在电子设计和单片机项目开发中，按键输入是系统与用户交互的基础。传统矩阵按键通常需要多条输入输出管脚连接，尤其是3x4的12键矩阵或4x4的16键矩阵，往往需要7至8个I/O脚，非常占用宝贵的单片机资源。随着设备功能日益复杂，节省I/O引脚变得尤为重要。本文探讨一种创新且实用的方法，仅用一个模拟输入端口实现多达16个按键的识别，极大降低了硬件资源需求，对于诸如ATtiny85类小容量资源单片机尤为适用。 按键阵列一般采用3x4或4x4矩阵结构，传统的扫描方式通过控制行列信号检测按键状态，硬件复杂度较高。本文介绍的单输入方案利用分压电阻网络，将每个按键以唯一电阻组合连接到单个模拟输入端口，形成不同的电压值。
通过ADC采样精确读取电压对应的数值，进而通过软件映射实现按键识别。 核心原理在于精心选取一组E6系列标准电阻，通过计算形成电阻梯阵，让各键产生的电压在ADC数值中拥有最大间隔差距。这样能提高抗干扰能力，避免数值重叠或识别错误。对16键版本，设计时确保最小电压间距不低于28（ADC值），以适应实际电阻容差和ADC测量误差。对于12键阵列运用6个电阻即可达到类似效果，使用时调整程序中的电压阈值数组即可。 实际电路中，所有电阻以特定排列方式连接至单片机的模拟输入A2脚，单片机配置采用内置ADC模块周期采样，紧接着运行算法与预存的电压数值进行比对，返回对应键值字符。
程序采用两个数组存储，通过降序排列ADC数值数组和相应按钮映射数组，使得按下任意键时系统都能迅速匹配，实时响应。软件设计考虑到所有边界和无按键状态，确保按键释放时检测值为1023。 在程序实现细节上，ATtiny85以此设计为基础，结合tinySPI库对串行七段数码管进行驱动，完成按键信息的显示。该方法减少了I/O口占用，使设备设计更为紧凑。对于更复杂的项目，串行显示方案降低了外部连线复杂度，简化了PCB设计和系统调试。 按键字符设计方面，考虑到7段数码管限制，将传统'*'和'#'替换为字母'E'和'F'，保证显示效果与用户识别的准确度。
设计中也预留了无按键（0）状态的处理逻辑，使系统稳定性提升。 该方案不仅适用于小型单片机，还具备跨平台移植的可能性，适配多家主流单片机架构，包括ATmega、AVR DA/DB/DD系列和ARM Cortex-M核心。电阻梯阵的电气原理和软件读取逻辑均具有普适性，具有良好的拓展价值。 为了方便开发者更好地应用该方法，作者开源了计算电阻组合的辅助程序，通过自动计算不同电阻排列实现最佳的电压间隔，降低了设计难度。用户只需输入按键数量与期望的电压分布，程序将输出符合E6或E12标准的电阻值组合，极大地节省设计时间。 该单输入按键接口设计在实际测试中表现稳定，按键误判率低于常规矩阵扫描方法，节省电路空间和开发资源，提升硬件设计的简洁性与可靠性。
对于教育、DIY和中小型嵌入式系统尤为推荐。 总结来看，单输入模拟端口驱动矩阵按键不仅在节约I/O资源上优势明显，且利用电阻分压网络巧妙实现多个按键的独特电压识别，配合软件智能识别算法与显示端口，有效解决了传统矩阵按键设计复杂和引脚资源紧张的问题。该方法凭借原理简单、硬件成本低、程序代码简洁、响应速度快的优势，为众多单片机项目按键输入方案带来了创新的解决思路。对于设计者而言，理解并掌握该技术，将极大提升开发效率与系统稳定性。随着电子系统进一步紧凑化和智能化，类似灵活低成本的接口方案将持续发挥重要作用。未来，结合更先进的模拟前端和智能识别算法，单一模拟输入的多按键识别技术还将拓展至更广泛的应用领域，包括物联网终端、可穿戴设备及工业自动化控制等，助力电子产品设计更趋高效和便捷。
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