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堪称一绝的“IO口扫键”法-单片机端口不够用时键盘扫描方法

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ID:392682 发表于 2018-9-2 21:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
发现一个高级的键盘扫描方法,一起学习下

在做项目(工程)的时候,我们经常要用到比较多的按键,而且 IO 资源紧张,于是我们就想方设法地在别的模块中节省 IO 口,好不容易挤出一两个 IO 口,却发现仍然不够用,实在没办法了就添加一个 IC 来扫键。一个 IC 虽然价格不高,但对于大批量生产而且产品利润低的厂家来说,这是一笔不菲的开支!


那,我们能不能想到比较好的扫键方法:用最少的 IO 口,扫最多的键?可以吗?举个例:给出 5 个 IO 口,能扫多少键?有人说是 2*3=6 个,如图一:







对,大部分技术参考书都这么做,我们也经常这样做:用 3 个 IO 口作行扫描,2 个 IO 作列检测(为方便描述,我们约定:设置某一 IO 口输出为“0”――称其为“扫某 IO 口”)。用行线输出扫键码,列线检测是否有按键的查询方法进行扫键。扫键流程:在行线依次输出 011,101,110 扫键值,行线每输出一个扫键值,列线检测一次。当列线检测到有按键时,结合输出的扫键值可以判断相应的按键。


但是,5 个 IO 真的只能扫 6 个键吗?有人说可以扫 9 个,很聪明!利用行 IO 与地衍生 3 个键(要注意上拉电阻),如图二:




扫键流程:先检测 3 个行 IO 口,对 K1’,K2’,K3’进行扫键,之后如上述 2*3扫键流程。5 个 IO 口能扫 9 个键,够厉害吧,足足比 6 个键多了 1/2!

动动脑,还能不能再多扫几个?就几个?一个也行!好,再想一下,硬是被逼出来了!如图三:




不多不少,正好 10 个键!这种扫键方式比较少见吧!漂亮!扫键流程:设 IO1 输出为“0”,检测 IO2…IO5,若判断有相应健按下,则可知有健;若无键,则继续扫键:设 IO2 输出为“0”,检测 IO3,IO4,IO5,判断有无键按下,如此类推。这里应注意:当扫某一 IO 口(输出为“0”)时,不要去检测已经扫过的 IO 口。如:此时设置 IO2 输出为“0”,依次检测 IO3,IO4,IO5,但不要去检测IO1,否则会出错(为什么,请思考)。


感觉怎么样?不错吧!让我们再看看图三,好有成就感!看着,看着……又看到了什么?



快!见图四:





真强!被您看出 20 个键!多了一个对称的三角形。可是,像这样的排列能正确扫 20 个键吗?回答是肯定的:不能!上下三角形相互对称,其对称扫出的键无法区别。有没有注意到分析图三时提到的注意点?(à“当扫某 IO 口时,不要去检测已经扫过的 IO 口,否则会出错”)

我们分析一下图四:当 IO1 输出“0”时,按下 K11 或 K11’键都能被 IO2 检测到,但 IO2 检测却无法区别 K11 和 K11’键!同理,不管扫哪个 IO 口,都有两个对称的键不能区分。


我们假想,如果能把对称键区分开来,我们就能正常地去判断按键。我们在思考 :
有没有单向导通性器件?有!见图五!





很巧妙的思路!利用二极管的单向导通性,区别两个对称键。扫键思路:对逐个 IO 口扫键,其他四个 IO 口可以分别检测其所在的四个按键。这样,就不会有分析图三时提到的注意点。


够酷吧!等等,大家先别满足现状,我们再看一下图二,是不是有点启发?对,我们再分析一下“用 5 个 IO 口对地衍生的 5 个键”。看图六:




25 个键!5 个 IO 口扫出 25 个键!先别激动,我们再分析一下它的可行性,分析通得过才能真正使用。假设扫键流程:先扫对地的 5 个键,再如图五扫键。先扫对地 5 个键,判断没有按键,接着对逐一对 IO 口进行扫键。但当对某一 IO 口扫键时,如果有对地的键按下,这时有可能会误判按键,因为对地键比其他键有更高的响应优先级。例如:扫 IO1,IO1 输出“0”,恰好此时 K62 按下,IO2 检测到有按键,那就不能判断是 K11 还是 K62。我们可以在程序上避免这种按键误判 :若 IO2 检测到有按键,那下一步就去判断是否有对地键按下,如果没有,那就可以正确地判断是 K11 了。


我们小结扫键个数 S:

S = (N-1)*N + N ――启用二极管

S = (N-1)*N /2 + N ――省掉二极管

经典吗?太经典了!!告诉大家一个小道消息:第一个设计出此电路的人是一个美国大佬,他(她?)还为此申请了专利!



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ID:386381 发表于 2018-9-3 07:29 来自手机 | 显示全部楼层
太精彩了
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ID:387593 发表于 2018-9-3 09:30 | 显示全部楼层
图三,我想了半天还是不知道为什么不能去检测已经扫描过的IO,请教了
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ID:392682 发表于 2018-9-3 12:59 | 显示全部楼层
xiansr 发表于 2018-9-3 09:30
图三,我想了半天还是不知道为什么不能去检测已经扫描过的IO,请教了

我也还没看懂,我再看看,感觉可以呀
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ID:392682 发表于 2018-9-3 13:43 | 显示全部楼层
xiansr 发表于 2018-9-3 09:30
图三,我想了半天还是不知道为什么不能去检测已经扫描过的IO,请教了

放弃了,感觉也可以扫描呀

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ID:135640 发表于 2018-9-4 10:36 | 显示全部楼层
讲得清楚,感觉最高级的按键了,请收下小弟。
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ID:383374 发表于 2019-1-22 20:12 来自手机 | 显示全部楼层
高级了,可有代码吗
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ID:149642 发表于 2019-8-16 10:49 来自手机 | 显示全部楼层
电位法了解一下吧,骚年
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ID:504404 发表于 2020-4-27 21:46 | 显示全部楼层
厉害啊,学习了
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ID:441351 发表于 2022-8-22 20:40 来自手机 | 显示全部楼层
lksbbs 发表于 2019-8-16 10:49
电位法了解一下吧,骚年

点位法容易受干扰
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ID:290373 发表于 2022-8-22 22:00 | 显示全部楼层
精彩,学习了
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ID:624769 发表于 2022-8-23 21:41 来自手机 | 显示全部楼层
哎,这些二极管,上拉电阻也不少钱了吧? 花0.3元,买一个tm1650,可以连接28个按键,只要两个io,比这省时,省力,省io,还省系统资源。不是说矩阵键盘不好,几个按键的时候小范围用一下就可以了,按键真要多了,io又紧张的话,深挖的意义真的不大~
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ID:712493 发表于 2022-8-24 08:12 | 显示全部楼层
这算榨干了每个IO的逻辑潜力了,但这是没有灵魂的(两键被同时按下有可能什么都不知道了)
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ID:491577 发表于 2022-8-24 08:33 | 显示全部楼层
用1个ADC脚,想要50按键没问题,再多按键建议用电脑键盘,PS2接口只要两个IO口,101键。超过10个按键不建议用矩阵按键。
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ID:712493 发表于 2022-8-29 20:55 | 显示全部楼层
hhh402 发表于 2022-8-24 08:33
用1个ADC脚,想要50按键没问题,再多按键建议用电脑键盘,PS2接口只要两个IO口,101键。超过10个按键不建议 ...

你这话说的,多按键是多麻烦些,但用电脑键盘你要搞协议,再说只需要20-30键也电脑键盘?现在不是很多专用键盘IC才是我们的方向吧
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