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| ( 12 月 1 日 2006 年) |
| 作者：Stefano Salvatori， University of Rome， Rome， Italy； 及 Gabriele Di Nucci， EngSistemi， Rome， Italy |
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可以用帶 ADC 的一顆微控制器設計出一個雙線+地的（two-wire-plus-ground）鍵盤介面。例如，可以用一個阻性電壓分壓器（resistive voltage divider）來識別按下的按鍵（參考文獻 1）。微控制器的內建 ADC 通常表現出數百千歐量級的輸入電阻，為了有足夠的精度，其鍵盤分壓器應由相對較小值的電阻構成，如數十千歐級。但是，在電池供電系統中，一個電阻分壓器會消耗數百微安電流，迫使設計者不得不選擇其他的典型數位和多 I/O 線開關陣列。另外，可攜式設備通常對元件數量也有所限制。
為了滿足這兩項要求，圖 1 中的電路採用一種陣列鍵盤和一個分為兩行、兩列的電阻網路。對 4 x 4 鍵盤來說，七顆電阻就足以完成任何按鍵的解碼，並且只有在一個按鍵保持關閉時，電路才消耗電源。相反地，當沒有按鍵被按下時，等待電流接近為零。電阻只使用兩種阻值，使 RA=RB=RC=R1 和 RD=RE=RF=RG=R2。將按鍵的 x 與 y 假設為從 0 至 3 的位址，透過下列方程式可以計算出任何按鍵閉合時電阻 RG 上的電壓：
ADC 的基準電壓 VREF 驅動電阻陣列，這樣可以完成一種比例變換，從而消除由於 VREF 波動所導致的按鍵解碼錯誤。下列方程式描述了對任何按鍵的分壓比 r(x,y)。
<%@ LANGUAGE="VBSCRIPT" %>
<% Randomize: ord=int(rnd*1000000000) %>
 %>?)
p=R1/R2 表示各行、列組電阻值之間的比率。對於 p=4，可以計算出 16 個 r(x,y) 值，它們在 [1/16, 1] 範圍內，是按鍵位置的函數。一般情況下，分隔比率的最小差出現在最靠近的按鍵上，如 (3,2) 和 (3,3) 的 x,y 所示。對於一個 N 位元 ADC 和 p=4 的比率，ADC 的解析度應滿足下列的方程式：2–N不幸的是，標準值元件的標稱容限 T 無法提供此一方程式的理想的結果。作為替代方法，可以計算出最差情況下的分隔比率差：d=r(3,2)–r(3,3)。d 的最小值出現在 RG 與 RD 最小值和 RA、RB、RC、RE 與 RF 最大值時。你可以計算出所有電阻值，並為R1 和 R2 的標稱值定義一個通用比率 p：
相同的 T 值適用於所有電阻。如果 n=8 及 p=4，前式可計算出T<0.018的結果，這表示 ±1% 公差的電阻可以正確地完成 16 個按鍵的解碼。另外，如果你現在強制選擇了固定公差 T，便可以從式中計算出 R1 和 R2 值之比 p 所需的極限。如果 T=0.01，則計算出的結果變為 p<4.074。
圖 2中的電路採用了 Freescale 的 Nitron MC68HC908QT4 微處理器，以作為基於上述計算值的鍵盤測試平台，電源電壓 VCC 可當作電阻矩陣的基準電壓 VREF。為滿足 p(4.074>p>4) 的要求，使用 ±1% 公差 R1=10 kΩ和 R2=40.2 kΩ，兩者均為 E48 系列標準電阻。 表 1列出對應於 16 個獨立按鍵的輸出碼，表 2 則是同時按下兩個按鍵時獲得的資料，說明雙按鍵組合可以用於特殊功能。
如果你的應用需要一個沒有 ADC 生產內部中斷的微控制器，便可以在圖 1 中將一個外部比較器連接到輸出電壓上。將比較器的低閥值設為小於輸出電壓端的最小電壓（本例中大約是 VREF 除 16），而比較器的輸出作為微控制器的鍵盤中斷源。
注意： 10 位元 ADC 的微控制器（如 Freescale 的 MC68HC908QB 或 Texas Instruments 的MSP430F11）可以用在 10 電阻解碼的 5 X 6 鍵盤矩陣。重複上述分析可得，當行列比 p 為 5 至 5.51，所需電阻公差低於 4.3% 時，即可正確地完成按鍵解碼。R1 和 R2 都可以從 ±1% 公差的 E48 系列中選取，R1 選 10 kΩ，R2 則是 51.1 kΩ 或 53.6 kΩ。
參考文獻
1. Amorim, Vitor, and J Sim?es, "ADC circuit optimizes key encoding," EDN, Feb 4, 1999, pg 101, www.edn.com/article/CA56657.
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