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原理很简单,当我们没有按下SW2时,由于上拉电阻的作用,输入引脚的信号为高电平。因为按键的另一端接地,当按下按键后,引脚也就直接接地,输入单片机引脚的信号就为低电平。这时候,只要我们读取到IO口为低电平,那么按键就被按下了。
在比赛的板子上,独立键盘和矩阵键盘是合在一起的,通过跳线帽来选择是独立按键还是矩阵键盘(图中已经框起)。上图所示的是矩阵键盘,将跳线帽拔了换到另一边就是独立按键了。
独立按键一段接着GND,说明只要按下按键引脚就输入低电平。这时候我们只需要读取按键所连接的IO口状态就可以判断按键是否被按下。
矩阵键盘中每个按键两端都接着单片机IO口,如果我们要使用某个按键就先设置按键一段IO为低电平,然后读取另一端IO口电平状态。矩阵键盘的原理就是IO口状态扫描,按照扫描的方式可以分为列扫描和行扫描
以下图为例,设置第二列的按键的一端为低电平(P42=0;),然后读取另一端的按键电平状态,如果读取到低电平就说明哪个按键被按下。例如读取P30口,如果P30==0,那么S11被按下。
类似的,设置第一行的按键的一端为低电平(P30=0;),然后读取另一端的按键电平状态,如果读取到低电平就说明哪个按键被按下。例如读取P42口,如果P42==0,那么S11被按下。
比赛的时候大概率不会用到这么多个按键,一般都是4个,所以说没有必要把所有按键判定都写进去,只需要写一部分就好了。
sbit R1=P3^0; sbit R2=P3^1; sbit R3=P3^2; sbit R4=P3^3; sbit C4=P3^4; sbit C3=P3^5; sbit C2=P4^2; sbit C1=P4^4; void delayForKeyboard() //@12.000MHz,20ms { unsigned char i, j; i = 234; j = 115; do { while (--j); } while (--i); } void keyBoard(){ R1=0;R2=R3=R4=1; // 设置第一行按键一段为低电平,其他行(hang)为高电平 C1=C2=C3=C4=1; // 将按键另一端设置为高电平(上拉) if(C1==0){ // 读取按键状态 delayForKeyboard(); // 延时20ms,按键消抖 if(C1==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C2==0){ delayForKeyboard(); if(C2==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C3==0){ delayForKeyboard(); if(C3==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C4==0){ delayForKeyboard(); if(C4==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } R2=0;R1=R3=R4=1; // 设置第二行按键一段为低电平,其他行(hang)为高电平 C1=C2=C3=C4=1; if(C1==0){ delayForKeyboard(); if(C1==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C2==0){ delayForKeyboard(); if(C2==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C3==0){ delayForKeyboard(); if(C3==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C4==0){ delayForKeyboard(); if(C4==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } R3=0;R1=R2=R4=1; // 设置第三行按键一段为低电平,其他行(hang)为高电平 C1=C2=C3=C4=1; if(C1==0){ delayForKeyboard(); if(C1==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C2==0){ delayForKeyboard(); if(C2==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C3==0){ delayForKeyboard(); if(C3==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C4==0){ delayForKeyboard(); if(C4==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } R4=0;R1=R3=R3=1; // 设置第四行按键一段为低电平,其他行(hang)为高电平 C1=C2=C3=C4=1; if(C1==0){ delayForKeyboard(); if(C1==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C2==0){ delayForKeyboard(); if(C2==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C3==0){ delayForKeyboard(); if(C3==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } else if(C4==0){ delayForKeyboard(); if(C4==0){ //...... // 在这里编写按下按键你想要完成的任务 } } }
- 该函数负责扫描矩阵键盘的按键状态,返回一个16位的无符号整数(u16),每一位代表一个按键是否被按下。
- 初始化变量temp为0,用来存储当前按键的状态,每一位对应一个按键。
- 设置P3端口的低四位为高电平,准备对这些行进行扫描。
- 通过一个嵌套循环,外循环遍历列,内循环遍历行。通过设置P44、P42、P35、P34这四个引脚的电平来选择一列,然后扫描对应列的四个行。
- 如果检测到某一行的电平是低电平,意味着对应的按键被按下了,于是把temp对应的位设置为1。
- 这个函数负责处理按键的按下和释放事件。
- key_num变量用于存储当前扫描得到的按键状态。
- key_down用于记录这次扫描中按下的键。这是通过当前状态与前一次状态的异或运算(^)后与当前状态的按位与运算(&)得到的。
- key_up用于记录这次扫描中被释放的键。它通过对key_down取反(~)来得到。
- key_old用于记住上一次的键盘状态,以便下次扫描时可以比较变化。
- 有一个静态变量key_old,它用来存储上一次的按键状态,以便计算按下和释放的键。
- 函数中还有一个简单的节流逻辑:如果slow_down_for_key变量为真,则不更新按键状态,否则设置该变量为真。这是为了防止函数过于频繁地调用,应该在整个按键处理的逻辑外设置定时器,以保证10ms调用一次key_Proc()。
- 通过宏KEYDOWN_NUM(i)检测特定编号的按键是否按下。如果某个按键按下了,将执行相应的代码块。
#include "key.h" //#define KEY_NUM(i) #define KEYDOWN_NUM(i) key_down & (0x0001<<(i-4)) #define KEYUP_NUM(i) key_up & (0x0001<<(i-4)) u16 key_Scan() { u16 temp=0; // 如果不初始化为0,会导致按键只能使用一次,后续无法使用 u8 col,row; P3=P3|0x0f; // 拉高P3低四位,这一步似乎缺省也没事,为了保险起见所以加了这一句,所用和上面C1=C2=C3=C4=1一样。 for(col=0;col<4;col++) { P44=(col!=0); P42=(col!=1); P35=(col!=2); P34=(col!=3); for(row=0;row<4;row++) { if(!(P3&(0x08>>row))) // 千万不要错写成if(!P3&(0x08>>row)) { temp|=( 1<<(col*4+row) ); } } } return temp; } void key_Proc() { u16 key_num,key_down,key_up; static u16 key_old=0; if(slow_down_for_key) return; // 定时器会每隔1ms给这个变量+1,加到10后就会自动置0,也就是让这个函数每隔10ms运行一次 slow_down_for_key=1; key_num=key_Scan(); key_down=key_num&(key_num^key_old); key_up=~key_down; key_old=key_num; if(KEYDOWN_NUM(4)) { // S4被按下 } if(KEYDOWN_NUM(5)) { // S5被按下 } if(KEYDOWN_NUM(8)) { // S8被按下 } if(KEYDOWN_NUM(9)) { // S9被按下 } }
为什么要设置C1=C2=C3=C4=1,原因在于51系列单片机的I/O端口设计为双向的,当没有指明IO的状态时,我们不知道IO口是处于高电平还是低电平,处于一种不稳定的状态,举个例子,如果不指定IO为高电平,那么这个时候由于之前的程序设置或IO的状态不确定导致按键还没被按下IO就为低电平,这时候我们读取到的按键状态就是不正确的,所以需要我们指定它默认为高电平,然后才能通过读取IO判断按键是否按下。
按键抖动是由于按键的机械特性引起的,解决办法可以分为硬件消抖和软件消抖。
这个问题有很多人已经总结了,我就不再赘述。
【单片机】按键消抖及原理(硬件和软件方法详解)
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