在單片機(jī)按鍵使用過程中，當(dāng)鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)為了減少端口的占用通常將按鍵排列成矩陣 形式如下圖所示，在矩陣式鍵盤中每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通而是通過一個(gè)按鍵加以連接，到底這樣做是出意何種目的呢？大家看下面電路圖，單片機(jī)的整一個(gè)8位端口可以構(gòu)成 4*4=16 個(gè)矩陣式按鍵，相比獨(dú)立式按鍵接法多出了一倍，而且線數(shù)越多區(qū)別就越明顯，假如再多加一條線就可以構(gòu)成20個(gè)按鍵的鍵盤，但是獨(dú)立式按鍵接法只能多出1個(gè)按鍵。由此可見，在需要的按鍵數(shù)量比較多時(shí)，采用矩陣法來連接鍵盤是非常合理的，矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比獨(dú)立式鍵盤復(fù)雜一些，單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行識(shí)別也要復(fù)雜一些。確定矩陣式鍵盤上任何一個(gè)鍵被按下通常采用行掃描法。行掃描法又稱為逐行查詢法它是一種最常用的多按鍵識(shí)別方法。因此，我們就以行掃描法為例介紹矩陣式鍵盤的工作原理。

圖5-4（4*4矩陣式按鍵的接法）

首先，不斷循環(huán)地給低四位獨(dú)立的低電平，然后判斷鍵盤中有無鍵按下。將低位中其中一列線（P1.0～P1.3中其中一列）置低電平然后檢測(cè)行線的狀態(tài)（高4位，即P1.4～P1.7,由于線與關(guān)系，只要與低電平列線接通，即跳變成低電平），只要有一行的電平為低就延時(shí)一段時(shí)間以消除抖動(dòng)，然后再次判斷，假如依然為低電平，則表示鍵盤中真的有鍵被按下而且閉合的鍵位于低電平的4個(gè)按鍵之中任其一,若所有行線均為高電平則表示鍵盤中無鍵按下。再其次，判斷閉合鍵所在的具體位置。在確認(rèn)有鍵按下后,即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是:依次將列線置為低電平，即在置某一根列線為低電平時(shí),其它列線為高電平。同時(shí)再逐行檢測(cè)各行線的電平狀態(tài) ；若某行為低，則該行線與置為低電平的列線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。下面圖5-5是4*4矩陣式按鍵接法的軟件算法操作流程。

下面程序按照上述算法流程去編寫的，其電路如圖5-6，只是在圖5-5的基礎(chǔ)上多加了P0端口的8只LED燈。從鍵盤中檢測(cè)到一個(gè)鍵值，然后將這個(gè)值寫到LED數(shù)碼管上顯示。

1、4×4矩陣鍵盤的工作原理

矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個(gè)數(shù)是4×4個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。

圖1為ME300B矩陣鍵盤電路圖，行線接P1.4－P1.7，列線接P1.0－P1.3。

圖1  矩陣鍵盤電路

圖2  按鍵排列

2、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示電路

在ME300B開發(fā)系統(tǒng)中，采用了8位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。它將所有數(shù)碼管的8個(gè)段線相應(yīng)地并接在一起，并接到 AT89S51的P0口，由P0口控制字段輸出。而各位數(shù)碼管的共陽極由AT89S51的P2口控制Q20－Q27來實(shí)現(xiàn)8位數(shù)碼管的位輸出控制。

這樣，對(duì)于一組數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示需要由兩組信號(hào)來控制：一組是字段輸出口輸出的字形代碼，用來控制顯示的字形，稱為段碼；另一組是位輸出口輸出的控制信號(hào)，用來選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼。

由于各位數(shù)碼管的段線并聯(lián)，段碼的輸出對(duì)各位數(shù)碼管來說都是相同的。因此，同一時(shí)刻如果各位數(shù)碼管的位選線都處于選通狀態(tài)的話，8位數(shù)碼管將顯示相同的字符。若要各位數(shù)碼管能夠顯示出與本位相應(yīng)的字符，就必須采用掃描顯示方式。即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于導(dǎo)通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，段線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼。這樣同一時(shí)刻，只有選通的那一位顯示出字符，而其它各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。

雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一位顯示，其它各位熄滅，但由于數(shù)碼管具有余輝特性和人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位數(shù)碼管顯示間隔足夠短，給人眼的視覺印象就會(huì)是連續(xù)穩(wěn)定地顯示。

圖3  數(shù)碼管電路

數(shù)碼管不同位顯示的時(shí)間間隔可以通過調(diào)整延時(shí)程序的延時(shí)長(zhǎng)短來完成。數(shù)碼管顯示的時(shí)間間隔也能夠確定數(shù)碼管顯示時(shí)的亮度，若顯示的時(shí)間間隔長(zhǎng)，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將亮些，若顯示的時(shí)間間隔短，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將暗些。若顯示的時(shí)間間隔過長(zhǎng)的話，數(shù)碼管顯示時(shí)將產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。所以，在調(diào)整顯示的時(shí)間間隔時(shí)，即要考慮到顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度，又要數(shù)碼管顯示時(shí)不產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。

在ME300B單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)中使用數(shù)碼管來顯示信息時(shí)，要將JP2的2、3端短接。見圖3

二、演示程序的編程方法

1、4×4矩陣鍵盤的編程方法：

1.1、先讀取鍵盤的狀態(tài)，得到按鍵的特征編碼。

先從P1口的高四位輸出低電平，低四位輸出高電平，從P1口的低四位讀取鍵盤狀態(tài)。再從P1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，從P1口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。將兩次讀取結(jié)果組合起來就可以得到當(dāng)前按鍵的特征編碼。使用上述方法我們得到16個(gè)鍵的特征編碼。

舉例說明如何得到按鍵的特征編碼：

假設(shè)“1”鍵被按下，找其按鍵的特征編碼。

從P1口的高四位輸出低電平，即P1.4－P1.7為輸出口。低四位輸出高電平，即P1.0－P1.3為輸入口。讀P1口的低四位狀態(tài)為“ 1101”，其值為“0DH”。

再從P1口的高四位輸出高電平，即P1.4－P1.7為輸入口。低四位輸出低電平，即P10－P13為輸出口，讀P1口的高四位狀態(tài)為“1110”，其值為“E0H”。

將兩次讀出的P0口狀態(tài)值進(jìn)行邏輯或運(yùn)算就得到其按鍵的特征編碼為“EDH”。

用同樣的方法可以得到其它15個(gè)按鍵的特征編碼。

1.2、根據(jù)按鍵的特征編碼，查表得到按鍵的順序編碼。