51单片机的独立按键与矩阵按键的使用以及实例分析

IO 的使用–按键

本文主要涉及8051单片机的按键的使用，包括独立按键与矩阵按键。
其中包括实例分析：

1. 独立按键 K1 控制 D1 指示灯亮灭
2. 通过数码管显示矩阵按键 S1-S16 按下后键值 0-F

按键是一种电子开关，使用时轻轻按开关按钮就可使开关接通，当松开手时, 开关断开。

在了解按键之前，我们需要先了解一下按键消抖

一、按键消抖

通常的按键所用开关为机械弹性开关,当机械触点断开、闭合时，电压信号
如下图所示：

由于机械点的弹性作用，按键开关在闭合时不会马上稳定的接通，在断开时也不会一下子断开，因而在闭合和断开的瞬间均伴随着一连串的抖动。抖动时间的长短由按键的机械特性决定的，一般为 5ms 到 10ms。

按键消抖有两种方式，一种是硬件消抖，另一种是软件消抖。为了使电路更加简单，通常采用软件消抖。

常用的软件去抖动方法：
1，先设置 IO 口为高电平（由于开发板 IO 都有上拉电阻，所以默认 IO 为高
电平）。
2，读取 IO 口电平确认是否有按键按下。
3，如有 IO 电平为低电平后，延时几个毫秒。
4，再读取该 IO 电平，如果仍然为低电平，说明按键按下。
5，执行按键控制程序。

二、独立按键

独立按键电路构成是由各个按键的一个管脚连接在一起接地，按键其他引脚分别接到单片机 IO 口。

独立按键的原理图如下：

从上图中可以看出，4 个独立按键的控制管脚连接到 51 单片机的 P3.0-P3.3脚上。其中 K1 连接在 P3.1 上，K2 连接在 P3.0 上，K3 连接在 P3.2 上，K4 连接在 P3.3 上。4 个按键另一端全部连接在 GND，当按键按下后，对应 IO 口即为低电平。

独立按键 K1 控制 D1 指示灯亮灭

#include "reg52.h"
typedef unsigned int u16; //对系统默认数据类型进行重定义
typedef unsigned char u8;
//定义独立按键控制脚
sbit KEY1=P3^1;
sbit KEY2=P3^0;
sbit KEY3=P3^2;
sbit KEY4=P3^3;
//定义 LED1 控制脚
sbit LED1=P2^0;
//使用宏定义独立按键按下的键值
#define KEY1_PRESS 1
#define KEY2_PRESS 2
#define KEY3_PRESS 3
#define KEY4_PRESS 4
#define KEY_UNPRESS 0

void delay_10us(u16 ten_us)
{
while(ten_us--);
}

u8 key_scan(u8 mode)
{
    static u8 key=1;
    if(mode)key=1;//连续扫描按键
    if(key==1&&(KEY1==0||KEY2==0||KEY3==0||KEY4==0))//任意按键按下
    {
        delay_10us(1000);//消抖
        key=0;
        if(KEY1==0)
        return KEY1_PRESS;
        else if(KEY2==0)
        return KEY2_PRESS;
        else if(KEY3==0)
        return KEY3_PRESS;
        else if(KEY4==0)
        return KEY4_PRESS;
    }
    else if(KEY1==1&&KEY2==1&&KEY3==1&&KEY4==1) //无按键按下
    {
     key=1;
    }
    return KEY_UNPRESS;
}
void main()
{
u8 key=0;
while(1)
{
    key=key_scan(0);
    if(key==KEY1_PRESS)//检测按键 K1 是否按下
    LED1=!LED1;//LED1 状态翻转
}
}

key_scan 函数带一个形参 mode，该参数用来设定是否连续扫描按键，如果mode 为 0，只能操作一次按键，只有当按键松开后才能触发下次的扫描，这样做的好处是可以防止按下一次出现多次触发的情况。如果 mode 为 1，函数是支持连续扫描的，即使按键未松开，在函数内部有 if(mode==1)这条判断语句，因此 key 始终是等于 1 的，所以可以连续扫描按键，当按下某个按键，会一直返回这 个按键的键值，这样做的好处是可以很方便实现连按操作.

二、 矩阵按键

无论是独立键盘还是矩阵键盘，单片机检测其是否被按下的依据都是一样的，也就是检测与该键对应的 I/O 口是否为低电平。独立键盘有一端固定为低电平，此种方式编程比较简单。 而矩阵键盘两端都与单片机 I/O 口相连，因此在检测时需编程通过单片机 I/O 口送出低电平。检测方法有多种，最常用的是行列扫描和线翻转法。

行列扫描法检测时，先送一列为低电平，其余几列全为高电平(此时我们确定了列数)，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平(这时我们又确定了行数)，则我们便可确认当前被按下的键是哪一行哪一列的，用同样方法轮流送各列一次低电平，再轮流检测一次各行是否变为低电平，这样即可检测完所有的按键，当有键被按下时便可判断出按下的键是哪一个键。当然我们也可以将行线置低电平，扫描列是否有低电平。从而达到整个键盘的检测。

线翻转法，就是使所有行线为低电平时，检测所有列线是否有低电平，如果有，就记录列线值；然后再翻转，使所有列线都为低电平，检测所有行线的值，由于有按键按下，行线的值也会有变化，记录行线的值。从而就可以检测到全部按键。

4*4 矩阵按键引出的 8 根控制线直接连接到 51 单片机的P1 口上。电路中的 P17 连接矩阵键盘的第 1 行，P13 连接矩阵键盘第 1 列

通过数码管显示矩阵按键 S1-S16 按下后键值 0-F

#include "reg52.h"
typedef unsigned int u16; //对系统默认数据类型进行重定义
typedef unsigned char u8;
#define KEY_MATRIX_PORT P1 //使用宏定义矩阵按键控制口
#define SMG_A_DP_PORT P0 //使用宏定义数码管段码口
//共阴极数码管显示 0~F 的段码数据
u8 gsmg_code[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};

void delay_10us(u16 ten_us)
{
    while(ten_us--);
}
//行列式扫描方式
u8 key_matrix_ranks_scan(void)
{
    u8 key_value=0;
    KEY_MATRIX_PORT=0xf7;//给第一列赋值 0，其余全为 1
    if(KEY_MATRIX_PORT!=0xf7)//判断第一列按键是否按下
    {
    delay_10us(1000);//消抖
    switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存第一列按键按下后的键值
    {
        case 0x77: key_value=1;break;
        case 0xb7: key_value=5;break;
        case 0xd7: key_value=9;break;
        case 0xe7: key_value=13;break;
    }
    }
    while(KEY_MATRIX_PORT!=0xf7);//等待按键松开
    KEY_MATRIX_PORT=0xfb;//给第二列赋值 0，其余全为if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfb)//判断第二列按键是否按下
    {
    delay_10us(1000);//消抖
    switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存第二列按键按下后的键值
    {
        case 0x7b: key_value=2;break;
        case 0xbb: key_value=6;break;
        case 0xdb: key_value=10;break;
        case 0xeb: key_value=14;break;
    }
    }
    while(KEY_MATRIX_PORT!=0xfb);//等待按键松开
    KEY_MATRIX_PORT=0xfd;//给第三列赋值 0，其余全为 1
    if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfd)//判断第三列按键是否按下
    {
    delay_10us(1000);//消抖
    switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存第三列按键按下后的键值
    {
        case 0x7d: key_value=3;break;
        case 0xbd: key_value=7;break;
        case 0xdd: key_value=11;break;
        case 0xed: key_value=15;break;
    }
    }
    while(KEY_MATRIX_PORT!=0xfd);//等待按键松开
    KEY_MATRIX_PORT=0xfe;//给第四列赋值 0，其余全为 1
    if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfe)//判断第四列按键是否按下
    {
    delay_10us(1000);//消抖
    switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存第四列按键按下后的键值
    {
        case 0x7e: key_value=4;break;
        case 0xbe: key_value=8;break;
        case 0xde: key_value=12;break;
        case 0xee: key_value=16;break;
    }
    }
    while(KEY_MATRIX_PORT!=0xfe);//等待按键松开
    return key_value;
}

//线翻转式扫描方式
u8 key_matrix_flip_scan(void)
{
static u8 key_value=0;
KEY_MATRIX_PORT=0x0f;//给所有行赋值 0，列全为 1
if(KEY_MATRIX_PORT!=0x0f)//判断按键是否按下
{
    delay_10us(1000);//消抖
    if(KEY_MATRIX_PORT!=0x0f)
{
//测试列
KEY_MATRIX_PORT=0x0f;
switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存行为 0，按键按下后的列值
{
    case 0x07: key_value=1;break;
    case 0x0b: key_value=2;break;
    case 0x0d: key_value=3;break;
    case 0x0e: key_value=4;break;
}
//测试行
KEY_MATRIX_PORT=0xf0;
switch(KEY_MATRIX_PORT)//保存列为 0，按键按下后的键值
{
    case 0x70: key_value=key_value;break;
    case 0xb0: key_value=key_value+4;break;
    case 0xd0: key_value=key_value+8;break;
    case 0xe0: key_value=key_value+12;break;
}
    while(KEY_MATRIX_PORT!=0xf0);//等待按键松开
    }
    }
    else
    key_value=0;
    return key_value;
}


void main()
{
u8 key=0;
while(1)
{
key=key_matrix_ranks_scan();
if(key!=0)
SMG_A_DP_PORT=gsmg_code[key-1];//得到的按键值减 1 换算成数组下标
对应 0-F 段码
}
}