獨立按鍵

常用的按鍵電路有兩種形式，獨立式按鍵和矩陣式按鍵，獨立式按鍵比較簡單，它們各自與獨立的輸入線相連接，如圖8-6所示。

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圖8-6 獨立式按鍵原理圖

4條輸入線接到單片機的 IO 口上，當按鍵 K1 按下時，+5 V 通過電阻 R1 然后再通過按鍵 K1 最終進入 GND 形成一條通路，那么這條線路的全部電壓都加到了 R1 這個電阻上，KeyIn1 這個引腳就是個低電平。當松開按鍵后，線路斷開，就不會有電流通過，那么 KeyIn1 和 +5 V 就應(yīng)該是等電位，是一個高電平。我們就可以通過 KeyIn1 這個 IO 口的高低電平來判斷是否有按鍵按下。

這個電路中按鍵的原理我們清楚了，但是實際上在我們的單片機 IO 口內(nèi)部，也有一個上拉電阻的存在。我們的按鍵是接到了 P2 口上，P2 口上電默認是準雙向 IO 口，我們來簡單了解一下這個準雙向 IO 口的電路，如圖8-7所示。

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圖8-7 準雙向 IO 口結(jié)構(gòu)圖

首先說明一點，就是我們現(xiàn)在絕大多數(shù)單片機的 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進行原理講解，把前面講過的三極管的知識搬過來，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。這個地方大家要注意一下，就是當我們要讀取外部按鍵信號的時候，單片機必須先給該引腳寫“1”，也就是高電平，這樣我們才能正確讀取到外部按鍵信號，我們來分析一下緣由。

當內(nèi)部輸出是高電平，經(jīng)過一個反向器變成低電平，NPN 三極管不會導(dǎo)通，那么單片機 IO 口從內(nèi)部來看，由于上拉電阻 R 的存在，所以是一個高電平。當外部沒有按鍵按下將電平拉低的話，VCC 也是 +5 V，它們之間雖然有2個電阻，但是沒有壓差，就不會有電流，線上所有的位置都是高電平，這個時候我們就可以正常讀取到按鍵的狀態(tài)了。

當內(nèi)部輸出是個低電平，經(jīng)過一個反相器變成高電平，NPN 三極管導(dǎo)通，那么單片機的內(nèi)部 IO 口就是個低電平，這個時候，外部雖然也有上拉電阻的存在，但是兩個電阻是并聯(lián)關(guān)系，不管按鍵是否按下，單片機的 IO 口上輸入到單片機內(nèi)部的狀態(tài)都是低電平，我們就無法正常讀取到按鍵的狀態(tài)了。

這個和水流其實很類似的，內(nèi)部和外部，只要有一邊是低電位，那么電流就會順流而下，由于只有上拉電阻，下邊沒有電阻分壓，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結(jié)論，這種具有上拉的準雙向 IO 口，如果要正常讀取外部信號的狀態(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，則無論外部信號是1還是0，這個引腳讀進來的都是0。

矩陣按鍵

在某一個系統(tǒng)設(shè)計中，如果需要使用很多的按鍵時，做成獨立按鍵會大量占用 IO 口，因此我們引入了矩陣按鍵的設(shè)計。如圖8-8所示，是我們的 KST-51 開發(fā)板上的矩陣按鍵電路原理圖，使用8個 IO 口來實現(xiàn)了16個按鍵。

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圖8-8 矩陣按鍵原理圖

如果獨立按鍵理解了，矩陣按鍵也不難理解，那么我們一起來分析一下。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。大家認真看一下，如果 KeyOut1 輸出一個低電平，KeyOut1 就相當于是 GND，是否相當于4個獨立按鍵呢。當然這時候 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對這一路產(chǎn)生干擾，大家可以對照兩張原理圖分析一下。

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圖8-9 矩陣按鍵變獨立按鍵示意圖