单片机外接键盘的工作原理是什么？如何实现电路与程序设计

以上讲座介绍和应用了单片机的串行通信，并举了一个例子。本次讲座将介绍单片机的外围电路。本讲介绍单片机外接键盘电路。通过本次讲座，读者可以掌握单片机外接键盘的工作原理，实现电路和程序设计。

一、原理介绍

键盘接口电路是单片机系统设计中非常重要的部分，是人机界面中最常用的输入设备。我们可以通过键盘输入数据或命令来实现简单的人机通信。在设计键盘电路和程序之前，我们需要了解一些键盘知识和组成键盘的按键。

1. 按钮分类

一般来说，按钮按结构原理可分为两类，一类是接触式开关按钮，如机械开关、导电橡胶开关等；另一种是非接触式开关按钮，如电动按钮、磁感应按钮等。前者成本低，后者寿命长。目前在微机系统中最常见的是接触式开关按钮（比如这个学习板上使用的按钮）。

根据接口原理设计4*4的矩阵键盘，按键可分为编码键盘和非编码键盘。两种键盘的主要区别在于识别键符号和给出相应键码的方法。编码键盘主要利用硬件实现按键识别，非编码键盘主要利用软件实现键盘识别。

全编码键盘通过专用芯片实现按键识别并输出相应代码。一般还有去抖动和多键、移键等保护电路。这种键盘使用方便，硬件成本大，一般的小型嵌入式应用系统很少。利用。非编码键盘按连接方式可分为独立型和矩阵型，其他任务主要由软件完成。由于其经济实用性，被广泛应用于单片机系统（本学习板也采用了非编码键盘）。

2. 按键输入原理

在单片机应用系统中，通常使用机械接触式按键开关，其主要作用是将机械通断转换为电气逻辑关系。也就是说，它提供标准的 TTL 逻辑电平，以便与通用数字系统中的逻辑电平兼容。此外，除复位按钮具有特殊的复位电路和特定的复位功能外，其他按钮用于在开关状态下设置控制功能或输入数据。当按下设定的功能键或数字键时，计算机应用系统应完成该键设定的功能。因此，关键信息的输入是一个与软件结构密切相关的过程。对于一组按键或一个键盘，通过接口电路与单片机相连。单片机可以通过查询或中断的方式知道是否有按键输入，并检查按下的是哪个按键。如果有按键则跳转到对应的键盘处理程序执行，如果没有按键则继续执行其他程序。

3. 关键特性和去抖动

当机械按钮再次按下或释放时，由于机械弹性的影响，通常伴随着触点的一定时间的机械振动，然后触点就稳定下来。抖动过程如图 1(a) 所示。抖动时间与开关的机械特性有关，一般为5～10ms。从图中可以看出，在接触振动期间检测按键的开关状态可能会导致判断错误。即，一次按下或释放一个键被误认为是多次操作，这是不允许的。为了克服按键触点机械抖动引起的检测误判，必须采取去抖措施，可以从硬件和软件两个方面来考虑。通常来说，一般来说，当按键数较少时，可以使用硬件去抖，当按键数较多时，使用软件去抖。（本学习板采用软件去抖方式）。软件去抖的流程图如图1（b）所示。

图1

从按钮的去抖流程图可以知道，当检测到一个按钮时，应该延迟等待一段时间（可以调用一个5ms~10ms的延迟子程序）设计4*4的矩阵键盘，然后判断按钮是否被按下再次。如果判断该按键仍被按下，则认为该按键有效。如果此时判断按键没有按下，则说明按键抖动或受到干扰，应返回重新判断。只有当真正按下键盘时，才能执行相应的处理程序。此时即使基本实现了按键输入，也可以进一步判断按键是否松开。

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文章来源:http://www.eepw.com.cn/article/217458.htm

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