個I/O口的情況，實現(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，它們在電路上對NPN三極管的基極構(gòu)成"或"的邏輯關(guān)系，對單片機進行初始化。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，這樣當有鍵按下時，三極管的基極由低變高，三極管導通；集電極由高電平跳變成低電平，向單片機發(fā)出中斷信號，從而啟動鍵盤掃描程序。

2.軟件實現(xiàn)

　　按鍵的識別主要靠軟件來實現(xiàn)，需要編寫鍵盤掃描程序。

（1）鍵盤掃描原理

　　為了更好地說明鍵盤掃描的過程，假設編號為S12的鍵（見圖2）被按下，掃描程序已經(jīng)啟動，掃描的具體過程如表1所列。
　
（2）鍵盤掃描程序的流程

　　在啟動鍵盤掃描程序以前首先要對CPU進行初始化（主要是對所使用的中斷進行初始化）。假設已經(jīng)有鍵按下，并引發(fā)了相應的中斷服務程序（即鍵盤掃描程序），其流程圖如圖3所示。

結(jié)束語

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