试述51系列单片机矩阵键盘编程

2011-09-23谭成豪许建明

科技传播 2011年6期

关键词：邵阳赋值按键

谭成豪，许建明

邵阳学院信息工程系，湖南邵阳 422000

试述51系列单片机矩阵键盘编程

谭成豪，许建明

邵阳学院信息工程系，湖南邵阳 422000

在单片机系统中，常常使用键盘向单片机输入信息。键盘由一组常开的按键组成，当按键闭合时就会向单片机系统输入一个电平信息。每个按键都被赋予了一个键码，单片机根据此代码执行任务。在单片机系统按键数量较多时，为了减少I/O口的使用通常使用矩阵键盘。

单片机；键盘；矩阵键盘；I/O口

1 矩阵键盘的结构

矩阵键盘的按键排成矩阵，一般是4×4矩阵，即4行4列，行和列的交叉点接一个常开的独立按键，按键被闭合时就接通行线和列线。8个I/O口产生16个交叉点16个按键，按键数量比独立按键多了一倍，9个I/O口产生20个按键， I/O口越多产生的按键数量越多，效果越明显。可以在键盘扫描程序中对每个按键进行编号，如第一行按键从左到右对应0、1、2、3，第二行按键从左到右对应4、5、6、7，第三行按键从左到右对应8、9、A、B，第四行按键左到右对应C、D、E、F，每按一次键让数码管显示该按键所代表的编号。

2 矩阵键盘的工作原理

矩阵键盘结构比独立键盘复杂，识别难度也比独立按键大很多。矩阵键盘的工作方式有程序扫描方式、定时扫描方式、中断扫描方式3种。本文只讨论程序扫描方式。程序扫描方式是CPU主动调用扫描子函数，响应键盘的输入要求。在子函数里有以下步骤：

1）判断键盘中有无按键闭合；

2）延时去抖消除干扰；

3）检测是否确实有按键闭合，确定闭合键的编号；

4）等待闭合键的释放。

整个步骤中确定闭合键的编号是关键所在，常用的判断方法有逐行扫描法和反转扫描法。

3 硬件仿真

4×4矩阵键盘无需外接电源，电位变化完全由编程来决定。通过软件延时来消抖动，去干扰。4×4矩阵键盘4行4列交叉，每个按键位于交叉点上对应的行列号唯一，共16个按键。4×4矩阵键盘8个I/O口接P1口，7SEG-MPX2-AN-GREEN7段共阳极数码管通过上拉电阻接P0口。键盘中每闭合一个按键让数码管显示对应的编号。如上图所示。

4 编程思路

矩阵键盘编程要实现按键的正确判断、键值的确定和消除抖动去干扰三个目标，闭合键释放后才显示对应按键编号，目标程序要简洁易行。

4.1 逐行扫描法

此方法中，单片机每次扫描其中的一行，循环扫描四行。首先扫描第一行，给P1口赋值0xef，即第一行为低电平，其他行和所有列为高电平，当有第一行有按键闭合时，对应的列线电平会被拉低，软件延时消去抖动干扰后再读取P1口的值，如第一行第一列闭合了就会得到0xee，第一行第一列闭合了就会得到0xed，第一行第三列闭合了就会得到0xeb，第一行第四列闭合了就会得到0xe7；同理，检测第二行时，赋值0xdf给P1口，若各列有按键闭合则会分别得到0xde、0xdd、0xdb、0xd7，类推，检测第三行时赋值0xbf，若各列有按键闭合则会分别得到0xbe、0xbd、0xbb、0xb7，检测第四行时赋值0x7f，若各列有按键闭合则会分别得到0x7e、0x7d、0x7b、0x77然后单片机对应此值处理相应的任务。

4.2 反转扫描法

在这种方法中对单片机P1口赋值两次，第一次给P1口赋值0xf0，即高四位高低平，第四位低电平，若有按键闭合则高四位中对应的某一位会被线拉低，读取P1口的值，赋给一个中间变量这就确定了按键的行；第二次给P1口赋值0x0f，即高四位低低平，第四位高电平，若有键闭合则低四位中对应的某一位会被线拉低，读取P1口的值，赋给另一个中间变量，这样按键的行和列都确定了，然后再对两个变量进行“按位与”运算得到一个最终值，根据次值判断具体按键。从0～F依次是0xee、0xed、0xeb、0xe7、0xde、0xdd、0xdb、0xd7、0xbe、0xbd、0xbb、0xb7、0x7e、0x7d、0x7b、077。然后单片机对应此值处理相应的任务。