基于单片机如何实现矩阵式键盘的设计操作？

在现代电子设备中，键盘作为输入设备被广泛应用于各种场合。其中，矩阵式键盘由于其占用接口少、价格低廉等优点而得到了广泛的应用。本文将介绍如何基于单片机实现矩阵式键盘的设计操作。

由原理图可知，独立按键和矩阵按键是有所不同的。独立按键的各个按键一端接引脚，一端并联在一起接地。所以检测按键是否按下只需要看单片机的管脚是否为低电平即可。而矩阵按键，他们的两端分别并联在一起，

每一行(共4行)并联在一起接高位管脚上(7~4)，每一列(共4列)并联在一起接到低位管脚上(3~0)。

所以检测方法有所不同。

一般情况下有两种方法。

方法一：

逐行扫描：我们可以通过高四位轮流输出低电平来对矩阵键盘进行逐行扫描，当低四位接收到的数据不全为1的时候，说明有按键按下，然后通过接收到的数据是哪一位为0来判断是哪一个按键被按下。逐行扫描的时间是非常快的，肉眼难以观察。

举个例子，假设此时p7管脚为低电平，那么第一行按键的一段都为低电平，另一端分别连接低4位的管脚，只有当某一个开关按下，低4位的管脚与其中一个低电平的管脚连接变为低电平，所以只要查看低4位那个管脚为低电平就可以确定那个按键以按下。其他三行同理，每一行依次不断进行。

矩阵式键盘是一种通过将多个按键排列成矩阵形式来减少接口数量和成本的键盘。它由行线和列线组成，每个按键位于行线和列线的交叉点上。通过检测行线和列线的电平变化，可以确定哪个按键被按下。

二、单片机与矩阵式键盘的连接

单片机通过行线和列线与矩阵式键盘相连。通常情况下，单片机的I/O端口与键盘的行线和列线连接。

三、矩阵式键盘的设计

确定行列数

首先，我们需要根据实际需要确定键盘的行列数。行列数越多，键盘上可容纳的按键数越多。

排列按键

根据确定的行列数，将按键排列成矩阵形式。注意，每个按键应位于行线和列线的交叉点上，并确保每个按键的行线和列线对应的单片机的I/O端口编号是唯一的。

编写程序

我们需要编写程序来实现对键盘的扫描和识别。以下是一个基本的矩阵式键盘扫描程序示例：

c复制代码

#include // 导入51单片机头文件

sbit row1 = P1^0; // 第一行控制端

sbit row2 = P1^1; // 第二行控制端

sbit row3 = P1^2; // 第三行控制端

sbit row4 = P1^3; // 第四行控制端

sbit keypad = P2^0; // 按键输出端

void main() {

while(1) {

for(i=0; i<255; i++) { // 遍历每一行

row1 = 0; row2 = 0; row3 = 0; row4 = 0; // 将四行全部置0

if(i != 0) keypad = 0; else keypad = 1; // 如果不是第一行，则输出为0，否则为1

delay(5); // 延时一段时间，约5ms

if(row1 == 1 || row2 == 1 || row3 == 1 || row4 == 1) { // 如果检测到行线为高电平

delay(5); // 延时一段时间，约5ms

if(row1 == 1) keypad = 0; else if(row2 == 1) keypad = 1; else if(row3 == 1) keypad = 2; else if(row4 == 1) keypad = 3; // 根据行线确定按键值

break; // 退出循环

}

}

if(keypad != 0) { // 如果按键被按下

while(keypad != 0); // 等待按键释放

// 在这里添加处理键盘输入的代码

}

}

}

上述程序中，我们通过循环遍历每一行来检测按键是否被按下。当某一行被按下时，我们根据该行的行列位置确定按键值，并执行相应的操作。同时，为了避免按键抖动引起的不稳定，我们在检测到按键被按下后需要等待按键释放。

四、注意事项

单片机I/O端口的驱动能力有限，需要根据实际情况选择合适的端口。

为了避免按键抖动引起的不稳定，需要加入延时操作。延时的长度需要根据实际情况调整。

使用矩阵键盘可以更好地利用单片机的I/0口，提高了l/0口的利用率，使单片机可以连接更多的模块，实现更多的功能。在当今工业化社会中得到更大的发展。