键盘是单片机应用系统中的重要输入设备，其作用是控制系统的工作状态，向系统输入数据和命令。键盘一般由若干个规则排列的按键组成。根据按键的连接方式可分为独立式键盘和矩阵式键盘。单片机应用系统中常用的按键开关如图2.25所示。

图2.25　常用的按键开关

一、键的可靠输入

机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平。机械式按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定的时间触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图2.26所示，抖动时间长短，与开关的机械特性、按键动作等因素有关，一般为5～10 ms。在触点抖动期间检测按键的通与断，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放错误地被认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取消抖措施。

按键消抖一般有硬件和软件两种方法。

1.硬件消抖

有专用的去抖动电路，一般在按键数较少时使用。采用RS触发器的硬件消抖电路原理图如图2.27所示。

图2.26　按键触点的机械抖动

图2.27　去抖电路

2.软件延时

按键较多时，采用软件消抖。即检测有按键按下，延时时间10ms，再读按键的状态，若仍闭合则确定按下。同理，在检测按键释放时，采用延时方法消除后沿抖动影响。软件去抖动的流程图如图2.28所示。

图2.28　按键去抖流程图

二、独立式键盘

独立式键盘就是将按键直接与I／O口相连的方式，如图2.29所示。当任意一个按键被按下，都会使相应的输入端出现低电平。若没有按键按下，则为高电平。上拉电阻保证了按键断开时，IO口线有确定的高电平。当IO口内部有上拉电阻时外电路可以不接上拉电阻。

在软件设计中，只需不断地查询端口出现低电平的情况，以此判断哪个按键被按下。

图2.29　独立式键盘

独立式键盘的结构比较简单，但每个按键都占用了一个口线，因此只适用于按键数量比较少的情况。

三、矩阵式键盘

当按键数量较多时，可将这些按键按行列构成矩阵，在每个行列的交点上连接一个按键，因此又称矩阵式键盘或行列式键盘。

1.行列式键盘的结构

4×4行列式键盘的结构如图2.30所示。

设键盘中有m×n个按键，采用矩阵式结构需要m＋n条口线，图中P1口外接的键盘有4×4个按键，则需要4＋4条口线。当键4按下时，则行线P1.1与列线P1.4接通，若仅使P1.1行为低电平，则P1.4列也为低电平，而其他列则都为高电平，根据行和列的电平信号就可以判断出按键所处的行和列的位置。

2.按键的识别(www.daowen.com)

图2.30　矩阵式键盘

按键的识别功能是判断键盘中是否有按键按下，若有按键按下，则确定按键所在的行列位置和键值。

识别过程如下：

（1）检测出是否有键按下。方法是P1.0～P1.3输出全0，然后读P1.4～P1.7的状态，若为全1则无键闭合，否则表示有键闭合。

（2）消抖处理。有键闭合后，调用10ms延时子程序避开按键抖动。

（3）判别键号。进行键盘扫描，即依次给每一条行线送0，其余各行都为1，并检测每次扫描的列状态。每当扫描输出某一行为0时，读入列线状态。若为全1，表示为0的这行上没有键闭合，否则不为全1，表示为0的这一行上有键闭合。确定了闭合键的位置后，就可计算出键号。闭合的键号等于为低电平行的首键号与为低电平的列号之和。

（4）键的释放。再次延时等待闭合键释放，键释放后执行处理按键对应的功能操作。

3.键盘的工作方式

单片机对键盘的扫描方法有编程扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式三种。

（1）编程扫描方式。

编程扫描方式是利用CPU的空闲时间，调用键盘扫描子程序，响应键盘的输入请求。在扫描法中，只有在CPU空闲时才去扫描键盘，响应操作员的键盘输入，但CPU在执行应用程序（若应用程序中没有键扫描程序）的过程中，不能响应键盘输入。

（2）定时扫描方式。

利用单片机内部定时器，每隔一定时间（如10ms）对键盘扫描一次，这种控制方式，不管键盘上有无键闭合，CPU总是定时地扫描键盘状态。在大多数情况下，CPU对键盘可能进行空扫描。

（3）中断扫描方式。

CPU平时不必扫描键盘，只要当键盘上有键闭合时就产生中断请求，向CPU申请中断，CPU响应键盘中断后立即对键盘进行扫描，识别闭合键，并作相应的处理。这种方法可大大提高CPU的效率又能及时响应键盘输入。

例2－10　通过单片机实现对4×4矩阵式键盘键号的控制并将键号在单个LED数码管显示。要求：顺序按下4×4矩阵式键盘（图2.31）中的按键，按键编号为0～F；在单个LED数码管上依次显示相应的键号，即数码管上依次显示0～F并仿真运行。

（1）电路设计。

选择单片机AT89C51，P1口接4×4矩阵式键盘，其中P1.0～P1.3连接4条行线，P1.4～P1.7连接4条列线，P0口接共阳极LED数码管，仿真电路如图2.31所示。电路中的16个按键的键号依次为0～F。

图2.31　4×4矩阵式键盘

（2）程序设计。

采用键盘扫描方式，P1.0～P1.3为输出扫描行，P1.4～P1.7为输入列，按照键盘识别过程产生键号，并在数码管上显示。

控制程序如下：