5个IO口最多能扫描多少个按键?(转)

左耳

简介：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 ...
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：


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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：


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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：


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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：


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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！


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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：


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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！

示例代码如下（出自孩儿们之手哈）：

硬件描述：
键盘连接说明；
IO1 PC1
IO2 PC2
IO3 PC3
IO4 PC4
IO5 PC5

核心函数：

/***********************************************************
* 函数说明：五个端口扫描25个键盘的函数 *
* 输入： 无 *
* 输出： 键盘编号 *
* 调用函数：无 *
***********************************************************/
UINT8 _25Key_Scan(void)
{
UINT8 i = 0,Key_Num = 0;
//扫描最下面一行开关
DDRC |= BIT(PC1)|BIT(PC2)|BIT(PC3)|BIT(PC4)|BIT(PC5);
PORTC |= BIT(PC1)|BIT(PC2)|BIT(PC3)|BIT(PC4)|BIT(PC5);
NOP();
NOP();
for(i = 1; i <= 5; i++)
{
if(!(PINC & BIT(i))) //PCi=0
{
Key_Num = i+20;
return Key_Num;
}
}
//扫描第一行开关
DDRC |= BIT(PC1); //PC1 输出
PORTC &= ~BIT(PC1); //PC1=0
DDRC &= ~(BIT(PC2)|BIT(PC3)|BIT(PC4)|BIT(PC5)); //PC2-PC5 输入
PORTC |= BIT(PC2)|BIT(PC3)|BIT(PC4)|BIT(PC5); //PC2~PC5=1
NOP();
NOP();
for(i = 2; i <=5; i++)
{
if(!((PINC & BIT(i))))
{
Key_Num = i-1;
return Key_Num;
}
}

//扫描第二行开关
DDRC |= BIT(PC2); //PC2 输出
PORTC &= ~BIT(PC2); //PC2=0
DDRC &= ~(BIT(PC1)|BIT(PC3)|BIT(PC4)|BIT(PC5)); //PC1、PC3-PC5 输入
PORTC |= BIT(PC1)|BIT(PC3)|BIT(PC4)|BIT(PC5); //PC1、PC3~PC5=1

if(!(PINC & BIT(1)))
{
Key_Num = 5;
return Key_Num;
}
else
{
for(i = 3; i <= 5; i++)
{
if(!(PINC & BIT(i)))
{
Key_Num = i+3;
return Key_Num;
}
}
}

//扫描第三行开关
DDRC |= BIT(PC3); //PC3 输出
PORTC &= ~BIT(PC3); //PC2=0
DDRC &= ~(BIT(PC1)|BIT(PC2)|BIT(PC4)|BIT(PC5)); //PC1、PC2、PC4、PC5 输入
PORTC |= BIT(PC1)|BIT(PC2)|BIT(PC4)|BIT(PC5); //PC1、PC2、PC4、PC5=1

if(!(PINC & BIT(1)))
{
Key_Num = 9;
return Key_Num;
}
else if(!(PINC & BIT(2)))
{
Key_Num = 10;
return Key_Num;
}
else if(!(PINC & BIT(4)))
{
Key_Num = 11;
return Key_Num;
}
else if(!(PINC & BIT(5)))
{
Key_Num = 12;
return Key_Num;
}

//扫描第四行开关
DDRC |= BIT(PC4); //PC4 输出
PORTC &= ~BIT(PC4); //PC4=0
DDRC &= ~(BIT(PC1)|BIT(PC2)|BIT(PC3)|BIT(PC5)); //PC1~PC3、PC5 输入
PORTC |= BIT(PC1)|BIT(PC2)|BIT(PC3)|BIT(PC5); //PC1~PC3、PC5=1
for(i = 1; i <= 3; i++)
{
if(!(PINC & BIT(i)))
{
Key_Num = i+12;
return Key_Num;
}
}
if(!(PINC & BIT(5)))
{
Key_Num = 16;
return Key_Num;
}

//扫描第五行开关
DDRC |= BIT(PC5); //PC5 输出
PORTC &= ~BIT(PC5); //PC5=0
DDRC &= ~(BIT(PC1)|BIT(PC2)|BIT(PC3)|BIT(PC4)); //PC1-PC4 输入
PORTC |= BIT(PC1)|BIT(PC2)|BIT(PC3)|BIT(PC4); //PC1~PC4=1

for(i = 1; i <= 4; i++)
{
if(!(PINC & BIT(i)))
{
Key_Num = i+16;
return Key_Num;
}
}
return Key_Num;
//循环的方法实现使用的是PORTD口
/*
uint8 i = 0, j =0;
DDRD = 0;
PORTD = 0xff;
for(i = 0; i< 5; i++)
{
if(!(PIND&BIT(i)))
{
return i+1;
}
}
for(i = 0; i < 5; i++)
{
DDRD = BIT(i);
PORTD = ~BIT(i);
for(j = 0; j < 5; j++)
{
if((!(PIND&BIT(j)))&&(j != i))
{
if(j>=i)return i*4+j+5;
return i*4+j+6;
}
}

}
return 0;*/
}


根据最新成果，如果只考虑单个按键被按下的情况，键盘已经可以扩展为25 + 5 * （4 * 3 / 2） = 25 + 30 = 55个按键了……
实现这种方法的原理其实很简单。
假设，我们考虑如何解决K11和K12同时被按下的解决方案，此时，只需要：
1、将IO1设置为输入并开启上蜡电阻
2、将IO2设置为输出高电平，将其余IO设置为输出低电平
3、检测IO1的电平来判断K11是否被按下
4、将IO3设置为输出高电平，将其余IO设置为输出低电平
5、检测IO1的电平来判断K12是否被按下
这样就可以单独区别K11和K12了。
继续考虑，当K11和K12同时被按下时，相当于IO2和IO3被短路，如果在IO2和IO3之间增加一个用于短路的按键，就可以扩展一个按键了
如果在IO0为输入状态下，剩下的4个引脚任意选择2个引脚增加短路按键，则可以扩展出C4选2个按键也就是 （4 * 3）/（2 * 1）共6个按钮。考虑还可以从5个IO中每次任选一个座位输入，则一共有C5选1种也就是5 / 1个按钮。
这样在原有25基础上可以继续扩出30个按键了。