单片机矩阵键盘原理图及代码详解(单片机矩阵键盘实验报告)

矩阵键盘原理

矩阵键盘是由多个按键组成的，在单片机应用中常用于输入控制和菜单选择。在矩阵键盘中，每个按键被排列在矩阵状的列表中。行和列被连到单片机的GPIO端口上，按键被映射到对应的行和列上。因此，只要单片机扫描每个行，然后读取每个列的状态，就可以获得按键的按下状态。

假设单片机有N行和M列，那么按键矩阵中共有NxM个开关可以控制，每个开关可以连接到单片机的一个GPIO引脚上。在矩阵键盘中，只有一个按键被按下，该按键的行和列即被短接。

为了避免GPIO引脚的数量过多，可将几个行和列连接到同一组GPIO引脚上。当单片机扫描每个行时，将此组GPIO引脚设置为输出，并将该行连接到此组GPIO引脚。然后，单片机逐个地读每个列的输入状态，以便确定哪个按键被按下。此时，将该组GPIO引脚设置为输入，同时将下一个行连接到该组GPIO引脚。因此，通过逐个控制行和列的方式，可以轻松地实现矩阵键盘。

矩阵键盘原理图

矩阵键盘的原理图分为两个部分：输入部分和输出部分。输入部分包括行扫描，输出部分包括列扫描。

在输入部分，M个列以及每个列中的一个开关被接到单片机的M个GPIO引脚上。另外的N个行接到N个外部电阻上，以便将N行和1个GPIO引脚连接起来。这个GPIO引脚分别在每个行扫描的过程中输出0电平，以启用对应行的输入。

在输出部分，N个行、每个行中的开关、以及外部电阻被接到N个GPIO引脚上。这些引脚被设置成输入状态，并且每个GPIO引脚逐个地获取行数据。如果某个引脚读取到了逻辑高电平，那么这个开关就被按下了。

代码详解

实现矩阵键盘扫描需要一些代码。首先，需要枚举每个行，并将其连接到矩阵键盘的某个行。连接状态会被输出到单片机的GPIO端口上。接下来，需要读取矩阵键盘的每个列，以便检测是否有按键按下。最后，要把行扫描信号切换到下一个行。

下面是一个简单的示例程序，可以用于扫描一个4×4的矩阵键盘：

```
#include

unsigned char code KEYTable[] = { // key value table
0x44, 0x43, 0x42, 0x41, // row 0 (P4.4-P4.7)
0x34, 0x33, 0x32, 0x31, // row 1 (P3.4-P3.7)
0x24, 0x23, 0x22, 0x21, // row 2 (P2.4-P2.7)
0x14, 0x13, 0x12, 0x11 // row 3 (P1.4-P1.7)
};

#define LatchPort P0
#define RowsPort P2

void Delay10ms(void) {
unsigned char i, j;

i = 58;
j = 170;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}

unsigned char GetKey(void) { // get key value
unsigned char RowsVal, ColsVal, rowIndex;

for (rowIndex = 0; rowIndex < 4; rowIndex++) { // scan rows
RowsPort = ~(1 << rowIndex); // set row active
ColsVal = LatchPort; // read columns
if (ColsVal != 0xFF) break; // check if any key is pressed
}
RowsPort = 0x00; // reset row state to idle

if (rowIndex == 4) return 0xFF; // no key pressed

// find which key is pressed and return its value
ColsVal = ~(ColsVal);
RowsVal = KEYTable[rowIndex];
return RowsVal & ColsVal;
}

void main() {
unsigned char keyVal;

while (1) {
keyVal = GetKey();
if (keyVal != 0xFF) { // check if any key is pressed
P0 = keyVal; // set key value to P0
Delay10ms();
while (GetKey() != 0xFF); // wait for key release
}
}
}
```

在这个代码中，矩阵键盘的每个按键代表一个键值。将这些键值保存在数组KEYTable中。在主程序中，首先定义了一个变量keyVal，它用于存储检测到的按键值。然后运行一个while循环，该循环不断扫描矩阵键盘，并检测是否有按键按下。

实际上，整个程序的关键是GetKey（）函数。它的工作方式如下：

在该函数内部，首先将行作为输入标志传递到RowsPort，以启用单片机GPIO端口。然后，读取LatchPort值，以检查每个列中是否有按键按下。如果检测到按键按下，ColsVal即包含一个值（bits为0），表示按下了一个按键。此时，RowsPort被重置为零，以便返回输入状态。

然后，如果没有任何数据从GetKey函数返回，则表示没有按键被按下。

如果键被按下，则按键值被传递到P0中，同时延迟10毫秒，以等待按键抖动消失。在等待期间，检测到的按键值持续存储在keyVal变量中。如果在等待期间持续检测到按键，则退出while循环并返回到矩阵键盘扫描循环。

该示例程序只是一个简单的例子，无法用于实际的应用程序。但是，它演示了如何使用单片机来实现矩阵扫描，这是构建更高级电路和应用的重要基础。