单片机人机交互之矩阵按键

按键是一种常开型按钮开关，与单片机的常见接法如图所示。按键未按下时两个触点断开，单片机I/O口输入高电平；当按键闭合时，I/O口输入低电平。

一、按键讲解

当I/O口为P0口时，由于没有内部上拉电阻，所以必须外接上拉电阻，当I/O口为P1、P2和P3口时，由于内部已有上拉电阻，因此可省略外接的上拉电阻。

二、按键消抖

单片机系统中所使用的键盘都是机械式的弹性按键，因为存在机械触点的弹性作用，在按键闭合和弹起的瞬间都会出现抖动，如图所示。按键抖动一般会持续5~10ms，为使一次按键仅被处理一次，必须消除按键抖动。消除按键抖动可以采用软件消抖或硬件消抖。

软件消抖指在检测到有按键闭合时，延时一小段时间之后再次检测，如果仍然检测到按键闭合，则认为按键真正闭合。

硬件消抖方法

1.R-S触发器

一旦有键按下，触发器立即反转，触点的抖动便不会再对输出产生影响，按键释放时也一样。

2.电容滤波

将电容并联在按键的两端，利用电容放电的延时特性，将产生抖动的电平通过电容吸收掉，从而达到消抖的作用；

三、独立按键

独立键盘指每个按键都占据一个独立的引脚。

四、矩阵按键

同一行上的所有按键都连接到一个引脚，同一列上的所有按键都连接到一个引脚。

（1）列扫描方式

所有行线都输出高电平，列线依次输出低电平；查询该列上行的值，若为0，则说明该行上的按键被按下；若该列上所有行的值都为1，则进行下一列行值的查询；循环往复。

（2）反转法

所有行线都输出0，查询列线上的值，若某列线上的值为0，则说明该列线上的按键被按下；然后所有列线都输出0，查询行线上的值，若某行线上的值为0，则说明该行线上的按键被按下；从而确定某行某列的按键被按下。

五、程序举例

#include <reg51.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uint key,key_num;//键盘扫描值，键盘键值
/********************************************************************/
//函数名：delay_1ms(uint x)
//功能：利用定时器0精确定时1ms；自加 time_t的值为后面时间调整函数服务
//调用函数：
//输入参数：x,1ms计数
//输出参数：
//说明：延时的时间为1ms乘以x
/********************************************************************/
void delay_1ms(uint x)
{
  TMOD=0X01;//开定时器0，工作方式为1
  TR0=1;//启动定时器0；
  while(x--)
  {
    TH0=0Xfc;//定时1ms初值的高8位装入TH0
    TL0=0X18;//定时1ms初值的低8位装入TL0
    while(!TF0);//等待，直到TF0为1
    TF0=0;
  }    
  TR0=0;//停止定时器0；
}

/**********************************************************/
//函数名：keyscan()
//功能：得出4x4键盘的行列扫描值
//调用函数：delay_1ms(uint x)
//输入参数：
//输出参数：
//说明：通过P1口的扫描得出扫描值key，无键按下key为16
/**********************************************************/
uchar keyscan()
{
   uchar code_h;    //行扫描值
  uchar code_l;    //列扫描值
  P1=0XF0;       //P1.0-P1.3全为0，(行状态全为低电平)
  if((P1&0xF0)!=0XF0)  //如果P1.4-P1.7不全为1，可能有键按下(为准确识别按键动作)
  {
      delay_1ms(5);  //廷时去抖动，为准确识别按键动作
      if((P1&0xF0)!=0XF0)//重读高4位(列状态)，若还是不全为1，定有键按下
            {      
          code_h=0xfe;  //开始行扫描 (0xfe:11111110)
          while((code_h&0x10)!=0x00)//判断是否扫描四行(X0~X3)完毕，若不是，继续扫描(0x10:00010000)   
               {
             P1=code_h;  //第1次P1.0置为0,其余高电平；第2次P1.1置为0,其余高电平  ；第3次P1.2置为0,其余高电平；第4次P1.3置为0,其余高电平
             if((P1&0xF0)!=0XF0) //如果P1.4-P1.7不全为1，该行有键按下(0xF0:11110000)
                   {
               code_l=(P1&0xF0|0x0F);//保留P1口高4位，低4位变为1，作为列值
               return((~code_h)+(~code_l));//键盘编码=行扫描值+列扫描值 (取反后用，相当于改为按下按键对应的行、列标识为1，其它为0)         
             }
             else                           //左移后补0，但是我们需要将其他位置1，所以+1
               code_h=(code_h<<1)|0x01;  //若该行无键按下，行扫描值左移+1，扫描下一行 
           }
       }
   }
  return(16);   //无键按下，返回16 
 }

/**********************************************************/
//函数名：keynum()
//功能：得出4x4按键的键值
//调用函数：keyscan()
//输入参数：
//输出参数：
//说明：通过key的值确定按键键值
/**********************************************************/
void keynum()
{
    uchar i,j;
    uchar code tab[4][4]={{0,1,2,3},{4,5,6,7},{8,9,10,11},{12,13,14,15}}; 
    //4x4键盘各键值标注
    key=16;
    key = keyscan();//引入key值
    if((key&0x01)!=0) i=0;  //判断出按下按键的行列号 (即找出低电平的行、列)
    if((key&0x02)!=0) i=1;
    if((key&0x04)!=0) i=2;
    if((key&0x08)!=0) i=3;
    if((key&0x10)!=0) j=0;
    if((key&0x20)!=0) j=1;
    if((key&0x40)!=0) j=2;
    if((key&0x80)!=0) j=3;
    if(key!=16) 
    {
       key_num = tab[i][j];//通过比较得出4x4键盘的键值
    }   
}

void main()
{
  uint shi,ge;
  shi = 0;
  ge = 0;
  P2 = 0x16;//初始值 为16
  while(1)
  {
     keynum(); //获取到键值
     if(key!=16)
     {
        shi = key_num/10;//获得十位   
       ge = key_num%10;//获得个位
       if(shi)
       {
         P2 = 0x10|ge;
       }
       else
       {
          P2 = ge;
       }
     }
     delay_1ms(10);//延时
  }
}