閱讀矩陣鍵盤的應(yīng)用設(shè)計(jì)原理

矩陣鍵盤是讀取按鈕陣列的有效方式。其中的一些例子包括電話上的撥號盤、銷售點(diǎn)（信用卡支付）機(jī)器上的小鍵盤、計(jì)算機(jī)鍵盤，甚至電鋼琴上的鍵盤。

讀取大量按鈕輸入的一種方法是將每個(gè)按鈕連接到其自己的微控制器輸入引腳。對于4x4鍵盤，這將需要16個(gè)GPIOs（通用輸入/輸出）引腳。

然而，通過將按鈕連接成矩陣，同樣數(shù)量的按鈕可以僅用8個(gè)GPIOs讀取。

這減少了所需的微控制器引腳數(shù)量，以及相關(guān)布線數(shù)量PCB走線數(shù)量。

矩陣鍵盤以行和列的網(wǎng)格布線（盡管它們實(shí)際上不必以那個(gè)方向布置，例如在電子鋼琴鍵盤的例子中）。在微控制器上，行或列引腳被永久設(shè)置為輸入（在本文中，我們將堅(jiān)持使用行連接實(shí)現(xiàn)此目的），而另一組引腳（在本文中，我們將堅(jiān)持使用列連接實(shí)現(xiàn)此目的）在輸出（驅(qū)動(dòng)為低電平）和浮動(dòng)（實(shí)際上是開漏輸出）之間切換。

行輸入引腳上需要上拉電阻，可以在微控制器外部添加，也可以在微控制器內(nèi)部激活（如果微控制器包含此功能）。一些微控制器具有開漏輸出引腳（用于列），或者引腳可以簡單地設(shè)置為輸入，以便使它們浮動(dòng)。

如果您不熟悉上拉電阻、浮動(dòng)和/或開漏等術(shù)語，這里有一些簡單的解釋：

一些定義

浮動(dòng)輸入是指沒有被主動(dòng)驅(qū)動(dòng)到任何特定電平的輸入，實(shí)際上可以是任何電平（例如，基于環(huán)境中的靜電）。我們都使用過自動(dòng)關(guān)閉的門，比如公共設(shè)施中常見的門——除非你主動(dòng)把門打開，否則會有一種機(jī)制將它再次關(guān)閉。如果沒有自動(dòng)關(guān)閉機(jī)制（現(xiàn)在想象門沒有閂鎖機(jī)制），門會被風(fēng)吹動(dòng)或被進(jìn)出的人移動(dòng)，它不會默認(rèn)到任何特定的位置。

上拉（或下拉）電阻類似于這些門上的自動(dòng)關(guān)閉機(jī)制，它在不被主動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)將輸入保持在特定電平。上拉（或下拉）電阻可視為一個(gè)彈簧，當(dāng)它未被主動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，將輸入拉至特定電平，您可能會注意到電阻符號實(shí)際上看起來像一個(gè)小彈簧：

開漏輸出只能被驅(qū)動(dòng)為低電平，而不能被驅(qū)動(dòng)為高電平；輸出為低電平或浮動(dòng)。實(shí)質(zhì)上，輸出只是簡單地連接到晶體管的漏極引腳（因此稱為開漏）。

通過在微控制器引腳作為輸入（浮動(dòng)、無上拉或下拉電阻）和被驅(qū)動(dòng)為低電平的輸出之間切換，可以實(shí)現(xiàn)類似的效果。

讀取矩陣鍵盤

為了讀取矩陣中的任何特定按鈕，我們將相應(yīng)的列引腳驅(qū)動(dòng)為低，然后讀取相應(yīng)的行引腳；如果row引腳讀數(shù)為低，則按鈕被按下，如果讀數(shù)為高，則按鈕不被按下。

這通常是在快速順序掃描操作中完成的，以檢查矩陣中的每個(gè)按鈕，依次驅(qū)動(dòng)每個(gè)列引腳為低，同時(shí)讀取其間的每個(gè)行引腳。同時(shí)按鍵不會給這種方法帶來任何問題，并且仍然可以單獨(dú)讀取每個(gè)按鍵。

去抖動(dòng)

機(jī)械開關(guān)還會出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，即開關(guān)的觸點(diǎn)在接觸時(shí)會發(fā)生物理反彈，從而導(dǎo)致開關(guān)在新狀態(tài)下穩(wěn)定之前出現(xiàn)幾次快速電壓轉(zhuǎn)換：

如果微控制器非常頻繁地讀取輸入，那么它可以將彈跳記錄為按鈕按壓的次數(shù)（而不是用戶期望的僅僅一次按壓）；對此最簡單的解決方案是在按鈕的每個(gè)后續(xù)讀取之間簡單地留下一些延遲，這將給予按鈕足夠的時(shí)間在讀取之間轉(zhuǎn)換（通常10-50毫秒就足夠了）。這類技術(shù)被稱為開關(guān)去抖。

審核編輯：黃飛