第10章 矩阵按键实验
第十章 矩阵按键实验
1. 矩阵按键介绍
通过上一章我们知道了：独立按键在于单片机连接的时候，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。
无论是对立按键还是矩阵键盘，检测是否按下都是一样的（检测该端口是否为低电平）
关于矩阵按键更多参考：矩阵键盘_百度百科 (baidu.com)
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。
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行列扫描法：先给一列为低电平，其余列为高电平，然后立即检测一次各行是否为低电平，若检测到某一行为低电平， 则我们便可确认当前被按下的键是哪一行哪一列的。参考：51单片机 | 矩阵键盘行扫描 - hugh.dong - 博客园 (cnblogs.com)
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线翻转法：使所有的行线为低电平，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。参考：单片机外设矩阵键盘之线反转法识别原理与示例 - IT宝库 (itbaoku.cn)
本章我们使用行列扫描法
2. 硬件设计
本实验使用到硬件资源如下：
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静态数码管
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矩阵按键
静态数码管模块我们已经介绍过了，请看矩阵按键模块：
我们可以看到该模块独立，4*4 矩阵按键引出的 8 根控制管脚并未直接连接到 51 单片机的 IO 上， 而是连接到 JP3 端子上。Hx（14）代表的是行，Lx（14）代表的是列。（4行4列）
参考代码使用 P1 口来检测 4*4 矩阵按键， 使用 P0 口控制静态数码管。 单片机的 P17 口连接矩阵键盘的第 1 行， P13 口连接矩阵键盘第 1列。
3. 软件设计
本章我们要实现的功能是：通过数码管显示矩阵按键S1~S16按下后显示0-F
#include <REGX52.H>
// 共阴极段码数据
unsigned char gsmg_code[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
// 延时函数
void delay_us(unsigned int ten_us)
{
while(ten_us--);
}
// 扫描按键函数
int key_scan()
{
unsigned int key_value; // 定义键值
// 我们使用的是行列扫描法
P1 = 0xf7; // 给第一列赋值0，其余全为1
/*
为什么可以实现这个功能？
这行代码是将 P1 的值设为 0xF7，即二进制形式为 11110111。
11110111即代表了P1.7~P1.1,意味着，P1.7~P1.4和P1.2~P1.0被赋值为1，而P1.3被赋值为0
看我们的接线就知道-P1.3确实是接在L1上的-即代表了第一列
从而我们就完成了给第一列赋0（即输出模式）的操作-其他位全不打开
*/
if(P1 != 0xf7) // 判断第一列按键是否按下
{
delay_us(1000);// 消抖
switch(P1) // 保存第一列按键按下后的键值
{
/*
下面对比段码值，再返回就行了，注意要返回第一列的数据嗷
我们举一个例子 1234
5678
9ABC
DF
比如第一列的5，通过查询段码值，是0xb7
那么我们直接写case 0xb7 让循环找这个数据，如果找到了，就返回5，然后数码管就显示5了
*/
case 0x77:
key_value = 1;
break;
case 0xb7:
key_value = 5;
break;
case 0xd7:
key_value = 9;
break;
case 0xe7:
key_value = 13;
break;
}
}while(P1 != 0xf7); // 等待按键松开
P1 = 0xfb; // 给第二列赋值0，其余全为1
if(P1 != 0xfb) // 判断第二列按键是否按下
{
delay_us(1000);//消抖
switch(P1)//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;
}
}while(P1 != 0xfb);//等待按键松开
P1 = 0xfd; // 给第三列赋值0，其余全为1
if(P1 != 0xfd) // 判断第三列按键是否按下
{
delay_us(1000); // 消抖
switch(P1) // 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;
}
}while(P1 != 0xfd);//等待按键松开
P1 = 0xfe;//给第四列赋值0，其余全为1
if(P1 != 0xfe)//判断第四列按键是否按下
{
delay_us(1000);//消抖
switch(P1)//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;
}
}while(P1 != 0xfe);//等待按键松开
return key_value; // 返回我们保存的值
}
// 主函数
void main()
{
int key; // 定义需要返回的值
while(1)
{
key = key_scan(); // 返回的值
if(key != 0)
// 如果key不等于0，即k=1~f
P0 = ~gsmg_code[key-1]; // 得到的按键值减1换算成数组下标对应0-F段码
// 为什么需要减1呢？（1~f） 、
// 因为学过C语言知道，数组的下标是从0开始的，而键值是从1开始的，所以要key要减1才能对得上数组
}
}
4. 小结
可以看到本章明显难了很多，代码量加大，其实还好，内容有很多重复的，理解了第一列后面就好做了，再来复盘一下整个程序
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头文件、数码管段码、延时函数：这些不必解释看过很多了
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扫描函数：重点，先理解第一列是怎么实现的，首先我们给P1赋值（即单片机与矩阵键盘连接）为0xf7（十六进制转化为二进制1111 0111）这时候，P1.3就是0了（即与L1连接的）低电平输出，其他关闭
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那么怎么判断L1是否按下就是判断P1等不等于1111 0111 ，不等于就代表按下，那么我们就开始记录按下的什么：用switch循环，通过对比段码值，然后返回相应的值（1 5 9 13）
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后面L2、L3、L4仿照L1来就行了
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既然我们有了返回的值，就用主函数来表示：先判断key是不是等于0，如果不是P0（数码管与单片机相连）就等于key-1，我们知道数码管是一个数组，但是我们返回的整数，那么返回1【key-1】= 0，数组的第0位就是第一个数字0
我们这里使用的行列扫描法：通过代码我们可以看出来，怎么使用？先给第一列全低电平，也就是全输出，当该列有一行按下，就会根据键值返回我们要显示的数字，以此类推，L2,L3,L4
当然不要忘记了，最后数组内的数字要减1，因为C语言中数组下标要从0开始
2024.6.25 第一次修订
2024.8.19 第二次修订，后期不再维护
