鍵盤是一種重要的人機(jī)交互工具，由若干個(gè)按鍵組成。用戶可以通過鍵盤向單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)送命令要求，以控制單片機(jī)系統(tǒng)的工作。

鍵盤包括編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤帶有能夠自動(dòng)識(shí)別按鍵的硬件電路，當(dāng)按鍵被按下閉合時(shí)，硬件可以提供按鍵的編號(hào)(也被稱“鍵值”)，這種鍵盤使用方便，但是硬件復(fù)雜，價(jià)格相對較高。非編碼鍵盤不附帶按鍵識(shí)別電路，需要利用程序識(shí)別被按下的按鍵。非編碼鍵盤硬件簡單，價(jià)格相對較低，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用較多。

非編碼鍵盤有獨(dú)立式和矩陣式(或行列式)兩種結(jié)構(gòu)，如圖5-35所示。本節(jié)將介紹這兩種非編碼鍵盤的工作原理和使用方法。

圖5-35非編碼鍵盤的結(jié)構(gòu)

a)獨(dú)立式鍵盤的結(jié)構(gòu)b)矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)

1.獨(dú)立式鍵盤

如圖5-35a所示，在獨(dú)立式鍵盤中，每個(gè)按鍵的一端獨(dú)立地連接到單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳上，另一端接地。按鍵沒按下時(shí)，按鍵兩端不導(dǎo)通，單片機(jī)的I/O引腳為高電平;按鍵按下時(shí)，按鍵兩端導(dǎo)通，單片機(jī)I/O引腳接地為低電平。因此，可以利用與按鍵相連的單片機(jī)I/O引腳電平狀態(tài)判斷按鍵是否被按下，即低電平表示按鍵按下，高電平代表按鍵抬起。例如，在圖5-35a中，編號(hào)為1的按鍵兩端分別與單片機(jī)的P1.1和地相連，若1號(hào)鍵沒有按下，則其兩端不導(dǎo)通，此時(shí)P1.1引腳為高電平;若1號(hào)鍵被按下，則其兩端連通，P1.0引腳經(jīng)過按鍵后接地，為低電平。

在按鍵檢測時(shí)，需要特別注意的是，機(jī)械式按鍵按下時(shí)，其開關(guān)觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生短暫、輕微的彈跳和抖動(dòng)，造成短暫的開關(guān)閉合不穩(wěn)定，使得其引腳電平也不穩(wěn)定，如圖5-36所示。另外，一般的誤操作(如按鍵被誤碰或鍵盤受到了較大的振動(dòng)和干擾等)也會(huì)造成按鍵引腳電平不穩(wěn)定。為了避免將按鍵誤操作當(dāng)作按鍵按下，通常鍵盤處理程序會(huì)在每次檢測到按鍵引腳低電平后，調(diào)用一段延時(shí)約10ms(該時(shí)長可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整)的延時(shí)程序，延時(shí)結(jié)束后再次進(jìn)行按鍵引腳電平的判斷，如果延時(shí)后引腳電平依然是低電平，則認(rèn)為按鍵確實(shí)被按下了，否則認(rèn)為之前的按鍵引腳低電平是按鍵誤操作等干擾因素造成的。

圖5-36按鍵按下過程中的引腳電平變化

一般來說，非編碼鍵盤的鍵盤處理程序包含以下幾個(gè)步驟：

(1)判斷有無按鍵按下

根據(jù)按鍵引腳電平，判斷是否有鍵按下。若按鍵引腳電平是高電平，則無鍵按下，程序退出;否則，進(jìn)入下一個(gè)步驟。

(2)延時(shí)去抖

調(diào)用延時(shí)時(shí)長約為10ms的延時(shí)子程序，以消除按鍵機(jī)械抖動(dòng)可能引起的誤判。該延時(shí)子程序通常被稱為延時(shí)去抖子程序。

(3)再次判斷有無按鍵按下

檢測按鍵引腳的電平。若為高電平，則步驟(1)的“有鍵按下”判斷是由干擾造成的，程序退出;否則，確實(shí)有按鍵被按下，進(jìn)入下一個(gè)步驟。

(4)確定被按下按鍵的鍵值

預(yù)先對鍵盤上的所有按鍵進(jìn)行編號(hào)。每個(gè)按鍵被按下都會(huì)使得與該按鍵相連的單片機(jī)引腳為低電平，由此可以確定被按下的是哪一個(gè)鍵，并記錄按鍵的編號(hào)。

(5)等待按鍵抬起

與步驟(1)和(3)相似，通過按鍵引腳的電平判斷是否有鍵按下，若為低電平，則繼續(xù)重復(fù)檢測引腳電平;否則，無鍵按下，即被按下的按鍵已經(jīng)抬起，可退出鍵盤處理程序。

2.矩陣式鍵盤

獨(dú)立式鍵盤的每個(gè)按鍵都占用一個(gè)單片機(jī)引腳，隨著按鍵數(shù)增多，所占用引腳也增多。因此，按鍵較多時(shí)，不宜采用獨(dú)立式鍵盤，而可以使用圖5-35b所示的矩陣式鍵盤。下面將以圖5-38為例，講解矩陣式鍵盤的工作原理。

圖5-38所示為4×4的矩陣式鍵盤，由4行(R0~R3)和4列(C0~C3)組成。第0行(R0行)、第0列(C0)鍵的鍵值為0，第0行(R0行)、第1列(C1)鍵的鍵值為1，依此類推;第1行(R1行)、第0列(C0)鍵的鍵值為4，第1行(R1行)、第1列(C1)鍵的鍵值是5，依此類推。由此可知，對于4×4的矩陣式鍵盤，其第i行、第j列的鍵的鍵值為i×4+j;同理，對于m×n(m為行數(shù)，n為列數(shù))的矩陣式鍵盤，其第i行、第j列的鍵的鍵值為i×n+j。

矩陣式鍵盤處理程序的功能是確定被按下的按鍵的行值i和列值j，并利用i和j計(jì)算出該按鍵的鍵值。其步驟如下：

(1)確定是否有按鍵按下

如圖5-38所示，同一行上所有按鍵的行端均連接在單片機(jī)的同一個(gè)引腳上(如第0行按鍵的行端均連接在P1.0引腳上)，同一列上所有按鍵的列端均連接在單片機(jī)的同一個(gè)引腳上(如第1列按鍵的列端均連接在P1.5引腳上)。

在判斷有無按鍵按下時(shí)，首先，與按鍵列端相連的列引腳均輸出低電平0，如圖5-38b所示。若無按鍵按下，則鍵盤的所有行引腳和列引腳在電氣上是不連通的，此時(shí)行引腳P1.0~P1.3與+5V電壓相連，是高電平。若此時(shí)有按鍵按下，則被按下按鍵的行端和列端被短路，導(dǎo)致此按鍵所在的行引腳變成低電平0，例如：若5號(hào)鍵被按下，則5號(hào)鍵的兩端被短路，導(dǎo)致P1.1和P1.5被按鍵連接在一起，P1.1引腳變成低電平。

圖5-38矩陣式鍵盤工作原理示意圖

a)行列值和鍵值b)有無按鍵按下的判斷c)判斷第0列是否有鍵按下

d)判斷第1列是否有鍵按下e)判斷第2列是否有鍵按下f)判斷第3列是否有鍵按下

可見，在判斷是否有鍵按下時(shí)，可以令所有列引腳輸出低電平，然后讀取所有行引腳的電平，若任意一個(gè)行引腳為低電平，則意味著有按鍵被按下。若判斷結(jié)果為無按鍵被按下，則退出鍵盤處理程序，否則進(jìn)入下一步延時(shí)去抖階段。

(2)延時(shí)去抖

與獨(dú)立式按鍵處理相同，調(diào)用延時(shí)時(shí)長約為10ms的延時(shí)子程序，以消除按鍵機(jī)械抖動(dòng)可能引起的誤判。

(3)再次判斷有無按鍵按下

重復(fù)步驟(1)再次判斷是否有鍵按下，若無鍵按下，則退出程序;否則，進(jìn)入下一步確定鍵值。

(4)確定被按下按鍵的鍵值

為了確定被按下按鍵的鍵值，必須知道該按鍵的行號(hào)和列號(hào)。為此，將鍵盤的列引腳逐一設(shè)置為低電平0，并檢測列信號(hào)為0的那一列上是否有行引腳電平為0的按鍵，若有，則該鍵就是被按下的鍵，即可得到該鍵的列號(hào)和行號(hào)。例如，對于圖5-38a所示的矩陣式鍵盤，該過程如圖5-38c、d所示，具體如下：

1)令P1.4~P1.7引腳電平組合為0111，即第0列的列引腳為低電平0，其他列引腳為高電平1，然后讀引腳P1.0~P1.3的電平。因?yàn)榈?列沒有按鍵按下，所以引腳P1.0~P1.3均為高電平，其電平組合為1111。

2)令P1.4~P1.7引腳電平組合為1011，即第1列的列引腳為低電平0，其他列引腳為高電平1，然后讀引腳P1.0~P1.3的電平。因?yàn)榈?列、第1行的5號(hào)按鍵被按下，所以引腳P1.1為低電平0，而P1.0、P1.2和P1.3為高電平1。因此，被按下的按鍵的行號(hào)為1，列號(hào)為1，而其鍵值為1(按鍵行號(hào))×4(鍵盤列數(shù))+1(按鍵列號(hào))=5。

(5)等待按鍵抬起

按照與步驟(1)相同的方法判斷是否有鍵按下。如果判斷結(jié)果為沒有鍵按下，則意味著之前按下的按鍵已經(jīng)抬起，可以退出按鍵處理程序。否則，不斷重復(fù)進(jìn)行檢測，直到按鍵抬起為止。