【51单片机系列】矩阵按键介绍

本节实现的功能是：通过开发板上的矩阵键盘控制静态数码管显示对应的键值0-F。

一、矩阵按键介绍

独立键盘与单片机连接时，每一个按键都需要单片机的一个I/O口。若某单片机系统需要较多按键，如果用独立按键便会占用过多的I/O口资源。

当用到多个按键时，为了减少I/O口引脚，引入了矩阵按键。比如4*4矩阵键盘。

对于4*4矩阵键盘，开发板上通常将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。将这8根线连接到单片机的8个I/O口上，通过程序扫描键盘可以检测16个键。

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，即检测与该键对应的I/O口是否为低电平。独立键盘有一端固定为低电平而矩阵键盘两端都与单片机I/O口相连，在检测时需编程通过单片机I/O口送出低电平。检测方法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，此时确定列数；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，此时确定了行数，便可以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，当有按键被按下时便可判断出按下的键是哪一个键。
• 线翻转法检测时，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。

矩阵按键也需要按键消抖。

二、硬件设计

实现功能：通过开发板上的矩阵键盘控制静态数码管显示对应的键值0-F。用到的硬件资源有：

• 动态数码管
• 4*4矩阵按键

硬件电路如下：

从上图可以看出，4*4矩阵按键引出的8根控制管脚直接连接到51单片机的P1口上。

三、软件设计

要想51单片机能够检测按键是否按下，必须通过单片机管脚来控制矩阵按键。

代码实现如下：

/*
	实现功能：使用独立按键控制指示灯的亮灭
	[2023-12-06] zoya
*/
#include "reg52.h"

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;


#define GPIO_DIG P0  // 动态数码管
#define GPIO_KEY P1  // 矩阵按键

u8 keyVal;  // 记录按键位置
u8 code smg[] = {0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71, 0x00};  // 共阴极数码管

// 延时函数，i=1延时10us
void delay(u16 i)
{
	while(i--);
}

// 检测矩阵按键的哪个键按下，线翻转法检测哪个按键被按下
void KeyDown()
{
	char a = 0;
	GPIO_KEY = 0x0f;  // 所有行线全部为低电平
	if(0x0f != GPIO_KEY)  // 检测是否有键被按下，如果有键被按下，GPIO_KEY不会为0x0f
	{
		delay(1000);  // 延时10ms进行消抖
		if(0x0f != GPIO_KEY)  // 再次判断是否有键被按下
		{
			// 测试列
			GPIO_KEY = 0x0f;
			// 检测列是否有低电平
			switch(GPIO_KEY)
			{
				case 0x07: keyVal = 0; break;  // 第一列的某行被按下，假设是第一行
				case 0x0b: keyVal = 1; break;  // 第二列的某行被按下，假设是第一行
				case 0x0d: keyVal = 2; break;  // 第三列的某行被按下，假设是第一行
				case 0x0e: keyVal = 3; break;  // 第四列的某行被按下，假设是第一行
			}
			
			// 测试行
			GPIO_KEY = 0xf0;
			switch(GPIO_KEY)
			{
				case 0x70: keyVal = keyVal + 0; break;  // 第一行的某列被按下
				case 0xb0: keyVal = keyVal + 4; break;  // 第二行的某列被按下
				case 0xd0: keyVal = keyVal + 8; break;  // 第三行的某列被按下
				case 0xe0: keyVal = keyVal + 12; break;  // 第四行的某列被按下
			}
			
		}
		
		while((a <50) && (GPIO_KEY != 0xF0))  // 检测按键松手检测
		{
			delay(100);
			a++;
		}
	}
}


void main()
{
	while(1)
	{
		KeyDown();
		GPIO_DIG = smg[keyVal];
	}
}

仿真结果：