基于STM32F103单片机的矩阵按键设计

CHANBAEK 2022-12-09 4940

描述

需要知识点

按键的原理

GPIO输入输出

寄存器操作，如果学过51或者对C语言很熟练这里不存在问题。寄存器说白了就是操作他们的位（寄存器我理解就是一串羊肉串，让你找出你先吃哪个，比如我要吃中间的哪一个该怎么取出来）

矩阵按键原理

本实验使用STM32F103单片机，主题代码通用的。

如果每个按键占用一个GPIO引脚，对于使用多个按键来说就是一种资源的浪费，因此当我们在设计时，可以考虑矩阵这种方式。本实验使用4*4也就是16个按键。

矩阵按键相对于独立按键稍微麻烦一点。4x4矩阵按键按照矩阵方式分别分为4行4列。主要有两种方式，一种是逐行扫描、一种是行列扫描。

原理图：

单片机

逐行扫描

通过在矩阵按键的每一条行线上轮流输出低电平，检测矩阵按键的列线，当检测到的列线不全为高电平的时候，说明有按键按下。然后，根据当前输出低电平的行号和检测到低电平的列号组合，判断是哪一个按键被按下。

行列扫描

首先，在全部行线上输出低电平，检测矩阵按键的列线，当检测到的列线不全为高电平的时候，说明有按键按下，并判断是哪一列有按键按下。

然后，反过来，在全部列线上输出低电平，检测矩阵按键的行线，当检测到的行线不全为高电平的时候，说明有按键按下，并判断是哪一行有按键按下。

最后，根据检测到的行号和检测的列号组合，以判断是哪一个按键被按下。

按键检测说白了就是按键按下之后是不是导通的，而其他没有按下的按键是没有导通的，代码也不唯一，是多种多样的。这里就需要操作寄存器或者使用库函数的位操作。

流程

单片机

矩阵按键程序实现

根据是国内棉矩阵按键电路图，编写矩阵按键应用程序，轮徇K1～K8按键动作,当对应的按键按下后，返回对应的值：

矩阵按键：

/************
按键表盘为: 1 2 3 10
 4 5 6 11
 7 8 9 12
 13 0 14 15
 /K1-K4(行)/
 /K5-K8（列）/
/************
 K1--->PC0
 K2--->PC1
 K3--->PC2
 K4--->PC3
 K5--->PC4
 K6--->PC5
 K7--->PC6
 ***********************/

编程要点

（1）使能LED灯和矩阵按键的GPIO时钟。调用函数：

RCC_AHB1PeriphClockCmd();

（2）编写矩阵按键扫描程序。

（3）同2-STM32GPIO输入之按键

矩阵按键引脚配置

/************************************************************************
 * @brief KEY_Config 按键初始化配置
 * @brief 列检测初始化
 * @param  无
 * @retval 无
 ***********************************************************************/


static void KEY_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    /*开启RCC时钟*/
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);


    /*K1-K4(行)*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = (GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
    //设置引脚为
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    //设置引脚速度50MHZ
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);


    /*K5-K8（列）*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = (GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);
    //设置引脚为推挽输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
    //设置引脚速度50MHZ
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}

矩阵按键扫描程序

/************************************************************************
 * @brief KEY_4_4_Scan 扫描函数  矩阵按键扫描，返回一个键值
 * @brief 列检测初始化
 * @param  无
 * @retval uint8_t




***********************************
按键表盘为:  1   2  3   10
            4   5  6   11
            7   8  9   12
            13  0  14  15
************************************


矩阵按键：
    /************************************
按键表盘为:  1   2  3   10
            4   5  6   11
            7   8  9   12
            13  0  14  15
/************************************
        K1--->PC0
    K2--->PC1
    K3--->PC2
    K4--->PC3
    K5--->PC4
    K6--->PC5
    K7--->PC6
 ***********************************************************************/
uint8_t KEY_4_4_Scan(void)
{
    u8 KeyVal = 0;
    GPIO_Write(GPIOC, (GPIOC->ODR & 0xff00 | 0x000f)); // PC0-PC3全部输出高。
    if (((GPIOC->IDR & 0X00F0)) == 0x0000)             // PC4-PC7为0则没有按键按下(第一次检测按键是否有按下)
    {
        return 0xFF;
    }
    else
    {
        Delay_ms(10);                          //软件延时
        if (((GPIOC->IDR & 0X00F0)) == 0x0000) // PC4-PC7为0则没有按键按下(第二次检测按键是否有按下)
        {


            return 0xFF;
        }
    }
    GPIO_Write(GPIOC, ((GPIOC->ODR & 0xfff0) | 0x0001)); //仅将PC0置高
    switch ((GPIOC->IDR & 0X00f0))                       //第一行，从PC4开始拉高，其余为0，PC5-PC7一样
    {
    case 0x0010:
        KeyVal = 1; // PC4
        break;
    case 0x0020:
        KeyVal = 2; // PC5
        break;
    case 0x0040:
        KeyVal = 3; // PC6
        break;
    case 0x0080:
        KeyVal = 10; // PC7
        break;
    }
    while (((GPIOC->IDR & 0X00F0)) > 0) //等待按键释放，
        GPIO_Write(GPIOC, 0x0000);      //重新让PC0到PC3全部输出低。


    GPIO_Write(GPIOC, ((GPIOC->ODR & 0xfff0) | 0x0002)); //仅将PC1置高
    switch ((GPIOC->IDR & 0X00F0))                       //第一行，从PC4开始拉高，其余为0，PC5-PC7一样
    {
    case 0x0010:
        KeyVal = 4;
        break;
    case 0x0020:
        KeyVal = 5;
        break;
    case 0x0040:
        KeyVal = 6;
        break;
    case 0x0080:
        KeyVal = 11;
        break;
    }
    while (((GPIOC->IDR & 0X00F0)) > 0) //等待按键释放
        GPIO_Write(GPIOC, 0x0000);      //重新让PC0到PC3全部输出低。


    GPIO_Write(GPIOC, ((GPIOC->ODR & 0xfff0) | 0x0004)); //仅将PC2置高
    switch ((GPIOC->IDR & 0X00F0))
    {
    case 0x0010:
        KeyVal = 7;
        break;
    case 0x0020:
        KeyVal = 8;
        break;
    case 0x0040:
        KeyVal = 9;
        break;
    case 0x0080:
        KeyVal = 12;
        break;
    }
    while (((GPIOC->IDR & 0X00F0)) > 0)
        GPIO_Write(GPIOC, 0x0000); //重新让PC0到PC3全部输出低。


    GPIO_Write(GPIOC, ((GPIOC->ODR & 0xfff0) | 0x0008)); //仅将PC3置高
    switch ((GPIOC->IDR & 0X00F0))
    {
    case 0x0010:
        KeyVal = 13;
        break;
    case 0x0020:
        KeyVal = 0;
        break;
    case 0x0040:
        KeyVal = 15;
        break;
    case 0x0080:
        KeyVal = 16;
        break;
    }
    while (((GPIOC->IDR & 0X00F0)) > 0) //等待按键释放
        GPIO_Write(GPIOC, 0x0000);      //重新让PC0到PC3全部输出低。


    return KeyVal;
}

主函数

int main(void)
{
  uint8_t Key_value = 0;
  // 来到这里的时候，系统的时钟已经被配置成72M。
  LED_Config();
  BEEP_Config();
  SysTick_InitUP(); //配置10us中断一次


  USART_Config();
  KEY_Init();
  //矩阵按键代码测试
  while (1)
  {
    Key_value = KEY_4_4_Scan();
    if (Key_value != 0xFF)
    {
      Delay_ms(200);
      printf("Key_value=%d\\r\\n", Key_value);
    }
    Delay_ms(200);
  }
}

实验现象

单片机

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