一 引言

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，它的编制优劣直接影响系统的性能。键是一种常开型按钮开关，平时(常态)键的二个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合(短路)。键盘分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。

(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。

三 Proteus电路图设计

图1为本系统的Proteus仿真电路图，用MCS-51的P3.0- P3.3作为行线，P3.4-P3.7作为列线，用P2口控制数码管显示按键。

四 程序设计

本文采用扫描方式来判断按键并由MCU控制数码管显示按键。先从P3口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从P3口的低四位读取键盘状态。再从P3口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从P3口的高四位读取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码，计算公式为键值=行号×行数+列号。

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图1 Proteus电路图

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图2 键盘扫描流程图，汇编源程序如下：

LINE EQU30H

ROWEQU31H

VALEQU32H

ORG00H

START:MOVDPTR,#TABLE;段码表首地址

MOVP2,#00H;数码管显示初始化

LSCAN:MOVP3,#0F0H;列线置高电平,行线置高电平

L1:JNBP3.0,L2;逐行扫描

LCALLDELAY

JNBP3.0,L2

MOVLINE,#00H;存行号

LJMPRSCAN

L2:JNBP3.1,L3

LCALLDELAY

JNBP3.1,L3

MOVLINE,#01H;存行号

LJMPRSCAN

L3:JNBP3.2,L4

LCALLDELAY

JNBP3.2,L4

MOVLINE,#02H;存行号

LJMPRSCAN

L4:JNBP3.3,L1

LCALLDELAY

JNBP3.3,L1

MOVLINE,#03H;存行号

RSCAN:MOVP3,#0FH;行线列线电平互换

C1:JNBP3.4,C2;逐列扫描

MOVROW,#00H;存列号

LJMPCALCU

C2:JNBP3.5,C3

MOVROW,#01H;存列号

LJMPCALCU

C3:JNBP3.6,C4

MOVROW,#02H;存列号

LJMPCALCU

C4:JNBP3.7,C1

MOVROW,#03H;存列号

CALCU:MOVA,LINE;根据行号和列号计算键值

MOVB,#04H

MULAB

ADDA,ROW

MOVVAL,A;存键值

MOVCA,@A+DPTR;要据键值查段码

MOVP2,A;输出段码显示

LJMPLSCAN

DELAY:MOVR6,#20

D1:MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

RET

TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H

DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H

END

五 总结

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图3 按键“6”显示效果

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图4 按键“E”显示效果

图3 与图4为按键“6”与按键“E”的按键效果，通过仿真结果可知，4×4键盘设计正确。键盘是单片机系统设计中一种主要的信息输入接口, 合理的设计, 不仅可以节省系统的设计成本, 更可使仪器设备的操作变得更为简单、方便, 很大程度上提高系统综合性能。