設計中在遇到按鍵較多，但是單片機I/O資源有限時，采用矩陣鍵盤是一種很好的選擇方案。在按鍵較少時，矩陣鍵盤沒有明顯的優勢，比如3×3矩陣鍵盤占用I/O口6個，只支持9個按鍵；但是，按鍵較多時，矩陣鍵盤的優勢就凸顯出來了，比如5×5矩陣鍵盤占用I/O口10個，可支持25個按鍵；

矩陣鍵盤的硬件設計非常簡單，如圖1以5×5矩陣鍵盤為例，藍色行線5條，綠色列線5條（加上拉電阻），用按鍵代替行列交叉的節點即組成了矩陣鍵盤，其中二極管處的紅色連線可用來檢測按鍵是否按下或作為中斷信號的（可以不需要，使用時沒有任何影響，本文不涉及）。

圖1：矩陣鍵盤

如圖2為單片機STM32F103CBT6的外圍電路，帶顏色的I/O口為矩陣鍵盤行線PA1~PA5（藍色），列線PA6~PA10（綠色）。為方便編程，矩陣鍵盤最好選擇同組的I/O端口。

圖2：單片機外圍電路

硬件的設計就是以上部分，接下來講解程序部分，

矩陣鍵盤的掃描方法有多種，其中很青睞的是行列反轉掃描，不僅簡單而且效率高，而且只需要掌握該方法就足夠了。

行列反轉掃描的邏輯：

①行線輸出全為0（行線PA1~PA5配置成推挽輸出，列線PA6~PA10配置成上拉輸入）

②讀入列線值

③輸出列線值（行線PA1~PA5配置成上拉輸入，列線PA6~PA10配置成推挽輸出）

④讀入行線值

⑤組合行線列線值

對于STM32的單片機，直接操作寄存器會更簡單，且無需再對I/O進行另外的配置，全部代碼如圖3所示，完全可以當做一個模塊來使用。

圖3：矩陣鍵盤的行列反轉掃描

以下代碼與圖3里面的代碼完全一致（為方便瀏覽和拷貝）

/*----------------------
5*5矩陣鍵盤掃描函數，返回掃描鍵值（行列反轉掃描）
-----------------------*/
u16 Key_Scan(void)
{
u16 cord_h,cord_l;
u16 key_value = 0xFFFF;
GPIOA->CRL = 0x88333334;
GPIOA->CRH = 0x44444888;
GPIOA->ODR = GPIOA->IDR & 0xFFC1;
cord_l = GPIOA->IDR & 0x07C0;
if(cord_l != 0x07C0)
{
delay_ms(10);
if(cord_l != 0x07C0)
{
cord_l = GPIOA->IDR & 0x07C0;
GPIOA->CRL = 0x33888884;
GPIOA->CRH = 0x44444333;
GPIOA->ODR = cord_l | 0xF83F;
delay_us(1);
cord_h = GPIOA->IDR & 0x003E;
cord_h >>= 1;
cord_l >>= 1;
key_value = (cord_l + cord_h) & 0xFFFF;
return(key_value);
}
}return(0xFFFF);
}

以下代碼為端口配置寄存器的操作，PA組I/O有16個引腳:PA0~PA15；3代表推挽輸出，4代表浮空輸入，8代表上拉輸入；

GPIOA->CRL = 0x88333334; //低8位配置
GPIOA->CRH = 0x44444888; //高8位配置

以下代碼中，GPIOA->ODR為端口輸出數據寄存器，用于寫操作；GPIOA->IDR為端口輸入數據寄存器，用于讀操作；

0xFFC1的二進制：1111 1111 1100 0001，表示要對PA1~PA5置0。

0x07C0的二進制：0000 0111 1100 0000，表示要對PA6~PA10讀值。

GPIOA->ODR = GPIOA->IDR & 0xFFC1;//行線輸出全為0
cord_l = GPIOA->IDR & 0x07C0; //讀入列線值

行列反轉后的原理與上面完全一樣，這里就不一一闡述了。

最后講一下組合行線列線值，假如S1按鍵按下去了，得到的二進制為（注意黑體字）

cord_h：0000 0000 0011 1100

cord_l：0000 0111 1000 0000

cord_h >>= 1 表示右移1位得到：

0000 0000 0001 1110

cord_l >> = 1 表示右移1位得到：

0000 0011 1100 0000

組合碼（鍵值）：key_value=0000 0011 1101 1110，即0x03DE；最后函數返回key_value值，該值就作為判斷S1的鍵值。

之所以右移1位，是因為PA0沒有用于矩陣鍵盤，所得到的鍵值也就被左移了1位，事實上，也可以不用右移，只是得到的組合碼不同而已，右移是為了方便計算。

矩陣鍵盤的鍵值定義如下：

#define S1 0x03DE
#define S2 0x03BE
#define S3 0x037E
#define S4 0x02FE
#define S5 0x01FE
#define S6 0x03DD
#define S7 0x03BD
#define S8 0x037D
#define S9 0x02FD
#define S10 0x01FD
#define S11 0x03DB
#define S12 0x03BB
#define S13 0x037B
#define S14 0x02FB
#define S15 0x01FB
#define S16 0x03D7
#define S17 0x03B7
#define S18 0x0377
#define S19 0x02F7
#define S20 0x01F7
#define S21 0x03CF
#define S22 0x03AF
#define S23 0x036F
#define S24 0x02EF
#define S25 0x01EF

要點：

①行列反轉掃描的思想是行線作為輸出時，讀出列線的值；然后反過來，列線作為輸出時，讀出行線的值，最后把兩個值組合起來就是該按鍵的鍵值；

②參與計算的十六進制數一定要與行線或列線在同組端口的位置匹配，比如0xFFC1的二進制：1111 1111 1100 0001，表示要對PA1~PA5置0。

審核編輯：郭婷