基于单片机4×4键盘电路研究

基于单片机4×4键盘电路研究

摘要 本文介绍了键盘的种类、原理。基于二维键盘的设计基础，提出三维

键盘的设计思路。通过proteus仿真实验，验证了三维键盘设计的可行性。

关键词 二维键盘；三维键盘；单片机 0 引言

键盘和显示屏是目前人与设备交流的主要手段。电脑等装置需要键盘输入字符数据。矩阵键盘（本文称二维键盘）是使用最广泛的键盘模式。本文基于二维键盘提出三维键盘的设计思想。搭建硬件电路，选用KEIL C语言编写软件。通过Proteus仿真，扫描按键位置，作出相应回馈。设计灵活性强，易于操作，可靠性高，价格低廉，在工业应用中有广阔的开发前景。

1 二维键盘种类介绍 1.1式键盘介绍

式按键结构如图 1 所示，直接用I/O口线构成的按键电路。每根I/O口线上按键的工作状态不影响其他I/O口线的工作状态[1]，缺点占用I/O口多，普遍应用于按键少的场合。

1.2 行列式键盘介绍

行列式键盘结构如图 2 所示。按键设置于行列交点，行列线分别连接按键开关两端。行线通过上拉电阻接+5V，钳位高电平状态。按键检测时由列线送入全扫描字，读入行线状态进行判断。按键位置判断可逐列置列线低电平，检查行输入状态进行判断[2]。

2 二维键盘原理介绍

二维键盘硬件电路如图4所示。软件常用工作方式有编程扫描、定时扫描和中断扫描三种。扫描中完成判断是否有键按下、去除键盘机械抖动影响和识别按键三项功能[3]。

1）判断是否有键按下。行线送全扫描字，读列线状态。如果不为1111，认为有键按下，否则认为无键按下；

2）去除机械抖动影响。机械式键盘的按键按下或释放时，由于机械弹性作用影响，通常伴随一定时间触点机械抖动。抖动过程图 3 所示。抖动时间与按键机械特性有关，一般为5ms～10ms。去除抖动有硬件去抖动和软件去抖动两种途径。（1）硬件去抖动是利用硬件特性。按键输出端加 R-S触发器（双稳态触发器）、单稳态触发器或施密特触发器等完成消除抖动效果；（2）软件去抖动是指扫描查询有键按下时，通过软件做一定时间延时，错过机械抖动时间，再次确认。有键按下，调用键盘扫描程序，否则退出。

3）识别按键功能。键盘按接口原理分编码键盘与非编码键盘。两类键盘主要区别是识别键符和给出键码的方法不同。编码键盘采用硬件实现按键识别。非编码键盘利用软件实现按键识别。

3 三维键盘设计 3.1硬件结构

硬件结构如图 5 所示。软件采用定时扫描（利用单片机定时器0产生10ms定时中断调用键盘扫描程序）方式，完成判断是否有键按下、去除键盘机械抖动影响和识别按键三项功能。判断是否有键按下和按键识别的方法更为简明、快速。读入行列状态，出现0低电平，认为有按键按下，否则退出；三维键盘每个键均

有相应编码（类似编码式键盘），不需调用扫描程序，提高了按键识别效率。

3.2软件流程 如图 6 所示。

开始，P1等于0XFF，没有键按下，退出程序；否则，延时去抖再读P1口，不等于0XFF，有键按下，读入P1状态与编码对比，确定按键位置，进行相应处理。具体程序如下：

三维键盘扫描程序： 4 结论

三维键盘设计经过PROTEUS软件仿真，能够准确识别按键，作相应处理。三维键盘设计采取少许硬件改动，降低软件编写复杂度，提高扫描效率，进而降低设计对芯片要求，这种方法在现实工业设计中有着广阔的前景。

参考文献

[1]林毅.基于ATC51单片机构成的键盘显示电路.现代电子技术，2006（13）：93-94.

[2]杨龙，李建国.单片机系统键盘的设计小结[J].大众科技，2006（7）：63-66. [3]林培春.行列扫描键盘设计问题分析[J].单片机嵌入式应用，2005（12）：70-71.