行列扫描法,反转法,状态机法三种矩阵键盘扫描方法详解带程序

ID:140725 · 发表于 2017-3-13 01:50

实现矩阵键盘扫描的三种方法（代码见附件）：
1.行列扫描法
2.反转法
3.状态机法（结合定时器中断）
第一种和第二种方法的本质都是进行循环查询，大量占用MCU的时间，效率比较低。初学者一般会学这两种
第三种方法属于状态机方法，它是结合定时器中断的，相比于前两种采用延时函数的方法，大大提高了MCU的效率。
我们设计矩阵键盘的扫描函数时，要保证：既要及时的判断按键是否被按下，又要让MCU有时间去做其他的事。
代码所对应的硬件电路：

完整的原理图：

51start单片机开发板V3.0原理图.pdf (805.5 KB, 下载次数: 85)

全部源码下载：

矩阵键盘反转法.zip (55.58 KB, 下载次数: 214)

矩阵键盘状态机法.zip (40.12 KB, 下载次数: 231)

矩阵键盘（行列扫描法）.zip (33.98 KB, 下载次数: 174)

意见整理：
这几个方法其中包含的一些问题。（先说明一点，我只看了 “反转法” 和 “状态机” 法。）

“反转法” 里面的松手检测使用了 " while(...) " 这种方式（本人从前也是运用这种方式，所以现在就遇到问题了。所以在此建议大家在了解了基本的按键检测方法后，要及时的学习更加高级和完善的方法，不要满足现状。），这种松手检测只能运用在极少数情况下才能使用，因为等待释放的过程中 “CPU” 一直在 “等待”释放，导致其余的任务都不被执行。假设一个系统中有动态数码管显示（不考虑定时中断。这里说一点题外话，其实我们应该尽可能减少对外设的依赖。这样做，一来能够提高自己的编程能力；二来能提高系统稳定性，特别是中断，开多了是件很  “危险” 的事情。），则数码管会熄灭，又或者其他实时性较高任务无法被执行。所以这里提供的 “反转法” 我认为只能提供一种思路，不大可能应用到实际中。

接着说一下 “状态机法”（与其说是 “状态机法” 倒不如说是“ 状态机 + 线反转法” ）。第一个问题我认为倒不是楼主所说的 “上电数码管就亮” ，而是 “松手检测” 没有起作用。其实也只差一步，那就是判断。源码中不论经过任何 “状态” 都会 “return” 最新的值，那么按下了就会被立即 “return” 。所以在 “return” 前加一个 “释放” 判断： “ if(key_state==key_state0) ” 便可。问题解决了么？还真没有，我们会在编译时（在 keil 环境下）获得一条警告 “warning C291: not every exit path returns a value（大意是：某些情况下没有返回值）” ，选择 “无视” ，然后烧写，运行（我开始也是这么做的）。好了，的确有了松手检测，但是又出现 “反转法” 中出现的情况——数码管全灭。虽然无法判断是 “卡死” ，还是 “return” 了个未知数，但可以确定的是，这显然也是不符合我们的需要的。我们再回到当初的判断那里，总结前面的问题，任何情况下我们都要 “return” 。静下心来分析发现，只有两种情况：一是没有释放，那么就要“return” 上一次按键的值；二是已经释放，则“return”这一次的值。于是我们就再引入一个变量  “last_key_value” ，用来存放 “上一次” 的按键值（这里我们要清楚，“上一次” 是一个相对的情况，因为 “这一次” 的按键值立刻就会变成 “上一次”）。添加的代码如下:
/***************CHANGE--START******************************/
if(key_state==key_state0) {
last_key_value=key_value;
   return key_value;
}
else return last_key_value;
/***************CHANGE--END******************************/

说了一堆 “废话” 终于把第一个问题解决了，接下来解决楼主所说的那个问题。其实这是一个识别的问题，也就是说要 “ 如何识别是首次上电呢？ ”。
这里我们在 “ main.c ” 文件中引入一个标志位“  bit power_on=1；                                        /* 标志位为 1 表示上电后未按下任何按键的状态 */ ”
并在 “main” 函数中加入
“  if (power_on==0) Display(readkey);          /* 上电后有按键被按下，才显示对应数据*/             ”
到这里，我们又引入了另一个问题， “ power_on ” 需要在哪里被 “清零” ，你也许会说，很简单啊，在 “ if(key_state==key_state0) {...} ” 清零啊。我们把  “ power_on = 0 ； /*  注意要声明  extern bit power_on; */  ”  直接加入其中，然后编译、烧写、运行。接着发现，咦！怎么还亮。然后，凭借我的直觉又把它放到了 “ else ” ，再来一遍，然后你发现直觉真管用，不亮了。赶紧按一个键试试，显示没错，不过你会突然发现好像下去的时候显示的是 “ 0 ”  松手以后，才显示对应的数字。复位再来一遍，真的是这样，怎么办？认真分析代码发现（这里就不废话了，留给各位“ 废 ”好了），你会发现，的确应该在 “ if(key_state==key_state0) {...} ” 中清零（第一感觉真的很准）。不过还要添加一个 “标志位” 可以是 “释放标志位” 也可以是 “按下标志位”，为什么？就留给各位来想了。这里选择 “释放标志位”。修改的代码如下：
/***************CHANGE--START******************************/
case key_state2:{                                                       //状态2，判断是否被释放
if(key_temp==no_key){                                     //释放，转回到状态0
      key_state=key_state0;
      shifang=1;
}
}break;

......
if(key_state==key_state0) {
last_key_value=key_value;
if(bit_release) power_on=0;    /* bit_release 也就是释放标志位 */
return key_value;
}
/***************CHANGE--END******************************/
完成以后，编译、烧写、运行，OK！

矩阵键盘状态机法主程序：

/*==========================================================
* 开发人员：laowang
* 当前版本：V1.0
* 创建时间：11/26
* 修改时间：
* 功能说明：对4*4矩阵键盘扫描，用8位数码管进行显示，刚开始时不亮，依次按下按键时
数码管依次显示0-F，扫描方法为状态机方法+定时器中断
*==========================================================*/
#include<reg52.h>
#include"Define.h"
#include"display.h"
#include"matrixkeyscan.h"
void Timer0_init(); //定时器初始化函数
uint flag=0; //按键扫描标志，每中断一次，扫描一次
//主函数
void main()
{
uchar key_state=0;
uchar readkey;
readkey=0xff;
Timer0_init();
Display_init(); //使之不亮
while(1)
{
if(flag)
{
flag=0;
readkey=Keyscan();
Display(readkey);
}
}
}
void Timer0() interrupt 1
{
TH0=0xd8; //10Ms产生一次中断
TL0=0xf0;
flag=1;
}
void Timer0_init()
{
TMOD=0x01;
TH0=0xd8; //12MHz 10Ms
TL0=0xf0;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}

复制代码

行列扫描法的主程序：

/*==========================================================
* 开发人员：laowang
* 当前版本：V1.0
* 创建时间：11/19
* 修改时间：
* 功能说明：让数码管的前两位显示显示一个二位数（0-59），
通过三个按键控制，按下key1num加1，按下key2num减1，按下key3num清零
*==========================================================*/
/*==================硬件电路=============================================
*
*
* MCU=89x51/52 8位数码管（共阴）
* +---------------+ +------+ +------------+------------+
* | p1.0|-----| |---->a| | |
* | . | | 573 | . |8. 8. 8. 8. |8. 8. 8. 8. |
* | . | | | . | | |
* | p1.7|-----| |--->dp| | |
* +--key1--|P2.0 p3.4|-----| 段选 | +------------+------------+
* | | | +------+ | |
* |--key2--|P2.1 | | . . . . . . |
* | | | +------+ | |
* |--key3--|P2.2 p3.5|-----| | | |
* | | p1.0|-----| 573 |-----------| |
* GND | . | | | |
* | . | | | |
* | p1.7|-----| 位选 |--------------------------|
* | | +------+
* | |
* | |
* +---------------+
*
* 说明：此例程中只用到了数码管的前两位
*=================================================================================*/
#include<reg52.h>
#include"display.h"
#include"matrixkey.h"
void main()
{
while(1)
{
Matrixkeyscan();
Display(key);
}
}

复制代码

完整的源码请到本帖顶部下载附件.

ID:135835 · 发表于 2017-3-13 16:45

在刘平老师的《深入浅出玩转51单片机》里学习过状态机法，看得不是太懂。谢楼主分享了。

ID:184846 · 发表于 2017-4-15 17:14

就是没有金币了

ID:184846 · 发表于 2017-4-19 08:30

下载看了，觉得上电数码管亮，好像是初始化显示函数Display_init();那里一开始就把位选全打开了，而每10Ms产生一次中断，主函数中一开始readkey=0xff;然后if(flag){flag=0;readkey=Keyscan();Display(readkey);一开始10ms就显示0XFF，觉得这个位选应该在按键松手才打开，修改如下
void Display_init()
{
P1=0xFF;      //将所有的位选关闭，所有数码管不亮，
wela=1;
wela=0;
P1=0x00;    //将段选关闭，也就是刚开始的时候数码管都不亮
dula=1;
dula=0;
}
void Display(uchar num1)
{
wela=1;
P1=0x00;      //将所有的位选打开，所有数码管同时亮，
wela=0;
dula=1;
P1=smg_duan[num1];
dula=0;
}

ID:184846 · 发表于 2017-4-19 08:31

哦，我看的是状态机那个。
下载看了，觉得上电数码管亮，好像是初始化显示函数Display_init();那里一开始就把位选全打开了，而每10Ms产生一次中断，主函数中一开始readkey=0xff;然后if(flag){flag=0;readkey=Keyscan();Display(readkey);一开始10ms就显示0XFF，觉得这个位选应该在按键松手才打开，修改如下
void Display_init()
{
P1=0xFF;      //将所有的位选关闭，所有数码管不亮，
wela=1;
wela=0;
P1=0x00;    //将段选关闭，也就是刚开始的时候数码管都不亮
dula=1;
dula=0;
}
void Display(uchar num1)
{
wela=1;
P1=0x00;      //将所有的位选打开，所有数码管同时亮，
wela=0;
dula=1;
P1=smg_duan[num1];
dula=0;
}

ID:184846 · 发表于 2017-4-19 09:11

下载看了状态机，觉得上电数码管亮，好像是初始化显示函数Display_init();那里一开始就把位选全打开了，而每10Ms产生一次中断，主函数中一开始readkey=0xff;然后if(flag){flag=0;readkey=Keyscan();Display(readkey);一开始10ms就显示0XFF，觉得这个位选应该在按键松手才打开，修改如下
void Display_init()
{
P1=0xFF;      //将所有的位选关闭，所有数码管不亮，
wela=1;
wela=0;
P1=0x00;    //将段选关闭，也就是刚开始的时候数码管都不亮
dula=1;
dula=0;
}
void Display(uchar num1)
{
wela=1;
P1=0x00;      //将所有的位选打开，所有数码管同时亮，
wela=0;
dula=1;
P1=smg_duan[num1];
dula=0;
}

ID:213328 · 发表于 2017-7-24 14:24

目前用的反转，出了些问题，刚好学习学习
多谢楼主了

ID:168002 · 发表于 2018-3-7 13:33

之前都是用反转法，现在试试状态机

ID:203654 · 发表于 2018-5-24 10:46

感谢楼主分享

，学习一下

ID:286251 · 发表于 2018-5-26 15:32

很有用。非常感谢分享

ID:430148 · 发表于 2018-11-20 20:07

学习一下

ID:380988 · 发表于 2018-12-2 14:45

感谢楼主分享，学习一下

ID:413383 · 发表于 2019-6-10 00:03

多谢楼主了

ID:558624 · 发表于 2019-7-13 22:00

感谢楼主

ID:207882 · 发表于 2019-7-14 17:20

写得挺好的，点赞，，我下载了你的状态机程序，，为了省点黑币，其他两个我就没下载了，，我看了后自己有些看法，，如果我同一行一个按键压死，，然后我在同一行按下另一个按键呢？？？？还有主函数10Ms检测一次，，为什么数码管显示也放在这个里面？？？上电数码管亮我觉得不是上面6#说的， readkey=Keyscan();
Display(readkey);
上电按键没按的换Keyscan()返回的应该是0吧，，display(0)对应你的数组不就是全亮？？？，我觉得应该是这样，试试把数组的全灭数据也就是0x00,放在第一个，，剩下的就按你的按键去排显示的数据就好了

ID:644656 · 发表于 2019-11-18 21:52

哇，感谢楼主的分享，给我们这些小白提供了学习的资料

ID:658887 · 发表于 2019-12-8 15:50

感谢分享

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