矩阵按键实验

矩阵按键介绍

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，引入了矩阵按键。

本章以 4*4 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（先第一列，再第二列。。。）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（则那一列所有按键按下都为低电平），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。

矩阵键盘也少不了按键消抖的环节，本章实验中采用的是行列扫描法来检测哪个按键按下。

硬件设计

左边为A2-A4开发板电路，右边为A5-A7开发板电路（H为行，L为列，引脚可以自由选择I/O端口接线）。由于每行并联，每列并联，因此按下按键后，按键所在行和列都为低电平。

软件设计

即需要实现按下S1，数码管显示0，按下S2数码管显示1，依次类推。

行列式扫描

#include"reg52.h"typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;#define SMG_A_DP_PORT      P0#define KEY_MATRIX_PORT P1u8 gsmg_code[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x6e,0x79,0x71};//共阴0-Fvoid delay_10us(u16 ten_us)
{while(ten_us--);
}u8 key_matrix_ranks_scan(void)//以A2-A4接法
{u8 key_value=0;//可加static保留每次循环的上一次返回值KEY_MATRIX_PORT=0xf7;//第一列为低电平,其余行列为高电平if(KEY_MATRIX_PORT!=0xf7)//当有按键按下时{delay_10us(1000);switch(KEY_MATRIX_PORT){case 0x77:key_value=1;break;//KEY1按下case 0xb7:key_value=5;break;//KEY5按下case 0xd7:key_value=9;break;//KEY9按下case 0xe7:key_value=13;break;//KEY13按下}    }while(KEY_MATRIX_PORT!=0xf7);//等待按键松开KEY_MATRIX_PORT=0xfb;//第二列为低电平,其余行列为高电平if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfb)//当有按键按下时{delay_10us(1000);switch(KEY_MATRIX_PORT){case 0x7b:key_value=2;break;//KEY2按下case 0xbb:key_value=6;break;//KEY6按下case 0xdb:key_value=10;break;//KEY10按下case 0xeb:key_value=14;break;//KEY14按下}   }while(KEY_MATRIX_PORT!=0xfb);//等待按键松开KEY_MATRIX_PORT=0xfd;//第三列为低电平,其余行列为高电平if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfd)//当有按键按下时{delay_10us(1000);switch(KEY_MATRIX_PORT){case 0x7d:key_value=3;break;//KEY3按下case 0xbd:key_value=7;break;//KEY7按下case 0xdd:key_value=11;break;//KEY11按下case 0xed:key_value=15;break;//KEY15按下}   }while(KEY_MATRIX_PORT!=0xfd);//等待按键松开KEY_MATRIX_PORT=0xfe;//第一列为低电平,其余行列为高电平if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfe)//当有按键按下时{delay_10us(1000);switch(KEY_MATRIX_PORT){case 0x7e:key_value=4;break;//KEY4按下case 0xbe:key_value=8;break;//KEY8按下case 0xde:key_value=12;break;//KEY12按下case 0xee:key_value=16;break;//KEY16按下}   }while(KEY_MATRIX_PORT!=0xfe);//等待按键松开return key_value;//松开后将按键值返回
}void main()
{u8 key=0;while(1){key=key_matrix_ranks_scan();if(key!=0)~SMG_A_DP_PORT=gsmg_code[key-1];//此处用共阳极数码管显示}
}

线翻转扫描

#include"reg52.h"typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;#define SMG_A_DP_PORT      P0#define KEY_MATRIX_PORT P1u8 gsmg_code[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x6e,0x79,0x71};//共阴0-Fvoid delay_10us(u16 ten_us)
{while(ten_us--);
}u8 key_matrix_flip_scan(void)//线翻转方式扫描
{static u8 key_value=0;//static可不加.如果不加则当按键松开，无法保留上一次返回值，但不影响数码管结果KEY_MATRIX_PORT=0x0f;if(KEY_MATRIX_PORT!=0x0f){delay_10us(1000);//测试列if(KEY_MATRIX_PORT!=0x0f){switch(KEY_MATRIX_PORT){case 0x07:key_value=1;break;//第一列有按下case 0x0b:key_value=2;break;//第二列有按下case 0x0d:key_value=3;break;//第三列有按下case 0x0e:key_value=4;break;//第四列有按下}    //测试行KEY_MATRIX_PORT=0xf0;switch(KEY_MATRIX_PORT){case 0x70:key_value=key_value;break;//得出按键值case 0xb0:key_value=key_value+4;break;case 0xd0:key_value=key_value+8;break;case 0xe0:key_value=key_value+12;break;}while(KEY_MATRIX_PORT!=0xf0);}    }return key_value;//返回按键值
}void main()
{u8 key=0;while(1){key=key_matrix_flip_scan();if(key!=0)~SMG_A_DP_PORT=gsmg_code[key-1];//此处用共阳极数码管显示}
}

实验现象

按键显示列举三个如下：

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