矩阵键盘应该是经常能够用到的一类器件了,4X4矩阵键盘只需要用到8个IO口,即可完成16位按键的读取。其本质原理也就是行列扫描。本片文章将带你详细的学习矩阵键盘的原理以及代码编写。

<>矩阵键盘本质:

矩阵键盘本质是使用8个io口来进行16个按键的控制读取,可以减小io口的使用,用4条I/O线作为行线,4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上,设置一个按键。而这样的按键中按键的个数是4
X 4个。

这样的行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。节约单片机的资源,其本质和独立按键类似,就是进行逐行扫描和逐列扫描,然后判断是第几行的第几列个按键,进而进行整体按键值得确定,我们使用的矩阵键盘是接到了单片机的P1口通过读取P1口电平变换即可完成矩阵键盘的数值读取,具体原理图如下:

第一行接到p17,第二行接到p16,第三行接到p15,第4行接到p14
第一列接到p13,第二列接到p12,第三列接到p11,第四列接到p10

矩阵键盘扫描的方式有两种: 1.行列扫描,2.逐行/逐列扫描

其中行列扫描适用于8个IO口接到了单片机8个连续的IO口,则可以进行行列扫描

逐行/逐列扫描 适用于矩阵键盘接到了任意的IO口,则使用逐行,逐列扫描

接下来我们分别介绍这两种方式:

<>行列扫描:

原理:

先从P1口的高四位(四个行)输出高电平,低四位(四个列)输出低电平,假设有按键按下,从P1口的高四位读取键盘状态。判断高四位的四行哪一行变成了低电平,就知道是第几行,再从P1口的低四位(四个列)输出高电平,高四位(四个行)输出低电平,从P1口的低四位读取键盘状态。判断低四位的四列哪一行变成了低电平,就知道是第几列,将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。使用上述方法我们得到16个键的特征编码。

红色高电平,蓝色低电平

详解:

据矩阵键盘的原理图可知,如果矩阵键盘的8个IO口连接到了连续的一个一个人P10-P17上,当没有按键按下时,将P1口的P1^0 和 P13 置高电平 P14
和 P17 置低电平 ,也就是将4个行的IO口置高,4个列的IO口置低。 也就是P1=0x0f(0000 1111);

如果这时候有按键按下那么P1^0 和 P13 就有一个会变成低电平。因此P1的值就不等于0x0f,按下按键所在的行就会变成低电平,这是就可以判断有按键按下。

将对应P1口的值和0x0f(00001111)相 与& 则可以得到高四位第几行变成了0

按位“与”&(双目运算符):仅当两个操作数都为1时,结果为1,否则为0。
比方说: 0&0=0;0&1=0;1&0=0;1&1=1
即:两个同时为1,结果为1,否则为0

比方说按下的第一行第一列 1x1
例:
0000 1110------------- 按下1x1之后P1的值
& 0000 1111------------- 0x0f
----------
0000 1110------------- 最后得到的结果,第一行为0

再给P1口赋值0X0f。将P1口的P1^0 和 P13 置低电平 P14 和 P17 置高电平
,也就是将4个低的IO口置高,4个列的IO口置高然后读取低四位的电平, 此时的P1口 (1111 0000)

读取此时的P1口 和0xf0(11110000)相 与& 则可以得到低四位第几列变成了低电平

比方说我们按下的是1x1 按键,也就是第一行第一列,这时在按下之后可以看到p1.0和p1.3都是低电平,将Row=P1&0x0f;(行的值) 和
Col=P1&0xf0;//列值 进行相加,就可以得到按下的是那个按键

1x1: (一行一列)
Row=P1&0x0f =  0000 1110

Col=P1&0xf0=     1110 0000
Row+Col=           1110 1110   = 0xee

低电平0表示对应的行列按下

可以看到下方的p1.0和p1.4变成了低电平

2x2: (二行二列)
Row=P1&0x0f =  0000 1101

Col=P1&0xf0=     1101 0000
Row+Col=           1101 1101   = 0xdd

3x4: (三行四列)
Row=P1&0x0f =  0000 1011

Col=P1&0xf0=     0111 0000
Row+Col=           0111 1011   = 0x7b

这样就可以得到所有的16个按键的数值,具体代码如下:
unsigned char keyscan(){ unsigned char key,Row,Col; P1=0x0f; if(P1!=0x0f){
delay(10);//去抖 if(P1!=0x0f){ Row=P1&0x0f;//确保端口值正确(行的值) P1=0xf0; Col=P1&0xf0;
//列值 } while((P1&0xf0)!=0xf0);//判断键是否抬起 } switch(Row+Col){ case 0xee:key=0;break
; case 0xde:key=1;break; case 0xbe:key=2;break; case 0x7e:key=3;break; case 0xed
:key=4;break; case 0xdd:key=5;break; case 0xbd:key=6;break; case 0x7d:key=7;
break; case 0xeb:key=8;break; case 0xdb:key=9;break; case 0xbb:key=10;break;
case 0x7b:key=11;break; case 0xe7:key=12;break; case 0xd7:key=13;break; case
0xb7:key=14;break; case 0x77:key=15;break; } return key; }
运行效果图:

<>逐行/列扫描:

逐行,逐列扫描的本质和行列扫描比较类似,本质是给某一行/某一列,低电平,其余七个全部为高电平,这时候读取电平变换,有电平变低表示按键按下,即可读取按键数据。

比如逐行扫描:

* 置第1行为低电平,其余N-1行和N列为高电平,
* 读取列线数据,列线有低电平表示此行有按键按下,比如按下的是1行三列(1x3),那么第三列的列线IO口就为低电平。
* 置第2行为低电平,其余N-1行和N列为高电平,,读取列线数据,列线有低电平表示此行有按键按下。
* 以此类推,进行逐行扫描。
* 根据行线列线的电平不同可以识别是否有按键按下,哪一个按键按下,获取按键号。(N) 根据按键号跳转至对应的按键处理程序。
用我们的P1口来进行举例:

首先,给P1赋值 P1=0xfe(1111
1110);,这时P1.0为低电平,P1.1~p1.7为高电平,如果这时候有按键按下那么四个列线,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7就有一个列会变成低电平。因此P1的值就不等于0xfe,这是就可以判断有按键按下。

然后延时一段时间去抖动,然后给P1赋值0xfd(1111
1101),也就是P1.1为低电平,其他为高电平,这时如果有在P1.1线上的P1.4,P1.5,P1.6,P1.7有按键按下,那么就会出现低电平,从而判断哪个按键按下;如果没有那么就给P1赋值0xfb(1111
1011),也就是P1.2为低电平,其他为高电平.,相同方法判断是否有按键按下;······如此类推,一共四次检测。

比如当第1行有按键按下时P1的相应值为:

  1X1(11101110=0xee)
  1x2(11011110=0xde)
  1X3(10111110=0xbe)
  1X4(01111110=0x7e)
第2行有按键按下时P1的相应值为:

     2X1(11101101=0xed)
     2x2(11011101=0xdd)
     2X3(10111101=0xbd)
     2X4(01111101=0x7d)

将P1^2输出低电平,其他的引脚都输出高电平,即P1=0xfb,那么当第3行有按键按下时P1的相应值为:
     3X1(11101011=0xeb)
     3x2(11011011=0xdb)
     3X3(10111011=0xbb)
     3X4(01111011=0x7b)

最后可得第四行的相对应值为:
     4X1(11100111=0xe7)
     4x2(11010111=0xd7)
     4X3(10110111=0xb7)
   4X4(01110111=0x77)

那么最后我们可以得到代码:
/*****************************************************************************
** 函数名称:keyscan ** 功能描述:按键获取函数
******************************************************************************/
void keyscan(void) { P1=0xfe; temp=P1; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) { delay(10
); if(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case 0xee: key=0;break; case 0xde:
key=1;break; case 0xbe: key=2;break; case 0x7e: key=3;break; } while(temp!=0xf0)
{ temp=P1; temp=temp&0xf0; } } } P1=0xfd; temp=P1; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0
) { delay(10); if(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case 0xed: key=4;break;
case 0xdd: key=5;break; case 0xbd: key=6;break; case 0x7d: key=7;break; } while(
temp!=0xf0) { temp=P1; temp=temp&0xf0; } } } P1=0xfb; temp=P1; temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0) { delay(10); if(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case 0xeb:
key=8;break; case 0xdb: key=9;break; case 0xbb: key=10;break; case 0x7b: key=11;
break; } beep=0;delay(50);beep=1; while(temp!=0xf0) { temp=P1; temp=temp&0xf0; }
} } P1=0xf7; temp=P1; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) { delay(10); if(temp!=0xf0)
{ temp=P1; switch(temp) { case 0xe7: key=12;break; case 0xd7: key=13;break; case
0xb7: key=14;break; case 0x77: key=15;break; } while(temp!=0xf0) { temp=P1; temp
=temp&0xf0; } } } }
运行效果图:

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