51单片机矩阵键盘扫描及使用方法

一、矩阵键盘简介

        矩阵键盘，也称矩阵按键，是为了节约单片机IO口占用所引入的一种外设。

（图片截取至普中A2开发板原理图）

（图片截取至普中A2开发板实物图）

        我们知道，一个独立按键需要1个IO口。但是如果我们需要大量的按键，则需要大量的IO口，但是单片机现有的IO口并不能很好的满足，所以引入矩阵键盘。

二、矩阵键盘扫描原理

从独立按键到矩阵按键    

1.独立按键回顾

    上图的矩阵键盘共16个按键（4行×4列），先回到原来的一个独立按键分析。

 首先分析独立按键的原理图连接方式（如上图），以按键K1为例，按键K1一端连接到单片机的P3.1口，另一端接地（GND）。当按键K1被按下时，GND直接就连到P3.1。所以当K1被按下时，P3.1口为低电平。我们只需要判断P3.1口是否为低电平，即可判断K1是否被按下。

2.矩阵按键扫描思路

先分析矩阵按键的IO连线，有以下特征：

1. P17~P14这四个IO口连接了每一行矩阵键盘
2. P13~P10这四个IO口连接了每一列矩阵键盘

矩阵键盘扫描共有两种扫描方式：

• 逐行扫描
• 逐列扫描

先分析逐行扫描，根据键盘被按下时,IO口为低电平这个特性。我们可以这样检测第一行：

1. 给除第一行之外的其他行给高电平，防止其影响我们接下来的低电平检测
2. 给第一行送低电平0
3. 依次检测每一列的IO口电平（P13~P10），当出现低电平时，说明第一行的这一列的这个按键就被按下。

结合下图很好理解：

           要检测第一行，给其他行赋值高电平。假设S2被按下了，那么P17的低电平会顺着绿色路线通到S2的另一端IO口（P12），只要检测出P12为低电平，那么就可以得出结论：K2被按下

按照这个思路，继续依次检测其他行即可。

总结：

       按行扫描 给第1到第4行要扫描的行置0，其余行置1。然后对每一列进行读取，读出低电平的列则可以判断该行该列的按键被按下。

IO口电平（P17~P14：每行对应IO的口）	检测的行	若第K列IO口测出低电平
0 1 1 1	一	第一行第K列被按下
1 0 1 1	二	第二行第K列被按下
1 1 0 1	三	第三行第K列被按下
1 1 1 0	四	第四行第K列被按下

按列扫描的结果类似：

IO口电平（P13~P10：每行对应IO的口）	检测的列	若第K行IO口测出低电平
0 1 1 1	一	第K行第一列被按下
1 0 1 1	二	第K行第二列被按下
1 1 0 1	三	第K行第三列被按下
1 1 1 0	四	第K行第四列被按下

三、编程验证

1、先给出一些引脚定义

#include 

#define uchar unsigned char 
#define uint unsigned int 
#define led P0

//IO口位选
sbit wei1=P2^2;
sbit wei2=P2^3;
sbit wei3=P2^4;

//定义行引脚
sbit hang1=P1^7;
sbit hang2=P1^6;
sbit hang3=P1^5;
sbit hang4=P1^4;

//定义列引脚
sbit lie1=P1^3;
sbit lie2=P1^2;
sbit lie3=P1^1;
sbit lie4=P1^0;

2、按行扫描代码：

	
    //扫描第一行的各列
    P1|=0xff;//IO口全部初始化为高电平
	hang1=0;//第一行设置为低电平
	if(lie1==0)//检测第一列是否为低电平（按键是否被按下）
	{
		Delay10ms();//延时消抖
		if(lie1==0)
		{
			while(lie1==0);
			key=1;//确认被按下，保存键值
		}
	}
    
//下面依次扫描第二、三和第四列，方法类似

    if(lie2==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie2==0)
		{
			while(lie2==0);
			key=2;
		}
	}
	
	
		if(lie3==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie3==0)
		{
			while(lie3==0);
			key=3;
		}
	}
	
		if(lie4==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie4==0)
		{
			while(lie4==0);
			key=4;
		}
	}

第二行，第三行、第四行扫描的方法类似

只需把 if 判断改成对应的行，键值改为对应的键值即可

3.总代码

#include 
#include 

#define uchar unsigned char 
#define uint unsigned int 
#define led P0

sbit wei1=P2^2;
sbit wei2=P2^3;
sbit wei3=P2^4;

sbit hang1=P1^7;
sbit hang2=P1^6;
sbit hang3=P1^5;
sbit hang4=P1^4;


sbit lie1=P1^3;
sbit lie2=P1^2;
sbit lie3=P1^1;
sbit lie4=P1^0;


void play(int a);
void Delay10ms();
int scan();


uchar code smg[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,
0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};

int key=0;
int x;

void main()
{
	

	while(1)
	{
		play(scan());
	}
	
}


void play(int a)
{
	x=a;
	wei1=0;
	wei2=0;
	wei3=0;
  
	led=smg[x];
	Delay10ms();


}

int scan()
{
	
	P1|=0xff;
	hang1=0;
	if(lie1==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie1==0)
		{
			while(lie1==0);
			key=1;
		}
	}
	
		if(lie2==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie2==0)
		{
			while(lie2==0);
			key=2;
		}
	}
	
	
		if(lie3==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie3==0)
		{
			while(lie3==0);
			key=3;
		}
	}
	
		if(lie4==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie4==0)
		{
			while(lie4==0);
			key=4;
		}
	}
	
	
	P1|=0xff;
	hang2=0;
		if(lie1==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie1==0)
		{
			while(lie1==0);
			key=5;
		}
	}
	
		if(lie2==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie2==0)
		{
			while(lie2==0);
			key=6;
		}
	}
	
	
		if(lie3==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie3==0)
		{
			while(lie3==0);
			key=7;
		}
	}
	
		if(lie4==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie4==0)
		{
			while(lie4==0);
			key=8;
		}
	}
	
	P1|=0xff;
	hang3=0;
	
		if(lie1==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie1==0)
		{
			while(lie1==0);
			key=9;
		}
	}
	
		if(lie2==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie2==0)
		{
			while(lie2==0);
			key=10;
		}
	}
	
	
		if(lie3==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie3==0)
		{
			while(lie3==0);
			key=11;
		}
	}
	
		if(lie4==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie4==0)
		{
			while(lie4==0);
			key=12;
		}
	}

	
	P1|=0xff;
	hang4=0;
	
		if(lie1==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie1==0)
		{
			while(lie1==0);
			key=13;
		}
	}
	
		if(lie2==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie2==0)
		{
			while(lie2==0);
			key=14;
		}
	}
	
	
		if(lie3==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie3==0)
		{
			while(lie3==0);
			key=15;
		}
	}
	
		if(lie4==0)
	{
		Delay10ms();
		if(lie4==0)
		{
			while(lie4==0);
			key=0;
		}
	}

	
	return key;
}


void Delay10ms()		//@11.0592MHz
{
	unsigned char i, j;

	i = 18;
	j = 235;
	do
	{
		while (--j);
	} while (--i);
}

四、课后作业（矩阵键盘计算器）

题目：请你利用矩阵按键和数码管来设计一个计算器，能够实现简单的四则整数运算和清零操作