知识准备：单片机矩阵键盘连接

为完成本章相关实验，读者应具备以下相关知识。

键盘是一组按键的组合，它是单片机中最常用的输入设备。操作人员可以通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机交互。键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现，并产生键编号或键值的称为编码键盘，如BCD码键盘、ASCII码键盘等；靠软件识别的称为非编码键盘。在单片机组成的测控系统及智能化仪器中，用得最多的是非编码键盘——按键。

按键是一种常开型按钮开关，按照与单片机连接的方式，按键又分为独立按键和矩阵按键。一般情况下，按键的两个触点都处于断开状态，按下键时它们才闭合（短路）。不管是独立按键还是矩阵按键，一次完整的按键操作包括按键的“按下”和“弹起”两个动作。

1.独立按键

在与单片机连接时，独立按键通常一端接地，一端通过一个上拉电阻与I/O口连接，当有n个按键时，就需要n位I/O口与之连接，如图2.3.1所示为4个独立按键开关与P3.2～P3.5端口的连接。

图2.3.1　独立按键开关与端口的连接

当按键未被按下时，与按键相连的I/O口保持为高电平；当按键闭合时，相应I/O口输入为低电平。在理想情况下，电压变化如图2.3.2（a）所示，然而实际上，所有机械开关的触点在闭合、断开时都会发生抖动（即电压不稳定状态，闭合时的抖动称为前沿抖动，断开时的抖动称为后沿抖动），如图2.3.2（b）所示。抖动时间长短和开关的机械特性有关，一般为5～20ms左右。

图2.3.2　按键时I/O口电平的变化

按键抖动会引起一次按键被误读多次。为了确保CPU对按键的一次闭合仅做一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时，读取键的状态，并且必须判别，在键释放稳定后，再作处理。按键的抖动，可以用硬件或软件两种方法消除。(www.xing528.com)

如果按键较多，常用软件方法去除抖动，即检测出键闭合瞬间执行一个10～20ms的延时程序，产生10～20ms的延时，让前沿抖动消失后，再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下；检测出键释放瞬间执行一个10～20ms的延时程序，产生10～20ms的延时，让后沿抖动消失后，再一次检测键的状态，如果按键仍保持释放状态电平，则确认为真正有键按下。当确认有键按下或检测到按键释放后，才能转入该键的处理程序。

2.矩阵按键

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，这样一个端口（如P1口）就可以连接4×4=16个按键，如图2.3.3，图2.3.4为矩阵键盘实现的结果。由此可见，在需要的按键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

矩阵按键显然比独立按键电路连接要复杂一些，识别也要复杂一些。可以把行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口作为输入端。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。

图2.3.3　矩阵键盘和单片机I/O口连接　

图2.3.4　矩阵键盘实现的结果

矩阵键盘的识别方法有行扫描法和反转法。行扫描法又称为逐行（或逐列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如图2.3.3所示键盘采用行扫描法识别键盘的步骤如下：

（1）判断键盘中有无键按下。将全部行线P1.0、P1.1、P1.2、P1.3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。

（2）判断闭合键所在的位置。在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其他线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐列检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。