4 矩阵键盘
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注：笔记主要参考B站江科大自化协教学视频“51单片机入门教程-2020版 程序全程纯手打 从零开始入门”。
注：工程及代码文件放在了本人的Github仓库。
4.1 矩阵键盘介绍
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。采用逐行或逐列的“扫描”，就可以读出任何位置按键的状态。
- 数码管扫描（输出扫描）
原理：显示第1位→显示第2位→显示第3位→……，然后快速循环这个过程，最终实现所有数码管同时显示的效果。- 矩阵键盘扫描（输入扫描）
原理：读取第1行(列)→读取第2行(列) →读取第3行(列) → ……，然后快速循环这个过程，最终实现所有按键同时检测的效果。但同时按下多个按键可能会造成误判。- 以上两种扫描方式的共性：节省I/O口
图4-1 矩阵键盘实物图及原理图
比如，从上图所示，上四个接口表示行、下四个接口表示列。下面介绍具体的扫描过程：
- 逐行扫描：
先将某一行置0，此时若该行有按键按下，那该行上对应的列也就为0；以此重复所有的行，即完成一次扫描。- 逐列扫描：
将“逐行扫描”的行、列互换即可。注：由于开发板IO资源有限，有一些开发板会把蜂鸣器IO口与矩阵键盘IO口复用，此时看情况更换扫描方式。
单片机的IO口是一种弱上拉（具有较弱的拉高电平或电位的能力）。关于其是如何实现双向口配置的，可以参考STC官方的器件手册“I/O口各种不同的工作模式及其配置介绍”。
4.2 实践：读取矩阵键盘
需求：在LCD1602第一行显示字符串“Matrix key:”，第二行按照按键丝印编号显示按下了哪个键（松开触发）。
为了代码简洁，编写了单独的矩阵按键检测子函数“MatrixKey.h”，并将其单独作为一个文件独立出来。当然，函数声明和定义应该分别放在头文件、源文件中，但由于函数太少，所以为了方便管理我将函数较少的源文件合并在头文件中。下面是工程的组织架构：
图4-2 “读取矩阵键盘”实验代码调用关系
代码展示：
- main.c
#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "Delay.h"
#include "MatrixKey.h"
void main(){
int key = 0;
// 初始化LCD显示
LCD_Init();
LCD_ShowString(1,1,"Matrix key:");
LCD_ShowString(2,1,"S00");
while(1){
key = MatrixKey();
if(key){LCD_ShowNum(2,2,key,2);};
}
}
- MatrixKey.h
#ifndef __MATRIXKEY_H__
#define __MATRIXKEY_H__
#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
/**
* @brief :按行扫描一次，检测矩阵键盘被按下的按键（松开返回）
* @param :无
* @retval :按下按键的标号（与丝印相同），若没有按下就返回0。
* 注：若按键按下不松开，会一直停留在此函数，直到按键松开后。
*/
unsigned char MatrixKey(){
unsigned char key = 0;
// 扫描第一行
P1 = 0xff; P1_7 = 0;
if(!P1_3 && P1_2 && P1_1 && P1_0){
Delay(10); // 按下消抖
while(!P1_3); // 等着松开
Delay(10); // 松开消抖
return key = 1;
}else if(P1_3 && !P1_2 && P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_2); Delay(10);
return key = 2;
}else if(P1_3 && P1_2 && !P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_1); Delay(10);
return key = 3;
}else if(P1_3 && P1_2 && P1_1 && !P1_0){
Delay(10); while(!P1_0); Delay(10);
return key = 4;
}
// 扫描第二行
P1 = 0xff; P1_6 = 0;
if(!P1_3 && P1_2 && P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_3); Delay(10);
return key = 5;
}else if(P1_3 && !P1_2 && P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_2); Delay(10);
return key = 6;
}else if(P1_3 && P1_2 && !P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_1); Delay(10);
return key = 7;
}else if(P1_3 && P1_2 && P1_1 && !P1_0){
Delay(10); while(!P1_0); Delay(10);
return key = 8;
}
// 扫描第三行
P1 = 0xff; P1_5 = 0;
if(!P1_3 && P1_2 && P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_3); Delay(10);
return key = 9;
}else if(P1_3 && !P1_2 && P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_2); Delay(10);
return key = 10;
}else if(P1_3 && P1_2 && !P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_1); Delay(10);
return key = 11;
}else if(P1_3 && P1_2 && P1_1 && !P1_0){
Delay(10); while(!P1_0); Delay(10);
return key = 12;
}
// 扫描第四行
P1 = 0xff; P1_4 = 0;
if(!P1_3 && P1_2 && P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_3); Delay(10);
return key = 13;
}else if(P1_3 && !P1_2 && P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_2); Delay(10);
return key = 14;
}else if(P1_3 && P1_2 && !P1_1 && P1_0){
Delay(10); while(!P1_1); Delay(10);
return key = 15;
}else if(P1_3 && P1_2 && P1_1 && !P1_0){
Delay(10); while(!P1_0); Delay(10);
return key = 16;
}
return key;
}
#endif
- Dealy.h
#ifndef __DEALY_H_
#define __DEALY_H_
// 延时cycles ms，晶振@11.0592MHz
void Delay(unsigned int cycles){
unsigned char i, j;
do{
i = 2;
j = 199;
do{
while (--j);
}while (--i);
}while(--cycles);
}
#endif
- LCD1602.h
#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__
//用户调用函数：
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
#endif
- LCD1602.c
#include <REGX52.H>
//引脚配置：
sbit LCD_RS=P2^6;
sbit LCD_RW=P2^5;
sbit LCD_EN=P2^7;
#define LCD_DataPort P0
//函数定义：
/**
* @brief LCD1602延时函数，12MHz调用可延时1ms
* @param 无
* @retval 无
*/
void LCD_Delay()
{
unsigned char i, j;
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
/**
* @brief LCD1602写命令
* @param Command 要写入的命令
* @retval 无
*/
void LCD_WriteCommand(unsigned char Command)
{
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_DataPort=Command;
LCD_EN=1;
LCD_Delay();
LCD_EN=0;
LCD_Delay();
}
/**
* @brief LCD1602写数据
* @param Data 要写入的数据
* @retval 无
*/
void LCD_WriteData(unsigned char Data)
{
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
LCD_DataPort=Data;
LCD_EN=1;
LCD_Delay();
LCD_EN=0;
LCD_Delay();
}
/**
* @brief LCD1602设置光标位置
* @param Line 行位置，范围：1~2
* @param Column 列位置，范围：1~16
* @retval 无
*/
void LCD_SetCursor(unsigned char Line,unsigned char Column)
{
if(Line==1)
{
LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1));
}
else if(Line==2)
{
LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1+0x40));
}
}
/**
* @brief LCD1602初始化函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void LCD_Init()
{
LCD_WriteCommand(0x38);//八位数据接口，两行显示，5*7点阵
LCD_WriteCommand(0x0c);//显示开，光标关，闪烁关
LCD_WriteCommand(0x06);//数据读写操作后，光标自动加一，画面不动
LCD_WriteCommand(0x01);//光标复位，清屏
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置上显示一个字符
* @param Line 行位置，范围：1~2
* @param Column 列位置，范围：1~16
* @param Char 要显示的字符
* @retval 无
*/
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char)
{
LCD_SetCursor(Line,Column);
LCD_WriteData(Char);
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始显示所给字符串
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param String 要显示的字符串
* @retval 无
*/
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=0;String[i]!='\0';i++)
{
LCD_WriteData(String[i]);
}
}
/**
* @brief 返回值=X的Y次方
*/
int LCD_Pow(int X,int Y)
{
unsigned char i;
int Result=1;
for(i=0;i<Y;i++)
{
Result*=X;
}
return Result;
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~65535
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~5
* @retval 无
*/
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以有符号十进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：-32768~32767
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~5
* @retval 无
*/
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
unsigned int Number1;
LCD_SetCursor(Line,Column);
if(Number>=0)
{
LCD_WriteData('+');
Number1=Number;
}
else
{
LCD_WriteData('-');
Number1=-Number;
}
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number1/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以十六进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~0xFFFF
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~4
* @retval 无
*/
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i,SingleNumber;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
SingleNumber=Number/LCD_Pow(16,i-1)%16;
if(SingleNumber<10)
{
LCD_WriteData(SingleNumber+'0');
}
else
{
LCD_WriteData(SingleNumber-10+'A');
}
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以二进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~1111 1111 1111 1111
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~16
* @retval 无
*/
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(2,i-1)%2+'0');
}
}
4.3 实践：矩阵键盘密码锁
需求：
实现一个矩阵键盘密码锁。S1~S9代表数字1~9，S10代表数字0，S11代表“确认”，S12代表“取消”。
- LCD第一行左侧显示“Password:”，第二行显示输入的四位密码，每次按下按键会依次左移数字。
- 按下“确认”时，判断密码是否正确，并显示在LCD第一行右侧“Err!”、“True!”，同时密码归位。
- 按下“取消”时，当前密码归零。
图4-3 “矩阵键盘密码锁”实验代码调用关系
- main.c文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-464532.html
#include <REGX52.H>
#include "MatrixKey.h"
#include "LCD1602.h"
void main(){
unsigned int correct = 123; // 正确的密码
unsigned int password = 0; // 当前的密码值
unsigned char key = 0; // 矩阵键盘当前按下的值
// 显示屏初始化
LCD_Init();
LCD_ShowString(1,1,"Password:");
LCD_ShowNum(2,1,0,4);
while(1){
key = MatrixKey();
if(key==11){ // 按下确认键，则进行判断
if(password == correct)
LCD_ShowString(1,12,"True!");
else
LCD_ShowString(1,13,"Err!");
}else if(key==12){ // 按下取消键，密码归零
LCD_ShowString(1,12," "); // 清除对错提示
password = 0;
LCD_ShowNum(2,1,password,4);
}else if(key>=1 && key<=10){ // 其他正常的数字键
LCD_ShowString(1,12," "); // 清除对错提示
key = (key==10) ? 0 : key; // 或者也可以对10取余
password = (password%1000) * 10 + key;
LCD_ShowNum(2,1,password,4);
}
}
}
其余的 MatrixKey.h、Delay.h、LCD1602.h、LCD1602.c 模块均与4.2节实验相同。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-464532.html
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