在嵌入式系統(tǒng)中，用的最多的輸入設備就是按鍵，用戶的應用需求可通過相應按鍵傳遞到系統(tǒng)軟件中，軟件轉(zhuǎn)而完成用戶請求，實現(xiàn)簡單的人機交互。筆者此處就矩陣按鍵的實現(xiàn)作一個簡單的介紹。

按鍵是一種常開型按鈕開關，平時鍵的二個觸點處于斷開狀態(tài)，按下鍵時它們才閉合。按鍵控制電路就是用來實時監(jiān)視按鍵，當有鍵接下時，電路監(jiān)控中的輸入引腳電平發(fā)生變化，檢測到這種變化后，控制電路進行按鍵掃描，定位按鍵的位置，并把相關的按鍵信息反饋回上一層應用中。常見的按鍵輸入設計有獨立式按鍵，矩陣式按鍵。獨立式按鍵每個鍵占用一個IO口，電路配置靈活，軟件簡單，但按鍵較多時，IO口浪費大。矩陣式按鍵適用于按鍵數(shù)量較多的場合，由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上。節(jié)省IO口。通常按鍵控制電路通過查詢方式或中斷方式去檢測按鍵的輸入，查詢方式需占用一定的cpu資源，查詢頻率太低可能造成按鍵輸入丟失，太高浪費cpu資源，通常按鍵查詢頻率約50HZ較合適。中斷方式需占用cpu一路外部中斷，但不會占用cpu資源，只要有按鍵按下時，cpu即可馬上檢測到輸入，進行掃描并得到按鍵值。

筆者此處采用4x4的矩陣按鍵設計，當然，矩陣鍵盤可通過四個肖特基二極管構(gòu)成四輸入的與門(可參考筆者這篇文章<淺談小信號肖特基二極管在數(shù)字電路中的應用>)，連接到單片機的外部中斷引腳，從而實現(xiàn)中斷方式檢測按鍵輸入。為兼容目前開發(fā)板常見的矩陣按鍵設計，筆者把4x4的矩陣按鍵接口接在P1口，通過查詢方式檢測按鍵輸入。

圖2-1 4x4矩陣按鍵

由于我們采用的是查詢方式按鍵設計，因此單片機需一定的頻率去掃描P1口的按鍵，通常這個頻率約50HZ較合適，為保證這個掃描頻率，通常是通過定時器產(chǎn)生時標周期性進行執(zhí)行掃描。P1.4~P1.7列線通過上拉電阻接到VCC上，P1.0~P1.3行線產(chǎn)生相應的掃描信號，無按鍵，列線處于高電平狀態(tài)，有鍵按下，列線電平狀態(tài)將由與此列線相連的行線電平?jīng)Q定。行線電平為低，則列線電平為低，行線電平為高，則列線電平為高。

按鍵掃描函數(shù)如下，該函數(shù)需周期執(zhí)行，以掃描按鍵的狀態(tài)。以51單片機為例，P1.0~P1.3逐行輸出掃描信號，在Key.h模塊頭文件實現(xiàn)接口宏KeyOutputSelect()

#define KeyOutputSelect(Select) {P1 = ~(1<<(Select));}

輸出掃描線后，需要讀取對應掃描線的按鍵狀態(tài)(P1.4~P1.7)，同樣在Key.h模塊頭文件實現(xiàn)引腳狀態(tài)讀取接口宏KeyGetPinState()

#define KeyGetPinState() (P1>> 4)

讀取了對應掃描線下的按鍵引腳狀態(tài)，就需判斷哪些引腳電平為0(按下)，對讀到的引腳狀態(tài)進行取反轉(zhuǎn)換成對引腳狀態(tài)變量進行搜1算法，得到鍵值的速度能達到最快，并且多個按鍵同時按下時也能夠正確得到優(yōu)先級最高的按鍵。按鍵有效按下會得到0~15的鍵值，無按鍵按下時得到鍵值16。

voidKeyScan()

{

unsigned char i;

unsigned char KeyValue;

unsigned char PinState;

if (KeyState.State == STATE_DISABLE) {

return; // 按鍵禁用時,不對鍵盤進行掃描

}

// 鍵值為0~15,未按鍵鍵值為16,任意多的鍵按下均能

// 正確返回優(yōu)先級最高的鍵值

KeyValue = 0;

for (i=0; i<4; i++) {

KeyOutputSelect(i); // 輸出掃描線

// 得到對應掃描線時的按鍵狀態(tài)

PinState = KeyGetPinState();

// 有鍵按下時,PinState中有0的位置即為鍵值位置

PinState = ~PinState;

// 搜索Pinstate第一個為1的位

if (!(PinState & 0xf)) {

KeyValue += 4;

continue; // 該掃描線沒有按鍵按下,進入下一掃描線

}

// 該掃描線有鍵按下,對半進行檢索1的位置

if (!(PinState & 0x3)) {

KeyValue += 2; // 低2位(P1.4~P1.5)沒有按下

PinState >>= 2; // 移位檢索(P1.6~P1.7)

}

if (!(PinState & 0x1)){

KeyValue += 1;

}

break; // 有鍵按下,退出繼續(xù)掃描

}

KeyStore(KeyValue); // 保存按鍵狀態(tài)

}

得到了按鍵值后，我們需要對按鍵值進行處理并根據(jù)按鍵狀態(tài)把可能產(chǎn)生的按鍵消息保存進緩沖區(qū)中，以便用戶程序讀取處理。按鍵通常有按下、松手、長按這幾個狀態(tài)，需要支持按下檢測、松手檢測、長按、連擊的功能，并且需要對按鍵進行去抖濾波。按鍵的狀態(tài)往往會在這幾種情況進行切換，因此，對按鍵進行狀態(tài)機編程是相當清晰的思路。我們在KeyStore()函數(shù)中實現(xiàn)對按鍵狀態(tài)的轉(zhuǎn)移判斷，在模塊中我們通過按鍵狀態(tài)結(jié)構(gòu)變量KeyState來跟蹤記錄按鍵的狀態(tài)

typedef struct {

unsigned char State; // 按鍵的各個狀態(tài)轉(zhuǎn)移

unsigned int TimeCount; // 用來跟蹤各個狀態(tài)的計時

} KEY_STATE;

static KEY_STATE KeyState; // 按鍵狀態(tài)機狀態(tài)轉(zhuǎn)移

檢測到相應的按鍵事件后(KEY_UP、KEY_DOWN、KEY_LONG)，需產(chǎn)生相應的按鍵消息保存進按鍵緩存區(qū)，通?？梢蚤_辟一個按鍵隊列緩存，以便保存多個產(chǎn)生的按鍵消息，不會因用戶代碼未能及時處理按鍵而造成按鍵丟失，筆者此處為避免復雜，以一個按鍵緩沖為例，按鍵事件結(jié)構(gòu)變量KeyBuffer用來保存按鍵消息

typedef struct {

unsigned char Value;

unsigned char State;

} KEY_EVENT;

// 按鍵掃描得到的鍵值存放在KeyBuffer中,包含鍵值及鍵狀態(tài)

static volatile KEY_EVENT KeyBuffer;

按鍵消抖以及長按均是需要以時間為判斷標準，我們在模塊中定義消抖時間以及長按時間判決以及相應的狀態(tài)宏

// 按鍵的掃描周期為20ms

#define WOBBLE_COUNT 1 // 按鍵消抖計數(shù),1個按鍵掃描周期(20ms)

#define LONG_COUNT 100 // 長按100個掃描周期判斷為長按(2S)

#define STATE_INIT 0x0 // 按鍵初始化狀態(tài)

#define STATE_WOBBLE 0x1 // 按鍵消抖狀態(tài)

#define STATE_LONG 0x2 // 按鍵長按檢測狀態(tài)

#define STATE_RELEASE 0x3 // 按鍵釋放狀態(tài)

#define STATE_DISABLE 0x4 // 按鍵禁用狀態(tài)

完整的KeyStore()函數(shù)實現(xiàn)如下

static voidKeyStore(unsigned char Value)

{

static unsigned char LastValue;

switch (KeyState.State) {

case STATE_INIT: // 初始狀等待按鍵

if (Value < KEY_NULL) {

// 記錄下按下的鍵并進入消抖狀態(tài)

LastValue = Value;

KeyState.TimeCount = WOBBLE_COUNT -1;

KeyState.State = STATE_WOBBLE;

}

break;

case STATE_WOBBLE:

if (KeyState.TimeCount) {

KeyState.TimeCount--; // 消抖計時未到

break;

}

// 消抖后再次判斷為同一鍵值則認為鍵按下保存鍵值

// 并進入到長按檢測