文章目录
- 引言
- 电路图
- 开发板IO连接
- 矩阵键盘的工作原理
- 行列扫描
- 逐行/逐列扫描
- LCD1602代码库
- 代码演示——暴力扫描
- 代码演示——数码管(行列式)
- 代码演示——线翻转法
- 代码演示——LCD1602密码锁
引言
矩阵按键是一种通过行列交叉连接的按键阵列，可以有效地减少单片机I/O口的使用。常见的4x4矩阵键盘只需要8个I/O口即可读取16个按键的状态。采用逐行或逐列的“扫描”，就可以读出任何位置按键的状态。
电路图
开发板IO连接
根据图片可以看出，矩阵按键的连接在P1端口，下面是它的原理图。
注意：牵扯到数码管相连接的实物图，这里不做展示，可查看之前章节的数码管讲解：数码管讲解演示
矩阵键盘的工作原理
矩阵键盘通过行列扫描的方式来检测按键的状态。假设我们有一个4x4的矩阵键盘，它由4条行线和4条列线组成，总共可以检测16个按键。每个按键位于行线和列线的交叉点上。
行列扫描
行列扫描的基本步骤如下：
- 初始化：将所有行线设置为高电平，所有列线设置为低电平。
- 扫描行：逐行将行线设置为低电平，检测列线的状态。如果某一列线变为低电平，说明该行的某个按键被按下。（扫描列则反之）
- 确定列：将检测到的列线设置为高电平，逐列扫描，确定具体的按键位置。
逐行/逐列扫描
逐行/逐列扫描的本质与行列扫描类似，但适用于矩阵键盘接到了任意的I/O口。具体步骤如下：
- 逐行扫描：将某一行设置为低电平，其余行和列设置为高电平，读取列线数据。
- 逐列扫描：将某一列设置为低电平，其余行和列设置为高电平，读取行线数据。
LCD1602代码库
注意：LCD1602不过多讲解，后续会提供专门的章节。因为矩阵按键代码牵扯到LCD1602，根据源码可以看如何使用即可，也可以使用上一章的内容，使用数码管进行显示！
- LCD1602.h
#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__
//用户调用函数
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
#endif
- LCD1602.c
#include <REGX52.H>
//引脚配置：
sbit LCD_RS=P2^6;
sbit LCD_RW=P2^5;
sbit LCD_EN=P2^7;
#define LCD_DataPort P0
//函数定义：
/**
* @brief LCD1602延时函数，12MHz调用可延时1ms
* @param 无
* @retval 无
*/
void LCD_Delay()
{
unsigned char i, j;
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
/**
* @brief LCD1602写命令
* @param Command 要写入的命令
* @retval 无
*/
void LCD_WriteCommand(unsigned char Command)
{
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_DataPort=Command;
LCD_EN=1;
LCD_Delay();
LCD_EN=0;
LCD_Delay();
}
/**
* @brief LCD1602写数据
* @param Data 要写入的数据
* @retval 无
*/
void LCD_WriteData(unsigned char Data)
{
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
LCD_DataPort=Data;
LCD_EN=1;
LCD_Delay();
LCD_EN=0;
LCD_Delay();
}
/**
* @brief LCD1602设置光标位置
* @param Line 行位置，范围：1~2
* @param Column 列位置，范围：1~16
* @retval 无
*/
void LCD_SetCursor(unsigned char Line,unsigned char Column)
{
if(Line==1)
{
LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1));
}
else if(Line==2)
{
LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1+0x40));
}
}
/**
* @brief LCD1602初始化函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void LCD_Init()
{
LCD_WriteCommand(0x38);//八位数据接口，两行显示，5*7点阵
LCD_WriteCommand(0x0c);//显示开，光标关，闪烁关
LCD_WriteCommand(0x06);//数据读写操作后，光标自动加一，画面不动
LCD_WriteCommand(0x01);//光标复位，清屏
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置上显示一个字符
* @param Line 行位置，范围：1~2
* @param Column 列位置，范围：1~16
* @param Char 要显示的字符
* @retval 无
*/
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char)
{
LCD_SetCursor(Line,Column);
LCD_WriteData(Char);
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始显示所给字符串
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param String 要显示的字符串
* @retval 无
*/
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=0;String[i]!='\0';i++)
{
LCD_WriteData(String[i]);
}
}
/**
* @brief 返回值=X的Y次方
*/
int LCD_Pow(int X,int Y)
{
unsigned char i;
int Result=1;
for(i=0;i<Y;i++)
{
Result*=X;
}
return Result;
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~65535
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~5
* @retval 无
*/
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以有符号十进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：-32768~32767
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~5
* @retval 无
*/
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
unsigned int Number1;
LCD_SetCursor(Line,Column);
if(Number>=0)
{
LCD_WriteData('+');
Number1=Number;
}
else
{
LCD_WriteData('-');
Number1=-Number;
}
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number1/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以十六进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~0xFFFF
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~4
* @retval 无
*/
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i,SingleNumber;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
SingleNumber=Number/LCD_Pow(16,i-1)%16;
if(SingleNumber<10)
{
LCD_WriteData(SingleNumber+'0');
}
else
{
LCD_WriteData(SingleNumber-10+'A');
}
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以二进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~1111 1111 1111 1111
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~16
* @retval 无
*/
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(2,i-1)%2+'0');
}
}
代码演示——暴力扫描
这个程序初始化LCD显示屏并不断扫描4x4矩阵键盘。当按键被按下时，相应的键号会显示在LCD1602上。延迟函数确保按键消抖，以避免多次检测到单次按键。
扫描4x4矩阵键盘。它依次将每一列设置为低电平，并检查每一行是否有低电平信号，表示按键被按下。返回相应的键号。
#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
void DelayXms(unsigned int xms) //@12.000MHz
{
unsigned char data i, j;
while(xms)
{
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
xms--;
}
}
unsigned char MatrixKey()
{
unsigned char keyNumber = 0;
P1 = 0xff;
P1_3 = 0;//第一列低电平
if(P1_7 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_7 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 1;
}
if(P1_6 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_6 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 5;
}
if(P1_5 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_5 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 9;
}
if(P1_4 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_4 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 13;
}
P1 = 0xff;
P1_2 = 0;//第二列低电平
if(P1_7 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_7 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 2;
}
if(P1_6 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_6 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 6;
}
if(P1_5 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_5 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 10;
}
if(P1_4 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_4 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 14;
}
P1 = 0xff;
P1_1 = 0;//第三列低电平
if(P1_7 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_7 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 3;
}
if(P1_6 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_6 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 7;
}
if(P1_5 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_5 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 11;
}
if(P1_4 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_4 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 15;
}
P1 = 0xff;
P1_0 = 0;//第四列低电平
if(P1_7 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_7 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 4;
}
if(P1_6 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_6 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 8;
}
if(P1_5 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_5 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 12;
}
if(P1_4 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_4 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 16;
}
return keyNumber;
}
void main()
{
LCD_Init();
LCD_ShowString(1,1,"helloword");
while(1)
{
unsigned char temp = MatrixKey();
if(temp)
{
LCD_ShowNum(2,1,temp,2);
}
}
}
代码演示——数码管(行列式)
程序初始化数码管并不断扫描4x4矩阵键盘。当按键被按下时，相应的键号会显示在数码管上。延迟函数确保按键消抖，以避免多次检测到单次按键。（9之后的数字显示的是字母A~E），数码管如何连接可参考此博客：数码管讲解演示
#include <REGX52.H>
//共阴极数码管显示 0~F 的段码数据
unsigned char gsmg_code[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
void DelayXms(unsigned int xms) //@12.000MHz
{
unsigned char data i, j;
while(xms)
{
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
xms--;
}
}
unsigned char MatrixRanksScan()
{
unsigned char keyNum = 0;
P1 = 0xf7;//第一列低电平
if(P1 != 0xf7)//表示第一列有按键按下
{
DelayXms(1);//消抖处理
switch(P1)
{
case 0x77:
keyNum = 1;
break;
case 0xb7:
keyNum = 5;
break;
case 0xd7:
keyNum = 9;
break;
case 0xe7:
keyNum = 13;
break;
}
}
while(P1 != 0xf7);
P1 = 0xfb;//第二列低电平
if(P1 != 0xfb)//表示第一列有按键按下
{
DelayXms(1);//消抖处理
switch(P1)
{
case 0x7b:
keyNum = 2;
break;
case 0xbb:
keyNum = 6;
break;
case 0xdb:
keyNum = 10;
break;
case 0xeb:
keyNum = 14;
break;
}
}
while(P1 != 0xfb);
P1 = 0xfd;//第三列低电平
if(P1 != 0xfd)//表示第一列有按键按下
{
DelayXms(1);//消抖处理
switch(P1)
{
case 0x7d:
keyNum = 3;
break;
case 0xbd:
keyNum = 7;
break;
case 0xdd:
keyNum = 11;
break;
case 0xeb:
keyNum = 15;
break;
}
}
while(P1 != 0xfd);
P1 = 0xfe;//第四列低电平
if(P1 != 0xfe)//表示第一列有按键按下
{
DelayXms(1);//消抖处理
switch(P1)
{
case 0x7e:
keyNum = 4;
break;
case 0xbe:
keyNum = 8;
break;
case 0xde:
keyNum = 12;
break;
case 0xee:
keyNum = 16;
break;
}
}
while(P1 != 0xfe);
return keyNum;
}
void main()
{
unsigned char temp = 0;
P0 = ~gsmg_code[temp];
while(1)
{
temp = MatrixRanksScan();
if(temp)
{
P0 = ~gsmg_code[temp];
}
}
}
代码演示——线翻转法
线翻转法是一种用于矩阵键盘扫描的技术，特别适用于单片机控制的场景。它通过交替设置行和列的电平来检测按键的按下位置。扫描4x4矩阵键盘。它首先将列设置为低电平，并检查是否有按键按下。如果有按键按下，则进一步检查行，确定具体的按键位置，并返回相应的键值。
#include <REGX52.H>
//共阴极数码管显示 0~F 的段码数据
unsigned char gsmg_code[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
void DelayXms(unsigned int xms) //@12.000MHz
{
unsigned char data i, j;
while(xms)
{
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
xms--;
}
}
unsigned char MatrixFlipScan()
{
unsigned char key_value = 0;
P1 = 0x0f;
if(P1 != 0x0f)//列被按下
{
DelayXms(1);//消抖处理
if(P1 != 0x0f)
{
//测试列
switch(P1)
{
case 0x07://第一列有按键按下
key_value = 1;
break;
case 0x0b://第二列有按键按下
key_value = 2;
break;
case 0x0d://第三列有按键按下
key_value = 3;
break;
case 0x0e://第四列有按键按下
key_value = 4;
break;
}
//测试行
P1 = 0xf0;
switch(P1)
{
case 0x70://第一行有按键按下
key_value = key_value;
break;
case 0xb0://第二行有按键按下
key_value = key_value+4;
break;
case 0xd0://第三行有按键按下
key_value = key_value+8;
break;
case 0xe0://第四行有按键按下
key_value = key_value+12;
break;
}
}
}
return key_value;
}
void main()
{
unsigned char temp = 0;
P0 = ~gsmg_code[temp];
while(1)
{
temp = MatrixFlipScan();
if(temp)
{
P0 = ~gsmg_code[temp];
}
}
}
代码演示——LCD1602密码锁
这个程序初始化LCD显示屏并不断扫描4x4矩阵键盘。当按键被按下时，相应的键号会显示在LCD上。用户可以输入密码并进行验证，正确的密码会显示“OK PASS”，错误的密码会显示“ERR”。密码输入和验证，如果按下S1S10（键号110），则输入密码。如果按下S11（键号11），则确认密码是否正确。如果按下S12（键号12），则取消输入，重置密码。
#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
void DelayXms(unsigned int xms) //@12.000MHz
{
unsigned char data i, j;
while(xms)
{
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
xms--;
}
}
unsigned char MatrixKey()
{
unsigned char keyNumber = 0;
P1 = 0xff;
P1_3 = 0;//第一列低电平
if(P1_7 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_7 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 1;
}
if(P1_6 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_6 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 5;
}
if(P1_5 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_5 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 9;
}
if(P1_4 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_4 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 13;
}
P1 = 0xff;
P1_2 = 0;//第二列低电平
if(P1_7 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_7 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 2;
}
if(P1_6 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_6 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 6;
}
if(P1_5 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_5 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 10;
}
if(P1_4 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_4 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 14;
}
P1 = 0xff;
P1_1 = 0;//第三列低电平
if(P1_7 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_7 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 3;
}
if(P1_6 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_6 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 7;
}
if(P1_5 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_5 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 11;
}
if(P1_4 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_4 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 15;
}
P1 = 0xff;
P1_0 = 0;//第四列低电平
if(P1_7 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_7 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 4;
}
if(P1_6 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_6 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 8;
}
if(P1_5 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_5 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 12;
}
if(P1_4 == 0)
{
DelayXms(1);
while(P1_4 == 0);
DelayXms(1);
keyNumber = 16;
}
return keyNumber;
}
void main()
{
unsigned int password = 0;
unsigned int countkey = 0;
LCD_Init();
LCD_ShowString(1,1,"Password:");
while(1)
{
unsigned char temp = MatrixKey();
if(temp)
{
if(temp<=10)//如果S1~S10按键按下，进行输入密码
{
if(countkey < 4)
{
password*=10;
password+=temp%10;//获取一位密码
countkey++;
}
LCD_ShowNum(2,1,password,4);//更新密码
}
if(temp == 11)//S11确认
{
if(password == 2345)//2345定义为正确密码
{
LCD_ShowString(1,14,"O K");
LCD_ShowString(2,13,"PASS");
}
else
{
LCD_ShowString(1,14,"ERR");
password = 0;//初始密码
countkey = 0;//初始次数
LCD_ShowNum(2,1,password,4);//更新密码
}
}
if(temp == 12)//S12取消键
{
password = 0;//初始密码
countkey = 0;//初始次数
LCD_ShowNum(2,1,password,4);//更新密码
}
}
}
}
