基于proteus的51单片机开发实例24-矩阵键盘(行列式键盘)
1. 基于proteus的51单片机开发实例24-矩阵键盘
1.1. 实验目的
图1 矩阵键盘电路
本实例我们来学习矩阵键盘(行列式键盘)的电路设计、编程实现。目的是通过较少的I/O口来识别多个按键。
1.2. 设计思路
我们在前面已经学习过独立按键,在独立按键电路中,一个按键连接单片机的一位I/O端口。这样通过检测I/O的状态就能很方便的识别该按键是否按下。这种电路的优点是:电路简单,程序简单,缺点是一个按键就要占用一个I/O口。我们知道,51单片机总共只有4个8位I/O口,如果外部电路功能较多,I/O口就会不够用,例如如果电路中接了一个8位数码管,又接了16个按键,那么即使数码管采用动态扫描法 也需要占用16个I/O口(8位I/O口用于连接数码管8个段,另8位I/O口用于控制8位数码管的每一位),这时如果按键还是采用独立按键的接法,每个按键接一位I/O口,那么又要占用16个I/O口,这样就把单片机的I/O口全部占完了,如果这时候想加一个蜂鸣器,就没有多余的I/O口了。所以很与必要考虑如何用较少的I/O口实现更多的功能。
矩阵键盘就是基于用较少I/O口连接更多按键的思路实现的。通常将多个按键排列成矩阵形式,这也是矩阵键盘名称的由来,编程时,是按照矩阵的行、列组合判断是那个按键被按下的,因此又称为行列式键盘。
1.3. 基础知识
最常见的矩阵键盘是4*4键盘,其实现方法是将16个按键按照4x4矩阵方式连接,如下图所示。从连接方式来看,有4根行线和4根列线。每个行线和列线的交汇处就是一个按键位。这样总共有8根线就可以实现16个按键的检测,比一个按键连接一个I/O口节省了一半的I/O端口。
图2 矩阵键盘结构
矩阵键盘的工作原理
一般矩阵键盘都会将按键按照一定的规律赋予不同的标号(例如按照从左到右的顺序,或者从上到下的顺序),当检测到有按键按下后,根据被按下的按键序号赋予一定的键值。程序中就可以根据键值进行相应的处理。
在51单片机中,对于矩阵键盘的处理方法是:使用行列扫描法,将键盘的行线和列线分别连接到单片机的I/O口线上,然后按照如下步骤操作:
第一步:判断是否有按键按下
将行线全部输出低电平,全部列线输出高电平,然后将列线置为输入状态,检测列线的状态,只要有一根列线为低电平 ,就表示矩阵键盘中有按键被按下了。
第二步:按键消除抖动
在第一步中如果检测到有按键按下,则使用软件消抖的方法延时20ms左右,再次判断是否有列线为低电平,如果仍有列线为低电平,则认为确实有按键被按下,则进入到第三步处理,否则,认为是抖动,不予识别,继续回到第一步重新开始按键检测。
第三步:按键识别
确认有按键被按下后,接下来就是最关键的内容:确定那个按键被按下。这需要用逐行扫描的方法来确定。先扫描第一行,即将第一行对应的端口输出低电平,然后读每一列的电平,当出现某一列为低电平,说明该列与第一行的交叉点的按键被按下,如果所有列都是高电平,说明第一行的按键都未被按下,那么开始扫描第二行,以此类推,直到找到被按下的键所在的行与列的交叉点。
第四步:键值确定
在第三步中,当确定有按键被按下,则按照事先确定好的按键序号,根据行与列的交叉位置确定键值。简直一般按照一定的规律排列,例如1,2,3,4....。例如确定第一行第一列的交叉点按键为1号按键,第一行与第二列交叉点的按键为2号按键....第四行与第四列的交叉点的按键为16号按键。
1.4. 电路设计
本实例电路图如图1所示。矩阵键盘电路与单片机的P3口的8额I/O连接,P0口连接一个共阳极数码管,用于演示按键序号,指示那个按键被按下。
1.5. 程序设计
本实例程序代码如下。
为了能让大家更为直观的理解矩阵键盘的扫描原理,本例的代码非常详细的列出了整个矩阵键盘的行列扫描过程,没有采用更简洁的编程方法。
#include<AT89X51.h> //
sbit P34=P3^4; //端口引脚定义
sbit P35=P3^5; //
sbit P36=P3^6; //
sbit P37=P3^7; //
//共阳极数码管段码表,0~9,A,b,c,d,E,F,H,P
unsigned char code Tab[ ]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,
0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x89}; //
//定义键值的全局变量
unsigned char keyval;
//延时函数
void led_delay(void)
{
unsigned char j;
for(j=0;j<200;j++)
;
}
//数码管显示键值
void display(unsigned char k)
{
P0=Tab[k]; //键值送数码管显示
led_delay(); //延时
}
// void delay20ms(void)
{
unsigned char i,j;
for(i=0;i<100;i++)
for(j=0;j<60;j++)
;
}
void main(void)
{
EA=1; //总中断开启
ET0=1; //定时器T0中断开启
TMOD=0x01; //定时器T0工作方式1
TH0=(65536-500)/256; //定时器初值
TL0=(65536-500)%256; //定时器初值
TR0=1; //开启定时器
keyval=0x00; //键值初始化为0
P2=0xFC;//数码管公共端打开,允许显示
while(1)
{
display(keyval); //数码管显示键值
}
}
//定时器T0中断服务程序
void time0_interserve(void) interrupt 1 using 1
{
TR0=0; //进中断后,先关闭定时器
P3=0xf0; //行线电平全部置低电平,列线全部置高电平
if((P3&0xf0)!=0xf0) //如果列线中有低电平,说明有键被按下
delay20ms(); //延时,消除按键抖动
if((P3&0xf0)!=0xf0) //消抖后仍有列线为低电平,则认为确实有按键按下
{
//扫描第一行
P3=0xfe; //行线第一行置低电平,
if(P34==0) //第一列为低电平,则第一行第一列的按键按下
keyval=1; //按下的按键的键值
if(P35==0) //第二列为低电平,则第一行第二列按键按下
keyval=2; //键值
if(P36==0) //第三列为低电平,则第一行第三列按键按下
keyval=3;
if(P37==0) //第四列为低电平,则第一行第四列按键按下
keyval=4; //
//扫描第二行
P3=0xfd;
if(P34==0)
keyval=5;
if(P35==0)
keyval=6;
if(P36==0)
keyval=7;
if(P37==0)
keyval=8;
//扫描第三行
P3=0xfb;
if(P34==0)
keyval=9;
if(P35==0)
keyval=10;
if(P36==0)
keyval=11;
if(P37==0)
keyval=12;
//扫描第四行
P3=0xf7;
if(P34==0)
keyval=13;
if(P35==0)
keyval=14;
if(P36==0)
keyval=15;
if(P37==0)
keyval=16;
}
TR0=1; //重启定时器
TH0=(65536-500)/256; //定时器赋初值
TL0=(65536-500)%256; //
}
1.6. 实例仿真
编写程序代码,编译生成HEX文件,将HEX文件装载到proteus电路的单片机中,开始仿真,通过按下不同的按键观察数码管显示的键值。
1.7. 总结
通过本实例,我们了解了如何用较少的按键实现矩阵键盘的按键识别。这为我们以后学习如何节约I/O端口打下了基础。
「硬件小百科」44矩阵键盘的扫描原理
初学者肯定要经历的一个实验就是4*4矩阵键盘的代码编写,先上图:
先研究一下如何用51单片机点亮一个发光二极管和基于CPLD-EPF10K10LC84-4(84)的交通灯设计。首先要说明的一点,矩阵键盘的动态扫描确实略显复杂,不可能就是读一个端口数据,然后马上就出来结果。这需要对依次每一行的按键进行扫描、判断,然后得出结果。如上图所示,先扫描第一行,也就是S1,S2,S3,S4四个按键的状态。在PA口输入0XFE。
0XFE变成二进制是1111 1110,为了方便使用,记得每四个数之间加一个空格。1111 1110这个数据放到PA口上,假设这个时候S1被按下了,会出现什么情况?因为PA0是低电平,S1被按下之后S1导通,导致PA4的电平从1降到0,于是PA端口的数据就变成了1110 1110,换算成16进制就是0XEE。于是我们知道S1被按下了。
假设是S3被按下,会出现什么情况?----PA6的电平被拉低,PA的端口数据变成了1011 1110,也就是0XBE。这样,我们就知道了,每一行的每一个按键被按下的时候,都会有一个对应的独一无二的值。
这就是矩阵键盘的扫描原理!送上一段源码 。
void matrixkeyscan()
{
uchar temp,key;
P3=0xfe;
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delayms(10);
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
temp=P3;
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=P3;
temp=temp&0xf0;
}
display(key);
}
}
P3=0xfd;
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delayms(10);
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
temp=P3;
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=P3;
temp=temp&0xf0;
}
display(key);
}
}
P3=0xfb;
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delayms(10);
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
temp=P3;
switch(temp)
{
case 0xeb:
key=8;
break;
case 0xdb:
key=9;
break;
case 0xbb:
key=10;
break;
case 0x7b:
key=11;
break;
}
while(temp!=0xf0)
{
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
}
display(key);
}
}
P3=0xf7;
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delayms(10);
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
temp=P3;
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=P3;
temp=temp&0xf0;
}
display(key);
}
}
}
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