51单片机从零开始入门教程第六章（矩阵键盘篇）

Zevalin爱灰灰

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分类专栏： 51单片机从零开始学习文章标签： 51单片机嵌入式硬件单片机

于 2023-11-25 22:06:13 首次发布

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参考教程：[6-1] 矩阵键盘_哔哩哔哩_bilibili

一、概述

1、矩阵键盘的作用

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，采用逐行或逐列的“扫描”，就可以读出任何位置按键的状态。

2、两种扫描

（1）数码管扫描（输出扫描）

原理：显示第1位→显示第2位→显示第3位→……，然后快速循环这个过程，最终实现所有数码管同时显示的效果。

（2）矩阵键盘扫描（输入扫描）

原理：读取第1行(列)→读取第2行(列) →读取第3行(列) → ……，然后快速循环这个过程，最终实现所有按键同时检测的效果。

二、开发板上的矩阵按键模块

1、矩阵按键的组成

矩阵按键模块中有16个按键，它们按照4×4的方式排列，与它们相对接的是P1寄存器的8个位，其中0-3位对应矩阵按键模块的每一列，4-7位对应矩阵按键的每一行。

2、矩阵键盘的扫描方式

（1）按行扫描：为了找到被按下的按键，可以选择按行扫描的方式，首先将P1的4-7位轮流配置为低电平（其它三位置为高电平），如果从第一行开始扫描，那么就先将P17配置为低电平，P16、P15、P14配置为高电平，然后检测P1的0-3位，其中哪一位是低电平，那么该位对应列的第一行那个按键就是处于被按下的状态，以此类推。

（2）按列扫描：为了找到被按下的按键，可以选择按列扫描的方式，首先将P1的0-3位轮流配置为低电平（其它三位置为高电平），如果从第一列开始扫描，那么就先将P13配置为低电平，P12、P11、P10配置为高电平，然后检测P1的4-7位，其中哪一位是低电平，那么该位对应行的第一列那个按键就是处于被按下的状态，以此类推。（建议采用按列扫描，若使用按行扫描，P15的电平会忽高忽低，而P15可能还会影响蜂鸣器，从而造成异常现象，这个具体看开发板的原理图，有些板子已经将这个引脚冲突改善，不会有此异常现象）

三、矩阵键盘应用实验

1、在液晶屏上显示被按下的矩阵按键序号实验

（1）项目包含的文件：其中Delay.c、Delay.h、LCD1602.c及LCD1602.h全部沿用上一例的代码，这里不再给出，INTRINS.H及REGX52.H在系统include目录中，不需要自己编写。

（2）将源文件及头文件添加到项目中，然后进行编译。

①MatrixKey.c文件：

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"

/**
  * @brief  矩阵键盘读取按键键码
  * @param  无
  * @retval KeyNumber 按下按键的键码值
		   如果按键按下不放，程序会停留在该函数中，松手后才会返回键码值
		   没有按键按下，函数返回0
  */

unsigned char MatrixKey()
{
	unsigned char KeyNumber = 0;  //用该变量记录被按下的按键
	
	P1 = 0xFF;   //按列扫描，首先扫描第一列
	P1_3 = 0;    //P1_3对应第一列，置为低电平，其它三位置为高电平
	
	if(P1_7 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_7 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 1;  //第一列第一行
	}
	if(P1_6 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_6 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 5;  //第一列第二行
	}
	if(P1_5 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_5 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 9;  //第一列第三行
	}
	if(P1_4 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_4 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 13;  //第一列第四行
	}
	
	P1 = 0xFF;   //接着扫描第二列
	P1_2 = 0;    //P1_2对应第二列，置为低电平，其它三位置为高电平
	
	if(P1_7 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_7 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 2;  //第二列第一行
	}
	if(P1_6 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_6 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 6;  //第二列第二行
	}
	if(P1_5 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_5 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 10;  //第二列第三行
	}
	if(P1_4 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_4 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 14;  //第二列第四行
	}
	
	P1 = 0xFF;   //接着扫描第三列
	P1_1 = 0;    //P1_1对应第三列，置为低电平，其它三位置为高电平
	
	if(P1_7 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_7 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 3;  //第三列第一行
	}
	if(P1_6 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_6 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 7;  //第三列第二行
	}
	if(P1_5 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_5 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 11;  //第三列第三行
	}
	if(P1_4 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_4 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 15;  //第三列第四行
	}
	
	P1 = 0xFF;   //接着扫描第四列
	P1_0 = 0;    //P1_0对应第四列，置为低电平，其它三位置为高电平
	
	if(P1_7 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_7 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 4;  //第四列第一行
	}
	if(P1_6 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_6 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 8;  //第四列第二行
	}
	if(P1_5 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_5 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 12;  //第四列第三行
	}
	if(P1_4 == 0)
	{
		Delay(20);  //按键消抖
		while(P1_4 == 0);
		Delay(20);
		KeyNumber = 16;  //第四列第四行
	}
	
	return KeyNumber;
}

②MatrixKey.h文件：

#ifndef __MatrixKey_H__
#define __MatrixKey_H__

unsigned char MatrixKey();

#endif

③main.c文件：

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "MatrixKey.h"

unsigned char KeyNum = 0;

void main()
{
	LCD_Init();  //初始化
	while(1)
	{
		KeyNum = MatrixKey();
		if(KeyNum)  //如果有按键按下
		{
			LCD_ShowNum(1,1,KeyNum,2);  //屏幕显示按下的按键序号
		}
	}
}

（3）将生成的.hex文件下载到开发板中，按下矩阵按键，屏幕上会显示按键对应的键码值。

2、矩阵键盘密码锁实验

（1）项目包含的文件：其中MatrixKey.c、MatrixKey.h、Delay.c、Delay.h、LCD1602.c及LCD1602.h全部沿用上一例的代码，这里不再给出，INTRINS.H及REGX52.H在系统include目录中，不需要自己编写。

（2）将源文件及头文件添加到项目中，然后进行编译。

main.c文件：

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "Delay.h"
#include "MatrixKey.h"

unsigned char KeyNum = 0;
unsigned int Password;  //4位密码（32位，4个字节）
unsigned char Count = 0;  //记录已输入密码位数

void main()
{
	LCD_Init();  //初始化
	LCD_ShowString(1,1,"Password:");
	LCD_ShowNum(2,1,Password,4);
	while(1)
	{
		KeyNum = MatrixKey();
		if(KeyNum)  //如果有按键按下
		{
			if(KeyNum <= 10)  //如果s1-s10按键按下，输入密码
			{
				if(Count < 4)
				{
					Password *= 10;  //把上一位密码左移（给下一位密码腾出位置）
					Password += KeyNum % 10;  //获取输入的1位密码
				}
				Count++;
			}
			if(KeyNum == 11)  //s11作为确认键
			{
				if(Password == 2345)
				{
					LCD_ShowString(1,14,"OK");  //密码正确显示OK
					Delay(5000);  //停留5秒
					Password = 0;  //密码清零
					Count = 0;  //计数清零
					LCD_ShowNum(2,1,Password,4);  //更新显示
					LCD_ShowString(1,14,"   ");
				}
				else
				{
					LCD_ShowString(1,14,"ERR");  //密码错误显示ERR
					Delay(5000);  //停留5秒
					Password = 0;  //密码清零
					Count = 0;  //计数清零
					LCD_ShowNum(2,1,Password,4);  //更新显示
					LCD_ShowString(1,14,"   ");
				}
			}
			if(KeyNum == 12)  //s12作为手动清空输入键
			{
				Password = 0;  //密码清零
				Count = 0;  //计数清零
				LCD_ShowNum(2,1,Password,4);  //更新显示
			}
			LCD_ShowNum(2,1,Password,4);  //显示当前输入的密码
		}
	}
}

（3）将生成的.hex文件下载到开发板中进行测试。