51单片机学习笔记-4矩阵键盘
4 矩阵键盘
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注：笔记主要参考B站江科大自化协教学视频“51单片机入门教程-2020版 程序全程纯手打 从零开始入门”。
注：工程及代码文件放在了本人的Github仓库。
4.1 矩阵键盘介绍
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。采用逐行或逐列的“扫描”，就可以读出任何位置按键的状态。
- 数码管扫描（输出扫描）
原理：显示第1位→显示第2位→显示第3位→……，然后快速循环这个过程，最终实现所有数码管同时显示的效果。- 矩阵键盘扫描（输入扫描）
原理：读取第1行(列)→读取第2行(列) →读取第3行(列) → ……，然后快速循环这个过程，最终实现所有按键同时检测的效果。但同时按下多个按键可能会造成误判。- 以上两种扫描方式的共性：节省I/O口
图4-1 矩阵键盘实物图及原理图
比如，从上图所示，上四个接口表示行、下四个接口表示列。下面介绍具体的扫描过程：
- 逐行扫描：
先将某一行置0，此时若该行有按键按下，那该行上对应的列也就为0；以此重复所有的行，即完成一次扫描。- 逐列扫描：
将“逐行扫描”的行、列互换即可。注：由于开发板IO资源有限，有一些开发板会把蜂鸣器IO口与矩阵键盘IO口复用，此时看情况更换扫描方式。
单片机的IO口是一种弱上拉（具有较弱的拉高电平或电位的能力）。关于其是如何实现双向口配置的，可以参考STC官方的器件手册“I/O口各种不同的工作模式及其配置介绍”。
4.2 实践：读取矩阵键盘
需求：在LCD1602第一行显示字符串“Matrix key:”，第二行按照按键丝印编号显示按下了哪个键（松开触发）。
为了代码简洁，编写了单独的矩阵按键检测子函数“MatrixKey.h”，并将其单独作为一个文件独立出来。当然，函数声明和定义应该分别放在头文件、源文件中，但由于函数太少，所以为了方便管理我将函数较少的源文件合并在头文件中。下面是工程的组织架构：
图4-2 “读取矩阵键盘”实验代码调用关系
代码展示：
- main.c
#include - MatrixKey.h
#ifndef __MATRIXKEY_H__
#define __MATRIXKEY_H__
#include - Dealy.h
#ifndef __DEALY_H_
#define __DEALY_H_
// 延时cycles ms，晶振@11.0592MHz
void Delay(unsigned int cycles){
unsigned char i, j;
do{
i = 2;
j = 199;
do{
while (--j);
}while (--i);
}while(--cycles);
}
#endif
- LCD1602.h
#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__
//用户调用函数：
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
#endif
- LCD1602.c
#include 4.3 实践：矩阵键盘密码锁
需求：
实现一个矩阵键盘密码锁。S1~S9代表数字1~9，S10代表数字0，S11代表“确认”，S12代表“取消”。
- LCD第一行左侧显示“Password:”，第二行显示输入的四位密码，每次按下按键会依次左移数字。
- 按下“确认”时，判断密码是否正确，并显示在LCD第一行右侧“Err!”、“True!”，同时密码归位。
- 按下“取消”时，当前密码归零。
图4-3 “矩阵键盘密码锁”实验代码调用关系
- main.c
#include 其余的 MatrixKey.h、Delay.h、LCD1602.h、LCD1602.c 模块均与4.2节实验相同。