一种实用的单片机矩阵键盘设计

矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。矩阵键盘的优点是节约单片机IO口，例如普通键盘8个IO口只能用作8个按键，而矩阵键盘能作16个按键。

本文以51单片机为载体介绍一种4*4矩阵键盘实现16个按键操作的原理、电路和软件设计要点。

1、 矩阵键盘的一般电路

 

图 1 矩阵键盘电路

如图 1

矩阵键盘电路所示，4*4矩阵键盘有4行4列按键，单片机4个I/O口接矩阵键盘的行线，另外4个I/O口接矩阵键盘的列线，通过对行线列线的操作完成按键的识别和操作。

2、 矩阵键盘的原理

矩阵键盘按键识别的流程一般是这样的：

(1)置第1行为低电平(0)，其余行为高电平，读取列线数据，列线有低电平表示此行有按键按下。

(2)置第2行为低电平(0)，其余行为高电平，读取列线数据，列线有低电平表示此行有按键按下。

......

(N-1)根据行线列线的电平不同可以识别是否有按键按下，哪一个按键按下，获取按键号。

(N) 根据按键号跳转至对应的按键处理程序。

3、 一个矩阵键盘程序的例子

 

图

2为按键处理的主流程，思路是依次拉低按键的各个行，再读取列线的数据，假如列线有低电平，则认为此行有按键按下，标记此行有按键按下并存入行值。

读取列线数据的思路则是这样，依次读取第1-4列，假如读取此列时为低电平，则标记并存入列值。

下面是部分代码：

//(1)按键识别程序

void key() //按键扫描

{

unsigned char key_value_temp; //临时按键值，默认1111 1111(二进制)

key_value=0xff;

//键值

key_value_temp=0xff; //键值临时变量

//矩阵键盘程序流程

//依次拉低第1234行，读入列线数据

Pin_r_1=0; Pin_r_2=1;Pin_r_3=1;Pin_r_4=1; //拉低第1行。

//Pin_r_1第1行行线，Pin_r_2第2行行线，其余类似

key_value_temp=read_column();//读列数据

if (key_value_temp != 0xff)

//表示第一行有按键按下

{key_value=key_value_temp & 0x1f;

//获取按键号，例如0001

1101表示第1行第2列的按键按下

}

Pin_r_1=1; Pin_r_2=0;Pin_r_3=1;Pin_r_4=1; //拉低第2行

key_value_temp=read_column();//读列数据

if (key_value_temp != 0xff)

//表示第2行有按键按下

{key_value=key_value_temp &

0x2f;

}

Pin_r_1=1; Pin_r_2=1;Pin_r_3=0;Pin_r_4=1; //拉低第3行

key_value_temp=read_column();//读列数据

if (key_value_temp != 0xff)

//表示第3行有按键按下

{key_value=key_value_temp &

0x3f;

}

Pin_r_1=1; Pin_r_2=1;Pin_r_3=1;Pin_r_4=0; //拉低第4行

key_value_temp=read_column();//读列数据

if (key_value_temp != 0xff)

//表示第4行有按键按下

{key_value=key_value_temp &

0x4f;

}

}

//(2)读取列线数据

unsigned char read_column() //读矩阵键盘的列

{unsigned char key_column;

key_column=0xff;

if(Pin_c_1==0 ) key_column=key_column & 0xfe;

//1110

表示第1列按键按下。 key_column的低4位表示按键号，高4位常为1111

if(Pin_c_2==0 ) key_column=key_column & 0xfd;

//1101

表示第2列按键按下。

if(Pin_c_3==0 ) key_column=key_column & 0xfb;

//1011

表示第3列按键按下。

if(Pin_c_4==0 ) key_column=key_column & 0xf7;

//0111

表示第4列按键按下。

return key_column;

}

以上程序对应的键值表如下：

 

最后在程序中处理键值跳转至相应的操作即可。

有一个4*4矩阵键盘的proteus仿真例子实现了如下功能：

1、利用行扫描法读取4x4矩阵键盘键值;

2、LCD1602上显示按下的按键值。