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[分享] 绝妙单片机扫键法,5个IO口扫25个按键!(含图含代码及解释)

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发表于 2015-1-4 16:02:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 fzwwj95 于 2015-1-4 21:37 编辑

  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5IO口,能扫多少键?有人说是2*36个,如图一:

图一

图一
图一
对,大部分技术参考书都这么做,我们也经常这样做:用3IO口作行扫描,2IO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)。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011101110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,5IO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:

图二

图二

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg
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。5IO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:

图三

图三

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.jpg
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IO3IO4IO5,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:
4.png
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K11K11’键都能被IO2检测到,但IO2检测却无法区别K11K11’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!

图五

图五

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5IO口对地衍生的5个键。看图六:
6.png
图六
25个键!5IO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IO1IO1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!


C语言核心算法:
unsignedchar Trg;

unsignedchar Cont;

voidKeyRead( void )

{

   unsigned char ReadData = PINB^0xff;      // 1

   Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont);      // 2

   Cont = ReadData;                        // 3

}


完了。有没有一种不可思议的感觉?当然,没有想懂之前会那样,想懂之后就会惊叹于这算法的精妙!!


下面是程序解释

Trg(triger) 代表的是触发,Cont(continue)代表的是连续按下。

1:读PORTB的端口数据,取反,然后送到ReadData 临时变量里面保存起来。

2:算法1,用来计算触发变量的。一个位与操作,一个异或操作,我想学过C语言都应该懂吧?Trg为全局变量,其它程序可以直接引用。

3:算法2,用来计算连续变量。

乐于分享,勇于质疑!
发表于 2015-1-4 20:36:14 | 显示全部楼层
5个IO口扫出25个键,强悍呀。果断加精!
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发表于 2015-1-10 13:26:44 | 显示全部楼层
在美国,这是要收专利费得
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发表于 2015-1-13 20:16:09 | 显示全部楼层
楼主有没有具体代码,分享给大家学习学习
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 楼主| 发表于 2015-1-13 22:00:49 | 显示全部楼层
又一个暑假 发表于 2015-1-13 20:16
楼主有没有具体代码,分享给大家学习学习

C语言核心算法:
unsignedchar Trg;

unsignedchar Cont;

voidKeyRead( void )

{

   unsigned char ReadData = PINB^0xff;      // 1

   Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont);      // 2

   Cont = ReadData;                        // 3

}


完了。有没有一种不可思议的感觉?当然,没有想懂之前会那样,想懂之后就会惊叹于这算法的精妙!!


下面是程序解释:

Trg(triger) 代表的是触发,Cont(continue)代表的是连续按下。

1:读PORTB的端口数据,取反,然后送到ReadData 临时变量里面保存起来。

2:算法1,用来计算触发变量的。一个位与操作,一个异或操作,我想学过C语言都应该懂吧?Trg为全局变量,其它程序可以直接引用。

3:算法2,用来计算连续变量。
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发表于 2015-1-14 17:23:19 | 显示全部楼层
呵呵,这几行代码我在其它论坛看过很多次,没人解释清楚过,你读懂了吗?
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发表于 2015-1-23 15:37:09 | 显示全部楼层
(1)没有按键的时候
端口为0xff,ReadData读端口并且取反,很显然,就是 0x00 了。
Trg  = ReadData & (ReadData ^ Cont); (初始状态下,Cont也是为0的)很简单的数学计算,因为ReadData为0,则它和任何数“相与”,结果也是为0的。
Cont = ReadData; 保存Cont 其实就是等于ReadData,为0;
结果就是:
ReadData = 0;
Trg  = 0;
Cont = 0;

(2)第一次PB0按下的情况
端口数据为0xfe,ReadData读端口并且取反,很显然,就是 0x01 了。
Trg  = ReadData & (ReadData ^ Cont);  因为这是第一次按下,所以Cont是上次的值,应为为0。那么这个式子的值也不难算,也就是 Trg  =  0x01 & (0x01^0x00) = 0x01
Cont = ReadData = 0x01;
结果就是:
ReadData = 0x01;
Trg  = 0x01;Trg只会在这个时候对应位的值为1,其它时候都为0
Cont = 0x01;

(3)PB0按着不松(长按键)的情况
端口数据为0xfe,ReadData读端口并且取反是 0x01 了。
Trg  = ReadData & (ReadData ^ Cont);  因为这是连续按下,所以Cont是上次的值,应为为0x01。那么这个式子就变成了 Trg  =  0x01 & (0x01^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x01;
结果就是:
ReadData = 0x01;
Trg  = 0x00;
Cont = 0x01;
因为现在按键是长按着,所以MCU会每个一定时间(20ms左右)不断的执行这个函数,那么下次执行的时候情况会是怎么样的呢?
ReadData = 0x01;这个不会变,因为按键没有松开
Trg  = ReadData & (ReadData ^ Cont) = 0x01 & (0x01 ^ 0x01)  =  0 ,只要按键没有松开,这个Trg值永远为 0 !!!
Cont = 0x01;只要按键没有松开,这个值永远是0x01!!

(4)按键松开的情况
端口数据为0xff,ReadData读端口并且取反是 0x00 了。
Trg  = ReadData & (ReadData ^ Cont)  =  0x00 & (0x00^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x00;
结果就是:
ReadData = 0x00;
Trg  = 0x00;
Cont = 0x00;

很显然,这个回到了初始状态,也就是没有按键按下的状态。
总结一下,不知道想懂了没有?其实很简单,答案如下:
Trg 表示的就是触发的意思,也就是跳变,只要有按键按下(电平从1到0的跳变),那么Trg在对应按键的位上面会置一,我们用了PB0则Trg的值为0x01,类似,如果我们PB7按下的话,Trg 的值就应该为 0x80 ,这个很好理解,还有,最关键的地方,Trg 的值每次按下只会出现一次,然后立刻被清除,完全不需要人工去干预。所以按键功能处理程序不会重复执行,省下了一大堆的条件判断,这个可是精粹哦!
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发表于 2015-1-24 16:41:27 | 显示全部楼层
学习了,果然厉害,佩服啊
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