单片机按键扩展

单片机在各种领域运用相当广泛，而作为人机交流的按键设计也有很多种。不同的设计方法，有着不同的优缺点。而又由于单片机I/O资源有限，如何用最少的I/O口扩展更多的按键是我所研究的问题。接下来我给大家展示几种自己觉得比较好的按键扩展方案，大家可以在以后的单片机电路设计中灵活运用。

1）、第一种是最为常见的，也就是一个I/O口对应一个按钮开关。

这种方案是一对一的，一个I/O口对应一个按键。这里P00到P04，都外接了一个上拉电阻，在没有开关按下的时候，是高电平，一旦有按键按下，就被拉成低电平。这种方案优点是电路简单可靠，程序设计也很简单。缺点是占用I/O资源多。如果单片机资源够多，不紧缺，推荐使用这种方案。

2）、第二种方案也比较常见，但是比第一种的资源利用率要高，硬件电路也不复杂。

这是一种矩阵式键盘，用8个I/O控制了16个按钮开关，优点显而易见。当然这种电路的程序设计相对也还是很简单的。由P00到P03循环输出低电平，然后检测P04到P07的状态。比方说这里P00到P03口输出1000，然后检测P04到P07，如果P04为1则说明按下的键为s1，如果P05为1则说明按下的是s2等等。为了电路的可靠，也可以和第一种方案一样加上上拉电阻。

3）、第三种是我自己搞的一种方案，可以使用4个I/O控制8个按键，电路多了一些二极管，稍微复杂了一点。

这个电路的原理很简单，就是利用二极管的单向导电性。也是和上面的方案一样，程序需要采用轮训的方法。比方说，先置P00到P03都为低电平，然后把P00置为高电平，接着查询P02和P03的状态，如果P02为高则说明按下的是s5，若P03为高则说明按下的是s6，然后再让P00为低，P01为高，同样检测P02和P03的状态。接下来分别让P02和P03为高，其他为低，分别检测P00和P01的状态，然后再做判断。这种方案的程序其实也不难。

4）这是我在一本书上看到的，感觉设计的非常巧妙，同样它也用到了二极管，不过比我的上一种方案的I/O利用率更高，他用4个I/O口控制了12个按键。我相信你了解了之后也会惊奇的。

    首先好好品味一下这个方案吧，想想怎么来识别按键呢！

首先，我们让P00到P03全输出高电平。如果这个时候从P00到P03的任意一个端口检测到低电平，很容易知道是按下了那个键，肯定是s13到s16的其中一个。如果没有检测到信号，就进行下一次的检测，让P01到P03为高电平，P00为低电平，然后检测P01到P03的状态。如果P01为低，则按下的是s1,；P02为低，则按下的是s2；P03为低，则按下的是s3。

然后再让P00，P02，P03为高电平，P01为低电平。同理用上面的方法可以检测出按下的那个按键。（部分程序源代码会在后面贴出来,阅读代码可以更好理解电路）

5）、接下来这种方案则更为强大。不过需要用到一个A/D转换器（有的单片机集成有A/D转换器，则更为方便）。如果A/D转化器的分辨率为n位，理论上是可以扩展2^n（2的n次方）个按键。

    这是一种接AD转化器的方案，有两种：第一种是并联式；第二种是串联式。在功能上也有些不同。第一种的话各个电阻值各不相同，当按下不同按键时，进入AD的模拟量是不一样的，通过AD转换，就可以得到按下的是哪个按键。方式一还可以同时识别多个按键，即可以设置组合键，只要电阻取得合适。
方式二各个电阻可以取一样的，方便计算，但是不能有组合按键。因为当按下上面的按键后，下面所有按键都会被短路。（在实际运用中，还需要接地，这里没有画出） 。前面说理论上可以扩展2^n个按键，这只是理论，因为这里电阻的精度有限，所以实际是不可能的，两个模拟量之间要有足够大的差值，程序才可能准确的分辨。

上面就是我介绍的五种按键扩展方案，后面几种比较另类，不过也有他们的优点。以上电路我都仿真过，可以实现。

附方案4键盘扫描源代码：

sbit line_1=P0.1;

sbit line_2=P0.2;

sbit line_3=P0.3;

sbit line_4=P0.4

char key=0;  

void key_scan()
{
    line_1=line_2=line_3=line_4=1;
        if(~(line_1&&line_2&&line_3&&line_4))
     {
        if(line_1==0) {key=13;return;}
        if(line_2==0) {key=14; return;}
        if(line_3==0) {key=15;return;}
        if(line_4==0) {key=16; return;}
     }
      
    line_2=line_3=line_4=1;
    line_1=0;
        if(~(line_2&&line_3&&line_4))
     { 
            delay();
            if(line_2==0) {key=1;return;}
            if(line_3==0) {key=2;return;}
            if(line_4==0) {key=3;return;}
     }
    line_1=line_3=line_4=1;
    line_2=0;
        if(~(line_1&&line_3&&line_4))
     { 
            delay();
            if(line_3==0) {key=5;return;}
            if(line_4==0) {key=6;return;}
     }
    line_1=line_2=line_4=1;
    line_3=0;
        if(~(line_2&&line_1&&line_4))
     { 
            delay();
            if(line_4==0) {key=9;return;}
     }
    line_4=0;
    line_1=line_2=line_3=1;
        if(~(line_2&&line_3&&line_1))
     { 
            delay();
            if(line_1==0) {key=10;return;}
            if(line_2==0) {key=11;return;}
            if(line_3==0) {key=12;return;}
     }
    line_3=0;
    line_1=line_2=line_4=1;
        if(~(line_2&&line_3&&line_4))
     { 
            delay();
            if(line_1==0) {key=7;return; }
            if(line_2==0) {key=8;return; }
     }
    line_2=0;
    line_1=line_3=line_4=1;
        if(~(line_2&&line_3&&line_4))
     { 
            delay();
            if(line_1==0) {key=4;return; }
     }
    return;
}

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