按键板的原理和实现--基于GPIO的按键板

上篇介绍简单的ADC实现，需要IC提供一个额外的ADC。但出于IC成本的考虑，无法提供这个的ADC时，但提供了多个额外的GPIO（General Purpose Input Output：双向的：可以为输入/输出，只有两个状态High/Low），就可以使用本篇的实现方法了。

    基于GPIO的按键板
    基于GPIO的按键板实现，需要提供额外的GPIO口供使用。GPIO口足够多的话可以一个按键对应一个GPIO，不够多的时候可以使用矩阵扫描方式实现，若可供使用的GPIO连矩阵扫描方式都不满足，还可以增加二极管来进一步扩展成2个GPIO实现6个按键，本节将简单介绍这些方法。另外还可以通过扩展GPIO的方法来实现，将在下一篇幅中专门介绍。

嵌入式开发中，GPIO是最常用的控制接口，普通GPIO只具有High/Low两个状态，我们可以对其进行Read/Write操作。

   1：足够多的GPIO供使用
    则每个按键对应一个GPIO口，电路设计可以保证：无按键动作GPIO口为Low，有按键动作GPIO口为High，或者相反。软件设计只需要逐个扫描每个GPIO口的状态，就可以知道某个按键是否有动作。

    2：有限的GPIO供使用：使用矩阵扫描按键方式是最常见的方案。

其原理如下：任意两个GPIO之间连接一个按键，比如GPIO_1 & GPIO_2，其默认状态为Low，按键按下的话，两者就连通了，这就意味着，我们可以先给GPIO_1一个High信号，接着去读取GOIO_2，如果得到High，则这个按键被按下了，否则就是没有按键动作。

数学告诉我们，基于这种方案的N个GPIO口，最多可以实现N*(N-1)/2个按键，也就是N的组合数。如下图：4个GPIO（A/B/C/D）实现6（KEY_1…KEY_6）个按键的原理图

变成也是比较简单了，给个C代码如下：

这里通过适当的流程设计，可以使得代码紧凑有序。在按键比较少的情况下，一个挨着一个的去读写的方法也不错，但在较多按键的时候，上面代码的流程设计就比较具有优势了。能够在1分钟内，看明白为什么使用 i*k+k-1 作为返回索引，我相信你的逻辑能力很OK。

    3：进一步扩展---2个GPIO实现6个按键

如果在你的设计中，GPIO口的数量很有限，不能满足矩阵扫描方式的需要，那么你有两种选择：1 扩展GPIO口，下一篇幅中将专门讨论；2 增加一些二极管来进一步扩充矩阵扫描方式的能力。我们这里讨论一个2个GPIO实现6个按键的方法，原理图如下：

这种实现方法实际上就是利用了二极管的单向导通特性，使得我们可以区分更多的按键，分析如下：

1：Write GPIO_1=1 & GPIO_2=1，接着Read if GPIO_1==0 & GPIO_2==0，则为 KEY_3；

if GPIO_1==0 & GPIO_2==1，则为 KEY_1；

if GPIO_1==1 & GPIO_2==0，则为 KEY_2；

2：Write GPIO_1=0 & GPIO_2=1, 接着Read  if GPIO_2==0，则为 KEY_4 or KEY_6；

需要进一步判断：Write GPIO_1=1 & GPIO_2=0 然后Read：if GPIO_1==0 则为 KEY_4；

if GPIO_1==1 则为 KEY_6；

3：反序执行步骤2，可以区分出 KEY4 & KEY5。

明白了原理，软件编程实现就比较简单了，给出一个实现如下：

在这个编程实现里，在写操作之后，可能需要适当的Delay以使得其状态稳定；若是基于总线的嵌入式系统，也需要在函数退出前释放总线。

    3：总结与讨论

基于矩阵扫描方式的按键板实现，是很最常用的。在GPIO口比较紧缺的情况下，可以通过在电路中适当增加几个二极管来解决。如果这样还不能解决，就必须设法扩展GPIO了，稍后讨论。

下面给出了一个很不错的 矩阵扫描+二极管扩展 的电路图，你能为它写一个驱动吗？相当具有挑战性哦，试试看吧……

原文链接：https://blog.csdn.net/nutriyang/article/details/4368050