51單片機矩陣鍵盤掃描原理分析與程序

ID:1020288 · 發表于 2022-4-26 10:04

1、矩陣式鍵盤掃描原理

在矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V上。當無鍵按下時，行線處于高電平狀態；當有鍵按下時，行、列線將導通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平決定。這一點是識別矩陣按鍵是否被按下的關鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當處理，才能確定閉合鍵的位置。

掃描方式是利用CPU完成其他工作的空余調用鍵盤掃描子程序來響應鍵盤輸入的要求。在執行鍵功能程序時，CPU不再響應鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵盤為止。鍵盤掃描程序一般應包括以下內容：

（1）判別有無鍵按下。

（2）鍵盤掃描取得閉合鍵的行、列值。

（3）用計算法或查表法得到鍵值。

（4）判斷閉合鍵是否釋放，如沒釋放則繼續等待。

（5）將閉合鍵鍵號保存，同時轉去執行該閉合鍵的功能。

本實驗的掃描原理是：先置某列線為0，（比如C1=0[P40 == 0]，其他為1），然后判斷行線那個為0，即若P4.4為0，則按下的鍵為S17，若P4.5為0，則按下的鍵為S13，若P4.6為0，則按下的鍵為S9，若P4.7為0，則按下的鍵為S5；以此類推，可以得到其他各列線上的鍵。

2、去抖概念：

按鍵是機械器件，按下或者松開時有固定的機械抖動，抖動圖如圖3.28所示。

圖3.28 按鍵被按下時的電壓變化

圖3.28看出按鍵按下和松開的瞬間出現機械抖動，這個抖動時間雖然很短，一般10~15ms，不同按鍵抖動不同，但對應單片機來說，很輕松就能檢測到，單片機是us 級別。但這個結果并不是我們需要的，實際上只進行一次按鍵操作，但有可能執行了多次按鍵結果，這就是抖動造成的，所以大多數產品實際使用中都使用了按鍵去抖功能。

按鍵去抖分為硬件去抖和軟件去抖，硬件去抖最簡單的就是按鍵 2 端并聯電容，容量根據實驗而定。軟件去抖使用方便不增加硬件成本，容易調試，所以現在大都使用軟件去抖。

軟件去抖原理：

(1) 檢測到按鍵按下后進行 10~15ms 延時，用于跳過這個抖動區域

(2) 延時后再檢測按鍵狀態，如果沒有按下表明是抖動或者干擾造成，如果仍舊按下，可以

認為是真正的按下。并進行對應的操作。

(3) 同樣按鍵釋放后也要進行去抖延時，延時后檢測按鍵是否真正釋放。

程序樣例中沒有使用按鍵釋放去抖程序，用戶可以參考按下去抖程序自行添加。多數時候按鍵需要在釋放時才起作用，像電腦鼠標一樣，這個時候需要檢測按鍵是否釋放，如果沒有釋放則一直等待。

3、主控系統板矩陣鍵盤的硬件連接

例如：LED1為指示燈，常量；
按鍵由S17---->>>S8按下顯示0-F數碼

單片機代碼：
1. /*****
2. STC15單片機開發系統演示程序
3. LED1為指示燈，常量；
4. 按鍵又S17---->>>S8按下顯示0-F，順序暫時沒調
5. MCU:STC15W4K56S4 ,晶體頻率：11.0592MHz
6. ****/
7. #include <stc15.h>
8. #include <intrins.h>
9. //行端口定義
10. sbit R1=P4^4;
11. sbit R2=P4^5;
12. sbit R3=P4^6;
13. sbit R4=P4^7;
14. //列端口定義
15. sbit C1=P4^0;
16. sbit C2=P4^1;
17. sbit C3=P4^2;
18. sbit C4=P4^3;
19. //共陰極0-f
20. unsigned char code SMG_DuanMa[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; //通過code將斷碼值設置為表格的形式
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譯碼器控制使能端口
47. {
48.    switch(n)
49.    {
50.       case 1:  //數碼管---位碼--控制輸出Y1
51.          P0 = ((P0&0xF8)|0x04);
52.       break;
53.       case 2:  //數碼管---斷碼--控制輸出Y2
54.          P0 = ((P0&0xF8)|0x02);
55.       break;
56.       case 3:  //LED燈--控制輸出Y3--控制輸出Y3
57.          P0 = ((P0&0xF8)|0x06);
58.       break;
59.       case 4: //ULN2003--電機--繼電器--控制輸出Y4
60.          P0 = ((P0&0xF8)|0x01);
61.       break;
62.    }
63. }
64. void SMG_Display(unsigned char value)//數碼管第一位顯示數值
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)//矩陣鍵盤掃描函數，逐行逐列掃描
76. {
77.    /***掃描第一列***/
78.    //再進行逐行掃描
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.    /***掃描第二列***/
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.       /***掃描第三列***/
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.       /***掃描第四列***/
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; //按鍵用到P4端口，記得設置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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