五、用矩阵键盘实现密码锁

矩阵键盘

独立键盘与单片机进行连接时，每一个按键都需要单片机的一个I/O口，若某单片机系统较多按键，如果用独立按键便会占用较多的I/O口资源。为了尽可能节省I/O口线，引入矩阵键盘。

矩阵按键原理

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式
采用逐行或逐列的“扫描”，就可以读出任何位置按键的状态

以巫妖王单片机上的4×4矩阵键盘为例，讲解矩阵键盘的原理和检测方法，其原理图如上图所示。将16个按键排成4行4列，第一行将每个按键的一端连接在一起构成行线，第一列将每个按键的另一端连接在一起构成列线，这样一共有4行4列共八根线，我们将这八根线连接到单片机的8个I/O口上，通过程序扫描键盘就可检测16个键。用这种办法我们也可以实现3行3列9个键，5行5列25个键等。

无论是独立键盘还是矩阵键盘，单片机检测其是否被按下的依据都是一样的，也就是检测与该键对应的I/O口是否为低电平。独立键盘有一端固定为低电平，单片机写程序检测时比较方便，但是矩阵键盘两端都与单片机I/O口相连，因此在检测时需要人为通过单片机的I/O口送出低电平。

下面着重介绍一下扫描的概念：

数码管扫描（输出扫描）

原理：显示第1位→显示第2位→显示第3位→……，然后快速循环这个过程，最终实现所有数码管同时显示的效果
矩阵键盘扫描（输入扫描）

原理：读取第1行(列)→读取第2行(列) →读取第3行(列) → ……，然后快速循环这个过程，最终实现所有按键同时检测的效果
以按行扫描为例：

当P1.4-P1.7口赋值为1101时，此时先看P17所在的行，无论S1、S2、S3和S4谁按下，两端都是高电平，同理P15和P14同样如此，而P16所在的行因为P1.6口赋值为0，只要在此基础检测P1.0-P1.3口电平情况就可以判断究竟是S5、S6、S7还是S8被按下。具体的说，当P1.4-P1.7口赋值为1101时，如果P1.0-P1.3口赋值为：1110（P1 .3为0），则S5被按下，其他同理，并以此类推即可。

在写代码前，再介绍C51子函数带返回值的写法

//格式
类型 函数名（形参）
{函数体;return 数据；
}
例如：int getSum(int num1,int num2)
{int sum = num1 + num2;return sum;
}
//参数是 函数接收外面传进来的
//返回值 是函数从里面扔出去的

模块化代码

各模块具体代码如下

主函数main()

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "LCD1602.h"
#include "MaxtrixKey.h"unsigned char KeyNum; //定义变量 接一下返回值
void main()
{LCD_Init();LCD_ShowString(1,1,"Hello World!");while(1){KeyNum=MaxtrixKey();if(KeyNum){LCD_ShowNum(2,1,KeyNum,2);}}
}
/*
为什么需要加上if（KeyNum）进行判断，这是因为如果不加的话有一下一种情况：
当你没有按下键时，开始执行KeyNum=MaxtrixKey()语句，即KeyNum通过调用MaxtrixKey函数获取键值，此时KeyNum获取的值为0（不按下键，MaxtrixKey函数内的值就是初始化的值0）
然后开始执行LCD_ShowNum函数，这样1602上就会显示00
当你按下某个键，不松手，会卡在执行KeyNum=MaxtrixKey()语，显示0
显示的键值和显示0 间隔的时间太短 以至于人眼无法识别
*/

MaxtrixKey.h

#ifndef__MAXTRIXKRY_H__
#define__MAXTRIXKRY_H__unsigned char MaxtrixKey();#endif

MaxtrixKey.c

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"/*** @brief  矩阵键盘读取按键键码* @param  无* @retval KeyNumer 按下按键的键码值如果按下不放，程序会停留在此函数，松手一瞬间，返回按键码，没有按键时，返回0*/unsigned char MaxtrixKey()
{unsigned char KeyNumber=0;P1=0xff;P1_3=0;if(P1_7==0){Delay(20);while(P1_7==0);Delay(20);KeyNumber=1;}if(P1_6==0){Delay(20);while(P1_6==0);Delay(20);KeyNumber=5;}if(P1_5==0){Delay(20);while(P1_5==0);Delay(20);KeyNumber=9;}if(P1_4==0){Delay(20);while(P1_4==0);Delay(20);KeyNumber=13;}P1=0xff;P1_2=0;if(P1_7==0){Delay(20);while(P1_7==0);Delay(20);KeyNumber=2;}if(P1_6==0){Delay(20);while(P1_6==0);Delay(20);KeyNumber=6;}if(P1_5==0){Delay(20);while(P1_5==0);Delay(20);KeyNumber=10;}if(P1_4==0){Delay(20);while(P1_4==0);Delay(20);KeyNumber=14;}P1=0xff;P1_1=0;if(P1_7==0){Delay(20);while(P1_7==0);Delay(20);KeyNumber=3;}if(P1_6==0){Delay(20);while(P1_6==0);Delay(20);KeyNumber=7;}if(P1_5==0){Delay(20);while(P1_5==0);Delay(20);KeyNumber=11;}if(P1_4==0){Delay(20);while(P1_4==0);Delay(20);KeyNumber=15;}P1=0xff;P1_0=0;if(P1_7==0){Delay(20);while(P1_7==0);Delay(20);KeyNumber=4;}if(P1_6==0){Delay(20);while(P1_6==0);Delay(20);KeyNumber=8;}if(P1_5==0){Delay(20);while(P1_5==0);Delay(20);KeyNumber=12;}if(P1_4==0){Delay(20);while(P1_4==0);Delay(20);KeyNumber=16;}return KeyNumber;}

LCD1602.h定义如下

#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__//用户调用函数：
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);#endif

LCD1602.c定义如下

#include <REGX52.H>//引脚配置：
sbit LCD_RS=P2^6;
sbit LCD_RW=P2^5;
sbit LCD_EN=P2^7;
#define LCD_DataPort P0//函数定义：
/*** @brief  LCD1602延时函数，12MHz调用可延时1ms* @param  无* @retval 无*/
void LCD_Delay()
{unsigned char i, j;i = 2;j = 239;do{while (--j);} while (--i);
}/*** @brief  LCD1602写命令* @param  Command 要写入的命令* @retval 无*/
void LCD_WriteCommand(unsigned char Command)
{LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_DataPort=Command;LCD_EN=1;LCD_Delay();LCD_EN=0;LCD_Delay();
}/*** @brief  LCD1602写数据* @param  Data 要写入的数据* @retval 无*/
void LCD_WriteData(unsigned char Data)
{LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_DataPort=Data;LCD_EN=1;LCD_Delay();LCD_EN=0;LCD_Delay();
}/*** @brief  LCD1602设置光标位置* @param  Line 行位置，范围：1~2* @param  Column 列位置，范围：1~16* @retval 无*/
void LCD_SetCursor(unsigned char Line,unsigned char Column)
{if(Line==1){LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1));}else if(Line==2){LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1+0x40));}
}/*** @brief  LCD1602初始化函数* @param  无* @retval 无*/
void LCD_Init()
{LCD_WriteCommand(0x38);//八位数据接口，两行显示，5*7点阵LCD_WriteCommand(0x0c);//显示开，光标关，闪烁关LCD_WriteCommand(0x06);//数据读写操作后，光标自动加一，画面不动LCD_WriteCommand(0x01);//光标复位，清屏
}/*** @brief  在LCD1602指定位置上显示一个字符* @param  Line 行位置，范围：1~2* @param  Column 列位置，范围：1~16* @param  Char 要显示的字符* @retval 无*/
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char)
{LCD_SetCursor(Line,Column);LCD_WriteData(Char);
}/*** @brief  在LCD1602指定位置开始显示所给字符串* @param  Line 起始行位置，范围：1~2* @param  Column 起始列位置，范围：1~16* @param  String 要显示的字符串* @retval 无*/
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String)
{unsigned char i;LCD_SetCursor(Line,Column);for(i=0;String[i]!='\0';i++){LCD_WriteData(String[i]);}
}/*** @brief  返回值=X的Y次方*/
int LCD_Pow(int X,int Y)
{unsigned char i;int Result=1;for(i=0;i<Y;i++){Result*=X;}return Result;
}/*** @brief  在，范围：1~2* @param  Column 起始列位LCD1602指定位置开始显示所给数字* @param  Line 起始行位置置，范围：1~16* @param  Number 要显示的数字，范围：0~65535* @param  Length 要显示数字的长度，范围：1~5* @retval 无*/
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{unsigned char i;LCD_SetCursor(Line,Column);for(i=Length;i>0;i--){LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');}
}/*** @brief  在LCD1602指定位置开始以有符号十进制显示所给数字* @param  Line 起始行位置，范围：1~2* @param  Column 起始列位置，范围：1~16* @param  Number 要显示的数字，范围：-32768~32767* @param  Length 要显示数字的长度，范围：1~5* @retval 无*/
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length)
{unsigned char i;unsigned int Number1;LCD_SetCursor(Line,Column);if(Number>=0){LCD_WriteData('+');Number1=Number;}else{LCD_WriteData('-');Number1=-Number;}for(i=Length;i>0;i--){LCD_WriteData(Number1/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');}
}/*** @brief  在LCD1602指定位置开始以十六进制显示所给数字* @param  Line 起始行位置，范围：1~2* @param  Column 起始列位置，范围：1~16* @param  Number 要显示的数字，范围：0~0xFFFF* @param  Length 要显示数字的长度，范围：1~4* @retval 无*/
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{unsigned char i,SingleNumber;LCD_SetCursor(Line,Column);for(i=Length;i>0;i--){SingleNumber=Number/LCD_Pow(16,i-1)%16;if(SingleNumber<10){LCD_WriteData(SingleNumber+'0');}else{LCD_WriteData(SingleNumber-10+'A');}}
}/*** @brief  在LCD1602指定位置开始以二进制显示所给数字* @param  Line 起始行位置，范围：1~2* @param  Column 起始列位置，范围：1~16* @param  Number 要显示的数字，范围：0~1111 1111 1111 1111* @param  Length 要显示数字的长度，范围：1~16* @retval 无*/
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{unsigned char i;LCD_SetCursor(Line,Column);for(i=Length;i>0;i--){LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(2,i-1)%2+'0');}
}

Delay.h

#ifndef __DELAY_H__   //
#define __DELAY_H__void Delay(unsigned int xms);#endif

Delay.c

void Delay(unsigned int xms)     //@12.000MHz
{while(xms--){unsigned char i, j;i = 2;j = 239;do{while (--j);} while (--i);}
}

密码锁

在上面的基础上模块化的代码上，只需要改动主函数mian()即可实现，因此，下面就只给出主函数密码

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "LCD1602.h"
#include "MaxtrixKey.h"unsigned char KeyNum; //定义变量 接一下返回值
unsigned int PassWord,Count; //定义四位密码和计数器void main()
{LCD_Init();LCD_ShowString(1,1,"PassWord:");while(1){KeyNum=MaxtrixKey();if(KeyNum){if(KeyNum<=10)  //密码区，如果S1~S10按键按下，输入密码{if(Count<4){PassWord*=10;//相当于PassWord=PassWord*10 目的：密码左移一位PassWord+=KeyNum%10 ;//取余，1-9取余还是1-9 而10取余则为0 ,目的：获取一位密码Count++; //计次加1}LCD_ShowNum(2,1,PassWord,4); }if(KeyNum==11)//如果S11按下，即为确认密码{if(PassWord==9981) //如果密码等于正确密码显示Pass,否则显示EROR{LCD_ShowString(1,14,"ok ");//注意OK后有空格 用于对齐ERRPassWord=0; //密码清0Count=0; //计次清0LCD_ShowNum(2,1,PassWord,4);//更新显示}else{LCD_ShowString(1,14,"Err");PassWord=0; //密码清0Count=0; //计次清0LCD_ShowNum(2,1,PassWord,4);//更新显示} }if(KeyNum==12)//如果S12按下，取消{PassWord=0; //密码清0Count=0; //计次清0LCD_ShowNum(2,1,PassWord,4);//更新显示}}}
}

需要注意的是，当第一个输入的是0的时候会存在bug，这是因为0*10h还是等于0起不到进位的效果，此外也没加退格的功能，等后续有时间我再更新添加退格功能的代码。