陣列式按鍵的設計

呂永利+趙雙勇+鞠建勛

（漯河醫(yī)學高等專科學校第二附屬醫(yī)院設備科，河南 漯河 462300）

【摘 要】本文主要描述陣列式按鍵的設計方法，分別從按鍵的連接方式，陣列式按鍵的連接方式，不使用驅(qū)動芯片和使用驅(qū)動芯片控制陣列式按鍵的方法幾個方面進行描述，使讀者對按鍵的設計有系統(tǒng)的了解。

【關(guān)鍵詞】按鍵；陣列；驅(qū)動芯片

引言：

按鍵在儀器儀表及多種設備中都有廣泛應用，是人機交互中重要的信息輸入設備，可配合顯示設備，共同完成對機器設備的控制。在需要輸入復雜信息是，就需要多個按鍵組成按鍵組才能完成。

對于需要使用多個按鍵的情況，如果每個按鍵都連接一條控制芯片的IO腳，會嚴重浪費控制芯片的IO資源，增加排板時連線的復雜度，而且，其控制程序也會比較分散，集成化程度不高。對于這種情況，通常使用陣列式按鍵方式處理。

陣列式按鍵方式是將多個按鍵排列成最接近方形的矩陣，通過按鍵在矩陣中的行坐標和列坐標定位按鍵，通過逐行逐列掃描的方式查詢每一個按鍵，從而查詢到每個按鍵的狀態(tài)。

假設陣列式按鍵為M行N列，那么使用M+N條IO口，即可完成對M×N個按鍵的控制，這大大減少了IO口的使用量，節(jié)省了IO資源，而且，可以用比較精煉的代碼，寫出掃描按鍵的驅(qū)動程序，從而提高了代碼的效率和集成化程度。IO口的減少，節(jié)省了排板空間，有利于印制板小型化。

針對于陣列式按鍵方式，一些芯片廠商開發(fā)出一系列控制芯片，這些控制芯片可完成對按鍵陣列的掃描，并將掃描結(jié)果通過并行或串行總線上報給CPU。本文分別描述了串行和并行按鍵控制芯片的使用方法。

一、按鍵的連接方法

如圖1所示，按鍵一端接地，另一端加上拉電阻后連接到控制芯片IO口。

這種連接方式，在按鍵未按下時，圖中“POWER”位置的電平為高；按鍵按下時，圖中“POWER”位置的電平為低。

控制芯片需要編寫的按鍵處理代碼為：

（a）IO口初始化

控制芯片將連接此按鍵的IO口設置為輸入。

（b）掃描

編寫程序循環(huán)掃描此IO口狀態(tài)。

（1）當讀到IO口狀態(tài)為高時，初步確定有按鍵按下；

（2）按鍵消抖，如果運行消抖程序，確定讀到的IO口狀態(tài)為高為按鍵抖動，則跳出此次掃描，如果確定讀到的IO口狀態(tài)為高不是按鍵抖動，則繼續(xù)向下運行；

（3）按鍵處理。即按鍵按下后根據(jù)要求，做出相應的處理。

二、陣列式按鍵的連接方法

圖2所示為4行5列按鍵，控制20個按鍵。

這種連接方式，圖中“Row0”位置、“Row1”位置、“Row2”位置、“Row3”位置、“Column0”位置、“Column1”位置、“Column2”位置、“Column3”位置、“Column4”位置分別連接控制芯片IO口。控制芯片通過IO口掃描按鍵陣列。

三、無驅(qū)動芯片的陣列式按鍵的控制方法

陣列按鍵連接到控制芯片的IO口分別命名為R0、R1、R2、R3、C0、C1、C2、C3、C4（R表示行，C表示列，R0表示IO口與陣列按鍵的第0行連接，其它同理）

陣列式按鍵掃描方法，以圖2的按鍵為例，方法如下。

（a） IO口初始化。將IO口R0、R1、R2、R3設置為輸出，將“IO口C0、C1、C2、C3、C4設置為輸入。

（b）IO口R0置高，R1置低，R2置低，R3置低，查詢IO口C0、C1、C2、C3、C4狀態(tài)，若都為低，表明沒有按鍵按下，繼續(xù)執(zhí)行下一步，若有高，則判斷是哪條IO口為高，從而判斷是第0行哪一列按鍵按下，記下鍵值后跳出掃描。

（c）IO口R0置低，R1置高，R2置低，R3置低，查詢IO口C0、C1、C2、C3、C4狀態(tài)，若都為低，表明沒有按鍵按下，繼續(xù)執(zhí)行下一步，若有高，則判斷是哪條IO口為高，從而判斷是第1行哪一列按鍵按下，記下鍵值后跳出掃描。

（d）IO口R0置低，R1置低，R2置高，R3置低，查詢IO口C0、C1、C2、C3、C4狀態(tài)，若都為低，表明沒有按鍵按下，繼續(xù)執(zhí)行下一步，若有高，則判斷是哪條IO口為高，從而判斷是第2行哪一列按鍵按下，記下鍵值后跳出掃描。

（e）IO口R0置低，R1置低，R2置低，R3置高，查詢IO口C0、C1、C2、C3、C4狀態(tài)，若都為低，表明沒有按鍵按下，繼續(xù)執(zhí)行下一步，若有高，則判斷是哪條IO口為高，從而判斷是第3行哪一列按鍵按下，記下鍵值后跳出掃描。

（f）若步驟e）判斷結(jié)果仍為無按鍵按下，跳出掃描，判定結(jié)果為無按鍵按下，掃描結(jié)束。

此掃描操作具有一定的規(guī)律性，可用循環(huán)語句描述，代碼將非常簡練。

四、有驅(qū)動芯片的陣列式按鍵的控制方法

按鍵控制芯片可完成對按鍵陣列的掃描，并將掃描結(jié)果通過并行或串行總線上報給CPU。以下介紹并行方式的按鍵控制芯片MM74C923WM和串行方式的按鍵控制芯片TCA8418RTWR。

（一）使用芯片MM74C923WM驅(qū)動陣列式按鍵

按鍵控制芯片MM74C923WM為3.3V供電的20腳芯片。外圍電路簡單，最多可控制4行5列的陣列式按鍵，即最多可控制20個按鍵。與CPU接口為并行接口，帶有中斷模式，可在按鍵按下時產(chǎn)生中斷信號。

1.連接方式

MM74C923WM的連接方式有以下說明。

（a）MM74C923WM與陣列式按鍵接口：

（1）MM74C923WM的1腳至5腳與陣列式按鍵的列控制腳連接，MM74C923WM的1腳至5腳分別連接圖2中“Column0”至“Column4”位置。

（2）MM74C923WM的11腳、12腳、9腳、8腳與陣列式按鍵的行控制腳連接，MM74C923WM的11腳、12腳、9腳、8腳分別連接圖2中“Row0”至“Row3”位置。

（b）MM74C923WM與CPU接口：

（1）MM74C923WM的15腳至19腳與CPU端連接，為并行數(shù)據(jù)線，從此并行數(shù)據(jù)線上可讀出被按下的按鍵的鍵值。

（2）M74C923WM的14與CPU端連接，此腳為M74C923WM使能引腳，CPU可以通過控制此腳高低來使能和禁止M74C923WM。

（3）M74C923WM的13腳與CPU端連接，此腳為M74C923WM中斷引腳，CPU可以通過讀取此腳狀態(tài)來判斷是否有按鍵按下動作發(fā)生。

2.CPU控制方法

CPU芯片的外部中斷腳與M74C923WM的13腳連接，當按鍵按下時產(chǎn)生中斷信號，CPU接收到中斷信號后產(chǎn)生中斷，進入中斷服務函數(shù)，通過并行數(shù)據(jù)線讀取被按下按鍵的鍵值，從而根據(jù)鍵值進行按鍵處理。

（二）使用芯片TCA8418RTWR驅(qū)動陣列式按鍵

按鍵控制芯片TCA8418RTWR為3.3V供電的24腳芯片。超小封裝，外圍電路簡單，最多可控制8行10列的陣列式按鍵，即最多可控制80個按鍵。與CPU接口為串行接口，帶有中斷模式，可在按鍵按下時產(chǎn)生中斷信號。

五、結(jié)束語

使用芯片TCA8418RTWR驅(qū)動陣列式按鍵，這種方式在多按鍵處理中優(yōu)勢較大，可將芯片芯片TCA8418RTWR排在按鍵板上，這樣，按鍵板與控制板之間的接口線的數(shù)量將縮減至5根，可提升接口的可靠性。

【參考文獻】

[1]M74C923數(shù)據(jù)手冊.National Semiconductor。

[2]TCA8418數(shù)據(jù)手冊.TI。