單片機(jī)人機(jī)交互之矩陣按鍵

按鍵是一種常開型按鈕開關(guān)，與單片機(jī)的常見接法如圖所示。按鍵未按下時(shí)兩個(gè)觸點(diǎn)斷開，單片機(jī)I/O口輸入高電平；當(dāng)按鍵閉合時(shí)，I/O口輸入低電平。

一、按鍵講解

當(dāng)I/O口為P0口時(shí)，由于沒有內(nèi)部上拉電阻，所以必須外接上拉電阻，當(dāng)I/O口為P1、P2和P3口時(shí)，由于內(nèi)部已有上拉電阻，因此可省略外接的上拉電阻。

二、按鍵消抖

單片機(jī)系統(tǒng)中所使用的鍵盤都是機(jī)械式的彈性按鍵，因?yàn)榇嬖跈C(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在按鍵閉合和彈起的瞬間都會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，如圖所示。按鍵抖動(dòng)一般會(huì)持續(xù)5~10ms，為使一次按鍵僅被處理一次，必須消除按鍵抖動(dòng)。消除按鍵抖動(dòng)可以采用軟件消抖或硬件消抖。

軟件消抖指在檢測(cè)到有按鍵閉合時(shí)，延時(shí)一小段時(shí)間之后再次檢測(cè)，如果仍然檢測(cè)到按鍵閉合，則認(rèn)為按鍵真正閉合。

硬件消抖方法

1.R-S觸發(fā)器

一旦有鍵按下，觸發(fā)器立即反轉(zhuǎn)，觸點(diǎn)的抖動(dòng)便不會(huì)再對(duì)輸出產(chǎn)生影響，按鍵釋放時(shí)也一樣。

2.電容濾波

將電容并聯(lián)在按鍵的兩端，利用電容放電的延時(shí)特性，將產(chǎn)生抖動(dòng)的電平通過電容吸收掉，從而達(dá)到消抖的作用；

三、獨(dú)立按鍵

獨(dú)立鍵盤指每個(gè)按鍵都占據(jù)一個(gè)獨(dú)立的引腳。

四、矩陣按鍵

同一行上的所有按鍵都連接到一個(gè)引腳，同一列上的所有按鍵都連接到一個(gè)引腳。

（1）列掃描方式

所有行線都輸出高電平，列線依次輸出低電平；查詢?cè)摿猩闲械闹?，若?，則說明該行上的按鍵被按下；若該列上所有行的值都為1，則進(jìn)行下一列行值的查詢；循環(huán)往復(fù)。

（2）反轉(zhuǎn)法

所有行線都輸出0，查詢列線上的值，若某列線上的值為0，則說明該列線上的按鍵被按下；然后所有列線都輸出0，查詢行線上的值，若某行線上的值為0，則說明該行線上的按鍵被按下；從而確定某行某列的按鍵被按下。

五、程序舉例

#include <reg51.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uint key,key_num;//鍵盤掃描值，鍵盤鍵值
/********************************************************************/
//函數(shù)名：delay_1ms(uint x)
//功能：利用定時(shí)器0精確定時(shí)1ms；自加 time_t的值為后面時(shí)間調(diào)整函數(shù)服務(wù)
//調(diào)用函數(shù)：
//輸入參數(shù)：x,1ms計(jì)數(shù)
//輸出參數(shù)：
//說明：延時(shí)的時(shí)間為1ms乘以x
/********************************************************************/
void delay_1ms(uint x)
{
  TMOD=0X01;//開定時(shí)器0，工作方式為1
  TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器0；
  while(x--)
  {
    TH0=0Xfc;//定時(shí)1ms初值的高8位裝入TH0
    TL0=0X18;//定時(shí)1ms初值的低8位裝入TL0
    while(!TF0);//等待，直到TF0為1
    TF0=0;
  }    
  TR0=0;//停止定時(shí)器0；
}

/**********************************************************/
//函數(shù)名：keyscan()
//功能：得出4x4鍵盤的行列掃描值
//調(diào)用函數(shù)：delay_1ms(uint x)
//輸入?yún)?shù)：
//輸出參數(shù)：
//說明：通過P1口的掃描得出掃描值key，無(wú)鍵按下key為16
/**********************************************************/
uchar keyscan()
{
   uchar code_h;    //行掃描值
  uchar code_l;    //列掃描值
  P1=0XF0;       //P1.0-P1.3全為0，(行狀態(tài)全為低電平)
  if((P1&0xF0)!=0XF0)  //如果P1.4-P1.7不全為1，可能有鍵按下(為準(zhǔn)確識(shí)別按鍵動(dòng)作)
  {
      delay_1ms(5);  //廷時(shí)去抖動(dòng)，為準(zhǔn)確識(shí)別按鍵動(dòng)作
      if((P1&0xF0)!=0XF0)//重讀高4位(列狀態(tài))，若還是不全為1，定有鍵按下
            {      
          code_h=0xfe;  //開始行掃描 (0xfe:11111110)
          while((code_h&0x10)!=0x00)//判斷是否掃描四行(X0~X3)完畢，若不是，繼續(xù)掃描(0x10:00010000)   
               {
             P1=code_h;  //第1次P1.0置為0,其余高電平；第2次P1.1置為0,其余高電平  ；第3次P1.2置為0,其余高電平；第4次P1.3置為0,其余高電平
             if((P1&0xF0)!=0XF0) //如果P1.4-P1.7不全為1，該行有鍵按下(0xF0:11110000)
                   {
               code_l=(P1&0xF0|0x0F);//保留P1口高4位，低4位變?yōu)?，作為列值
               return((~code_h)+(~code_l));//鍵盤編碼=行掃描值+列掃描值 (取反后用，相當(dāng)于改為按下按鍵對(duì)應(yīng)的行、列標(biāo)識(shí)為1，其它為0)         
             }
             else                           //左移后補(bǔ)0，但是我們需要將其他位置1，所以+1
               code_h=(code_h<<1)|0x01;  //若該行無(wú)鍵按下，行掃描值左移+1，掃描下一行 
           }
       }
   }
  return(16);   //無(wú)鍵按下，返回16 
 }

/**********************************************************/
//函數(shù)名：keynum()
//功能：得出4x4按鍵的鍵值
//調(diào)用函數(shù)：keyscan()
//輸入?yún)?shù)：
//輸出參數(shù)：
//說明：通過key的值確定按鍵鍵值
/**********************************************************/
void keynum()
{
    uchar i,j;
    uchar code tab[4][4]={{0,1,2,3},{4,5,6,7},{8,9,10,11},{12,13,14,15}}; 
    //4x4鍵盤各鍵值標(biāo)注
    key=16;
    key = keyscan();//引入key值
    if((key&0x01)!=0) i=0;  //判斷出按下按鍵的行列號(hào) (即找出低電平的行、列)
    if((key&0x02)!=0) i=1;
    if((key&0x04)!=0) i=2;
    if((key&0x08)!=0) i=3;
    if((key&0x10)!=0) j=0;
    if((key&0x20)!=0) j=1;
    if((key&0x40)!=0) j=2;
    if((key&0x80)!=0) j=3;
    if(key!=16) 
    {
       key_num = tab[i][j];//通過比較得出4x4鍵盤的鍵值
    }   
}

void main()
{
  uint shi,ge;
  shi = 0;
  ge = 0;
  P2 = 0x16;//初始值 為16
  while(1)
  {
     keynum(); //獲取到鍵值
     if(key!=16)
     {
        shi = key_num/10;//獲得十位   
       ge = key_num%10;//獲得個(gè)位
       if(shi)
       {
         P2 = 0x10|ge;
       }
       else
       {
          P2 = ge;
       }
     }
     delay_1ms(10);//延時(shí)
  }
}