矩陣式鍵盤工作原理
1.按鍵的分類按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關(guān)按鍵。
按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。
全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動提供與鍵對應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖動和多鍵、竄鍵保護(hù)電路。這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中。下面將重點介紹非編碼鍵盤接口。
2.鍵輸入原理
在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時，計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。
對于一組鍵或一個鍵盤，總有一個接口電路與 CPU 相連。 CPU 可以采用查詢或中斷方式了解有無將鍵輸入，并檢查是哪一個鍵按下，將該鍵號送入累加器 ACC ，然后通過跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序。
3.按鍵結(jié)構(gòu)與特點
微機(jī)鍵盤通常使用機(jī)械觸點式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。
機(jī)械式按鍵再按下或釋放時，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點機(jī)械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖 7.2 所示，抖動時間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5 ~ 10 ms 。
按鍵觸點的機(jī)械抖動
在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點機(jī)械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施。這一點可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時，采用軟件去抖。
在硬件上可采用在鍵輸出端加 R-S 觸發(fā)器 ( 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 ) 或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成去抖動電路。圖 7.3 是一種由 R-S 觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動電路，當(dāng)觸發(fā)器一旦翻轉(zhuǎn)，觸點抖動不會對其產(chǎn)生任何影響。
軟件上采取的措施是：在檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個 10 ms 左右（具體時間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整）的延時程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)。同理，在檢測到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動的影響。
4.按鍵編碼
一組按鍵或鍵盤都要通過 I/O 口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的編碼。無論有無編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對應(yīng)的鍵值，以實現(xiàn)按鍵功能程序的跳轉(zhuǎn)。
5.編制鍵盤程序
一個完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能：
(1) 檢測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械觸點抖動的影響。
(2) 有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個按鍵，其間對任何按鍵的操作對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無論一次按鍵時間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。
(3) 準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號），以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-08
