单片机与微机应用实验实训案例：知识拓展与LCD显示屏地址范围

1. 键盘输入特点

键盘上的一个按键实质就是一个按钮开关。图8.2（a）所示按键开关的两端分别连接在行线和列线上，列线接地，行线通过电阻接到+5 V上。键盘开关机械触点的断开、闭合，其行线电压输出波形如图8.2（b）所示。

图8.2（b）所示的t1和t3分别为键的闭合和断开过程中的抖动期（呈现一串负脉冲），抖动时间长短与开关机械特性有关，一般为5～10 ms，t2为稳定的闭合期，其时间由按键动作确定，一般为十分之几秒到几秒，t0、t4为断开期。

图8.2　键盘开关及其行线波形

2. 按键的识别

按键闭合与否，反应在行线输出电压上就是高电平或低电平，对行线电平高低状态检测，便可确认按键是否按下与松开。为了确保单片机对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖动期t1和t3的影响。

3. 消除按键的抖动

消除按键的抖动有两种方法。一种是用软件延时来消除按键抖动，其基本思想为：在检测到有键按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一段延时10 ms的子程序后，确认该行线电平是否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认该行确实有键按下。当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时10 ms的子程序后，检测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。另一种去除按键抖动的方法是采用专用的键盘/显示器接口芯片，这类芯片中都有自动去抖动的硬件电路。

4. 键盘的分类

键盘主要分为两类：非编码键盘和编码键盘。

非编码键盘是利用按键直接与单片机相连接而成，常用在按键数量较少的场合。该类键盘系统功能比较简单，需要处理任务较少，成本低，电路设计简单，按下键号的信息通过软件来获取。非编码键盘常见的有独立式键盘和矩阵式键盘两种结构。

5. 独立式键盘接口设计

独立式键盘特点：各键相互独立，每个按键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线的电平状态，易判断哪个按键被按下。

图8.3所示为一独立式键盘，8个按键k0～k7分别接到单片机的P1.0～P1.7引脚上，图中上拉电阻在按键未按下时，用来保证对应I/O口线为稳定高电平。当某一按键按下时，对应I/O口线就变成低电平，与其他按键相连的I/O口线仍为高电平。

因此，只需读入I/O口线状态，判别是否为低电平，就很容易识别出哪个键被按下。可见独立式键盘优点是电路简单，各条检测线独立，识别按键号的软件编写简单。独立式键盘适于按键数目较少场合，如按键数目较多，要占用较多I/O口线。(www.xing528.com)

图8.3　独立式键盘的接口电路

6. 矩阵式键盘接口设计

矩阵式（也称行列式）键盘用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行、列交叉点上。如图8.4所示，一个4×4的行、列结构可以构成一个16个按键的键盘，只需要一个8位的并行I/O口即可。

如果采用8×8的行、列结构，可以构成一个64个按键的键盘，只需要两个并行I/O口即可。

在按键数目较多场合，矩阵式键盘要比独立式键盘节省较多I/O口线。

在图8.4中，行线通过上拉电阻接+5 V，当无键按下时，行线为高电平，而有键按下时，则对应的行线和列线短接，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。

图8.4　矩阵式（行列式）键盘的接口电路

键盘矩阵中无按键按下时，行线处于高电平状态；当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线的电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线的电平也为高，这一点是识别矩阵式键盘是否有按键按下的关键所在。由于矩阵式键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平，因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号相配合才能确定闭合键的位置。下面讨论矩阵式键盘按键扫描法的工作原理。

识别矩阵键盘有无键被按下，可分两步进行：第一步，首先识别键盘有无键按下；第二步，如有键被按下，识别出具体的键号。

下面以图8.4所示的K3键被按下为例，说明扫描法识别此键的过程。

第一步：识别键盘有无键按下。首先把所有列线均置为0电平，然后检查各行线电平是否都为高电平，如果不全为高电平，说明有键按下，否则说明无键被按下。例如，当K3键按下时，第1行线电平为低电平，但还不能确定是否K3被按下，因为如果同一行的K2、K1或K0之一被按下，行线也为低电平。所以，只能得出第1行有键被按下的结论。

第二步：识别出哪个按键被按下。采用逐行扫描法，在某一时刻只让一条列线处于低电平，其余所有列线处于高电平。当第1列为低电平、其余各列为高电平时，因为是K3被按下，所以第1行的行线仍处于高电平状态；而当第2列为低电平、其余各列为高电平时，同样也会发现第1行的行线仍处于高电平状态；直到让第4列为低电平、其余各列为高电平时，此时第1行的行线电平变为低电平，据此可判断第1行第4列交叉点处的按键，即K3被按下。