一、用外部中断方式检测独立按键
二、用查询方式检测独立按键
三、键盘的扩展方法
不外加芯片，不占用片内ADC，5个I/O口扩展25个按键
四、AD键盘的设计
使用STC15W4K32S4单片机片内自带ADC，设计键盘
五、用串口工作方式0扩展键盘
硬件消抖动电路
通常的按键为机械弹性开关，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会一下子稳定地接通，在断开时也不会马上断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有如图1所示一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms~10ms。
为了不产生图1所示波形而采取的措施就是按键消抖，消抖动有两种方法：一是采用硬件消抖动，二是采用软件延迟消抖动（见“键盘识别程序”选项卡）。为了降低硬件系统的复杂性，节省空间，单片机应用系统通常采用软件延迟消抖动。硬件消抖动常用的器件有/RS触发器、电容、施密特触发器等。
图1 按键时产生的抖动
图2是/RS触发器消抖动电路，开关SW1未按下时输出高电平，按下时输出低电平，开关SW1在离开上端触点时如果有抖动，只要还没有接触到下端触点，输出保持高电平不变；同理，开关SW1在离开下端触点时如果有抖动，只要还没有接触到上端触点，输出保持低电平不变。
图2 /RS触发器消抖动电路
图3是电容消抖动电路，利用电容两端电压不能突变的特性，将其并联在按键机械触点两端，消除接触抖动产生的毛刺电压。上拉电阻R1和电容C1组成充放电电路，其时间常数R1C1应大于抖动时间，小了没作用，大了反应慢。
图3 电容消抖动电路
图4是RC加施密特触发器消抖动电路，施密特触发器74HC14的正向阈值电压是1.6V，反向阈值电压是0.8V，只要电阻R1和电容C1组成充放电电路时间常数设置合适，利用施密特触发器正向和发向阈值电压不同的特点，输出可以达到整形效果，消除按键抖动。这种电路只适用于输入阻抗高的CMOS数字电路，不建议在输入阻抗低的TTL电路中使用。
图4 RC加施密特触发器消抖动电路
图5是采用Maxim公司开关去抖动芯片MAX6816构成的消抖动电路，MAX6816可以用MAX6817或MAX6818替代，它们都是4脚封装，电源电压为2.7~5.5V，静态功耗仅为5μA。
图5 MAX6816芯片消抖动电路
★温馨提示：本部分内容选自《单片机学习与实践教程》，朱向庆编著，北京邮电大学出版社，2018年出版，引用请注明出处。
按键识别扫描子程序流程
常见的按键识别扫描子程序流程如图1所示。进入子程序后，首先读按键，判断是否有键被按键。无则退出子程序，有则延迟10ms消抖动。然后再次读按键，继续判断是否有键被按键。无则退出子程序，有则用上文介绍的方法识别哪个键被按下。识别完毕，等待按键松开后，退出子程序。
图1 常见的按键识别扫描子程序流程
图1所示程序流程，最大的缺陷，就是等待按键松开部分。按下按键后，如果手没有马上松开，则程序一直在等待，不会退出子程序，有可能会影响到其他子程序的运行。采用图2所示流程，可改进图1中的缺陷。图2子程序设立一个全局变量或者静态局部变量LastValue，进入子程序，判断到有键被按下时，如果其键值Value与上次保留的变量LastValue一致，则说明手没有松开，退出子程序。只要手一松开，进入子程序时，读到的没有键被按下的键值Value就复制给LastValue，下次即使按下的键与上次按下的键相同，也会进入软件延迟消抖动。
图2 按键识别扫描子程序流程改进版1
如果要继续改进图2程序流程，使其更加完美的话，就是延迟10ms部分，不要采用循环等待的方法，而是用定时器/计数器实现。图3是改进版2的流程，在键盘处理子程序中设计一个状态机，子程序有4个状态，系统初始化时为1态：等待键盘被按下。进入键盘处理程序后，可以做到“快出”，软件延迟消抖动和等待按键释放都不占用系统时间。
图3 按键识别扫描子程序流程改进版2
★温馨提示：本部分内容选自《单片机学习与实践教程》，朱向庆编著，北京邮电大学出版社，2018年出版，引用请注明出处。
AD键盘
现在很多单片机片内集成高速的模数转换器（ADC），如果需要的按键数量不多时，只需使用1个AD引脚就可以扩展若干个按键。
图1为6个电阻串联分压按键键盘，无键被按下时，AD引脚通过R1电阻接VDD，AD转换值为最大值max；S1被按下时，AD引脚接地，AD转换值为0；S2被按下时，电阻R2下端接地，AD引脚电压是R2上分得的电压0.5VDD，AD转换值为0.5max；其他按键被按下时的理论值如此类推。设置的判决门限为各按键值之间的中点，如图1中虚线所示，AD值在0~0.25max之间判决为S1被按下，在0.25max~7/12max之间判决为S2被按键，其他如此类推。
图1中各电阻阻值相等，造成分压不均匀，判决区间长度不一，有的相对过小，可能造成串键。为了改善图1，可以合理设置R1~R6的比例，使得各判决区间长度差距不要过大；但不建议采用可调电阻，因为使用时间久了后，可调电阻的阻值可能会变化。扩展的按键数量要控制好，按键数量多了，会使得判决区间长度减小，有可能造成串键。
图1 电阻分压式AD键盘
实际应用中，也可采用图2所示电路，用特性一致的开关二极管1N4148取代分压电阻。图2扩展出7个按键，各按键被按下时，AD引脚产生的电压分布均匀，有利于判决。
图2 二极管分压式AD键盘
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不外接芯片扩展键盘的方法
实际应用中，如果需要扩展的键盘数量比较多，可以采用并入串出芯片74HC165、CD4014等芯片，扩展输入接口。购置芯片会引起产品采购成本的上升，同时会增加PCB板的面积，增加电子产品的功耗，对于要严格控制各种成本，“锱铢必较”的生产厂家而言并非最优选择。下文介绍一种构思巧妙，不须外接任何I/O口扩展芯片进行键盘扩展的方法。
以5个I/O为例，通常能够想到的，就是每个I/O口外接1个独立按键，或者设计如图1所示的3×2矩阵键盘，扩展6个独立按键。
图1 3×2矩阵键盘
图1能否再进行改进呢？如图2所示，直接在行引脚P2.0~P2.4增加5个独立按键，可将按键数量扩展到11个。注意，此时P2.0~P2.2各要增加以1个上拉电阻。扫描时，先往P2.0~P2.4写5个“1”，再读P2.0~P2.4，判断5个独立按键是否被按下；若5个独立按键都没有被按下，接着再用上文介绍的矩阵键盘扫描方法，对3×2矩阵键盘进行扫描。由此可见，独立按键与矩阵键盘可以共存，互不影响。
图2 3×2矩阵键盘加5个独立按键
图3是一种构思巧妙的三角形键盘，5个I/O可以扩展出10个按键。这种键盘的识别，可以采用行扫描方法：①先扫第1行，往P2.0~P2.4写“01111”，再读P2.1~P2.4，即可判断出K11~K14是否被按下；②若第1行无键被按键，接着扫描第2行，往P2.1~P2.4写“0111”，再读P2.2~P2.4（此时不用再去读P2.0，判读第1行），即可判断出K21~K23是否被按下；③若第2行无键被按键，继续扫描第3行，往P2.2~P2.4写“011”，再读P2.3和P2.4（此时不用再去读P2.0和P2.1，判读第1、2行），即可判断出K31和K32是否被按下；④若第3行无键被按键，最后扫描第4行，往P2.3和P2.4写“01”，再读P2.4（此时不用再去读P2.0~P2.2，判读第1~3行），即可判断出K41是否被按下。
图3 三角形键盘
别小看图3的三角形键盘，在不扩展独立按键的情况下，它只比图2少1个按键而已。再研究一下图3键盘的扫描方法，在P2.0送“0”时，用其他4个I/O口识别K11~K14，全部I/O都被充分利用。在P2.1送“0”时，用P2.2~P2.4这3个I/O口识别K21~K23，此时P2.0引脚闲置，没有被充分利用。能否在P2.1引脚再增加一个按键，让P2.1送“0”时，由P2.0进行识别？同样的想法，在P2.2~P2.4行分别增加2~4个按键，是否可以？据此，画出图4，每一行都有4个按键，全部I/O口都被充分利用！
但图4电路存在缺陷，例如，扫描第1行，往P2.0送“0”时，如果K14a和K14b有一个被按下，P2.1读到的数据都是“0”，但程序没法判断出K14a和K14b到底哪个键被按下。可见，不管扫描哪行，都没法判断对称的a、b按键中哪个键被按下。
图4 对称三角形键盘1
有什么方法可以将对称按键分开呢？图5增加了5个单向导电性器件——二极管（假设其材料是硅），巧妙地解决了这个问题。
例如，扫描第1行，往P2.0送“0”时，如果K14a被按下，P2.1引脚的电压是0.7V，读引脚后判为“0”；如果K14b被按下而”时，如果K14a弹起，P2.1引脚电压是5V，读引脚后判为“1”。那程序如何识别出K1b是否被按下呢？扫描第2行时，往P2.1送“0”时，如果K14b被按下，P2.0引脚的电压是0.7V，读引脚后判为“0”；如果K14a被按下而K14b弹起，P2.0引脚的电压是5V，读引脚后判为“1”。由此可见，增加了二极管，可以正确判断对称的a、b按键中哪个键被按下。
图5 对称三角形键盘2
图5是不是最多的，还能否再扩展？受图2的启发，将5个I/O口对地再接5个独立按键K51~K55，此时，可以扩展出25个按键。扫描时，先往P2.0~P2.4写“11111”，再读P2.0~P2.4，只要读到“0”，即可判断出哪个独立按键被按下；如果读进的数据全“1”，说明5个独立按键都没有被按下，接着再用上述介绍的方法扫描对称三角形键盘。
图6 对称三角形键盘增强型
综上所述，n个I/O口，只要增加n个二极管，即可扩展出n×（n-1）+n=n2个按键。不增加二极管，最多可以扩展出[n×（n-1）/2]+n个独立按键。最先设计出此电路的，是美国的一个工程师，他还申请了该电路的专利。
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