【導讀】按鍵按照結構原理科分為兩類(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)燈;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。
1.按鍵分類(lèi)與輸入原理
按鍵按照結構原理科分為兩類(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)燈;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。
在單片機應用系統中，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，其他按鍵都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設置控制功能或輸入數據的。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，鍵信息輸入時(shí)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)，總有一個(gè)接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢(xún)或中斷方式了解有無(wú)將按鍵輸入，并檢查是哪一個(gè)按鍵按下，將該鍵號送人累加器，然后通過(guò)跳轉指令轉入執行該鍵的功能程序，執行完成后再返回主程序。
2.按鍵結構與特點(diǎn)
微機鍵盤(pán)通常使用機械觸點(diǎn)式按鍵開(kāi)關(guān)，其主要功能式把機械上的通斷轉換為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說(shuō)，它能提供標準的TTL邏輯電平，以便于通用數字系統的邏輯電平相容。機械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定的時(shí)間觸點(diǎn)機械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩定下來(lái)。其抖動(dòng)過(guò)程如下圖1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5-10ms。在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測按鍵的通與斷，可能導致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放錯誤的被認為是多次操作，這種情況是不允許出現的。為了克服你、按鍵觸點(diǎn)機械抖動(dòng)所致的檢測誤判，必須采取消抖措施。按鍵較少時(shí)，可采用硬件消抖;按鍵較多式，采用軟件消抖。
圖1 按鍵觸點(diǎn)機械抖動(dòng)
(1)按鍵編碼
一組按鍵或鍵盤(pán)都要通過(guò)I/O口線(xiàn)查詢(xún)按鍵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。根據鍵盤(pán)結構的不同，采用不同的編碼。無(wú)論有無(wú)編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉換成為與累加器中數值相對應的鍵值，以實(shí)現按鍵功能程序的跳轉。
(2)鍵盤(pán)程序
一個(gè)完整的鍵盤(pán)控制程序應具備以下功能：
a.檢測有無(wú)按鍵按下，并采取硬件或軟件措施消抖。
b.有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個(gè)按鍵，期間對任何按鍵的操作對系統不產(chǎn)生影響，且無(wú)論一次按鍵時(shí)間有多長(cháng)，系統僅執行一次按鍵功能程序。
c.準確輸出按鍵值(或鍵號)，以滿(mǎn)足跳轉指令要求。
3.獨立按鍵與矩陣鍵盤(pán)
(1)獨立按鍵
單片機控制系統中，如果只需要幾個(gè)功能鍵，此時(shí)，可采用獨立式按鍵結構。
獨立按鍵式直接用I/O口線(xiàn)構成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)式每個(gè)按鍵單獨占用一根I/O口線(xiàn)，每個(gè)按鍵的工作不會(huì )影響其他I/O口線(xiàn)的狀態(tài)。獨立按鍵的典型應用如圖所示。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一個(gè)I/O口線(xiàn)，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線(xiàn)浪費較大，不宜采用。獨立按鍵如圖2所示。
圖2 獨立鍵盤(pán)
獨立按鍵的軟件常采用查詢(xún)式結構。先逐位查詢(xún)沒(méi)跟I/O口線(xiàn)的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線(xiàn)輸入為低電平，則可確認該I/O口線(xiàn)所對應的按鍵已按下，然后，再轉向該鍵的功能處理程序。
(2)矩陣鍵盤(pán)
單片機系統中，若使用按鍵較多時(shí)如電子密碼鎖、電話(huà)機鍵盤(pán)等一般都至少有12到16個(gè)按鍵，通常采用矩陣鍵盤(pán)。
矩陣鍵盤(pán)又稱(chēng)行列鍵盤(pán)，它是用四條I/O線(xiàn)作為行線(xiàn)，四條I/O線(xiàn)作為列線(xiàn)組成的鍵盤(pán)。在行線(xiàn)和列線(xiàn)的每個(gè)交叉點(diǎn)上設置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤(pán)上按鍵的個(gè)數就為4*4個(gè)。這種行列式鍵盤(pán)結構能有效地提高單片機系統中I/O口的利用率。
矩陣鍵盤(pán)的工作原理
最常見(jiàn)的鍵盤(pán)布局如圖3所示。一般由16個(gè)按鍵組成，在單片機中正好可以用一個(gè)P口實(shí)現16個(gè)按鍵功能，這也是在單片機系統中最常用的形式，4*4矩陣鍵盤(pán)的內部電路如圖4所示。
圖3 矩陣鍵盤(pán)布局圖
圖4 矩陣鍵盤(pán)內部電路圖
當無(wú)按鍵閉合時(shí)，P3.0~P3.3與P3.4~P3.7之間開(kāi)路。當有鍵閉合時(shí)，與閉合鍵相連的兩條I/O口線(xiàn)之間短路。判斷有無(wú)按鍵按下的方法是：第一步，置列線(xiàn)P3.4~P3.7為輸入狀態(tài)，從行線(xiàn)P3.0~P3.3輸出低電平，讀入列線(xiàn)數據，若某一列線(xiàn)為低電平，則該列線(xiàn)上有鍵閉合。第二步，行線(xiàn)輪流輸出低電平，從列線(xiàn)P3.4~P3.7讀入數據，若有某一列為低電平，則對應行線(xiàn)上有鍵按下。綜合一二兩步的結果，可確定按鍵編號。但是鍵閉合一次只能進(jìn)行一次鍵功能操作，因此須等到按鍵釋放后，再進(jìn)行鍵功能操作，否則按一次鍵，有可能會(huì )連續多次進(jìn)行同樣的鍵操作。
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)按鍵按下時(shí)處在高電平。如果所有的列線(xiàn)都處在高電平，則按鍵按下與否不會(huì )引起行線(xiàn)電平的變化，因此必須使所有列線(xiàn)處在電平。這樣，當有按鍵按下時(shí)，改鍵所在的行電平才回由高變低。才能判斷相應的行有鍵按下。
獨立按鍵數量少，可根據實(shí)際需要靈活編碼。矩陣鍵盤(pán)，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，因此可以分別對行號和列號進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后兩值合成一個(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)際應用系統中的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，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10ms)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，并在有按鍵按下時(shí)識別出該鍵，再執行該鍵的功能程序。
(3)中斷掃描方式
上述兩種鍵盤(pán)掃描方式，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)按鍵按下時(shí)，CPU處理自己的工作，當有按鍵按下時(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。
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