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        單片機按鍵擴展

        作者:未知   來源:不詳   點擊數:  更新時間:2014年05月21日   【字體:
        單片機在各種領域運用相當廣泛,而作為人機交流的按鍵設計也有很多種。不同的設計方法,有著不同的優缺點。而又由于單片機I/O資源有限,如何用最少的I/O口擴展更多的按鍵是我所研究的問題。接下來我給大家展示幾種自己覺得比較好的按鍵擴展方案,大家可以在以后的單片機電路設計中靈活運用。

        1)、第一種是最為常見的,也就是一個I/O口對應一個按鈕開關。

        這種方案是一對一的,一個I/O口對應一個按鍵。這里P00到P04,都外接了一個上拉電阻,在沒有開關按下的時候,是高電平,一旦有按鍵按下,就被拉成低電平。這種方案優點是電路簡單可靠,程序設計也很簡單。缺點是占用I/O資源多。如果單片機資源夠多,不緊缺,推薦使用這種方案。

        2)、第二種方案也比較常見,但是比第一種的資源利用率要高,硬件電路也不復雜。


        這是一種矩陣式鍵盤,用8個I/O控制了16個按鈕開關,優點顯而易見。當然這種電路的程序設計相對也還是很簡單的。由P00到P03循環輸出低電平,然后檢測P04到P07的狀態。比方說這里P00到P03口輸出1000,然后檢測P04到P07,如果P04為1則說明按下的鍵為s1,如果P05為1則說明按下的是s2等等。為了電路的可靠,也可以和第一種方案一樣加上上拉電阻。

        3)、第三種是我自己搞的一種方案,可以使用4個I/O控制8個按鍵,電路多了一些二極管,稍微復雜了一點。



        這個電路的原理很簡單,就是利用二極管的單向導電性。也是和上面的方案一樣,程序需要采用輪訓的方法。比方說,先置P00到P03都為低電平,然后把P00置為高電平,接著查詢P02和P03的狀態,如果P02為高則說明按下的是s5,若P03為高則說明按下的是s6,然后再讓P00為低,P01為高,同樣檢測P02和P03的狀態。接下來分別讓P02和P03為高,其他為低,分別檢測P00和P01的狀態,然后再做判斷。這種方案的程序其實也不難。

        4)這是我在一本書上看到的,感覺設計的非常巧妙,同樣它也用到了二極管,不過比我的上一種方案的I/O利用率更高,他用4個I/O口控制了12個按鍵。我相信你了解了之后也會驚奇的。

            首先好好品味一下這個方案吧,想想怎么來識別按鍵呢!

        首先,我們讓P00到P03全輸出高電平。如果這個時候從P00到P03的任意一個端口檢測到低電平,很容易知道是按下了那個鍵,肯定是s13到s16的其中一個。如果沒有檢測到信號,就進行下一次的檢測,讓P01到P03為高電平,P00為低電平,然后檢測P01到P03的狀態。如果P01為低,則按下的是s1,;P02為低,則按下的是s2;P03為低,則按下的是s3。

        然后再讓P00,P02,P03為高電平,P01為低電平。同理用上面的方法可以檢測出按下的那個按鍵。(部分程序源代碼會在后面貼出來,閱讀代碼可以更好理解電路

        5)、接下來這種方案則更為強大。不過需要用到一個A/D轉換器(有的單片機集成有A/D轉換器,則更為方便)。如果A/D轉化器的分辨率為n位,理論上是可以擴展2^n(2的n次方)個按鍵。


            這是一種接AD轉化器的方案,有兩種:第一種是并聯式;第二種是串聯式。在功能上也有些不同。第一種的話各個電阻值各不相同,當按下不同按鍵時,進入AD的模擬量是不一樣的,通過AD轉換,就可以得到按下的是哪個按鍵。方式一還可以同時識別多個按鍵,即可以設置組合鍵,只要電阻取得合適。
        方式二各個電阻可以取一樣的,方便計算,但是不能有組合按鍵。因為當按下上面的按鍵后,下面所有按鍵都會被短路。(在實際運用中,還需要接地,這里沒有畫出) 。前面說理論上可以擴展2^n個按鍵,這只是理論,因為這里電阻的精度有限,所以實際是不可能的,兩個模擬量之間要有足夠大的差值,程序才可能準確的分辨。

        上面就是我介紹的五種按鍵擴展方案,后面幾種比較另類,不過也有他們的優點。以上電路我都仿真過,可以實現。

        附方案4鍵盤掃描源代碼:

        sbit line_1=P0.1;

        sbit line_2=P0.2;

        sbit line_3=P0.3;

        sbit line_4=P0.4

        char key=0;  

        void key_scan()
        {
            line_1=line_2=line_3=line_4=1;
                if(~(line_1&&line_2&&line_3&&line_4))
             {
                if(line_1==0) {key=13;return;}
                if(line_2==0) {key=14; return;}
                if(line_3==0) {key=15;return;}
                if(line_4==0) {key=16; return;}
             }
              
            line_2=line_3=line_4=1;
            line_1=0;
                if(~(line_2&&line_3&&line_4))
             
                    delay();
                    if(line_2==0) {key=1;return;}
                    if(line_3==0) {key=2;return;}
                    if(line_4==0) {key=3;return;}
             }
            line_1=line_3=line_4=1;
            line_2=0;
                if(~(line_1&&line_3&&line_4))
             
                    delay();
                    if(line_3==0) {key=5;return;}
                    if(line_4==0) {key=6;return;}
             }
            line_1=line_2=line_4=1;
            line_3=0;
                if(~(line_2&&line_1&&line_4))
             
                    delay();
                    if(line_4==0) {key=9;return;}
             }
            line_4=0;
            line_1=line_2=line_3=1;
                if(~(line_2&&line_3&&line_1))
             
                    delay();
                    if(line_1==0) {key=10;return;}
                    if(line_2==0) {key=11;return;}
                    if(line_3==0) {key=12;return;}
             }
            line_3=0;
            line_1=line_2=line_4=1;
                if(~(line_2&&line_3&&line_4))
             
                    delay();
                    if(line_1==0) {key=7;return; }
                    if(line_2==0) {key=8;return; }
             }
            line_2=0;
            line_1=line_3=line_4=1;
                if(~(line_2&&line_3&&line_4))
             
                    delay();
                    if(line_1==0) {key=4;return; }
             }
            return;
        }

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