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。

单片机编程好学吗？单片机初学者怎样看懂代码？

单片机在很多人看来好像门槛很高，在某些人看来很简单。

所以，单片机编程好不好学，这取决于谁去学，有没有基础，有没有兴趣。

我自己是通过自学学会的，我个人认为相对java那些纯软件，单片机比较好学。

单片机编程只需要学习C语言，很多人也会把汇编也学了，但是实际产品开发汇编一般用的还是比较少。

反正我从来没用汇编做过项目，所以只需要学习C语言就可以了。

至于单片机嘛，入门51的单片机也很简单，就是看手册配置单片机的寄存器而已。

就像你买一个冰箱，它配一个说明书给你，教你怎么用。

学习编程的过程才是最枯燥，连续看1个月视频，敲一个月的代码，只能在屏幕前显示冷冰冰一些字符。

而单片机则有趣得多，你只要会C语言入门语句，再加一点单片机寄存器配置就能点亮电路板上的一个灯。

这个时候你会更有成就感，感觉你学的东西可以很快看到成果，很快你天马行空的脑袋就会去思考，我怎么用程序控制家里的灯打开和关闭。

有了这些想法以后，你就更有动力去学习，把自己的想法变现。

所以很多时候，我经常对学员说，只要你有兴趣，其实最后你是玩会单片机的 。

就像我们玩游戏，只要有兴趣，我相信一个小学生都能玩得很好。

单片机初学者怎么看懂代码？

在看代码之前，我们首先要背下C语言的一些关键词和语句都有什么作用，这是基础，这一步没做到，不要想着能看懂代码。

那是不是知道C语言所有关键词和语句就一定能看懂代码呢？

答案肯定是不一定的，一段代码就是一个功能，如果你不了解功能的情况下看代码，你会越看越迷茫。

一般我看代码的正确流程是：

1. 先搞懂功能原理，然后思考如果是我的话，我会怎么去写，我会先尝试着用自己的思维去实现一下代码，只有写的时候你才会发现问题。

2. 抱着这些问题去研究别人的代码，看下别人的实现思路。

3. 如果有条件，可以尝试改改别人的代码，调试一下会有什么反应。

做到以上三步，基本上你就能吃透别人的代码。

学会看懂别人的代码是一项非常重要的能力，我的编程水平都是这样去提升的。

很多时候虽然你重写代码也能实现同样的功能，但是其中涉及到2个东西会直接影响整个产品的稳定性和效率。

1.代码架构

2.代码算法

代码架构 决定你的程序移植性和可扩展性，同时也会影响做出来产品的稳定性。

关于程序架构这块，一般需要经过大量的实际项目沉淀，才能知道实际产品开发当中的痛点，才会理解架构的重要性。

所以我在19年录制了一套专门针对单片机C语言的程序架构，架构采取模块化编程，内核文件负责任务调度，并提供任务创建和管理接口。

还有就是队列算法，回调函数等等，通过使用c语言高级语法的一些技巧来解决产品可扩展性和移植性的问题。

这个教程也是无偿给大家看的，需要的找无际单片机编程领取。

如果对大家有帮助的话，就给我来个鼓励(赞)就行了，不然下次没什么动力分享这些有价值的东西了，浪费时间又没好处对吧？哈哈哈。

代码算法 决定你的程序执行的效率，举个例子，右移运算也能当除法去，并且执行的机器周期比除法运算短。

这两个概念主要体现在中大型的项目上，如果你的项目是51单片机级别的，基本上可以忽略，因为芯片的资源有限，你想做出好的架构，芯片的ROM都不够用。

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