4×4 矩阵式键盘电路的改进

素颜马尾好姑娘i 2022-08-19 15:27 152阅读 0赞

本文向大家推荐一个精简IO接口的4×4键盘电路，该键盘电路仅仅使用4条IO接口引线，即可完成一般需要8位接口才能完成的功能。

在51单片机系统中，经常使用4×4键盘，一般情况下，都是使用一个8位的接口，外接16个按键。  
下图就是一个常规的4×4键盘电路图。

![4×4 矩阵式键盘电路的改进 - 非著名博主 - 电子信息角落][4_4 _ - _ -]

这种常规的矩阵键盘电路，相信大家都司空见惯了，好多人都会编写它的驱动程序。  
图中使用了P0口的8个引脚（P0.0~P0.7），分别驱动键盘的行和列。按键的编号，在图中分别标注了0~F。

检测按键的一般的思路是在四个列线，分别输出一个低电平，然后输入行线，逐行检测是否存在低电平。  
如果在某行有低电平出现，就说明该行、列的交叉点上的按键，被按下了。

其实，这些行、列引线，是“分时”工作的，当在某一列输出低电平的时候，其它的列，输出的就是高电平。  
如果利用这些输出高电平的列，进行输入，那么就可以极大的节省IO接口的引线数量。  
基于这个道理，在上图中，下面的四个列驱动引线（P0.4~P0.7），就完全可以省去，只是使用行驱动的引脚（P0.0~P0.3）来分时输出低电平即可。  
电路见下图。

![4×4 矩阵式键盘电路的改进 - 非著名博主 - 电子信息角落][4_4 _ - _ - 1]

为了对引脚之间进行隔离，图中加上了四个二极管，确保只有在引脚输出低电平的时候，方可把键盘中相应的列置为0。

针对这个电路，对按键的检测方法，和常规的4×4键盘检测思路是相同的，例如：  
当在P0.0输出低电平，即最左边的列为0，这时检测P0.1、P0.2及P0.3是否为0，可以判断最左边的三个按键是否按下；  
当在P0.1输出低电平，即左边第二列为0，这时检测P0.0、P0.2及P0.3是否为0，可以判断左边第二列的三个按键是否按下；  
…………；  
这个检测按键是否按下的思路非常简单，会编写常规4×4键盘驱动程序的网友，肯定都会编写出来这种电路的驱动程序。

因为行和列使用了相同的IO引线，实际上，连接在同一个引线的行、列交叉点处的按键，就已经失效了，那么就把把原来的按键，移动出来，把二极管画在交叉点，电路如下所示。

![4×4 矩阵式键盘电路的改进 - 非著名博主 - 电子信息角落][4_4 _ - _ - 2]

再把移出来四个按键连接在IO引线，另一端直接接地；把其它按键的编号，再整理一下，就成了下图电路。

![4×4 矩阵式键盘电路的改进 - 非著名博主 - 电子信息角落][4_4 _ - _ - 3]

这个电路比常规的4×4键盘电路仅仅多用了四个二极管，但是却节省了四条IO接口引线，这个意义是十分巨大的。  
按照这个电路的设计思路，使用 n 条IO接口引线，就可以驱动 n×n 个按键。  
那么用5个IO引脚，就可以驱动5×5的键盘，这就足以满足各种应用了。  
网上也有一些其它类型的节省接口的键盘电路，但是都有不足，不是电路过于复杂，就是驱动的按键个数较少，远远不及本电路简单实用。

做而论道已经按照这个电路制作了PCB板，外形和常规4×4键盘电路板相差无几。二极管体积很小，布线并没有障碍。

实践证明，这是个完美的精简接口的4×4键盘电路，不仅可以用在51单片机系统，在使用其它MCU组建的电路中同样适用。

针对这个电路，做而论道已经用汇编语言和Ｃ语言编写出了驱动程序，因为汇编语言可以使用“位操作”指令，所以程序的比较简单；Ｃ语言的程序，就显得累赘一些。  
程序暂时就不公布了，有兴趣的网友可以来讨论。

[4_4 _ - _ -]: http://img.bimg.126.net/photo/OvN8N-3MMygCNKmWyN9-JA==/5790221746715005028.jpg
[4_4 _ - _ - 1]: /images/20220731/8eea907672fb4dc3afcb9af0797fcb2a.png
[4_4 _ - _ - 2]: /images/20220731/712b423aaafe485b8945e37899eb162c.png
[4_4 _ - _ - 3]: /images/20220731/19c48bb37ec14daca41edbb1c3287702.png