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矩阵式键盘工作原理

按键按照结构原理可分为两类,一类是触点式开关按键,如机械式开关、导电橡胶式开关等;另一类是无触点式开关按键,如电气式按键,磁感应按键等。前者造价低,后者寿命长。目前,微机系统中最常见的是触点式开关按键。
按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类,这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别,非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。
全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码,此外,一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路。这种键盘使用方便,但需要较多的硬件,价格较贵,一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵,其它工作均由软件完成。由于其经济实用,较多地应用于单片机系统中。下面将重点介绍非编码键盘接口。

在单片机应用系统中,除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外,其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时,计算机应用系统应完成该按键所设定的功能,键信息输入是与软件结构密切相关的过程。
对于一组键或一个键盘,总有一个接口电路与 CPU 相连。 CPU 可以采用查询或中断方式了解有无将键输入,并检查是哪一个键按下,将该键号送入累加器 ACC ,然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序,执行完后再返回主程序。

微机键盘通常使用机械触点式按键开关,其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说,它能提供标准的 TTL 逻辑电平,以便与通用数字系统的逻辑电平相容。
机械式按键再按下或释放时,由于机械弹性作用的影响,通常伴随有一定时间的触点机械抖动,然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图 所示,抖动时间的长短与开关的机械特性有关,一般为 5 ~ 10 ms 。
按键触点的机械抖动
在触点抖动期间检测按键的通与断状态,可能导致判断出错,即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作,这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判,必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时,可采用硬件去抖,而当键数较多时,采用软件去抖。
在硬件上可采用在键输出端加 R-S 触发器( 双稳态触发器) 或单稳态触发器构成去抖动电路。图 是一种由 R-S 触发器构成的去抖动电路,当触发器一旦翻