陣列式按鍵的設計

呂永利+趙雙勇+鞠建勛

（漯河醫學高等專科學校第二附屬醫院設備科，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，不使用驅動芯片和使用驅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的了解。

【關鍵詞】按鍵；陣列；驅動芯片

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。

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

編寫程序循環掃描此IO口狀態。

（1）當讀到IO口狀態為高時，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口狀態為高不是按鍵抖動，則繼續向下運行；

（3）按鍵處理。即按鍵按下后根據要求，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，若都為低，表明沒有按鍵按下，繼續執行下一步，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，若都為低，表明沒有按鍵按下，繼續執行下一步，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，若都為低，表明沒有按鍵按下，繼續執行下一步，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，若都為低，表明沒有按鍵按下，繼續執行下一步，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）判斷結果仍為無按鍵按下，跳出掃描，判定結果為無按鍵按下，掃描結束。

此掃描操作具有一定的規律性，可用循環語句描述，代碼將非常簡練。

四、有驅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，為并行數據線，從此并行數據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來判斷是否有按鍵按下動作發生。

2.CPU控制方法

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

（二）使用芯片TCA8418RTWR驅動陣列式按鍵

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，可在按鍵按下時產生中斷信號。

五、結束語

使用芯片TCA8418RTWR驅動陣列式按鍵，這種方式在多按鍵處理中優勢較大，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量將縮減至5根，可提升接口的可靠性。

【參考文獻】

[1]M74C923數據手冊.National Semiconductor。

[2]TCA8418數據手冊.TI。