复习单片机:矩阵按键(内含1 矩阵按键介绍+2 硬件设计+3 软件设计+4原始代码+5 实验现象)

简介: 复习单片机:矩阵按键(内含1 矩阵按键介绍+2 硬件设计+3 软件设计+4原始代码+5 实验现象)

另一种模型:矩阵按键。开发板上板载了一个 4*4 矩阵键盘。本章所要实现的功


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。学习本章


可以参考前面的实验章节内容。本章分为如下几部分内容:


1 矩阵按键介绍


2 硬件设计


3 软件设计


4 实验现象


1 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,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。


2 硬件设计


本实验使用到硬件资源如下:



1)静态数码管



2)4*4 矩阵按键


静态数码管模块电路在前面章节都介绍过,这里就不多说,开发板上的矩阵


按键模块电路如下图所示:


bb7f261b48854642ba513e224be02c05.png


从上图中可以看出,


4*4 矩阵按键引出的 8 根控制线直接连接到 51 单片机的


P1 口上。电路中的 P17 连接矩阵键盘的第 1 行,P13 连接矩阵键盘第 1 列。


3 软件设计


本章所要实现的功能是:通过数码管显示矩阵按键 S1-S16 按下后键值 0-F。


代码如下:


71bdd068445b4d5086295725c90ed2f3.png


注:上图的行列式扫描的第三列的0xdd和0xed写错了,赋值应该是key_value=11,key_value=15,当时不细心,小伙伴们记得认真点嗷


4.原始代码如下:


#include"reg52.h"
//对系统默认数据类型进行重定义
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
//使用宏定义矩阵按键控制口
#define KEY_MATRIX_PORT P1
//使用宏定义数码管段码口
#define SMG_A_DP_PORT P0
//共阴极数码管显示 0~F 的段码数据
u8 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_time(u8 ten_us)
{
    while(ten_us--);
}
//使用行列式扫描方法,检测矩阵按键是否
//            按下,按下则返回对应键值
u8 key_matrix_ranks_scan(void)
{
    u8 key_value=0;
    //将整个矩阵控制管脚转换为16进制并计算
    KEY_MATRIX_PORT=0xf7;
    //判断第一列按键是否按下
    if(KEY_MATRIX_PORT!=0xf7)
    {
        //消抖
        delay_time(1000);
        //保存第一列按键按下后的键值
        switch(KEY_MATRIX_PORT)
        {
            case 0x77:key_value=1;break;
            case 0xb7:key_value=5;break;
            case 0xd7:key_value=9;break;
            case 0xe7:key_value=13;break;
        }
    }
    //等待按键松开
        while(KEY_MATRIX_PORT!=0xf7);
    //给第二列赋值 0,其余全为 1
    KEY_MATRIX_PORT=0xfb;
    if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfb)
    {
        delay_time(1000);
        switch(KEY_MATRIX_PORT)
        {
            case 0x7b:key_value=2;break;
            case 0xbb:key_value=6;break;
            case 0xdb:key_value=10;break;
            case 0xed:key_value=14;break;
        }
    }
        while(KEY_MATRIX_PORT!=0xfb);
    //给第三列赋值 0,其余全为 1    
    KEY_MATRIX_PORT=0xfd;
    if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfd)
    {
        delay_time(1000);
        switch(KEY_MATRIX_PORT)
        {
            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(KEY_MATRIX_PORT!=0xfd);
    //给第四列赋值 0,其余全为 1
    KEY_MATRIX_PORT=0xfe;
    if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfe)
    {
        delay_time(1000);
        switch(KEY_MATRIX_PORT)
        {
            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(KEY_MATRIX_PORT!=0xfe);
        return key_value;
}
void main()
{
    u8 key=0;
    while(1)
    {
        key=key_matrix_ranks_scan();
        if(key!=0)
            ;//得到的按键值减 1 换算成数组下标 
              //对应 0-F 段码
        SMG_A_DP_PORT=gsmg_code[key-1];
    }
}

5.实验现象

使用 USB 线将开发板和电脑连接成功后(电脑能识别开发板上 CH340 串口),

把编译后产生的.hex 文件烧入到芯片内,实现现象如下:当按下 S1-S16 键,最

左边数码管对应显示 0-F。


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