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4x4矩阵键盘工作原理及扫描程序_【单片机自学】5.独立按键与矩阵键盘

4×4 membrane keypad电路原理图

1独立按键

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独立按键模块位置示意图

硬件连接原理:

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图1.2独立按键原理图

把对应的端口赋值高电平,即“1”,按键按下,端口被拉低至低电平,即“0”,通过检测该端口的电平即可判断按键是否按下。

去抖分析:

按键是机械器件,按下或者松开时有固定的机械抖动,抖动图如下:

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图1.3按键抖动示意图

上图看出按键按下和松开的瞬间出现机械抖动,这个抖动时间虽然很短,一般10~15ms,不同按键抖动不同,但对应单片机来说,很轻松就能检测到,单片机是uS 级别。

但这个结果并不是我们需要的,实际上只进行一次按键操作,但有可能执行了多次按键结果,这就是抖动造成的,所以大多数产品实际使用中都使用了按键去抖功能。

按键去抖分为硬件去抖和软件去抖,硬件去抖最简单的就是按键2端并联电容,容量根据实验而定。软件去抖使用方便不增加硬件成本,容易调试,所以现在大都使用软件去抖。

软件去抖原理:

1、检测到按键按下后进行10~15ms 延时,用于跳过这个抖动区域;

2、延时后再检测按键状态,如果没有按下表明是抖动或者干扰造成,如果仍旧按下,可以

认为是真正的按下。并进行对应的操作。

3、同样按键释放后也要进行去抖延时,延时后检测按键是否真正松开。

程序样例中没有使用按键释放去抖程序,用户可以自行添加。

多数时候按键需要在释放时才起作用,像电脑鼠标一样,这个时候需要检测按键是否释放,如果没有释放则一直等待。

独立按键控制LED

程序如下图:

  1. /*-----------------------------------------------
  2. 名称:独立按键控制led
  3. 内容:按一次按键,led点亮,再按一次熄灭,以此循环
  4. ------------------------------------------------*/
  5. #include<reg52.h> //包含头文件,一般情况不需要改动,头文件包含特殊功能寄存器的定义
  6. sbit KEY=P1^1; //定义按键输入端口
  7. sbit LED=P1^2; //定义led输出端口
  8. void DelayUs2x(unsigned char t);//函数声明
  9. void DelayMs(unsigned char t);
  10. /*------------------------------------------------
  11. 主函数
  12. ------------------------------------------------*/
  13. void main (void)
  14. {
  15. KEY=1; //按键输入端口电平置高
  16. while (1) //主循环
  17. {
  18. if(!KEY) //如果检测到低电平,说明按键按下
  19. {
  20. DelayMs(10); //延时去抖,一般10-20ms
  21. if(!KEY) //再次确认按键是否按下,没有按下则退出
  22. {
  23. while(!KEY);//如果确认按下按键等待按键释放,没有释放则一直等待
  24. {
  25. LED=!LED;//释放则执行需要的程序
  26. }
  27. }
  28. }
  29. //主循环中添加其他需要一直工作的程序
  30. }
  31. }
  32. /*------------------------------------------------
  33. uS延时函数,含有输入参数 unsigned char t,无返回值
  34. unsigned char 是定义无符号字符变量,其值的范围是
  35. 0~255 这里使用晶振12M,精确延时请使用汇编,大致延时
  36. 长度如下 T=tx2+5 uS
  37. ------------------------------------------------*/
  38. void DelayUs2x(unsigned char t)
  39. {
  40. while(--t);
  41. }
  42. /*------------------------------------------------
  43. mS延时函数,含有输入参数 unsigned char t,无返回值
  44. unsigned char 是定义无符号字符变量,其值的范围是
  45. 0~255 这里使用晶振12M,精确延时请使用汇编
  46. ------------------------------------------------*/
  47. void DelayMs(unsigned char t)
  48. {
  49. while(t--)
  50. { //大致延时1mS
  51. DelayUs2x(245);
  52. DelayUs2x(245);
  53. }
  54. }

图1.4独立按键程序

接线方式

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实验现象:按一次按键,led点亮,再按一次熄灭,以此循环。

2矩阵键盘

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图2.1矩阵键盘模块示意图

矩阵键盘反转扫描:

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图2.2矩阵键盘硬件原理图

通过八个IO口控制16个按键,节省IO口。

重点是弄清基本原理,结合键盘扫描程序代码分析、理解。

1.矩阵键盘逐行扫描(逐行扫描思路简单,但程序较长)

2.矩阵键盘反转扫描(反转扫描程序简短,思路巧妙)

本节着重讲矩阵键盘的反转扫描,逐行扫描将在外部中断部分

程序如下:

  1. /*-----------------------------------------------
  2. 名称:矩阵键盘反转扫描
  3. ------------------------------------------------*/
  4. #include<reg52.h> //包含头文件,一般情况不需要改动,头文件包含特殊功能寄存器的定义
  5. #define KeyPort P3
  6. sbit dula=P2^1;
  7. sbit wela=P2^0;
  8. unsigned char code DuanMa[]={
  9. 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
  10. 0x66,0x6d,0x7d,0x07,
  11. 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
  12. 0x39,0x5e,0x79,0x71};
  13. void DelayUs2x(unsigned char t);//us级延时函数声明
  14. void DelayMs(unsigned char t); //ms级延时
  15. unsigned char KeyScan(void);//键盘扫描
  16. unsigned char KeyPro(void);
  17. void display(unsigned char aa);
  18. /*------------------------------------------------
  19. 主函数
  20. ------------------------------------------------*/
  21. void main (void)
  22. {
  23. unsigned char num;
  24. dula=1;
  25. P1=0x00;
  26. dula=0;
  27. wela=1;
  28. P1=0x00;
  29. wela=0;
  30. while (1) //主循环
  31. {
  32. num=KeyPro();
  33. if(num!=0xff)
  34. {
  35. display(num);
  36. }
  37. }
  38. }
  39. void display(unsigned char aa)
  40. {
  41. dula=1;
  42. P1=DuanMa[aa];
  43. dula=0;
  44. }
  45. /*------------------------------------------------
  46. 按键扫描函数,返回扫描键值
  47. ------------------------------------------------*/
  48. unsigned char KeyScan(void) //键盘扫描函数,使用行列反转扫描法
  49. {
  50. unsigned char cord_h,cord_l;//行列值中间变量
  51. KeyPort=0x0f; //列线输出全为0
  52. cord_h=KeyPort&0x0f; //读入行线值
  53. if(cord_h!=0x0f) //先检测有无按键按下
  54. {
  55. DelayMs(10); //去抖
  56. if((KeyPort&0x0f)!=0x0f)
  57. {
  58. cord_h=KeyPort&0x0f; //读入行线值
  59. KeyPort=cord_h|0xf0; //输出当前列线值
  60. cord_l=KeyPort&0xf0; //读入列线值
  61. while((KeyPort&0xf0)!=0xf0);//等待松开并输出
  62. return(cord_h+cord_l);//键盘最后组合码值
  63. }
  64. }return(0xff); //返回该值
  65. }
  66. /*------------------------------------------------
  67. 按键值处理函数,返回扫键值
  68. ------------------------------------------------*/
  69. unsigned char KeyPro(void)
  70. {
  71. switch(KeyScan())
  72. {
  73. case 0x7e:return 0;break;//0 按下相应的键显示相对应的码值
  74. case 0x7d:return 1;break;//1
  75. case 0x7b:return 2;break;//2
  76. case 0x77:return 3;break;//3
  77. case 0xbe:return 4;break;//4
  78. case 0xbd:return 5;break;//5
  79. case 0xbb:return 6;break;//6
  80. case 0xb7:return 7;break;//7
  81. case 0xde:return 8;break;//8
  82. case 0xdd:return 9;break;//9
  83. case 0xdb:return 10;break;//a
  84. case 0xd7:return 11;break;//b
  85. case 0xee:return 12;break;//c
  86. case 0xed:return 13;break;//d
  87. case 0xeb:return 14;break;//e
  88. case 0xe7:return 15;break;//f
  89. default:return 0xff;break;
  90. }
  91. }
  92. /*------------------------------------------------
  93. uS延时函数,含有输入参数 unsigned char t,无返回值
  94. unsigned char 是定义无符号字符变量,其值的范围是
  95. 0~255 这里使用晶振12M,精确延时请使用汇编,大致延时
  96. 长度如下 T=tx2+5 uS
  97. ------------------------------------------------*/
  98. void DelayUs2x(unsigned char t)
  99. {
  100. while(--t);
  101. }
  102. /*------------------------------------------------
  103. mS延时函数,含有输入参数 unsigned char t,无返回值
  104. unsigned char 是定义无符号字符变量,其值的范围是
  105. 0~255 这里使用晶振12M,精确延时请使用汇编
  106. ------------------------------------------------*/
  107. void DelayMs(unsigned char t)
  108. {
  109. while(t--)
  110. {
  111. //大致延时1mS
  112. DelayUs2x(245);
  113. DelayUs2x(245);
  114. }
  115. }

矩阵键盘反转扫描程序

接线方式:

e5d635a288fd471d5075411811b4a0dc.png

显示效果

3efe60361a19175e01e7a97623304f03.png
图2.4按键显示效果(数字5)

源码下载链接

mcutree/MCU-self-study​github.com
47ad2847fd05ebd4a9810f426ef2886e.png

后续还将教你制作智能寻迹避障小车等项目,欢迎关注,后面慢慢教你学单片机!

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