如何實現(xiàn)基于矩陣式鍵盤的應(yīng)用電路設(shè)計？

在許多電子產(chǎn)品中，鍵盤作為一種基本的輸入設(shè)備，被廣泛用于數(shù)據(jù)的輸入和命令的發(fā)送。其中，矩陣式鍵盤因其占用資源少、價格低廉等優(yōu)點在電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。本文將詳細介紹矩陣式鍵盤的工作原理，并結(jié)合具體應(yīng)用場景，設(shè)計出一套基于矩陣式鍵盤的應(yīng)用電路。

一、矩陣式鍵盤原理

矩陣式鍵盤是一種通過行線和列線交叉連接，實現(xiàn)按鍵輸入的鍵盤。其基本原理是利用行線作為輸入線，列線作為輸出線，通過交叉點上的按鍵實現(xiàn)電路的通斷。當某一列線上有按鍵按下時，該列線與相應(yīng)的行線導(dǎo)通，從而實現(xiàn)按鍵的識別。

在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口(如P1口)就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵(9鍵)。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。

1、判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。

2、判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。

二、矩陣式鍵盤應(yīng)用電路設(shè)計

1. 基于矩陣式鍵盤的應(yīng)用場景

本設(shè)計將針對一種常見的電子產(chǎn)品——嵌入式設(shè)備，進行基于矩陣式鍵盤的應(yīng)用電路設(shè)計。該設(shè)備對鍵盤的要求主要包括：占用資源少、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高等。

1. 常見的矩陣式鍵盤應(yīng)用電路的設(shè)計方案

(1)直接掃描法：通過軟件循環(huán)掃描鍵盤，當某一行與某一列導(dǎo)通時，即可確定有按鍵按下。該方法簡單易懂，但當鍵盤規(guī)模較大時，掃描速度可能受到影響。

(2)定時掃描法：通過硬件定時器定時掃描鍵盤，每次掃描一行或一列，以加快掃描速度。但當鍵盤規(guī)模較大時，硬件資源消耗可能較大。

(3)中斷掃描法：當某一列線上有按鍵按下時，產(chǎn)生中斷信號，通知主程序進行按鍵識別。該方法響應(yīng)速度快，但中斷處理程序的編寫可能較為復(fù)雜。

1. 選擇方案的原因及實現(xiàn)過程

綜合考慮設(shè)備對鍵盤的要求以及矩陣式鍵盤的特性，我們選擇采用中斷掃描法進行應(yīng)用電路設(shè)計。具體實現(xiàn)過程如下：

(1)硬件電路設(shè)計：根據(jù)鍵盤規(guī)模和電路需求，選擇合適的行線和列線，以及中斷控制器、上拉電阻等元件，設(shè)計硬件電路。

(2)中斷處理程序編寫：編寫中斷處理程序，當有按鍵按下時，程序根據(jù)中斷向量判斷行線和列線，進而確定按鍵位置。同時，通過調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)實現(xiàn)按鍵的消抖和防抖。

(3)主程序編寫：在主程序中，設(shè)置定時器參數(shù)，啟動定時器進行定時掃描。同時，通過調(diào)用中斷處理程序?qū)崿F(xiàn)按鍵的識別和處理。

1. 實驗結(jié)果

通過搭建實驗平臺，驗證了基于矩陣式鍵盤的應(yīng)用電路設(shè)計的可行性和穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，該設(shè)計能夠快速響應(yīng)按鍵輸入，具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

三、結(jié)論

本文詳細介紹了矩陣式鍵盤的工作原理，并結(jié)合具體應(yīng)用場景，設(shè)計出一套基于矩陣式鍵盤的應(yīng)用電路。通過對多種方案的對比分析，選擇了中斷掃描法進行應(yīng)用電路設(shè)計。實驗結(jié)果表明，該設(shè)計具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力。同時，該設(shè)計具有占用資源少、價格低廉等優(yōu)點，適用于多種嵌入式設(shè)備。