开发板上板载了一个 4*4 矩阵键盘。本节所要实现的功能是：通过开发板上的矩阵键盘控制静态数码管显示对应的键值 0-F。
一、矩阵按键介绍
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。
本节以 4*4 矩阵键盘为例讲解其工作原理和检测方法。开发板上将 16 个按键排成 4 行 4 列，第一行将每个按键的一端连接在一起构成行线，第一列将每个按键的另一端连接在一起构成列线，这样便一共有 4 行 4 列共 8 根线，我们将这 8 根线连接到单片机的 8 个 I/O 口上，通过程序扫描键盘就可检测 16 个键。用这种方法我们也可实现 3 行 3 列 9 个键、 5 行 5 列 25 个键、 6 行6 列 36 个键甚至更多。
无论是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，再轮流检测一次各行是否变为低电平，这样即可检测完所有的按键，当有键被按下时便可判断出按下的键是哪一个键。当然我们也可以将行线置低电平，扫描列是否有低电平。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；然后再翻转，使所有列线都为低电平，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。
矩阵键盘也少不了按键消抖的环节，本节实验中采用的是行列扫描法来检测哪个按键按下。
二、硬件设计
本实验使用到硬件资源如下：
静态数码管
4*4 矩阵按键
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。
三、软件设计
本节所要实现的功能是：通过数码管显示矩阵按键 S1-S16 按下后键值 0-F。
我们直接复制前面创建好的工程模板，将复制过来的模板文件夹重新命名为“9-矩阵按键实验”。打开工程直接在 main.c 源文件内进行编程，main.c 内代码如下：
/*
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
*/
#include "reg52.h"
//对系统默认数据类型进行重定义
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
//使用宏定义矩阵按键控制口
#define KEY_MATRIX_PORT P1
//使用宏定义数码管段码口
#define SMG_A_DP_PORT P0
//使用数组保存共阴极数码管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
*/
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;
//给第1列送低电平，其余为高电平即11110111 -> 0xF7
KEY_MATRIX_PORT = 0xf7;
//判断第一列按键是否按下
if (KEY_MATRIX_PORT != 0xf7)//第一列有按键按下
{
delay_10us(1000);//消抖
//判断是哪个按键按下
switch (KEY_MATRIX_PORT)
{
case 0x77 : key_value = 1;break;
case 0xb7 : key_value = 5;break;
case 0xd7 : key_value = 9;break;
case 0xe7 : key_value = 13;break;
}
}
//等待按键松开
while (KEY_MATRIX_PORT != 0xf7);
//给第2列送低电平，其余为高电平即11111011 -> 0xfb
KEY_MATRIX_PORT = 0xfb;
//判断第二列按键是否按下
if (KEY_MATRIX_PORT != 0xfb)//第二列有按键按下
{
delay_10us(1000);//消抖
//判断是哪个按键按下
switch (KEY_MATRIX_PORT)
{
case 0x7b : key_value = 2;break;
case 0xbb : key_value = 6;break;
case 0xdb : key_value = 10;break;
case 0xeb : key_value = 14;break;
}
}
//等待按键松开
while (KEY_MATRIX_PORT != 0xfb);
//给第3列送低电平，其余为高电平即11111101 -> 0xfd
KEY_MATRIX_PORT = 0xfd;
//判断第一列按键是否按下
if (KEY_MATRIX_PORT != 0xfd)//第三列有按键按下
{
delay_10us(1000);//消抖
//判断是哪个按键按下
switch (KEY_MATRIX_PORT)
{
case 0x7d : key_value = 3;break;
case 0xbd : key_value = 7;break;
case 0xdd : key_value = 11;break;
case 0xed : key_value = 15;break;
}
}
//等待按键松开
while (KEY_MATRIX_PORT != 0xfd);
//给第4列送低电平，其余为高电平即11111110 -> 0xfe
KEY_MATRIX_PORT = 0xfe;
//判断第四列按键是否按下
if (KEY_MATRIX_PORT != 0xfe)//第四列有按键按下
{
delay_10us(1000);//消抖
//判断是哪个按键按下
switch (KEY_MATRIX_PORT)
{
case 0x7e : key_value = 4;break;
case 0xbe : key_value = 8;break;
case 0xde : key_value = 12;break;
case 0xee : key_value = 16;break;
}
}
//等待按键松开
while (KEY_MATRIX_PORT != 0xfe);
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;
//给所有行送低电平，所有列送高电平即00001111 -> 0x0f
KEY_MATRIX_PORT = 0x0f;
//判断按键是否按下
if (KEY_MATRIX_PORT != 0x0f)
{
delay_10us(1000);//消抖
if (KEY_MATRIX_PORT != 0x0f)
{
//测试列
KEY_MATRIX_PORT = 0x0f;
//保存行为0，按键按下后的列值
switch (KEY_MATRIX_PORT)
{
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;
//保存列为0，按键按下后的行值
switch (KEY_MATRIX_PORT)
{
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
*/
void main()
{
u8 key = 0;
while (1)
{
key = key_matrix_ranks_scan();
if (key != 0)
{
SMG_A_DP_PORT = gsmg_code[key-1];
}
}
}
至此，整个程序就编写完成，我们编译一下，如下图所示:
