单片机汇编矩阵键盘实验(扫描法)

关于扫描按键的原理，可以看下面这篇文章。

本文以循序渐进的思路，引导大家思考如何用最少的IO驱动更多的按键，并依次给出5种方案原理图提供参考。在实际项目中我们经常会遇到有按键输入的需求，但有的时候为了节省资源成本，我们都会选择在不增加硬件的情况下使用最少的控制器IO驱动更多的按键，那么具体是怎么做的呢，下面我们就以用5个IO引脚为例，讲下怎么设计可以实现更多的按键？共有5种设计思路，下面依次介绍。

思路一

首先通常想到的可能是下面这样的设计：

上图形式的按键就是我们通常说的行列式按键，它的驱动思路是这样的：

1. 对IO1、2、3配置为推挽输出，依次只让其中一个输出为0其他输出为1。

2. 对IO4、5进行读 *** 作，根据读出的结果判断哪个按键按下。

例如：配置IO1、2、3为011，读IO4、5，若IO4为0则SW14按下，若IO5为0则SW15按下；

依次的配置IO1、2、3为101，读IO4、5，若IO4为0则SW24按下，若IO5为0则SW25按下；

依次的配置IO1、2、3为110，读IO4、5，若IO4为0则SW34按下，若IO5为0则SW35按下；

思路二

但是我们在不知道行列式按键之前我们肯定是依次将IO口接一个按键到GND或者到VCC，然后去读IO口去判断哪个按键按下，这也是最简单的方法，但是很浪费IO口，下面这种就结合了这种简单方法和行列式的思路，实现了又多增加3个按键，如下图：

这里我们的思路是先依次读IO1、2、3的电平来识别S1、2、3，哪个按键按下，其后的流程和思路一是一样的，这样就可以识别11个按键了。

思路三

按照扫描的思想，某一时刻设置一个IO口为0，其他IO口读，如果有IO口读到0，则有对应按键按下。比如IO1为0，然后读到IO5也为0，那么K15就是按下的。对照这样的思路，我们可以有下面的设计：

这个电路按键识别思路是这样的：

1. 只配置IO1为0，其他IO读，若IO5读到0，则K15按下，若IO4读到0，则K14按下，依次识别K13，K12；

2. 只配置IO2为0，其他IO读，若IO5读到0，则K25按下，若IO4读到0，则K24按下，依次识别K23；

3. 只配置IO3为0，其他IO读，若IO5读到0，则K35按下，若IO4读到0，则K34按下；

4. 只配置IO4为0，其他IO读，若IO5读到0，则K45按下；

思路四

对于思路3我们发现，如果只配置IO5为0，其他IO读，若IO1读到0，则K15按下，若IO2读到0，则K25按下，依次可识别K35和K45。这样就存在重复，那么有么有好的方法，解决这样的重复呢？我们发现，若配置IO1为0，K15按下，电流流向IO1的，若配置IO5为0，同样K15按下，电流是流向IO5的。这样我们就可以通过区分电流的流向来避免重复。于是就有了下图的设计：

这样就可以避免重复，IO5为0时，按K15，IO1是读不到0的。那么怎样设计，IO5为0时对应一个按键按下IO1为0呢？如是就有人想到下面的设计：

这个电路按键识别思路是这样的：

1. 只配置IO1为0，其他IO读，若IO5读到0，则K51按下，若IO4读到0，则K41按下，依次识别K31，K21；

2. 只配置IO2为0，其他IO读，若IO5读到0，则K52按下，若IO4读到0，则K42按下，依次识别K32，K21'；

3. 只配置IO3为0，其他IO读，若IO5读到0，则K53按下，若IO4读到0，则K43按下，依次识别K32’，K31'；

4. 只配置IO4为0，其他IO读，若IO5读到0，则K54按下，若IO4读到0，则K43’按下，依次识别K42’，K41'；

5. 只配置IO5为0，其他IO读，若IO4读到0，则K54’按下，若IO3读到0，则K53’按下，依次识别K52’，K51'。

思路五

很多人可能认为思路四已经识别20个按键了，但是真的就没有其他方法了吗？不要忘了，我们还没有将思路二你介绍的那种最简单的方法结合进去，于是又可以多5个按键，如下图：

这样我们可以先识别K01、K02、K03、K04、K05，若没有按键按下然后再和思路四的设计一样去识别其他按键。但这样存在一个问题，如果IO1配置为0，IO5读到0，那么怎么知道是K51按下还是K05按下呢，这里只需要在程序里做下判断，先判断下是不是K05按下，若不是就是K51，因为按键K01、K02、K03、K04、K05在5个IO口都为读取的情况下，就可以识别，不需要扫描识别处理，相当于这5个按键优先级高与其他按键。

总结

综合上述，5个IO口最多可以识别25个按键，思路五程序上处理比较麻烦，若实际中只按思路四设计，也可识别20个按键，那么如果有N个IO口可识别多少按键呢？这里给出如下公式：

假设有N个IO口按照思路三可以识别N*(N-1)/2个；

按照思路四可识别N*(N-1)个；

按照思路5可以识别N*(N-1)+N个。

最后再说下，如果实际设计时，还是按思路四设计好，软件也没那么麻烦。如果是你的话你会选择哪种方法呢？你还有没有其他的设计方法呢？

/**************************************************************************************

* 矩阵按键实验 *

实现现象：下载程序后数码管显示0，按下矩阵按键上的按键显示对应的数字

S1-S4：0-3

S5-S8：4-7

S9-S12：8-B

S13-S16：C-F。

注意事项：如果不想让点阵模块显示，可以将74HC595模块上的JP595短接片拔掉。

***************************************************************************************/

#include "reg52.h" //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器

typedef unsigned int u16 //对数据类型进行声明定义

typedef unsigned char u8

#define GPIO_DIG P0

#define GPIO_KEY P1

sbit LSA=P2^2

sbit LSB=P2^3

sbit LSC=P2^4

u8 KeyValue //用来存放读取到的键值

u8 code smgduan[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}//显示0~F的值

/*******************************************************************************

* 函 数 名 : delay

* 函数功能 : 延时函数，i=1时，大约延时10us

*******************************************************************************/

void delay(u16 i)

{

while(i--)

}

/*******************************************************************************

* 函 数 名 : KeyDown

* 函数功能 : 检测有按键按下并读取键值

* 输入 : 无

* 输出 : 无

*******************************************************************************/

void KeyDown(void)

{

char a=0

GPIO_KEY=0x0f

if(GPIO_KEY!=0x0f)//读取按键是否按下

{

delay(1000)//延时10ms进行消抖

if(GPIO_KEY!=0x0f)//再次检测键盘是否按下

{

//测试列

GPIO_KEY=0X0F

switch(GPIO_KEY)

{

case(0X07): KeyValue=0break

case(0X0b): KeyValue=1break

case(0X0d): KeyValue=2break

case(0X0e): KeyValue=3break

}

//测试行

GPIO_KEY=0XF0

switch(GPIO_KEY)

{

case(0X70): KeyValue=KeyValuebreak

case(0Xb0): KeyValue=KeyValue+4break

case(0Xd0): KeyValue=KeyValue+8break

case(0Xe0): KeyValue=KeyValue+12break

}

while((a<50)&&(GPIO_KEY!=0xf0)) //检测按键松手检测

{

delay(1000)

a++

}

}

}

}

/*******************************************************************************

* 函 数 名 : main

* 函数功能 : 主函数

* 输入 : 无

* 输出 : 无

*******************************************************************************/

void main()

{

LSA=0//给一个数码管提供位选

LSB=0

LSC=0

while(1)

{

KeyDown() //按键判断函数

GPIO_DIG=smgduan[KeyValue] //

}

}

实验目的

1． 了解 4*4 矩阵键盘的工作原理。

2． 掌握利用行列扫描法读取按键信息及软件消抖的方法。

3． 熟悉掌握 VHDL 语言和 QUARTUS 2 软件的使用。

4． 理解状态机的工作原理和设计方法。

5． 掌握利用 EDA 工具进行自顶向下的电子系统设计方法。

实验任务

设计制作一个检测 4*4 矩阵键盘的按键编码的实验， 把实际按键的 键值的八位编码先转换成从 0000—1111 的编码，再译成数码管能识别 的八位编码， 在数码管动态显示时， 矩阵键盘的第一行对应 00—03， 4*4 第二行对应 04—07，第三行 08—11，第四行对应 12—15。

实验原理

1．键盘的工作原理： 按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的 两端。行线通过上拉电阻接到+5V 电源上。无按键按下时，行线处 于高电平的状态， 而当有按键按下时， 行线电平与此行线相连的列 线电平决定。

2．行列扫描法原理：

第一步， 使行线为编程的输入线，列线是输出线，拉低所有的列线， 判断行线的变化，如果有按键按下，按键按下的对应行线被拉低，否则 所有的行线都为高电平。

第二步， 在第一步判断有键按下后， 延时 10ms 消除机械抖动，再次读取行值，如果此行线还处于低电平状态则进入下 一步，否则返回第一步重新判断。

第三步，开始扫描按键位置，采用逐 行扫描，每间隔 1ms 的时间，分别拉低第一列，第二列，第三列，第四 列，无论拉低哪一列其他三列都为高电平，读取行值找到按键的位置， 分别把行值和列值储存在寄存器里。

第四步，从寄存器中找到行值和列 值并把其合并，得到按键值，对此按键值进行编码，按照从第一行第一 个一直到第四行第四个逐行进行编码，编码值从“0000” 至“1111” ， 再进行译码，最后显示按键号码。 3．数码管动态扫描原理。数码管动态扫描原理： 数码管的 7 个段及小数点都是由 LED 块组成的，显示方式分为静 态显示和动态显示两种。数码管在静态显示方式时，其共阳管的位选 信号均为低电平，四个数码管的共用段选线 a、b、c、d、e、f、g、dp 分别与 CPLD 的 8 根 I/O 口线相连，显示数字时只要给相应的段选线送 低电平。数码管在动态显示方式时，在某一时刻只能有一个数码管被 点亮显示数字，其余的处于非选通状态，位选码端口的信号改变时， 段选码端口的信号也要做相应的改变 ，每位显示字符停留显示的时间 一般为 1-5ms，利用人眼睛的视觉惯性，在数码管上就能看到相当稳定 的数字显示。

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