单片机矩阵键盘的原理以及代码编写

矩阵键盘应该是经常能够用到的一类器件了，4X4矩阵键盘只需要用到8个IO口，即可完成16位按键的读取。其本质原理也就是行列扫描。本片文章将带你详细的学习矩阵键盘的原理以及代码编写。

矩阵键盘本质：

矩阵键盘本质是使用8个io口来进行16个按键的控制读取，可以减小io口的使用，用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上，设置一个按键。而这样的按键中按键的个数是4 X 4个。

这样的行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。节约单片机的资源，其本质和独立按键类似，就是进行逐行扫描和逐列扫描，然后判断是第几行的第几列个按键，进而进行整体按键值得确定，我们使用的矩阵键盘是接到了单片机的P1口通过读取P1口电平变换即可完成矩阵键盘的数值读取，具体原理图如下：

第一行接到p17，第二行接到p16，第三行接到p15，第4行接到p14

第一列接到p13，第二列接到p12，第三列接到p11，第四列接到p10

矩阵键盘扫描的方式有两种：1.行列扫描，2.逐行/逐列扫描

其中行列扫描适用于8个IO口接到了单片机8个连续的IO口，则可以进行行列扫描

逐行/逐列扫描 适用于矩阵键盘接到了任意的IO口，则使用逐行，逐列扫描

接下来我们分别介绍这两种方式：

行列扫描：

原理：

先从P1口的高四位（四个行）输出高电平，低四位（四个列）输出低电平，假设有按键按下，从P1口的高四位读取键盘状态。判断高四位的四行哪一行变成了低电平，就知道是第几行，再从P1口的低四位（四个列）输出高电平，高四位（四个行）输出低电平，从P1口的低四位读取键盘状态。判断低四位的四列哪一行变成了低电平，就知道是第几列，将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。使用上述方法我们得到16个键的特征编码。

红色高电平，蓝色低电平

详解：

据矩阵键盘的原理图可知，如果矩阵键盘的8个IO口连接到了连续的一个一个人P10-P17上，当没有按键按下时，将P1口的P1^0 和 P13 置高电平 P14 和 P17 置低电平 ，也就是将4个行的IO口置高，4个列的IO口置低。也就是P1=0x0f(0000 1111);

如果这时候有按键按下那么P1^0 和 P13 就有一个会变成低电平。因此P1的值就不等于0x0f，按下按键所在的行就会变成低电平，这是就可以判断有按键按下。

将对应P1口的值和0x0f(00001111)相 与& 则可以得到高四位第几行变成了0

按位“与”&（双目运算符）：仅当两个操作数都为1时，结果为1，否则为0。

比方说：0&0=0；0&1=0；1&0=0；1&1=1

即：两个同时为1，结果为1，否则为0

比方说按下的第一行第一列 1x1

例：

0000 1110------------- 按下1x1之后P1的值

& 0000 1111------------- 0x0f

----------

0000 1110------------- 最后得到的结果，第一行为0

再给P1口赋值0X0f。将P1口的P1^0 和 P13 置低电平 P14 和 P17 置高电平 ，也就是将4个低的IO口置高，4个列的IO口置高然后读取低四位的电平， 此时的P1口 （1111 0000）

读取此时的P1口 和0xf0(11110000)相 与& 则可以得到低四位第几列变成了低电平

比方说我们按下的是1x1 按键，也就是第一行第一列，这时在按下之后可以看到p1.0和p1.3都是低电平，将Row=P1&0x0f;(行的值) 和 Col=P1&0xf0;//列值 进行相加，就可以得到按下的是那个按键

1x1：(一行一列)

Row=P1&0x0f = 0000 1110

Col=P1&0xf0= 1110 0000

Row+Col= 1110 1110 = 0xee

低电平0表示对应的行列按下

可以看到下方的p1.0和p1.4变成了低电平

2x2：(二行二列)

Row=P1&0x0f = 0000 1101

Col=P1&0xf0= 1101 0000

Row+Col= 1101 1101 = 0xdd

3x4：(三行四列)

Row=P1&0x0f = 0000 1011

Col=P1&0xf0= 0111 0000

Row+Col= 0111 1011 = 0x7b

这样就可以得到所有的16个按键的数值，具体代码如下：

unsigned char keyscan(){

unsigned char key,Row,Col;

P1=0x0f;

if(P1!=0x0f){

delay(10);//去抖

if(P1!=0x0f){

Row=P1&0x0f;//确保端口值正确（行的值）

P1=0xf0;

Col=P1&0xf0;//列值

}

while((P1&0xf0)!=0xf0);//判断键是否抬起

}

switch(Row+Col){

case 0xee:key=0;break;

case 0xde:key=1;break;

case 0xbe:key=2;break;

case 0x7e:key=3;break;

case 0xed:key=4;break;

case 0xdd:key=5;break;

case 0xbd:key=6;break;

case 0x7d:key=7;break;

case 0xeb:key=8;break;

case 0xdb:key=9;break;

case 0xbb:key=10;break;

case 0x7b:key=11;break;

case 0xe7:key=12;break;

case 0xd7:key=13;break;

case 0xb7:key=14;break;

case 0x77:key=15;break;

}

return key;

}

运行效果图：

逐行/列扫描：

逐行，逐列扫描的本质和行列扫描比较类似，本质是给某一行/某一列，低电平，其余七个全部为高电平，这时候读取电平变换，有电平变低表示按键按下，即可读取按键数据。

比如逐行扫描：

置第1行为低电平，其余N-1行和N列为高电平，

读取列线数据，列线有低电平表示此行有按键按下，比如按下的是1行三列(1x3)，那么第三列的列线IO口就为低电平。

置第2行为低电平，其余N-1行和N列为高电平，，读取列线数据，列线有低电平表示此行有按键按下。

以此类推，进行逐行扫描。

根据行线列线的电平不同可以识别是否有按键按下，哪一个按键按下，获取按键号。(N) 根据按键号跳转至对应的按键处理程序。

用我们的P1口来进行举例：

首先，给P1赋值 P1=0xfe(1111 1110);，这时P1.0为低电平，P1.1~p1.7为高电平，如果这时候有按键按下那么四个列线，P1.4，P1.5，P1.6，P1.7就有一个列会变成低电平。因此P1的值就不等于0xfe，这是就可以判断有按键按下。

然后延时一段时间去抖动，然后给P1赋值0xfd(1111 1101)，也就是P1.1为低电平，其他为高电平，这时如果有在P1.1线上的P1.4，P1.5，P1.6，P1.7有按键按下，那么就会出现低电平，从而判断哪个按键按下；如果没有那么就给P1赋值0xfb(1111 1011)，也就是P1.2为低电平，其他为高电平.，相同方法判断是否有按键按下；······如此类推，一共四次检测。

比如当第1行有按键按下时P1的相应值为:

　1X1（11101110=0xee）

　1x2（11011110=0xde）

　 1X3（10111110=0xbe）

　 1X4（01111110=0x7e）

第2行有按键按下时P1的相应值为:

2X1（11101101=0xed）

2x2（11011101=0xdd）

2X3（10111101=0xbd）

2X4（01111101=0x7d）

将P1^2输出低电平，其他的引脚都输出高电平，即P1=0xfb，那么当第3行有按键按下时P1的相应值为:

3X1（11101011=0xeb）

3x2（11011011=0xdb）

3X3（10111011=0xbb）

3X4（01111011=0x7b）

最后可得第四行的相对应值为：

4X1（11100111=0xe7）

4x2（11010111=0xd7）

4X3（10110111=0xb7）

　 4X4（01110111=0x77）

那么最后我们可以得到代码：

/*****************************************************************************

** 函数名称：keyscan

** 功能描述：按键获取函数

******************************************************************************/

void keyscan(void)

{

P1=0xfe;

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

if(temp!=0xf0)

{

delay(10);

if(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

switch(temp)

{

case 0xee:key=0;break;

case 0xde:key=1;break;

case 0xbe:key=2;break;

case 0x7e:key=3;break;

}

while(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

}

}

}

P1=0xfd;

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

if(temp!=0xf0)

{

delay(10);

if(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

switch(temp)

{

case 0xed: key=4;break;

case 0xdd:key=5;break;

case 0xbd:key=6;break;

case 0x7d:key=7;break;

}

while(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

}

}

}

P1=0xfb;

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

if(temp!=0xf0)

{

delay(10);

if(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

switch(temp)

{

case 0xeb:key=8;break;

case 0xdb:key=9;break;

case 0xbb:key=10;break;

case 0x7b:key=11;break;

}

beep=0;delay(50);beep=1;

while(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

}

}

}

P1=0xf7;

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

if(temp!=0xf0)

{

delay(10);

if(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

switch(temp)

{

case 0xe7:key=12;break;

case 0xd7:key=13;break;

case 0xb7:key=14;break;

case 0x77:key=15;break;

}

while(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

}

}

}

}

运行效果图：

　　审核编辑：汤梓红