基於proteus的51單片機開發實例24-矩陣鍵盤（行列式鍵盤）

1. 基於proteus的51單片機開發實例24-矩陣鍵盤

1.1. 實驗目的

圖1 矩陣鍵盤電路

本實例我們來學習矩陣鍵盤（行列式鍵盤）的電路設計、編程實現。目的是通過較少的I/O口來識別多個按鍵。

1.2. 設計思路

我們在前面已經學習過獨立按鍵，在獨立按鍵電路中，一個按鍵連接單片機的一位I/O埠。這樣通過檢測I/O的狀態就能很方便的識別該按鍵是否按下。這種電路的優點是：電路簡單，程序簡單，缺點是一個按鍵就要佔用一個I/O口。我們知道，51單片機總共只有4個8位I/O口，如果外部電路功能較多，I/O口就會不夠用，例如如果電路中接了一個8位數碼管，又接了16個按鍵，那麼即使數碼管採用動態掃描法 也需要佔用16個I/O口（8位I/O口用於連接數碼管8個段，另8位I/O口用於控制8位數碼管的每一位），這時如果按鍵還是採用獨立按鍵的接法，每個按鍵接一位I/O口，那麼又要佔用16個I/O口，這樣就把單片機的I/O口全部佔完了，如果這時候想加一個蜂鳴器，就沒有多餘的I/O口了。所以很與必要考慮如何用較少的I/O口實現更多的功能。

矩陣鍵盤就是基於用較少I/O口連接更多按鍵的思路實現的。通常將多個按鍵排列成矩陣形式，這也是矩陣鍵盤名稱的由來，編程時，是按照矩陣的行、列組合判斷是那個按鍵被按下的，因此又稱為行列式鍵盤。

1.3. 基礎知識

最常見的矩陣鍵盤是4*4鍵盤，其實現方法是將16個按鍵按照4x4矩陣方式連接，如下圖所示。從連接方式來看，有4根行線和4根列線。每個行線和列線的交匯處就是一個按鍵位。這樣總共有8根線就可以實現16個按鍵的檢測，比一個按鍵連接一個I/O口節省了一半的I/O埠。

圖2 矩陣鍵盤結構

矩陣鍵盤的工作原理

一般矩陣鍵盤都會將按鍵按照一定的規律賦予不同的標號（例如按照從左到右的順序，或者從上到下的順序），當檢測到有按鍵按下後，根據被按下的按鍵序號賦予一定的鍵值。程序中就可以根據鍵值進行相應的處理。

在51單片機中，對於矩陣鍵盤的處理方法是：使用行列掃描法，將鍵盤的行線和列線分別連接到單片機的I/O口線上，然後按照如下步驟操作：

第一步：判斷是否有按鍵按下

將行線全部輸出低電平，全部列線輸出高電平，然後將列線置為輸入狀態，檢測列線的狀態，只要有一根列線為低電平 ，就表示矩陣鍵盤中有按鍵被按下了。

第二步：按鍵消除抖動

在第一步中如果檢測到有按鍵按下，則使用軟體消抖的方法延時20ms左右，再次判斷是否有列線為低電平，如果仍有列線為低電平，則認為確實有按鍵被按下，則進入到第三步處理，否則，認為是抖動，不予識別，繼續回到第一步重新開始按鍵檢測。

第三步：按鍵識別

確認有按鍵被按下後，接下來就是最關鍵的內容：確定那個按鍵被按下。這需要用逐行掃描的方法來確定。先掃描第一行，即將第一行對應的埠輸出低電平，然後讀每一列的電平，當出現某一列為低電平，說明該列與第一行的交叉點的按鍵被按下，如果所有列都是高電平，說明第一行的按鍵都未被按下，那麼開始掃描第二行，以此類推，直到找到被按下的鍵所在的行與列的交叉點。

第四步：鍵值確定

在第三步中，當確定有按鍵被按下，則按照事先確定好的按鍵序號，根據行與列的交叉位置確定鍵值。簡直一般按照一定的規律排列，例如1,2,3,4....。例如確定第一行第一列的交叉點按鍵為1號按鍵，第一行與第二列交叉點的按鍵為2號按鍵....第四行與第四列的交叉點的按鍵為16號按鍵。

1.4. 電路設計

本實例電路圖如圖1所示。矩陣鍵盤電路與單片機的P3口的8額I/O連接，P0口連接一個共陽極數碼管，用於演示按鍵序號，指示那個按鍵被按下。

1.5. 程序設計

本實例程序代碼如下。

為了能讓大家更為直觀的理解矩陣鍵盤的掃描原理，本例的代碼非常詳細的列出了整個矩陣鍵盤的行列掃描過程，沒有採用更簡潔的編程方法。

#include<AT89X51.h> //

sbit P34=P3^4; //埠引腳定義

sbit P35=P3^5; //

sbit P36=P3^6; //

sbit P37=P3^7; //

//共陽極數碼管段碼錶，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}; //

//定義鍵值的全局變量

unsigned char keyval;

//延時函數

void led_delay(void)

{

unsigned char j;

for(j=0;j<200;j++)

;

}

//數碼管顯示鍵值

void display(unsigned char k)

{

P0=Tab[k]; //鍵值送數碼管顯示

led_delay(); //延時

}

// void delay20ms(void)

{

unsigned char i,j;

for(i=0;i<100;i++)

for(j=0;j<60;j++)

;

}

void main(void)

{

EA=1; //總中斷開啟

ET0=1; //定時器T0中斷開啟

TMOD=0x01; //定時器T0工作方式1

TH0=(65536-500)/256; //定時器初值

TL0=(65536-500)%256; //定時器初值

TR0=1; //開啟定時器

keyval=0x00; //鍵值初始化為0

P2=0xFC;//數碼管公共端打開，允許顯示

while(1)

{

display(keyval); //數碼管顯示鍵值

}

}

//定時器T0中斷服務程序

void time0_interserve(void) interrupt 1 using 1

{

TR0=0; //進中斷後，先關閉定時器

P3=0xf0; //行線電平全部置低電平，列線全部置高電平

if((P3&0xf0)!=0xf0) //如果列線中有低電平，說明有鍵被按下

delay20ms(); //延時，消除按鍵抖動

if((P3&0xf0)!=0xf0) //消抖後仍有列線為低電平，則認為確實有按鍵按下

{

//掃描第一行

P3=0xfe; //行線第一行置低電平，

if(P34==0) //第一列為低電平，則第一行第一列的按鍵按下

keyval=1; //按下的按鍵的鍵值

if(P35==0) //第二列為低電平，則第一行第二列按鍵按下

keyval=2; //鍵值

if(P36==0) //第三列為低電平，則第一行第三列按鍵按下

keyval=3;

if(P37==0) //第四列為低電平，則第一行第四列按鍵按下

keyval=4; //

//掃描第二行

P3=0xfd;

if(P34==0)

keyval=5;

if(P35==0)

keyval=6;

if(P36==0)

keyval=7;

if(P37==0)

keyval=8;

//掃描第三行

P3=0xfb;

if(P34==0)

keyval=9;

if(P35==0)

keyval=10;

if(P36==0)

keyval=11;

if(P37==0)

keyval=12;

//掃描第四行

P3=0xf7;

if(P34==0)

keyval=13;

if(P35==0)

keyval=14;

if(P36==0)

keyval=15;

if(P37==0)

keyval=16;

}

TR0=1; //重啟定時器

TH0=(65536-500)/256; //定時器賦初值

TL0=(65536-500)%256; //

}

1.6. 實例仿真

編寫程序代碼，編譯生成HEX文件，將HEX文件裝載到proteus電路的單片機中，開始仿真，通過按下不同的按鍵觀察數碼管顯示的鍵值。

1.7. 總結

通過本實例，我們了解了如何用較少的按鍵實現矩陣鍵盤的按鍵識別。這為我們以後學習如何節約I/O埠打下了基礎。