矩陣式鍵盤接口技術及編程


矩陣式鍵盤的結構與工作原理:

在鍵盤中按鍵數量較多時,為了減少I/O口的占用,通常將按鍵排列成矩陣形式,如圖1所示。在矩陣式鍵盤中,每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通,而是通過一個按鍵加以連接。這樣,一個端口(如P1口)就可以構成4*4=16個按鍵,比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍,而且線數越多,區別越明顯,比如再多加一條線就可以構成20鍵的鍵盤,而直接用端口線則只能多出一鍵(9鍵)。由此可見,在



需要的鍵數比較多時,采用矩陣法來做鍵盤是合理的。

矩陣式結構的鍵盤顯然比直接法要復雜一些,識別也要復雜一些,上圖中,列線通過電阻接正電源,并將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端,而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣,當按鍵沒有按下時,所有的輸出端都是高電平,代表無鍵按下。行線輸出是低電平,一旦有鍵按下,則輸入線就會被拉低,這樣,通過讀入輸入線的狀態就可得知是否有鍵按下了。具體的識別及編程方法如下所述。


矩陣式鍵盤的按鍵識別方法

確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。

行掃描法 行掃描法又稱為逐行(或列)掃描查詢法,是一種最常用的按鍵識別方法,如上圖所示鍵盤,介紹過程如下。


判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線Y0-Y3置低電平,然后檢測列線的狀態。只要有一列的電平為低,則表示鍵盤中有鍵被按下,而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平,則鍵盤中無鍵按下。


判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按下后,即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是:依次將行線置為低電平,即在置某根行線為低電平時,其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后,再逐行檢測各列線的電平狀態。若某列為低,則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。

下面給出一個具體的例子:

圖仍如上所示。8031單片機的P1口用作鍵盤I/O口,鍵盤的列線接到P1口的低4位,鍵盤的行線接到P1口的高4位。列線P1.0-P1.3分別接有4個上拉電阻到正電源+5V,并把列線P1.0-P1.3設置為輸入線,行線P1.4-P.17設置為輸出線。4根行線和4根列線形成16個相交點。


檢測當前是否有鍵被按下。檢測的方法是P1.4-P1.7輸出全“0”,讀取P1.0-P1.3的狀態,若P1.0-P1.3為全“1”,則無鍵閉合,否則有鍵閉合。


去除鍵抖動。當檢測到有鍵按下后,延時一段時間再做下一步的檢測判斷。


若有鍵被按下,應識別出是哪一個鍵閉合。方法是對鍵盤的行線進行掃描。P1.4-P1.7按下述4種組合依次輸出:

P1.7 1 1 1 0

P1.6 1 1 0 1

P1.5 1 0 1 1

P1.4 0 1 1 1

在每組行輸出時讀取P1.0-P1.3,若全為“1”,則表示為“0”這一行沒有鍵閉合,否則有鍵閉合。由此得到閉合鍵的行值和列值,然后可采用計算法或查表法將閉合鍵的行值和列值轉換成所定義的鍵值


為了保證鍵每閉合一次CPU僅作一次處理,必須卻除鍵釋放時的抖動。



鍵盤掃描程序:

從以上分析得到鍵盤掃描程序的流程圖如圖2所示。程序如下

SCAN: MOV P1,#0FH

MOV A,P1

ANL A,#0FH

CJNE A,#0FH,NEXT1

SJMP NEXT3

NEXT1: ACALL D20MS

MOV A,#0EFH

NEXT2: MOV R1,A

MOV P1,A

MOV A,P1

ANL A,#0FH

CJNE A,#0FH,KCODE;

MOV A,R1

SETB C

RLC A

JC NEXT2

NEXT3: MOV R0,#00H

RET

KCODE: MOV B,#0FBH

NEXT4: RRC A

INC B

JC NEXT4

MOV A,R1

SWAP A

NEXT5: RRC A

INC B

INC B

INC B

INC B

JC NEXT5

NEXT6: MOV A,P1

ANL A,#0FH

CJNE A,#0FH,NEXT6

MOV R0,#0FFH

RET








鍵盤處理程序就作這么一個簡單的介紹,實際上,鍵盤、顯示處理是很復雜的,它往往占到一個應用程序的大部份代碼,可見其重要性,但說到,這種復雜并不來自于單片機的本身,而是來自于操作者的習慣等等問題,因此,在編寫鍵盤處理程序之前,最好先把它從邏輯上理清,然后用適當的算法表示出來,最后再去寫代碼,這樣,才能快速有效地寫好代碼。


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