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矩陣鍵盤應該是經常能夠用到的一類器件了，4X4矩陣鍵盤只需要用到8個IO口，即可完成16位按鍵的讀取。其本質原理也就是行列掃描。本片文章將帶你詳細的學習矩陣鍵盤的原理以及代碼編寫。
矩陣鍵盤本質：
矩陣鍵盤本質是使用8個io口來進行16個按鍵的控制讀取，可以減小io口的使用，用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每個交叉點上，設置一個按鍵。而這樣的按鍵中按鍵的個數是4 X 4個。
這樣的行列式鍵盤結構能夠有效地提高單片機系統中I/O口的利用率。節約單片機的資源，其本質和獨立按鍵類似，就是進行逐行掃描和逐列掃描，然后判斷是第幾行的第幾列個按鍵，進而進行整體按鍵值得確定，我們使用的矩陣鍵盤是接到了單片機的P1口通過讀取P1口電平變換即可完成矩陣鍵盤的數值讀取，具體原理圖如下：
第一行接到p17，第二行接到p16，第三行接到p15，第4行接到p14
第一列接到p13，第二列接到p12，第三列接到p11，第四列接到p10
矩陣鍵盤掃描的方式有兩種：1.行列掃描，2.逐行/逐列掃描
其中行列掃描適用于8個IO口接到了單片機8個連續的IO口，則可以進行行列掃描
逐行/逐列掃描 適用于矩陣鍵盤接到了任意的IO口，則使用逐行，逐列掃描
接下來我們分別介紹這兩種方式：
行列掃描：
原理：
先從P1口的高四位（四個行）輸出高電平，低四位（四個列）輸出低電平，假設有按鍵按下，從P1口的高四位讀取鍵盤狀態。判斷高四位的四行哪一行變成了低電平，就知道是第幾行，再從P1口的低四位（四個列）輸出高電平，高四位（四個行）輸出低電平，從P1口的低四位讀取鍵盤狀態。判斷低四位的四列哪一行變成了低電平，就知道是第幾列，將兩次讀取結果組合起來就可以得到當前按鍵的特征編碼。使用上述方法我們得到16個鍵的特征編碼。
紅色高電平，藍色低電平
詳解：
據矩陣鍵盤的原理圖可知，如果矩陣鍵盤的8個IO口連接到了連續的一個一個人P10-P17上，當沒有按鍵按下時，將P1口的P1^0 和 P13 置高電平 P14 和 P17 置低電平 ，也就是將4個行的IO口置高，4個列的IO口置低。也就是P1=0x0f(0000 1111);
如果這時候有按鍵按下那么P1^0 和 P13 就有一個會變成低電平。因此P1的值就不等于0x0f，按下按鍵所在的行就會變成低電平，這是就可以判斷有按鍵按下。
將對應P1口的值和0x0f(00001111)相 與& 則可以得到高四位第幾行變成了0
按位“與”&（雙目運算符）：僅當兩個操作數都為1時，結果為1，否則為0。
比方說：0&0=0；0&1=0；1&0=0；1&1=1
即：兩個同時為1，結果為1，否則為0
比方說按下的第一行第一列 1x1
例：
0000 1110------------- 按下1x1之后P1的值
& 0000 1111------------- 0x0f
----------
0000 1110------------- 最后得到的結果，第一行為0
再給P1口賦值0X0f。將P1口的P1^0 和 P13 置低電平 P14 和 P17 置高電平 ，也就是將4個低的IO口置高，4個列的IO口置高然后讀取低四位的電平， 此時的P1口 （1111 0000）
讀取此時的P1口 和0xf0(11110000)相 與& 則可以得到低四位第幾列變成了低電平
比方說我們按下的是1x1 按鍵，也就是第一行第一列，這時在按下之后可以看到p1.0和p1.3都是低電平，將Row=P1&0x0f;(行的值) 和 Col=P1&0xf0;//列值 進行相加，就可以得到按下的是那個按鍵
1x1：(一行一列)
Row=P1&0x0f =? 0000 1110
Col=P1&0xf0=? ? ?1110 0000
Row+Col=? ? ? ? ? ?1110 1110? ?= 0xee
低電平0表示對應的行列按下
可以看到下方的p1.0和p1.4變成了低電平
2x2：(二行二列)
Row=P1&0x0f =? 0000 1101
Col=P1&0xf0=? ? ?1101 0000
Row+Col=? ? ? ? ? ?1101 1101? ?= 0xdd
3x4：(三行四列)
Row=P1&0x0f =? 0000 1011
Col=P1&0xf0=? ? ?0111 0000
Row+Col=? ? ? ? ? ?0111 1011? ?= 0x7b
這樣就可以得到所有的16個按鍵的數值，具體代碼如下：
unsigned char keyscan(){
unsigned char key,Row,Col;
P1=0x0f;
if(P1!=0x0f){
delay(10);//去抖
if(P1!=0x0f){
Row=P1&0x0f;//確保端口值正確（行的值）
P1=0xf0;
Col=P1&0xf0;//列值
?
}
while((P1&0xf0)!=0xf0);//判斷鍵是否抬起
}
switch(Row+Col){
case 0xee:key=0;break;
case 0xde:key=1;break;
case 0xbe:key=2;break;
case 0x7e:key=3;break;
?
case 0xed:key=4;break;
case 0xdd:key=5;break;
case 0xbd:key=6;break;
case 0x7d:key=7;break;
?
case 0xeb:key=8;break;
case 0xdb:key=9;break;
case 0xbb:key=10;break;
case 0x7b:key=11;break;
?
case 0xe7:key=12;break;
case 0xd7:key=13;break;
case 0xb7:key=14;break;
case 0x77:key=15;break;
?
?
}
return key;
}
?
運行效果圖：
逐行/列掃描：
逐行，逐列掃描的本質和行列掃描比較類似，本質是給某一行/某一列，低電平，其余七個全部為高電平，這時候讀取電平變換，有電平變低表示按鍵按下，即可讀取按鍵數據。
比如逐行掃描：
置第1行為低電平，其余N-1行和N列為高電平，
讀取列線數據，列線有低電平表示此行有按鍵按下，比如按下的是1行三列(1x3)，那么第三列的列線IO口就為低電平。
置第2行為低電平，其余N-1行和N列為高電平，，讀取列線數據，列線有低電平表示此行有按鍵按下。
以此類推，進行逐行掃描。
根據行線列線的電平不同可以識別是否有按鍵按下，哪一個按鍵按下，獲取按鍵號。(N) 根據按鍵號跳轉至對應的按鍵處理程序。
用我們的P1口來進行舉例：
首先，給P1賦值 P1=0xfe(1111 1110);，這時P1.0為低電平，P1.1~p1.7為高電平，如果這時候有按鍵按下那么四個列線，P1.4，P1.5，P1.6，P1.7就有一個列會變成低電平。因此P1的值就不等于0xfe，這是就可以判斷有按鍵按下。
然后延時一段時間去抖動，然后給P1賦值0xfd(1111 1101)，也就是P1.1為低電平，其他為高電平，這時如果有在P1.1線上的P1.4，P1.5，P1.6，P1.7有按鍵按下，那么就會出現低電平，從而判斷哪個按鍵按下；如果沒有那么就給P1賦值0xfb(1111 1011)，也就是P1.2為低電平，其他為高電平.，相同方法判斷是否有按鍵按下；······如此類推，一共四次檢測。
比如當第1行有按鍵按下時P1的相應值為:
? 1X1（11101110=0xee）
? 1x2（11011110=0xde）
1X3（10111110=0xbe）
1X4（01111110=0x7e）
第2行有按鍵按下時P1的相應值為:
? ? ?2X1（11101101=0xed）
? ? ?2x2（11011101=0xdd）
? ? ?2X3（10111101=0xbd）
? ? ?2X4（01111101=0x7d）
將P1^2輸出低電平，其他的引腳都輸出高電平，即P1=0xfb，那么當第3行有按鍵按下時P1的相應值為:
? ? ?3X1（11101011=0xeb）
? ? ?3x2（11011011=0xdb）
? ? ?3X3（10111011=0xbb）
? ? ?3X4（01111011=0x7b）
最后可得第四行的相對應值為：
? ? ?4X1（11100111=0xe7）
? ? ?4x2（11010111=0xd7）
? ? ?4X3（10110111=0xb7）
? 4X4（01110111=0x77）
那么最后我們可以得到代碼：
/*****************************************************************************
** 函數名稱：keyscan
** 功能描述：按鍵獲取函數
******************************************************************************/
void keyscan(void)
{
P1=0xfe;
? ?temp=P1;
? ?temp=temp&0xf0;
? ?if(temp!=0xf0)
? ?{
delay(10);
? ? ? if(temp!=0xf0)
? ? ? {
temp=P1;
switch(temp)
{
case 0xee:key=0;break;
case 0xde:key=1;break;
case 0xbe:key=2;break;
case 0x7e:key=3;break;
? ? ? ? ?}
? ? ? ? ?while(temp!=0xf0)?
{
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
? ? ? ? ?}
}
}
P1=0xfd;
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delay(10);
if(temp!=0xf0)
? ? ? {
temp=P1;
switch(temp)
{
case 0xed: key=4;break;
case 0xdd:key=5;break;
case 0xbd:key=6;break;
case 0x7d:key=7;break;
? ? ? ? ?}
? ? ? ? ?while(temp!=0xf0)
? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ?temp=P1;
? ? ? ? ? ?temp=temp&0xf0;
? ? ? ? ?}
? ? ? }
}
P1=0xfb;
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delay(10);
? ? ? if(temp!=0xf0)
? ? ? {
temp=P1;
switch(temp)
{
case 0xeb:key=8;break;
case 0xdb:key=9;break;
case 0xbb:key=10;break;
case 0x7b:key=11;break;
? ? ? ? ?}
beep=0;delay(50);beep=1;
while(temp!=0xf0)
? ? ? ? ?{
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
? ? ? ? ?}
? ? ? }
? ?}
P1=0xf7;
? ?temp=P1;
? ?temp=temp&0xf0;
? ?if(temp!=0xf0)
? ?{
? ? ? delay(10);
? ? ? if(temp!=0xf0)
? ? ? {
temp=P1;
switch(temp)
{
case 0xe7:key=12;break;
case 0xd7:key=13;break;
case 0xb7:key=14;break;
case 0x77:key=15;break;
? ? ? ? ?}
while(temp!=0xf0)
? ? ? ? ?{
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
? ? ? ? ?}
? ? ? }
}
}
?
運行效果圖：
審核編輯：湯梓紅
工商網監
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