51单片机——矩阵按键实验，小白讲解，相互学习

        独立按键与单片机连接时，每一个按键都需要单片机的一个I/O 口，若某单片机系统需较多按键，如果用独立按键便会占用过多的I/O 口资源.单片机系统中I/O 口资源往往比较宝贵，当用到多个按键时为了减少I/O 口引脚，引入了矩阵按键。

        无论时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，在轮流检测一次各行是否变为低电平，这样几个检测完成所有的按键，当有键被按下时便可判断出按下的键时哪一个键，当然我们也可以将行线置低电平，扫描列是否又低电平。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；然后在翻转，使所有列都为低电平，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。

矩阵按键模块电路如下图：

         从上图中可以看出，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。

软件设计：

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****************** 实验名称：矩阵按键实验
接线说明：
实验现象：下载程序后，按下“矩阵按键”模块中 S1-S16 键，对应数码管最左边显示 0-F
注意事项：
*********************************************************************
******************/
#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};
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : delay_10us
* 函数功能 : 延时函数，ten_us=1 时，大约延时 10us
* 输 入 : ten_us
* 输 出 : 无
*********************************************************************
**********/
void delay_10us(u16 ten_us)
{
    while(ten_us--);
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : key_matrix_ranks_scan
* 函数功能 : 使用行列式扫描方法，检测矩阵按键是否按下，按下则返回对应键值
* 输 入 : 无
* 输 出 : key_value：1-16，对应 S1-S16 键，
0：按键未按下
*********************************************************************
**********/
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 1
    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;
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : key_matrix_flip_scan
* 函数功能 : 使用线翻转扫描方法，检测矩阵按键是否按下，按下则返回对应键值
* 输 入 : 无
* 输 出 : key_value：1-16，对应 S1-S16 键，
0：按键未按下
*********************************************************************
**********/
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;
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : main
* 函数功能 : 主函数
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*********************************************************************
**********/
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
    }
}

        本实验核心代码为 key_matrix_ranks_scan 函数和 key_matrix_flip_scan 函数，前者是使用行列式扫描方式实现，而后者是使用线翻转式扫描方式实现， 实现功能一致，二者可选其一。对于初学者，可能行列式扫描方式更易于理解，因为比较接近独立按键的编程方式。         行列式扫描原理比较简单，与独立式按键操作类似，即给每一列赋值 0，此 时的矩阵按键就被分割成独立按键，然后再判断每一列中的按键按下情况，并返 回对应的键值。如此循环 4 组，就可将 4 列 4 行按键按下键值全部得到。 而线翻转式扫描相对较难理解，不过静下心，在纸上画画，列举几个数据也是比较容易理解的。