硬知识

选自《普中51单片机开发攻略_V1.2》

矩阵键盘介绍

独立按键与单片机连接时，每一个按键都需要单片机的一个 I/O 口，若某单片机系统需较多按键，如果用独立按键便会占用过多的 I/O 口资源。单片机系统中 I/O 口资源往往比较宝贵，当用到多个按键时为了减少 I/O 口引脚，便引入了矩阵按键。
       以 4x4 矩阵键盘为例讲解其工作原理和检测方法。开发板上将 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，这样便一共有 4 行 4 列共 8 根线，我们将这 8 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。用这种方法我们也可实现 3 行 3 列 9 个键、 5 行 5 列 25 个键、 6 行 6 列 36 个键甚至更多。
       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，此种方式编程比较简单。而矩阵键盘两端都与单片机 I/O 口相连，因此在检测时需编程通过单片机 I/O 口送出低电平。检测方法有多种，最常用的是行列扫描和线翻转法。
       行列扫描法检测时，先送一列为低电平，其余几列全为高电平(此时我们确定了列数)，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平(这时我们又确定了行数)，则我们便可确认当前被按下的键是哪一行哪一列的，用同样方法轮流送各列一次低电平，再轮流检测一次各行是否变为低电平，这样即可检测完所有的按键，当有键被按下时便可判断出按下的键是哪一个键。当然我们也可以将行线置低电平，扫描列是否有低电平。从而达到整个键盘的检测。
       线翻转法，就是使所有行线为低电平时，检测所有列线是否有低电平，如果有，就记录列线值；然后再翻转，使所有列线都为低电平，检测所有行线的值，由于有按键按下，行线的值也会有变化，记录行线的值。从而就可以检测到全部按键。

测试程序

本程序修改自官方例程《9-矩阵按键实验》

stdint.h见【51单片机快速入门指南】1：基础知识和工程创建

Key_Board.c

#include <REGX52.H>
#include "intrins.h"
#include "stdint.h"#define KEY_MATRIX_PORT    P1  //使用宏定义矩阵按键控制口  #define KEY_BOARD_WHILE_FLAG 0void Key_Board_Delay()    //20ms @11.0592MHz
{unsigned char i, j;i = 36;j = 217;do{while (--j);} while (--i);
}/*******************************************************************************
* 函 数 名       : key_matrix_ranks_scan
* 函数功能       : 使用行列式扫描方法，检测矩阵按键是否按下，按下则返回对应键值
* 输    入       : 无
* 输    出         : key_value：1-16，对应S1-S16键，0：按键未按下
*******************************************************************************/
uint8_t key_matrix_ranks_scan(void)
{uint8_t key_value=0;KEY_MATRIX_PORT=0xf7;//给第一列赋值0，其余全为1if(KEY_MATRIX_PORT!=0xf7)//判断第一列按键是否按下{if(key_value)Key_Board_Delay();//消抖switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存第一列按键按下后的键值 {case 0x77: key_value=1;break;case 0xb7: key_value=5;break;case 0xd7: key_value=9;break;case 0xe7: key_value=13;break;}}
#if KEY_BOARD_WHILE_FLAGwhile(KEY_MATRIX_PORT!=0xf7);//等待按键松开
#endif  KEY_MATRIX_PORT=0xfb;//给第二列赋值0，其余全为1if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfb)//判断第二列按键是否按下{if(key_value)Key_Board_Delay();//消抖switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存第二列按键按下后的键值   {case 0x7b: key_value=2;break;case 0xbb: key_value=6;break;case 0xdb: key_value=10;break;case 0xeb: key_value=14;break;}}
#if KEY_BOARD_WHILE_FLAGwhile(KEY_MATRIX_PORT!=0xfb);//等待按键松开
#endif      KEY_MATRIX_PORT=0xfd;//给第三列赋值0，其余全为1if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfd)//判断第三列按键是否按下{if(key_value)Key_Board_Delay();//消抖switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存第三列按键按下后的键值   {case 0x7d: key_value=3;break;case 0xbd: key_value=7;break;case 0xdd: key_value=11;break;case 0xed: key_value=15;break;}}
#if KEY_BOARD_WHILE_FLAGwhile(KEY_MATRIX_PORT!=0xfd);//等待按键松开
#endif  KEY_MATRIX_PORT=0xfe;//给第四列赋值0，其余全为1if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfe)//判断第四列按键是否按下{if(key_value)Key_Board_Delay();//消抖switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存第四列按键按下后的键值   {case 0x7e: key_value=4;break;case 0xbe: key_value=8;break;case 0xde: key_value=12;break;case 0xee: key_value=16;break;}}
#if KEY_BOARD_WHILE_FLAGwhile(KEY_MATRIX_PORT!=0xfe);//等待按键松开
#endif  return key_value;
}/*******************************************************************************
* 函 数 名       : key_matrix_flip_scan
* 函数功能       : 使用线翻转扫描方法，检测矩阵按键是否按下，按下则返回对应键值
* 输    入       : 无
* 输    出         : key_value：1-16，对应S1-S16键，0：按键未按下
*******************************************************************************/
uint8_t key_matrix_flip_scan(void)
{static uint8_t key_value=0;KEY_MATRIX_PORT=0x0f;//给所有行赋值0，列全为1if(KEY_MATRIX_PORT!=0x0f)//判断按键是否按下{if(key_value)Key_Board_Delay();//消抖if(KEY_MATRIX_PORT!=0x0f){//测试列KEY_MATRIX_PORT=0x0f;switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存行为0，按键按下后的列值    {case 0x07: key_value=1;break;case 0x0b: key_value=2;break;case 0x0d: key_value=3;break;case 0x0e: key_value=4;break;}//测试行KEY_MATRIX_PORT=0xf0;switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存列为0，按键按下后的键值 {case 0x70: key_value=key_value;break;case 0xb0: key_value=key_value+4;break;case 0xd0: key_value=key_value+8;break;case 0xe0: key_value=key_value+12;break;}
#if KEY_BOARD_WHILE_FLAGwhile(KEY_MATRIX_PORT!=0xf0);//等待按键松开
#endif}}elsekey_value=0;       return key_value;
}

Key_Board.h

#ifndef KEY_BOARD_H_
#define KEY_BOARD_H_#include "stdint.h"uint8_t key_matrix_ranks_scan(void);
uint8_t key_matrix_flip_scan(void);#endif

main.c

#include <REGX52.H>
#include "intrins.h"
#include "stdint.h"
#include "Key_Board.h"sbit D1 = P2^0;void Delay63ms()        //@11.0592MHz
{unsigned char i, j;i = 113;j = 242;do{while (--j);} while (--i);
}void main(void)
{   uint8_t Key_Flag = 0;uint8_t i = 0;while(1){Key_Flag = key_matrix_flip_scan(); if(Key_Flag){D1 = 1;for(i = 0; i < Key_Flag; ++i)Delay63ms();D1 = 0;for(i = 0; i < Key_Flag; ++i)Delay63ms();}elseD1 = 1;}
}

实验现象

按住键盘上不同的按键，D0将以不同的频率闪烁。

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