獨(dú)立按鍵

常用的按鍵電路有兩種形式，獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵，獨(dú)立式按鍵比較簡(jiǎn)單，它們各自與獨(dú)立的輸入線(xiàn)相連接，如圖 8-6 所示。

圖 8-6 獨(dú)立式按鍵原理圖

4 條輸入線(xiàn)接到單片機(jī)的 IO 口上，當(dāng)按鍵 K1 按下時(shí)，+5V 通過(guò)電阻 R1 然后再通過(guò)按鍵 K1 最終進(jìn)入 GND 形成一條通路，那么這條線(xiàn)路的全部電壓都加到了 R1 這個(gè)電阻上，KeyIn1 這個(gè)引腳就是個(gè)低電平。當(dāng)松開(kāi)按鍵后，線(xiàn)路斷開(kāi)，就不會(huì)有電流通過(guò)，那么 KeyIn1和+5V 就應(yīng)該是等電位，是一個(gè)高電平。我們就可以通過(guò) KeyIn1 這個(gè) IO 口的高低電平來(lái)判斷是否有按鍵按下。

這個(gè)電路中按鍵的原理我們清楚了，但是實(shí)際上在我們的單片機(jī) IO 口內(nèi)部，也有一個(gè)上拉電阻的存在。我們的按鍵是接到了 P2 口上，P2 口上電默認(rèn)是準(zhǔn)雙向 IO 口，我們來(lái)簡(jiǎn)單了解一下這個(gè)準(zhǔn)雙向 IO 口的電路，如圖 8-7 所示。

圖 8-7 準(zhǔn)雙向 IO 口結(jié)構(gòu)圖

首先說(shuō)明一點(diǎn)，就是我們現(xiàn)在絕大多數(shù)單片機(jī)的 IO 口都是使用 MOS 管而非三極管，但用在這里的 MOS 管其原理和三極管是一樣的，因此在這里我用三極管替代它來(lái)進(jìn)行原理講解，把前面講過(guò)的三極管的知識(shí)搬過(guò)來(lái)，一切都是適用的，有助于理解。

圖 8-7 方框內(nèi)的電路都是指單片機(jī)內(nèi)部部分，方框外的就是我們外接的上拉電阻和按鍵。這個(gè)地方大家要注意一下，就是當(dāng)我們要讀取外部按鍵信號(hào)的時(shí)候，單片機(jī)必須先給該引腳寫(xiě)“1”，也就是高電平，這樣我們才能正確讀取到外部按鍵信號(hào)，我們來(lái)分析一下緣由。

當(dāng)內(nèi)部輸出是高電平，經(jīng)過(guò)一個(gè)反向器變成低電平，NPN 三極管不會(huì)導(dǎo)通，那么單片機(jī)IO 口從內(nèi)部來(lái)看，由于上拉電阻 R 的存在，所以是一個(gè)高電平。當(dāng)外部沒(méi)有按鍵按下將電平拉低的話(huà)，VCC 也是+5V，它們之間雖然有 2 個(gè)電阻，但是沒(méi)有壓差，就不會(huì)有電流，線(xiàn)上所有的位置都是高電平，這個(gè)時(shí)候我們就可以正常讀取到按鍵的狀態(tài)了。

當(dāng)內(nèi)部輸出是個(gè)低電平，經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器變成高電平，NPN 三極管導(dǎo)通，那么單片機(jī)的內(nèi)部 IO 口就是個(gè)低電平，這個(gè)時(shí)候，外部雖然也有上拉電阻的存在，但是兩個(gè)電阻是并聯(lián)關(guān)系，不管按鍵是否按下，單片機(jī)的 IO 口上輸入到單片機(jī)內(nèi)部的狀態(tài)都是低電平，我們就無(wú)法正常讀取到按鍵的狀態(tài)了。

這個(gè)和水流其實(shí)很類(lèi)似的，內(nèi)部和外部，只要有一邊是低電位，那么電流就會(huì)順流而下，由于只有上拉電阻，下邊沒(méi)有電阻分壓，直接到 GND 上了，所以不管另外一邊是高還是低，那電平肯定就是低電平了。

從上面的分析就可以得出一個(gè)結(jié)論，這種具有上拉的準(zhǔn)雙向 IO 口，如果要正常讀取外部信號(hào)的狀態(tài)，必須首先得保證自己內(nèi)部輸出的是 1，如果內(nèi)部輸出 0，則無(wú)論外部信號(hào)是 1還是 0，這個(gè)引腳讀進(jìn)來(lái)的都是 0。

矩陣按鍵

在某一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如果需要使用很多的按鍵時(shí)，做成獨(dú)立按鍵會(huì)大量占用 IO 口，因此我們引入了矩陣按鍵的設(shè)計(jì)。如圖 8-8 所示，是我們的 KST-51 開(kāi)發(fā)板上的矩陣按鍵電路原理圖，使用 8 個(gè) IO 口來(lái)實(shí)現(xiàn)了 16 個(gè)按鍵。

圖 8-8 矩陣按鍵原理圖

如果獨(dú)立按鍵理解了，矩陣按鍵也不難理解，那么我們一起來(lái)分析一下。圖 8-8 中，一共有 4 組按鍵，我們只看其中一組，如圖 8-9 所示。大家認(rèn)真看一下，如果 KeyOut1 輸出一個(gè)低電平，KeyOut1 就相當(dāng)于是 GND，是否相當(dāng)于 4 個(gè)獨(dú)立按鍵呢。當(dāng)然這時(shí)候 KeyOut2、KeyOut3、KeyOut4 都必須輸出高電平，它們都輸出高電平才能保證與它們相連的三路按鍵不會(huì)對(duì)這一路產(chǎn)生干擾，大家可以對(duì)照兩張?jiān)韴D分析一下。

圖 8-9 矩陣按鍵變獨(dú)立按鍵示意圖