具备功能分区的单片机矩阵键盘的制作方法

本实用新型涉及一种单片机键盘，特别是涉及一种采用少量I/O端口驱动多按键的具有功能分区的键盘。

背景技术：

在单片机开发中，键盘的使用非常广泛。当键盘中按键数量较多时，为了节约单片机I/O端口，通常将按键排列成矩阵。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。现有技术中的4×4矩阵按键一般采用8个I/O口驱动，即便如此依旧会过多的占用单片机宝贵的I/O端口资源。另外，现有技术中的矩阵按键在布局上多采用四行四列排布，没有明显的功能分区，不利于操作者快速上手。同时，现有技术中矩阵式键盘的按键检测方法也比较复杂，会耗费较多的单片机运行资源，增加系统软件复杂度和开发难度。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出一种具备功能分区的单片机矩阵键盘的技术方案，并通过以下技术方案实现。

本实用新型提供一种具备功能分区的单片机矩阵键盘，包括STM8S003微控制器U1、以及按键K1~K16；所述U1的第9脚在连接电源正极的同时串联滤波电容C1接地，U1的第7脚和第8脚均连接电源GND，U1的第4脚在串联电容C2连接电源正极的同时串联电阻R1接地，U1的第5脚和第6脚之间串联外部晶振Y1，所述Y1的两个引脚分别串联电容C3、C4接地，U1的第2脚连接主单片机系统串口的RXD；U1的第18脚同时连接所述按键K1、K5、K9、K13的一端，U1的第13脚同时连接按键K1、K5、K9、K13的另一端；U1的第19脚同时连接所述按键K2、K6、K10、K14的一端，U1的第14脚同时连接按键K2、K6、K10、K14的另一端；U1的第20脚同时连接所述按键K3、K7、K11、K15的一端；U1的第15脚同时连接按键K3、K7、K11、K15的另一端；U1的第1脚同时连接所述按键K4、K8、K12、K16的一端；U1的第16脚同时连接按键K4、K8、K12、K16的另一端；U1的第13、14、15、16脚分别串联上拉电阻R2、R3、R4、R5连接电源正极。

为了节约主单片机系统I/O资源，实现较少I/O检测较多按键的目的，本实用新型采用增加一片STM8S003微控制器的方式，用该芯片驱动4×4矩阵键盘，只需1个I/O口就能检测16个按键的功能，大大节约了主单片机系统I/O资源；并且实用新型的按键扫描方式变为中断触发方式，当有按键按下时才通过串口输出相应键码，不需要主单片机系统执行耗时的按键扫描任务，节约了主单片机系统资源，降低了开发难度。

本实用新型还可以通过以下技术方案进一步优化。

优选的，所述电源的电压为3.3伏；所述C1、C2、C3、C4的容值分别为0.1微法、0.1微法、20皮法、20皮法；所述R1、R2、R3、R4、R5的阻值均为4.7千欧；所述Y1的频率为8兆赫。

优选的，所述按键K1~K16按位置不同分为数字键区和功能键区。

优选的，所述数字键区和功能键区中的一个键区位于键盘的左部、另一个键区位于键盘的右部。

优选的，所述数字键区和功能键区中的一个键区位于键盘的上部、另一个键区位于键盘的下部。

优选的，所述按键K1~K16中的10个按键分别用于输入数字0~9中的一个数字；按键K1~K16中的另外6个按键分别用于输入向上指令、向下指令、向左指令、向右指令、确认指令、返回指令中的一个指令。

优选的，所述用于输入数字1~9的9个按键呈三行三列矩阵分布，用于输入数字0的按键位于所述三行三列矩阵的正下方或右下方。

优选的，所述用于输入向上指令、向下指令、向左指令、向右指令的四个按键呈十字形分布，所述用于输入确认指令、返回指令的两个按键分别位于所述十字形的下方的两侧。

与现有技术相比，本实用新型的具备功能分区的单片机矩阵键盘至少具有以下有益效果：

1、只需1个I/O口就能检测16个按键的功能，大大节约了主单片机系统I/O资源；

2、按键扫描方式改为中断触发方式，当有按键按下时才通过串口输出相应键码，不需要主单片机系统执行耗时的按键扫描任务，节省主单片机系统资源，降低开发难度；

3、采用功能分区布局，使原本在逻辑上没有区别的4×4按键具备直观的不同功能划分，在使用上更加符合用户习惯、更加人性化，执行具体操作时也更加直观方便。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的电路结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的按键分区示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的说明

实施例：

如图1所示，本实施例的具备功能分区的单片机矩阵键盘，包括STM8S003微控制器U1、以及按键K1~K16。所述U1的第9脚在连接电源正极的同时串联滤波电容C1接地，U1的第7脚和第8脚均连接电源GND。U1的第4脚在串联电容C2连接电源正极的同时串联电阻R1接地，电容C2和电阻R1构成复位电路，起到上电自动复位作用。U1的第5脚和第6脚之间串联外部晶振Y1，所述Y1的两个引脚分别串联电容C3、C4接地，电容C3、C4起协助起振与稳定振荡的作用。U1的第2脚为串口的TXD引脚，其连接主单片机系统串口的RXD。

U1的第18脚同时连接所述按键K1、K5、K9、K13的一端，作为检测信号输出端KeyOut1；

U1的第13脚同时连接按键K1、K5、K9、K13的另一端，作为按键信号输入端KeyIn1。

U1的第19脚同时连接所述按键K2、K6、K10、K14的一端，作为检测信号输出端KeyOut2；U1的第14脚同时连接按键K2、K6、K10、K14的另一端，作为按键信号输入端KeyIn2。

U1的第20脚同时连接所述按键K3、K7、K11、K15的一端，作为检测信号输出端KeyOut3；U1的第15脚同时连接按键K3、K7、K11、K15的另一端，作为按键信号输入端KeyIn3。

U1的第1脚同时连接所述按键K4、K8、K12、K16的一端，作为检测信号输出端KeyOut4；U1的第16脚同时连接按键K4、K8、K12、K16的另一端，作为按键信号输入端KeyIn4。

U1的第13、14、15、16脚分别串联上拉电阻R2、R3、R4、R5连接电源正极。所述电源的电压为3.3伏；所述C1、C2、C3、C4的容值分别为0.1微法、0.1微法、20皮法、20皮法；所述R1、R2、R3、R4、R5的阻值均为4.7千欧；所述Y1的频率为8兆赫。

如图1和图2所示，所述按键K1~K16按位置不同分为数字键区和功能键区，所述数字键区位于键盘的左部，所述功能键区位于键盘的右部。所述按键K13、K1、K2、K3、K5、K6、K7、K9、K10、K11分别用于输入数字0~9，K1、K2、K3、K5、K6、K7、K9、K10、K11呈三行三列矩阵分布，K13位于所述三行三列矩阵的右下方；按键K4、K15、K8、K12、K14、K16分别用于输入向上指令、向下指令、向左指令、向右指令、确认指令、返回指令，K4、K15、K8、K12呈十字形分布，K14、K16分别位于所述十字形的下方的两侧。

具体运行原理如下：

STM8S003微控制器U1代替主单片机系统扫描检测矩阵按键，首先KeyOut1 输出低电平，KeyOut2、KeyOut3、KeyOut4输出高电平，然后U1检测按键K1、K5、K9、K13所在的KeyIn1、KeyIn2、KeyIn3、KeyIn4对应的I/O口是否出现低电平信号，如果检测到低电平，就可以根据行列定位判断具体是哪个按键按下。同理依次KeyOut2 输出低电平，KeyOut1、KeyOut3、KeyOut4输出高电平；然后U1检测按键K2、K6、K10、K14所在的KeyIn1、KeyIn2、KeyIn3、KeyIn4 对应的I/O口是否出现低电平信号；KeyOut3 输出低电平，KeyOut1、KeyOut2、KeyOut4输出高电平，然后U1检测按键K3、K7、K11、K15所在的KeyIn1、KeyIn2、KeyIn3、KeyIn4对应的I/O口是否出现低电平信号；KeyOut4 输出低电平，KeyOut1、KeyOut2、KeyOut3输出高电平，然后U1检测按键K4、K8、K12、K16所在的KeyIn1、KeyIn2、KeyIn3、KeyIn4对应的I/O口出现低电平信号。如此循环便可以将全部按键扫描一遍。U1根据每次扫描的结果，将具体的按键键码通过串口的TXD引脚发送到主单片机系统的接收端口，主单片机系统便可以通过串口中断检测到发送的按键键码，从而可以方便快捷的执行特定程序。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请实质相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。