51单片机矩阵键盘扫描原理分析与程序

ID:1020288 · 发表于 2022-4-26 10:04

1、矩阵式键盘扫描原理

在矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这一点是识别矩阵按键是否被按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。

扫描方式是利用CPU完成其他工作的空余调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。键盘扫描程序一般应包括以下内容：

（1）判别有无键按下。

（2）键盘扫描取得闭合键的行、列值。

（3）用计算法或查表法得到键值。

（4）判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。

（5）将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。

本实验的扫描原理是：先置某列线为0，（比如C1=0[P40 == 0]，其他为1），然后判断行线那个为0，即若P4.4为0，则按下的键为S17，若P4.5为0，则按下的键为S13，若P4.6为0，则按下的键为S9，若P4.7为0，则按下的键为S5；以此类推，可以得到其他各列线上的键。

2、去抖概念：

按键是机械器件，按下或者松开时有固定的机械抖动，抖动图如图3.28所示。

图3.28 按键被按下时的电压变化

图3.28看出按键按下和松开的瞬间出现机械抖动，这个抖动时间虽然很短，一般10~15ms，不同按键抖动不同，但对应单片机来说，很轻松就能检测到，单片机是us 级别。但这个结果并不是我们需要的，实际上只进行一次按键操作，但有可能执行了多次按键结果，这就是抖动造成的，所以大多数产品实际使用中都使用了按键去抖功能。

按键去抖分为硬件去抖和软件去抖，硬件去抖最简单的就是按键 2 端并联电容，容量根据实验而定。软件去抖使用方便不增加硬件成本，容易调试，所以现在大都使用软件去抖。

软件去抖原理：

(1) 检测到按键按下后进行 10~15ms 延时，用于跳过这个抖动区域

(2) 延时后再检测按键状态，如果没有按下表明是抖动或者干扰造成，如果仍旧按下，可以

认为是真正的按下。并进行对应的操作。

(3) 同样按键释放后也要进行去抖延时，延时后检测按键是否真正释放。

程序样例中没有使用按键释放去抖程序，用户可以参考按下去抖程序自行添加。多数时候按键需要在释放时才起作用，像电脑鼠标一样，这个时候需要检测按键是否释放，如果没有释放则一直等待。

3、主控系统板矩阵键盘的硬件连接

例如：LED1为指示灯，常量；
按键由S17---->>>S8按下显示0-F数码

单片机代码：
1. /*****
2. STC15单片机开发系统演示程序
3. LED1为指示灯，常量；
4. 按键又S17---->>>S8按下显示0-F，顺序暂时没调
5. MCU:STC15W4K56S4 ,晶体频率：11.0592MHz
6. ****/
7. #include <stc15.h>
8. #include <intrins.h>
9. //行端口定义
10. sbit R1=P4^4;
11. sbit R2=P4^5;
12. sbit R3=P4^6;
13. sbit R4=P4^7;
14. //列端口定义
15. sbit C1=P4^0;
16. sbit C2=P4^1;
17. sbit C3=P4^2;
18. sbit C4=P4^3;
19. //共阴极0-f
20. unsigned char code SMG_DuanMa[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; //通过code将断码值设置为表格的形式
21. unsigned char num =0;
22. void Delay(unsigned char t)
23. {
24.    while(t--);
25.    while(t--);
26.    while(t--);
27. }
28. void Delay100ms()    //@11.0592MHz
29. {
30.    unsigned char i, j, k;
31.
32.    _nop_();
33.    _nop_();
34.    i = 5;
35.    j = 52;
36.    k = 195;
37.    do
38.    {
39.       do
40.       {
41.          while (--k);
42.       } while (--j);
43.    } while (--i);
44. }
45.
46. void HC138_Y(unsigned char n) //138译码器控制使能端口
47. {
48.    switch(n)
49.    {
50.       case 1:  //数码管---位码--控制输出Y1
51.          P0 = ((P0&0xF8)|0x04);
52.       break;
53.       case 2:  //数码管---断码--控制输出Y2
54.          P0 = ((P0&0xF8)|0x02);
55.       break;
56.       case 3:  //LED灯--控制输出Y3--控制输出Y3
57.          P0 = ((P0&0xF8)|0x06);
58.       break;
59.       case 4: //ULN2003--电机--继电器--控制输出Y4
60.          P0 = ((P0&0xF8)|0x01);
61.       break;
62.    }
63. }
64. void SMG_Display(unsigned char value)//数码管第一位显示数值
65. {
66.    HC138_Y(1);
67.    P2 = 0xFE;
68.    P0 &= 0xF8;
69.    Delay100ms();
70.    HC138_Y(2);
71.    P2 = value;
72.    P0 &= 0xF8;
73.    Delay100ms();
74. }
75. void Key(void)//矩阵键盘扫描函数，逐行逐列扫描
76. {
77.    /***扫描第一列***/
78.    //再进行逐行扫描
79.    C1 = 0;
80.    R1 = R2 = R3 = R4 = 1;
81.    C2 = C3 = C4 = 1;
82.    if(R1 == 0)
83.    {
84.    Delay100ms();  //消抖
85.       while(R1 == 0);
86.       num = 0;
87.    }
88.    else if(R2 == 0)
89.    {
90.    Delay100ms();
91.       while(R2 == 0);
92.       num = 4;
93.    }
94.    else if(R3 == 0)
95.    {
96.    Delay100ms();
97.       while(R3 == 0);
98.       num = 8;
99.    }
100.    else if(R4 == 0)
101.    {
102.    Delay100ms();
103.       while(R4 == 0);
104.       num = 12;
105.    }
106.    /***扫描第二列***/
107.    C2 = 0;
108.    R1 = R2 = R3 = R4 = 1;
109.    C1 = C3 = C4 = 1;
110.    if(R1 == 0)
111.    {
112.    Delay100ms();
113.       while(R1 == 0);
114.       num = 1;
115.    }
116.    else if(R2 == 0)
117.    {
118.    Delay100ms();
119.       while(R2 == 0);
120.       num = 5;
121.    }
122.    else if(R3 == 0)
123.    {
124.    Delay100ms();
125.       while(R3 == 0);
126.       num = 9;
127.    }
128.    else if(R4 == 0)
129.    {
130.    Delay100ms();
131.       while(R4 == 0);
132.       num = 13;
133.    }
134.       /***扫描第三列***/
135.    C3 = 0;
136.    R1 = R2 = R3 = R4 = 1;
137.    C1 = C2 = C4 = 1;
138.    if(R1 == 0)
139.    {
140.    Delay100ms();
141.       while(R1 == 0);
142.       num = 2;
143.    }
144.    else if(R2 == 0)
145.    {
146.    Delay100ms();
147.       while(R2 == 0);
148.       num = 6;
149.    }
150.    else if(R3 == 0)
151.    {
152.    Delay100ms();
153.       while(R3 == 0);
154.       num = 10;
155.    }
156.    else if(R4 == 0)
157.    {
158.    Delay100ms();
159.       while(R4 == 0);
160.       num = 14;
161.    }
162.       /***扫描第四列***/
163.    C4 = 0;
164.    R1 = R2 = R3 = R4 = 1;
165.    C1 = C2 = C3 = 1;
166.    if(R1 == 0)
167.    {
168.    Delay100ms();
169.       while(R1 == 0);
170.       num = 3;
171.    }
172.    else if(R2 == 0)
173.    {
174.    Delay100ms();
175.       while(R2 == 0);
176.       num = 7;
177.    }
178.    else if(R3 == 0)
179.    {
180.    Delay100ms();
181.       while(R3 == 0);
182.       num = 11;
183.    }
184.    else if(R4 == 0)
185.    {
186.    Delay100ms();
187.       while(R4 == 0);
188.       num = 15;
189.    }
190. }
191.
192. void main()
193. {
194.    P0M1=0;P0M0=0;
195.    P1M1=0;P1M0=0;
196.    P2M1=0;P2M0=0;
197.    P3M1=0;P3M0=0;
198. P4M1=0;P4M0=0; //按键用到P4端口，记得设置P4端口模式
199.    while(1)
200.    {
201.       Key();
202.       if(num>=0)
203.       {
204.          HC138_Y(1);
205.          P2 = 0xFE;
206.          P0 &= 0xF8;
207.          Delay100ms();
208.
209.          HC138_Y(2);
210.          P2 = SMG_DuanMa[num];
211.          P0 &= 0xF8;
212.          Delay100ms();
213.       }
214.       Delay100ms();
215.       HC138_Y(3);
216.       P2 = 0x01;
217.       Delay100ms();
218.    }
}

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