點擊次數：189次        更新時間：2017-12-23

作 者：北京航空航天大學 張雪峰 李榮源 袁海文

　　隨著微機系統應用領域的擴大，操作人員與微機系統需要交流的信息越來越多，用來交流的手段和途徑也更為靈活多樣；而鍵盤輸入作為最常用的輸入設備仍有其不可替代的作用。因此，探討一些鍵盤的特殊結構，用盡可能少的輸入輸出端口實現較多數量的按鍵數仍具有重要的應用價值。

　　有些特殊情況下，在組成一個最小的單片機系統的過程中，由于通用的I/O口有限，而又需要大量的按鍵輸入，這就要求一種新的鍵盤結構，即用盡量少的I/O口實現盡可能多的鍵盤輸入。

　　本文將從硬件和軟件兩個方面介紹一種用N+1個I/O口實現N×N矩陣式鍵盤的方法（為了與傳統鍵盤區分，以下簡稱新型鍵盤）。首先，對傳統鍵盤作一個簡單的介紹。

一、傳統鍵盤的介紹

　　鍵盤的結構通常有兩種形式：線性鍵盤和矩陣鍵盤。在不同的場合下，這兩種鍵盤均得到了廣泛的應用。

線性鍵盤由若干個獨立的按鍵組成，每個按鍵的一端與微機的一個I/O口相連。有多少個鍵就要有多少根連線與微機的I/O口相連，因此，只適用于按鍵少的場合。

　　矩陣鍵盤的按鍵按N行M列排列，每個按鍵占據行列的一個交點，需要的I/O口數目是N+M，容許的最大按鍵數是N×M。顯然，矩陣鍵盤可以減少與微機接口的連線數，簡化結構，是一般微機常用的鍵盤結構。根據矩陣鍵盤的識鍵和譯鍵方法的不同，矩陣鍵盤又可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種。

◇ 非編碼鍵盤

　　非編碼鍵盤主要用軟件的方法識鍵和譯鍵。根據掃描方法的不同，可以分為行掃描法、列掃描法和反轉法三種。

◇ 編碼鍵盤

　　編碼鍵盤主要用硬件來實現鍵的掃描和識別，通常使用8279專用接口芯片，在硬件上要求較高。

二、新型鍵盤的硬件和軟件實現原理

　　經過分析，實際上用N+1個I/O口，輔以適當的接口電路，是可以實現N×N個按鍵的。現以6個端口實現5×5的按鍵為例來敘述。

1.硬件實現

　　圖1所示為用6個I/O口來實現25個按鍵的示意圖。具體的物理實現電路如圖2所示。

　　由圖1和圖2可見，硬件部分分為兩塊：一塊是普通鍵盤矩陣，另外一塊是中斷和接口電路，主要由相應數目的二極管和電阻組成。具體對6個I/O口的情況，實現5×5的按鍵矩陣的中斷和接口電路（圖2）共需要10只二極管、12只電阻和1只三極管。10只二極管按其在電路中所起的作用可分為兩組：第一組包括D6、D7、D8、D9和D10，用于保證按鍵信息的單一流向；第二組包括D1、D2、D3、D4和D5，它們在電路上對NPN三極管的基極構成"或"的邏輯關系，對單片機進行初始化。除了PORT6（其要求具有中斷功能）以外，其余

的I/O口均被置成高電平，這樣當有鍵按下時，三極管的基極由低變高，三極管導通；集電極由高電平跳變成低電平，向單片機發出中斷信號，從而啟動鍵盤掃描程序。

2.軟件實現

　　按鍵的識別主要靠軟件來實現，需要編寫鍵盤掃描程序。

（1）鍵盤掃描原理

　　為了更好地說明鍵盤掃描的過程，假設編號為S12的鍵（見圖2）被按下，掃描程序已經啟動，掃描的具體過程如表1所列。
　
（2）鍵盤掃描程序的流程

　　在啟動鍵盤掃描程序以前首先要對CPU進行初始化（主要是對所使用的中斷進行初始化）。假設已經有鍵按下，并引發了相應的中斷服務程序（即鍵盤掃描程序），其流程圖如圖3所示。

結束語

　　◇ 在I/O口數量有限的情況下，用該方法可以實現盡可能多的按鍵輸入；
　　◇ 該方法還可以用于需要大量開關量測量的場合。