(1)單片機(jī)系統(tǒng)鍵盤原理

行列式鍵盤的接法比獨(dú)立式鍵盤的接法復(fù)雜，編程實(shí)現(xiàn)上也會(huì)比較復(fù)雜。但是，在占用相同的I/O端口的情況下，行列式鍵盤的接法會(huì)比獨(dú)立式接法允許的按鍵數(shù)量多，其原理圖如圖1所示。

圖1 4×4行列式鍵盤的原理圖

實(shí)際的工程中，可能會(huì)使用PIC16C5X這種通用的可編程的鍵盤、顯示接口器件，使用PIC16C5X單片器件就能夠完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能。

行列式鍵盤的工作方式是先用列線發(fā)送掃描字，然后讀取行線的狀態(tài)，查看是否有按鍵按下。鍵盤部分提供一種掃描的工作方式，可以和具有64個(gè)按鍵的矩陣鍵盤相連接，能對(duì)鍵盤不斷掃描、自動(dòng)消抖、自動(dòng)識(shí)別按下的鍵，并給出編碼，能對(duì)雙鍵或n個(gè)鍵同時(shí)按下的情況實(shí)行保護(hù)。

在顯示部分，它可以為發(fā)光二極管、熒光管及其他顯示器提供按掃描方式工作的顯示接口，而且為顯示器提供多路復(fù)用信號(hào)，可以顯示多達(dá)16位的字符或數(shù)字。

鍵盤中有無按鍵按下是由列線送入全掃描字、行線讀入行線狀態(tài)來判斷的，其方法是將列線的所有I/O線均置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入累加器A中，如果有鍵按下，總會(huì)有一根行線被拉至低電平，從而使行輸入不全為1。

鍵盤中哪一個(gè)鍵按下可由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來判斷，其方法是依次給列線送低電平，然后檢查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列，如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與0電平線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。

(2)單片機(jī)鍵盤掃描法

掃描法是在判定有鍵按下后逐列果行(或列)的狀態(tài)出現(xiàn)非全1狀態(tài)，如果(或列)的狀態(tài)出現(xiàn)非全1狀態(tài)，這時(shí)0狀態(tài)的行、列交點(diǎn)的鍵就是所按下的鍵。

掃描法的特點(diǎn)是逐行(或逐列)掃描查詢，這時(shí)相應(yīng)行(或列)應(yīng)有上拉電阻接高電平。行列式鍵盤掃描程序就是采用掃描法來確定哪個(gè)鍵按下的，圖1中行線上拉電阻接+5V，列線逐列掃描。

①逐行(或列)掃描查詢法。

確定矩陣式鍵盤上哪個(gè)鍵被按下時(shí)運(yùn)用掃描法，又稱為逐行(或列)掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法，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(cè)列線的狀態(tài)。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(gè)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(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)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(shí)，其他線為高電平，在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)，若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鈕就是閉合的按鍵。

②反轉(zhuǎn)法。

掃描法要逐列(行)掃描查詢，當(dāng)按下的鍵在最后行(列)，要經(jīng)過多次掃描才能獲得鍵值/鍵號(hào)。而反轉(zhuǎn)法只要經(jīng)過兩個(gè)步驟就可獲得鍵值，原理如圖2所示。

圖2 線反轉(zhuǎn)法原理

圖中硬件采用中斷方式工作，用一個(gè)8位I/O口構(gòu)成4×4鍵盤。假定圖中虛線為所按下的鍵，其反轉(zhuǎn)法的步驟如下。

· 將D3～D0設(shè)為列輸入線，D7～D4設(shè)為行輸出線，并使I/O輸出信號(hào)D7～D4為0000。若有鍵按下，與門的輸出端變?yōu)榈碗娖?，向CPU申請(qǐng)中斷，表示鍵盤中有鍵按下。與此同時(shí)，D3～D0的數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)存中的某一單元中，其中0位對(duì)應(yīng)的是被按下鍵的列位置。

· 將第一步中的傳送方向反轉(zhuǎn)過來，即將D7～D4設(shè)為輸入線，D3～D0設(shè)為輸出線。使I/O口輸出數(shù)據(jù)為N單元中的數(shù)(即D3～D0為按下鍵的列位置)，然后讀入I/O口數(shù)據(jù)，并送入內(nèi)存N+1單元中存放，該數(shù)據(jù)的D7～D4位中0電平對(duì)應(yīng)的位是按下鍵的行位置。最后，將N單元中的D3～D0與N+1單元中的D7～D4拼接起來就是按下鍵的鍵值。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，任何I/O口或擴(kuò)展I/O口均可構(gòu)成行列式鍵盤。典型的鍵盤接口有通用I/O擴(kuò)展口、串行LO擴(kuò)展口和專用鍵盤芯片構(gòu)成的行列式鍵盤。由于帶有行列式鍵盤的應(yīng)用系統(tǒng)中通常都有顯示器，為節(jié)省I/O口線，往往把顯示器電路與行列式鍵盤做在一個(gè)接口電路中。