試述51系列單片機矩陣鍵盤編程

譚成豪，許建明

邵陽學院信息工程系，湖南邵陽 422000

試述51系列單片機矩陣鍵盤編程

譚成豪，許建明

邵陽學院信息工程系，湖南邵陽 422000

在單片機系統中，常常使用鍵盤向單片機輸入信息。鍵盤由一組常開的按鍵組成，當按鍵閉合時就會向單片機系統輸入一個電平信息。每個按鍵都被賦予了一個鍵碼，單片機根據此代碼執行任務。在單片機系統按鍵數量較多時，為了減少I/O口的使用通常使用矩陣鍵盤。

單片機；鍵盤；矩陣鍵盤；I/O口

1 矩陣鍵盤的結構

矩陣鍵盤的按鍵排成矩陣，一般是4×4矩陣，即4行4列，行和列的交叉點接一個常開的獨立按鍵，按鍵被閉合時就接通行線和列線。8個I/O口產生16個交叉點16個按鍵，按鍵數量比獨立按鍵多了一倍，9個I/O口產生20個按鍵， I/O口越多產生的按鍵數量越多，效果越明顯。可以在鍵盤掃描程序中對每個按鍵進行編號，如第一行按鍵從左到右對應0、1、2、3，第二行按鍵從左到右對應4、5、6、7，第三行按鍵從左到右對應8、9、A、B，第四行按鍵左到右對應C、D、E、F，每按一次鍵讓數碼管顯示該按鍵所代表的編號。

2 矩陣鍵盤的工作原理

矩陣鍵盤結構比獨立鍵盤復雜，識別難度也比獨立按鍵大很多。矩陣鍵盤的工作方式有程序掃描方式、定時掃描方式、中斷掃描方式3種。本文只討論程序掃描方式。程序掃描方式是CPU主動調用掃描子函數，響應鍵盤的輸入要求。在子函數里有以下步驟：

1）判斷鍵盤中有無按鍵閉合；

2）延時去抖消除干擾；

3）檢測是否確實有按鍵閉合，確定閉合鍵的編號；

4）等待閉合鍵的釋放。

整個步驟中確定閉合鍵的編號是關鍵所在，常用的判斷方法有逐行掃描法和反轉掃描法。

3 硬件仿真

4×4矩陣鍵盤無需外接電源，電位變化完全由編程來決定。通過軟件延時來消抖動，去干擾。4×4矩陣鍵盤4行4列交叉，每個按鍵位于交叉點上對應的行列號唯一，共16個按鍵。4×4矩陣鍵盤8個I/O口接P1口，7SEG-MPX2-AN-GREEN7段共陽極數碼管通過上拉電阻接P0口。鍵盤中每閉合一個按鍵讓數碼管顯示對應的編號。如上圖所示。

4 編程思路

矩陣鍵盤編程要實現按鍵的正確判斷、鍵值的確定和消除抖動去干擾三個目標，閉合鍵釋放后才顯示對應按鍵編號，目標程序要簡潔易行。

4.1 逐行掃描法

此方法中，單片機每次掃描其中的一行，循環掃描四行。首先掃描第一行，給P1口賦值0xef，即第一行為低電平，其他行和所有列為高電平，當有第一行有按鍵閉合時，對應的列線電平會被拉低，軟件延時消去抖動干擾后再讀取P1口的值，如第一行第一列閉合了就會得到0xee，第一行第一列閉合了就會得到0xed，第一行第三列閉合了就會得到0xeb，第一行第四列閉合了就會得到0xe7；同理，檢測第二行時，賦值0xdf給P1口，若各列有按鍵閉合則會分別得到0xde、0xdd、0xdb、0xd7，類推，檢測第三行時賦值0xbf，若各列有按鍵閉合則會分別得到0xbe、0xbd、0xbb、0xb7，檢測第四行時賦值0x7f，若各列有按鍵閉合則會分別得到0x7e、0x7d、0x7b、0x77然后單片機對應此值處理相應的任務。

4.2 反轉掃描法

在這種方法中對單片機P1口賦值兩次，第一次給P1口賦值0xf0，即高四位高低平，第四位低電平，若有按鍵閉合則高四位中對應的某一位會被線拉低，讀取P1口的值，賦給一個中間變量這就確定了按鍵的行；第二次給P1口賦值0x0f，即高四位低低平，第四位高電平，若有鍵閉合則低四位中對應的某一位會被線拉低，讀取P1口的值，賦給另一個中間變量，這樣按鍵的行和列都確定了，然后再對兩個變量進行“按位與”運算得到一個最終值，根據次值判斷具體按鍵。從0～F依次是0xee、0xed、0xeb、0xe7、0xde、0xdd、0xdb、0xd7、0xbe、0xbd、0xbb、0xb7、0x7e、0x7d、0x7b、077。然后單片機對應此值處理相應的任務。

5 結論

使用鍵盤可以實現計算機的人機對話，可以更好的實現工業控制，在單片機I/O口資源緊張的情況下矩陣鍵盤大大緩解了I/O口資源的緊張，使單片機可以控制更多模塊，實現更為強大的功能。

[1]張俊謨.單片機中級教程[M].北京航空航天大學出版社，2006，10.

[2]張洪潤，蘭清華.單片機應用技術教程[M].北京：清華大學出版社，1997，11.

TP368

A

1674-6708（2011）39-0197-01

譚成豪，學生，所在院校：邵陽學院電子科學與技術專業

指導老師：許建明，碩士研究生，工作單位：邵陽學院信息工程系，職務：教師