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键盘知识讲解

一、键盘的分类

编码键盘

键盘独立键盘

非编码键盘

矩阵键盘

键盘在单片机应用系统中，实现输入数据、传送命令的功能，是人工干预的主要手段。键盘分两大类：编码键盘和非编码键盘。

编码键盘：由硬件逻辑电路完成必要的键识别工作与可靠性措施。每按一次键，键盘自动提供被按键的读数，同时产生一选通脉冲通知微处理器，一般还具有反弹跳和同时按键保护功能。这种键盘易于使用，但硬件比较复杂，对于主机任务繁重之情况，采用8279可编程键盘管理接口芯片构成编码式键盘系统是很实用的方案。

非编码键盘：只简单地提供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识别，决定按键的读数等仅靠软件完成，故硬件较为简单，但占用CPU较多时间。有：独立式按键结构、矩阵式按键结构。

二、键盘系统设计

首先，确定键盘编码方案：采用编码键盘或非编码键盘。随后，确定键盘工作方式：采用中断或查询方式输入键操作信息。然后，设计硬件电路。非编码键盘系统中，键闭合和键释放的信息的获取，键抖动的消除，键值查找及一些保护措施的实施等任务，均由软件来完成。

（一）非编码键盘的键输入程序应完成的基本任务

1.监测有无键按下；键的闭合与否，反映在电压上就是呈现出高电平或低电平，所以通过电平的高低状态的检测，便可确认按键按下与否。

2.判断是哪个键按下。

3.完成键处理任务。

（二）从电路或软件的角度应解决的问题

1.消除抖动影响。键盘按键所用开关为机械弹性开关，利用了机械触点的合、断作用。由于机械触点的的弹性作用，一个按键开关在闭合和断开的瞬间均有一连串的抖动，波形如下：

抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5~10ms，这是一个很重要的参数。抖动过程引起电平信号的波动，有可能令CPU误解为多次按键操作，从而引起误处理。

为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键，必须消除抖动的影响。按键的消抖，通常有软件，硬件两种消除方法。

硬件消抖：这种方法只适用于键的数目较少的情况。

软件消抖：如果按键较多，硬件消抖将无法胜任，常采用软件消抖。通常采用软件延时的方法：在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序后，再确认电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，则确认真正有键按下，进行相应处理工作，消除了抖动的影响。（这种消除抖动影响的软件措施是切实可行的。）

2.采取串键保护措施。串键：是指同时有一个以上的键按下，串键会引起CPU错误响应。

通常采取的策略：单键按下有效，多键同时按下无效。

3.处理连击。连击：是一次按键产生多次击键的效果。要有对按键释放的处理，为了消除连击，使得一次按键只产生一次键功能的执行（不管一次按键持续的时间多长，仅采样一个数据）。否则的话，键功能程序的执行次数将是不可预知，由按键时间决定。连击是可以利用的。连击对于用计数法设计的多功能键特别有效。

三、键盘工作方式

查询方式（编程扫描，定时扫描方式）

键盘的工作方式

中断扫描方式

单片及应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一。CPU忙于各项任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。考虑仪表系统中CPU任务的份量，来确定键盘的工作方式。

键盘的工作方式选取的原则是：既要保证能及时响应按键的操作，又不过多的占用CPU 的工作时间。

四、键盘电路结构

（一）独立式按键接口设计

独立式按键就是各按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。

优点：电路配置灵活，软件结构简单。

缺点：每个按键需占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口浪费大，电路结构显得复杂。

因此，此键盘是用于按键较少或操作速度较高的场合。

也可以用扩展I/O口搭接独立式按键接口电路，可采用8255扩展I/O口，用三态缓冲器扩展。这两种配接方式，都是把按键当作外部RAM某一工作单元的位来对待，通过读片外RAM 的方法，识别按键的工作状态。

上电路中独立式按键电路，各按键开关均采用了上拉电阻，是为了保证在按键断开时，各I/O有确定的高电平。如输入口线内部已有上拉电阻，则外电路的上拉电阻可省去。

（二）矩阵式键盘接口设计

矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。节省I/O口。

矩阵键盘工作原理：行线通过上拉电阻接到+5V上。无按键，行线处于高电平状态，有键按下，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线电平为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平为高。

五、双功能及多功能键设计

在单片机应用系统中，为简化硬件线路，缩小整个系统的规模，总希望设置最少的按键，获得最多的控制功能。

矩阵键盘与独立式按键键盘相比，硬件电路大大节省。可通过软件的方法让一键具有多功能。方法：选择一个RAM工作单元，对某一个按键进行按键计数，根据不同计数值，转到子程序。这种计数多功能键最好与显示器结合用，以便知道当前计数值，同时配合一个启动键。

复合键是使用软件实现一键多功能的另一个途径。所谓复合键，就是两个或两个以上的键的联合，当这些键同时按下时，才能执行相应的功能程序。实际情况做不到“同时按下”，他们的时间差别可以长到50ms，解决策略是：定义一个或两个引导键，这些引导键按下时没什么意义，执行空操作。引导键的例子：微机键盘上的CTRL、SHIFT、ALT。

缺点：一是操作变得复杂，二是操作时间变长。

多功能键的利用，应具体情况具体分析。要求速度的场合最好做一键一功能。如果系统功能很多，一键一功能不现实，可采取一键多功能。

六、功能开关及拨码盘接口设计

设计原因：键盘输入灵活性大，操纵方便。但某些重要功能或数据由键盘输入，误操作将产生一些不良后果。因此常设定静态开关的方法来执行这些功能或输入数据。静态开关一经设定，将不再改变，一直维持设定的开关状态。通常这些开关状态是在单片机系统加电时由CPU读入内存RAM的，以后CPU将不再关注这些开关的状态，因此，即使加电后，这些开关的状态发生变化，也不会影响CPU的正常工作，只有在下一次加电时，这些新状态才能生效。

第一、功能开关：主要是根据开关的状态执行一些重要的功能。

第二、拨码盘：单片机应用系统中，有时要输入一些控制参数，这些参数一经设定，将维持不变，除非给系统断电后重新设定。这时使用数字拨码盘既简单直观，又方便可靠。

七、按键介绍

常用的按键有三种：机械触点式按键、导电橡胶式和柔性按键（又称触摸式键盘）。

机械触点式按键是利用弹性使键复位，手感明显，连线清晰，工艺简单，适合单件制造。但是触点处易侵入灰尘而导致接触不良，体积相对较大。

导电橡胶按键是利用橡胶的弹性来复位，通过压制的方法把面板上所有的按键制成一块，体积小，装配方便，适合批量生产。但是时间长了，橡胶老化而使弹力下降，同时易侵入灰尘。