基于單片機的矩陣鍵盤檢測案例

若單片機需要連接多個按鍵，每個按鍵與單片機的I/O端口單獨連接的方式就不太適用了，因為單片機的I/O端口是單片機系統(tǒng)與外界設(shè)備交互的重要資源，如果采用按鍵與I/O端口獨立連接的方式，就會占用過多的I/O端口資源，導(dǎo)致單片機與其它外部設(shè)備無法連接。在這種情況下，可以使用矩陣鍵盤，實現(xiàn)多個按鍵與單片機的連接，而且不浪費單片機的I/O端口資源。

矩陣鍵盤是一種很好地節(jié)約I/O端口資源的技術(shù)方法，矩陣鍵盤將多個按鍵排列成矩陣形式。例如：將16個按鍵排成4行4列，每行將按鍵的一端連接在一起構(gòu)成行線，每列將按鍵的另一端連接在一起構(gòu)成列線，這樣一共有4行4列8根線，將這8根線連接到單片機的8個I/O端口上，通過檢測程序掃描矩陣鍵盤就可以檢測16個按鍵。通過這種連接方式，可以實現(xiàn)3行3列9個鍵，5行5列25個鍵，6行6列36個鍵等多個按鍵的檢測。

上圖為設(shè)計的4 X 4矩陣鍵盤，每行4個按鍵，每列4個按鍵，可以檢測16個按鍵。每列按鍵的右端連接在一起，分別連接P3.4 ~ P3.7，每行按鍵的左端連接在一起，分別連接P3.0~P3.3，這樣可以使用8個I/O端口檢測16個按鍵。

雖然矩陣鍵盤充分利用了I/O端口資源，但增加了檢測程序的復(fù)雜性。因為獨立按鍵有一端固定為低電平，編寫單片機鍵盤檢測程序比較方便，而矩陣鍵盤兩端都與I/O端口相連，因此檢測程序需要向I/O端口人為送出低電平。具體檢測方法：先送一行低電平，其余各行為高電平，現(xiàn)在已經(jīng)確定了行數(shù)（送入低電平的行），然后循環(huán)檢測與該行相交的各列是否有低電平，若檢測到某列有低電平，說明與該行相交的某列按鍵被按下，即確定了當(dāng)前按下的按鍵屬于哪一行哪一列。同理，使用同樣的方法輪流送各行一次低電平，再輪流檢測各列是否有低電平，即可完成所有按鍵的檢測。當(dāng)然也可以先送各列為低電平，然后再循環(huán)檢測各行是否有低電平。

矩陣鍵盤應(yīng)用案例：應(yīng)用16個獨立按鍵構(gòu)成4行4列的矩陣鍵盤，行線接P3.0 ~ P3.3，列線接P3.4~P3.7。按鍵排列順序為：1行1列為第1個按鍵，1行2列為第2個按鍵，……，2行1列為第5個按鍵，2行2列為第6個按鍵，……，4行4列為第16個按鍵。要求用戶按下按鍵1后，數(shù)碼管顯示數(shù)字1，按下按鍵2后，數(shù)碼管顯示數(shù)字2，……，依次顯示3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F。

下圖是矩陣鍵盤案例電路設(shè)計圖：

數(shù)碼管采用7SEG-MPX1-CA，為共陽極數(shù)碼管，獨立按鍵采用SPST Push Button，請同學(xué)們參考上圖使用proteus繪制電路設(shè)計圖。

單片機內(nèi)運行的完整C程序如下：

#include
#include
unsigned char led[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x8,0x3,0xc6,0x21,0x6,0xe};
unsigned char key[] = {0xee,0xde,0xbe,0x7e,0xed,0xdd,0xbd,0x7d,0xeb,0xdb,0xbb,0x7b,0xe7,0xd7,0xb7,0x77};
unsigned char rowscan[] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};
void delay(unsigned int millisecond)
{
       unsigned int i,j;
       for(i=millisecond;i >0;i--)
              for(j=120;j >0;j--);
}
void show_keyvalue(int keynum)
{
              P0 = led[keynum];
         delay(100);
}
void marix_keyscan()
{
       unsigned int i,j;
       unsigned char temp;
       for( i = 0; i< 4; i++ )
       {
               P3 = rowscan[i];
               temp = P3;
               temp = temp & 0xf0;
               if( temp != 0xf0 )
               {
                        delay(10);
                       temp = P3;
                  temp = temp & 0xf0;
                       if( temp != 0xf0 )
                            {
                               temp = P3;
                                    for( j = 0; j < 16; j++ )
                                    {
                                           if( temp == key[j] )
                                                          break;
                                    }
                                    while(temp != 0xf0)
                                    {
                                            temp = P3;
                                            temp = temp & 0xf0;
                                    }
                                    show_keyvalue(j);
                            }
               }
    
       }
}
void main(void)
{
        while(1)
        {
                 marix_keyscan();
        }
 }

程序設(shè)計思路：

按矩陣鍵盤的行線和列線順序?qū)?6個按鍵進行編碼，編碼值是矩陣鍵盤某按鍵被按下后P3端口的值。例如：行1列1按鍵被按下后，P3端口的值為0xee，行2列1按鍵被按下后，P3端口的值為0xed。對所有按鍵進行編碼后，可以通過P3端口的值來確定哪個按鍵被按下。

掃描矩陣鍵盤需要對4條行線循環(huán)送出低電平，然后再判斷列線是否有低電平。在電路設(shè)計中矩陣鍵盤的4條行線接P3口的低4位P3.0 ~ P3.3，因此在行線循環(huán)中為P3口賦不同的值，即可完成對4條行線循環(huán)送出低電平的操作，1~4條行線送入低電平P3口的值分別為0xfe、0xfd、0xfb、0xf7。

矩陣鍵盤掃描程序需要一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，循環(huán)次數(shù)為矩陣鍵盤的行線數(shù)量，在循環(huán)體內(nèi)依次為4條行線送入低電平，然后讀取P3口的值，將P3口與0xf0進行與運算，若運算結(jié)果不為0xf0，說明有按鍵被按下（有列線為低電平），延遲10ms后再次檢測有按鍵是否被按下，若確認(rèn)有按鍵被按下，使用for循環(huán)遍歷已定義16個按鍵編碼值的數(shù)組，定位被按下按鍵的索引，最后調(diào)用數(shù)碼管顯示函數(shù)將按鍵索引對應(yīng)的字符顯示出來。

代碼說明：

數(shù)組led[]定義了數(shù)碼管顯示的字符編碼值，數(shù)組長度為16。數(shù)組key[]定義了16個按鍵的編碼值，數(shù)組長度為16。數(shù)組rowscan[]定義了4條行線送入低電平P3口的值，數(shù)組長度為4。

delay()函數(shù)為時間延遲函數(shù)，show_keyvalue()為數(shù)碼管顯示字符的函數(shù)，參數(shù)keynum為字符led數(shù)組元素的索引，該索引與key數(shù)組元素的索引對應(yīng)。marix_keyscan()為矩陣鍵盤掃描函數(shù)，用于檢測按鍵是否被按下。