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在嵌入式系統(tǒng)中，用的最多的輸入設(shè)備就是按鍵，用戶的應(yīng)用需求可通過相應(yīng)按鍵傳遞到系統(tǒng)軟件中，軟件轉(zhuǎn)而完成用戶請求，實現(xiàn)簡單的人機(jī)交互。筆者此處就矩陣按鍵的實現(xiàn)作一個簡單的介紹。
1. 按鍵輸入概述
按鍵是一種常開型按鈕開關(guān)，平時鍵的二個觸點處于斷開狀態(tài)，按下鍵時它們才閉合。按鍵控制電路就是用來實時監(jiān)視按鍵，當(dāng)有鍵接下時，電路監(jiān)控中的輸入引腳電平發(fā)生變化，檢測到這種變化后，控制電路進(jìn)行按鍵掃描，定位按鍵的位置，并把相關(guān)的按鍵信息反饋回上一層應(yīng)用中。常見的按鍵輸入設(shè)計有獨立式按鍵，矩陣式按鍵。獨立式按鍵每個鍵占用一個IO口，電路配置靈活，軟件簡單，但按鍵較多時，IO口浪費(fèi)大。矩陣式按鍵適用于按鍵數(shù)量較多的場合，由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上。節(jié)省IO口。通常按鍵控制電路通過查詢方式或中斷方式去檢測按鍵的輸入，查詢方式需占用一定的cpu資源，查詢頻率太低可能造成按鍵輸入丟失，太高浪費(fèi)cpu資源，通常按鍵查詢頻率約50HZ較合適。中斷方式需占用cpu一路外部中斷，但不會占用cpu資源，只要有按鍵按下時，cpu即可馬上檢測到輸入，進(jìn)行掃描并得到按鍵值。
2. 硬件設(shè)計
筆者此處采用4x4的矩陣按鍵設(shè)計，當(dāng)然，矩陣鍵盤可通過四個肖特基二極管構(gòu)成四輸入的與門(可參考筆者這篇文章<淺談小信號肖特基二極管在數(shù)字電路中的應(yīng)用>)，連接到單片機(jī)的外部中斷引腳，從而實現(xiàn)中斷方式檢測按鍵輸入。為兼容目前開發(fā)板常見的矩陣按鍵設(shè)計，筆者把4x4的矩陣按鍵接口接在P1口，通過查詢方式檢測按鍵輸入。
圖2-1 4x4矩陣按鍵
3. 驅(qū)動實現(xiàn)
由于我們采用的是查詢方式按鍵設(shè)計，因此單片機(jī)需一定的頻率去掃描P1口的按鍵，通常這個頻率約50HZ較合適，為保證這個掃描頻率，通常是通過定時器產(chǎn)生時標(biāo)周期性進(jìn)行執(zhí)行掃描。P1.4~P1.7列線通過上拉電阻接到VCC上，P1.0~P1.3行線產(chǎn)生相應(yīng)的掃描信號，無按鍵，列線處于高電平狀態(tài)，有鍵按下，列線電平狀態(tài)將由與此列線相連的行線電平?jīng)Q定。行線電平為低，則列線電平為低，行線電平為高，則列線電平為高。
按鍵掃描函數(shù)如下，該函數(shù)需周期執(zhí)行，以掃描按鍵的狀態(tài)。以51單片機(jī)為例，P1.0~P1.3逐行輸出掃描信號，在Key.h模塊頭文件實現(xiàn)接口宏KeyOutputSelect()
#define KeyOutputSelect(Select) {P1 = ~(1<<(Select));}
輸出掃描線后，需要讀取對應(yīng)掃描線的按鍵狀態(tài)(P1.4~P1.7)，同樣在Key.h模塊頭文件實現(xiàn)引腳狀態(tài)讀取接口宏KeyGetPinState()
#define KeyGetPinState() (P1>> 4)
讀取了對應(yīng)掃描線下的按鍵引腳狀態(tài)，就需判斷哪些引腳電平為0(按下)，對讀到的引腳狀態(tài)進(jìn)行取反轉(zhuǎn)換成對引腳狀態(tài)變量進(jìn)行搜1算法，得到鍵值的速度能達(dá)到最快，并且多個按鍵同時按下時也能夠正確得到優(yōu)先級最高的按鍵。按鍵有效按下會得到0~15的鍵值，無按鍵按下時得到鍵值16。
voidKeyScan()
{
unsigned char i;
unsigned char KeyValue;
unsigned char PinState;
if (KeyState.State == STATE_DISABLE) {
return; // 按鍵禁用時,不對鍵盤進(jìn)行掃描
}
// 鍵值為0~15,未按鍵鍵值為16,任意多的鍵按下均能
// 正確返回優(yōu)先級最高的鍵值
KeyValue = 0;
for (i=0; i<4; i++) {
KeyOutputSelect(i); // 輸出掃描線
// 得到對應(yīng)掃描線時的按鍵狀態(tài)
PinState = KeyGetPinState();
// 有鍵按下時,PinState中有0的位置即為鍵值位置
PinState = ~PinState;
// 搜索Pinstate第一個為1的位
if (!(PinState & 0xf)) {
KeyValue += 4;
continue; // 該掃描線沒有按鍵按下,進(jìn)入下一掃描線
}
// 該掃描線有鍵按下,對半進(jìn)行檢索1的位置
if (!(PinState & 0x3)) {
KeyValue += 2; // 低2位(P1.4~P1.5)沒有按下
PinState >>= 2; // 移位檢索(P1.6~P1.7)
}
if (!(PinState & 0x1)){
KeyValue += 1;
}
break; // 有鍵按下,退出繼續(xù)掃描
}
KeyStore(KeyValue); // 保存按鍵狀態(tài)
}
得到了按鍵值后，我們需要對按鍵值進(jìn)行處理并根據(jù)按鍵狀態(tài)把可能產(chǎn)生的按鍵消息保存進(jìn)緩沖區(qū)中，以便用戶程序讀取處理。按鍵通常有按下、松手、長按這幾個狀態(tài)，需要支持按下檢測、松手檢測、長按、連擊的功能，并且需要對按鍵進(jìn)行去抖濾波。按鍵的狀態(tài)往往會在這幾種情況進(jìn)行切換，因此，對按鍵進(jìn)行狀態(tài)機(jī)編程是相當(dāng)清晰的思路。我們在KeyStore()函數(shù)中實現(xiàn)對按鍵狀態(tài)的轉(zhuǎn)移判斷，在模塊中我們通過按鍵狀態(tài)結(jié)構(gòu)變量KeyState來跟蹤記錄按鍵的狀態(tài)
typedef struct {
unsigned char State; // 按鍵的各個狀態(tài)轉(zhuǎn)移
unsigned int TimeCount; // 用來跟蹤各個狀態(tài)的計時
} KEY_STATE;
static KEY_STATE KeyState; // 按鍵狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移
檢測到相應(yīng)的按鍵事件后(KEY_UP、KEY_DOWN、KEY_LONG)，需產(chǎn)生相應(yīng)的按鍵消息保存進(jìn)按鍵緩存區(qū)，通常可以開辟一個按鍵隊列緩存，以便保存多個產(chǎn)生的按鍵消息，不會因用戶代碼未能及時處理按鍵而造成按鍵丟失，筆者此處為避免復(fù)雜，以一個按鍵緩沖為例，按鍵事件結(jié)構(gòu)變量KeyBuffer用來保存按鍵消息
typedef struct {
unsigned char Value;
unsigned char State;
} KEY_EVENT;
// 按鍵掃描得到的鍵值存放在KeyBuffer中,包含鍵值及鍵狀態(tài)
static volatile KEY_EVENT KeyBuffer;
按鍵消抖以及長按均是需要以時間為判斷標(biāo)準(zhǔn)，我們在模塊中定義消抖時間以及長按時間判決以及相應(yīng)的狀態(tài)宏
// 按鍵的掃描周期為20ms
#define WOBBLE_COUNT 1 // 按鍵消抖計數(shù),1個按鍵掃描周期(20ms)
#define LONG_COUNT 100 // 長按100個掃描周期判斷為長按(2S)
#define STATE_INIT 0x0 // 按鍵初始化狀態(tài)
#define STATE_WOBBLE 0x1 // 按鍵消抖狀態(tài)
#define STATE_LONG 0x2 // 按鍵長按檢測狀態(tài)
#define STATE_RELEASE 0x3 // 按鍵釋放狀態(tài)
#define STATE_DISABLE 0x4 // 按鍵禁用狀態(tài)
完整的KeyStore()函數(shù)實現(xiàn)如下
static voidKeyStore(unsigned char Value)
{
static unsigned char LastValue;
switch (KeyState.State) {
case STATE_INIT: // 初始狀等待按鍵
if (Value < KEY_NULL) {
// 記錄下按下的鍵并進(jìn)入消抖狀態(tài)
LastValue = Value;
KeyState.TimeCount = WOBBLE_COUNT -1;
KeyState.State = STATE_WOBBLE;
}
break;
case STATE_WOBBLE:
if (KeyState.TimeCount) {
KeyState.TimeCount--; // 消抖計時未到
break;
}
// 消抖后再次判斷為同一鍵值則認(rèn)為鍵按下保存鍵值
// 并進(jìn)入到長按檢測
來源；21ic
工商網(wǎng)監(jiān)
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