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1 引言 鍵盤越來越廣泛地應用于嵌入式系統中。不同的應用領域鍵盤掃描方式的設計也各不相同，一般有以下=三種：①軟件方法來實現對鍵盤的掃描。②采用專用芯片實現對鍵盤的掃描。這是嵌入式系統中設計鍵盤普遍使用的方法。常用的鍵盤控制芯片有zl97289A等。這些芯片的內部集成了鍵盤的驅動電路。配合一定的軟件設計即可使用。③與方式②相仿，由于按鍵的狀態變化體現在電平高低的變化，因此通過I/O口模擬鍵盤的驅動信號也可實現鍵盤的控制。 隨著芯片技術的發展，處理器內部的資源越來越豐富。如韓國三星半導體公司的32位ARM處理器S3C44BOX芯片．其內部集成了外部存儲器控制器、LCD控制器、4個DMA通道、2通道異步UART單元、1個同步串行口(SIO)，1個多主I2C總線控制器、1個I2S總線控制器。5通道PWM定時器及1個內部定時器、71個通用I/O、8個外部中斷源、實時時鐘、8通道10位ADC等。由于其內部豐富的I/O口及I/O口擴展，可以通過S3C44BOX的I/O 口模擬鍵盤的驅動信號實現鍵盤的控制。 2 鍵盤工作原理 嵌入式系統中應用較多的為矩陣鍵盤．現以4x4的矩陣鍵盤為例，說明其下作原理。，4x4行、列結構的16按鍵矩陣鍵盤由行線和列線組成。按鍵位于其行列的交叉點上。結構圖如圖1所示。要與4x4的矩陣鍵盤接口，最多需要16根口線，為節省口線。在此選擇“鍵盤循環掃描”方法來檢測鍵盤．采用此方法只需8根口線。 按鍵設置在行、列交叉點上，行、列分別連接到按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。平時無按鍵動作時．行線電平狀態將由通過此按鍵的列線電平決定：列線電平如果為低．行線電平為低；列線電平如果為高，則行線電平亦為高。因各按鍵之間相互發生影響，所以必須將行、列線信號配合起來并作適當的處理，才能確定閉合鍵的位置。 
圖1 矩陣式鍵盤結構 矩陣鍵盤循環掃描的識別方法，分兩步進行：①識別鍵盤哪一行的鍵被按下。讓所有列線均為低電平，檢杳各行線電平是否為低。如果有行線為低，則說明該行有鍵被按下，否則說明無鍵被按下。②如果某行有鍵被按下。識別鍵盤哪一列的鍵被按下(亦稱之為掃描法)。逐列置低電平，并置其余各列為高電平，檢查各行線電平的變化。如果行電平變為低電平．則可確定此行此列交叉點處按鍵被按下。 3 S3C44BOX與鍵盤硬件接口電路 S3C44BOX核心ARM板具有71個多功能輸入/輸出腳，包含在以下7組端口中：1個lO位輸出端口 A、1個11位輸出端口B、1個16位輸入/輸出端口c、2個8位輸入/輸出端口D和G、2個9位輸入/輸出端口E和F。從端口A～G的功能描述看出．在一般的應用中，PA作為地址線使用；PB作為板塊bank選擇線和SDRAM的接口線使用；PC可以作為數據線、I2S接口、或LCD數據線等使用；在系統具備LCD的情況下，PD主要作為LCD的信號線使用；PE可以作為串口信號線和定時器輸出使用；PF和PG則是多功能I/O口。在ARMsys平臺中，很多端口線已被指定了一定的作用，例如PA，PB，PC，PD等；再者PF口集中分布在芯片右側引腳上，便于硬件連接。因此，在此選取PF口作為檢測鍵盤端口，并設定PF0～PF3為輸出掃描碼的端口，PF4～PF7為鍵值讀入口。 4 系統的軟件設計 鍵盤的掃描程序采用C語言編寫。主要由三個部分組成：與S3C44BOX硬件有關的初始化程序、應用主程序、讀鍵子程序。在編寫與S3C44BOX硬件有關的初始化程序時主要是對S3C44BOX內部各寄存器進行初始化．首先通過設置PCONF(端口配置)寄存器，來實現端口功能配置。然后再分別設置PDATF(端口數據)及PUPF(端口上拉設置)寄存器。初始化設置程序如下： //設置PF0～3為輸出口(列線)，PF4～7位輸入口 rfPCONF = Ox55： //設置PF0～3作為輸出口輸出掃描碼 rPDATF = 0xf0；//PFO～3全寫入0 //設置PF4～7作為輸入口讀入鍵值 Keyvalue = (rPDATF&Oxf0)>>4； //設置內部上拉電阻 rPUPF = OxOO．//使能PFO～7的內部上拉電阻 主程序以一定的時間間隔反復調用讀鍵字程序．從而實時響應鍵入。主、子程序流程圖如圖2、3所示。
圖2 主程序流程圖
圖3 掃描按鍵子程序流程圖 子程序中定義了鍵值表格、掃描碼數組，程序如下： const char Keyboard[4][4]= { {'7','8','9','/'}, {'4','5','6','*'} {'1','2','3','-'} {'0','.','+','='} } 掃描碼數組為scanvalue[4]={0xfe，0xfd，0xfb，0xf7} 5 結束語 鍵盤已成為現代嵌入式設備人機交互的首選輸入設備。本文介紹了鍵盤循環掃描的工作原理，以三星公司ARM7內核芯片S3C44BOX為基礎．完成了鍵盤的軟硬件設計，實踐證明系統是穩定的、可靠的。 本文作者的創新點是：以ARM內核芯片S3CA4BOX為基礎．實現嵌入式設備的輸入功能，此系統具有擴展性好、用戶界面友好。外圍電路簡單，可靠性高的特點，其硬件接口采用插板的形式，結構簡單、易于裝卸，方便系統集成和維護。 作者：余貴水 來源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第7-2期 |
