摘 要：详细介绍了利用AD转换器扩展单片机键盘的2种方法，并对这两种方法进行了分析和比较。这种方法实现简单，节省单片机资源，在智能仪表应用中具有实际意义。
关键词：AD转换器；单片机；键盘；智能仪表
在单片机系统中，键盘是常用的一种人机接口。一般来说，键盘的扩展分为2种，独立式和矩阵式，前者适用于按键数量少（一般小于4个）或规模小的系统，后者适合在按键数量较多的系统，但一般需要扩展接口芯片。因为单片机的I／O口有限，我们总是希望扩展键盘时占用尽量少的I／O口线。其实，A／D转换器也可以用来扩展键盘，而且不多占用I／O口线，按键的数量可多达几十个。
使用AD转换器的键盘电路主要由一个电阻分压队列和一系列按键组成，如图1所示，图中电阻阻值相同，不同的按键按下时，VO端有不同的电压值输出给A／D转换器转换成不同的数字量，单片机据此进行按键识别。
1 第一种电路
最容易想到的是图1（a）的连接方式，n个电阻组成的分压电路，每个分压点引出一个按钮，事实证明这种接法 是可以可靠工作的。第i个键按下时:
以常用的8位ADC为例，其分辨率是1／256，理论上可以扩展256个按键，考虑到误差的因素以及工作可靠性取8／256，尚可扩展32个按键。
这个电路存在一个显著的缺点，如果有2个键同时按下，当其中一个键是A1时，结果是A1有效，另一个无效；当这两个键都不是A1时，就会发生错误。最极端的情况是A2和An同时按下，此时VO是2．5 V，既不是A2的值，也不是An的值，其他的情况也和这种情况相似。所以这个电路对多键操作没有保护，多键操作会产生错误结果。
如果在输出侧加二极管，如图中虚线，理论上是可以工作的。但仔细分析，发现由于二极管存在开启电压，实际上只能扩展很少几个按键。假设普通硅二极管，开启电压取0．7 V，第n个键的输出应满足：5／n＞0．7n，n最大只能取2，显然不实用。
2 第二种电路
对第一种电路稍加改进，就可以实现多键保护操作。 把最下面的电阻移一个位置，换到输出侧，如图1（b）所示。这个电路中，多个键同时按下时，只有最上面的那个键有效，其余都无效。这个电路还有一个优点，就是当没有键盘操作时，电路完全断开，不消耗能量，更适合低功耗设计的原则。
图1（b）电路中，第i个键按下时输出电压是：
时，n有极大值。所以x也不是越大越好，他与最后2个按键的最小电压差有关，n的极值也与此有关。取 
此时n有极大值。当键值分辨率提高，即A增大时，n的极大值增大，扩展按键数量增加，相应的Rx的阻值也要增大。
定量仪是在线测量纸叶厚度的仪表。原来的定量仪有10个数字键、7个功能键、还有小数点、符号各1个键、确认键和复位键共21个按键，其中复位键单独接，不在讨论之列。改造时，首先采用单键复用、双键组合减少按键的数量：数字键、小数点和符号合用一个按键，功能键只用2个，保留确认返回键。
定量仪的处理器是8031，其ADC使用的是ICL7135。ICL7135是4位半BCD码输出的高精度AD转换器。定量仪要采集的模拟信号有3路，原来的电路中用一个8路电子开关做通道选择，循环采样。现在只要把键盘电路接入第4路，其余都不用改变，键盘电路采用上述第二种接法。
当然，硬件上精简了，软件上就要复杂一些，按键的判断、键盘处理子程序都要改变。
5 结 语
有些单片机内置A／D转换器，如80C552等，这种方法在这些单片机上使用最为简单，只要把VO连接A／D转换器的输入端即可，但前提是单片机的A／D转换通道要有空闲。对不带ADC的单片机，如常用的89C51，当系统有A／D转换电路时，若正好有空余通道，如上述定量仪的键盘电路，这种方法也是不错的选择。
第一种电路扩展的按键数量多，但没有多键保护；第二种电路有多键保护功能，但扩展的按键数量少，两者都可正常工作。
