矩阵按键简介

以 4*4 矩阵键盘为例。 16 个按键被排成 4 行 4 列，第一行将每个按键的一端连接在一起构成行线，第一列将每个按键的另一端连接在一起构成列线，这样便一共有 4 行 4 列共 8 根线，如图所示：

将这 8 根线连接到单片机的 8 个 I/O 口上，通过程序扫描键盘就可检测 16 个键。用这种方法也可实现 3 行 3 列 9 个键、 5 行 5 列 25 个键、 6 行 6 列 36 个键甚至更多。

无论是独立键盘还是矩阵键盘，单片机检测其是否被按下的依据都一样，即检测与该键对应的 I/O 口是否为低电平。独立键盘有一端固定为低电平，此种方式编程比较简单。而矩阵键盘两端都与单片机 I/O 口相连，因此在检测时需编程通过单片机 I/O 口送出低电平。检测方法有多种，最常用的是行列扫描和线翻转法。

行列扫描法，检测时，先送一列为低电平，其余几列全为高电平(确定列数)，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平(确定行数)，则便可确认当前被按下的键是哪一行哪一列的，用同样方法轮流送各列一次低电平，再轮流检测一次各行是否变为低电平，这样即可检测完所有的按键，当有键被按下时便可判断出按下的键是哪一个键。当然，也可以将行线置低电平，扫描列是否有低电平，从而达到整个键盘的检测。

线翻转法，就是使所有行线为低电平时，检测所有列线是否有低电平，如果有，就记录列线值；然后再翻转，使所有列线都为低电平，检测所有行线的值，由于有按键按下，行线的值也会有变化，记录行线的值。从而就可以检测到全部按键。

同时，矩阵键盘也少不了按键消抖的环节，此处采用行列扫描法来检测哪个按键按下。

硬件部分

使用到硬件资源如下：

静态数码管
4*4 矩阵按键

静态数码管模块电路在静态数码管实验中有介绍，此处不多做赘述。矩阵按键模块电路如下图所示：

由图可知，该模块电路独立，4*4 矩阵按键引出的 8 根控制管脚并未直接连接到 51 单片机的 IO 上，而是连接到 JP3 端子上。电路中的 ARRAY_H1 表示矩阵键盘第 1 行，ARRAY_L1 表示矩阵键盘第 1 列。

源代码

核心代码为 key_matrix_ranks_scan 函数和 key_matrix_flip_scan 函数，前者是使用行列式扫描方式实现，而后者是使用线翻转式扫描方式实现，实现功能一致，二者可选其一。

行列式

行列式扫描原理比较简单，与独立式按键操作类似，即给每一列赋值 0，此时的矩阵按键就被分割成独立按键，然后再判断每一列中的按键按下情况，并返回对应的键值。如此循环 4 组，就可将 4 列 4 行按键按下键值全部得到。

源代码如下所示：

#include "reg52.h"typedef unsigned int u16;//使用关键字 typedef 对系统默认数据类型 unsigned int 重新命名
typedef unsigned char u8;#define KEY_MATRIX_PORT P1	 //使用宏定义矩阵按键控制口
#define SMG_A_DP_PORT P0	 //使用宏定义数码管段码口/*共阴极数码管显示0~F的段码数据*/
u8 gysmg_code[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};void delay_10us(u16 ten_us)//延时函数，ten_us=1 时，大约延时 10us
{while(ten_us--);
}u8 KEY_MATRIX_RANK_SCAN(void)
{u8 key_value=0;//定义一个返回给主函数，代表按下按键的数	/*判断第一列*/KEY_MATRIX_PORT=0xf7;	   //给第一列赋值0，其余列全为1if(KEY_MATRIX_PORT!=0xf7)  //判断第一列按键是否按下{delay_10us(1000);	   //消抖switch(KEY_MATRIX_PORT)//判断是哪一行按键按下，并返回按键对应的键值{case 0x77:key_value=1;break;	//返回第一个按键，即：1case 0xb7:key_value=5;break;	//返回第二个按键，即：2case 0xd7:key_value=9;break;case 0xe7:key_value=13;break;}}while(KEY_MATRIX_PORT!=0xf7);//等待按键松开/*判断第二列*/KEY_MATRIX_PORT=0xfb;if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfb){delay_10us(1000);switch(KEY_MATRIX_PORT){case 0x7b:key_value=2;break;case 0xbb:key_value=6;break;case 0xdb:key_value=10;break;case 0xeb:key_value=14;break;}}while(KEY_MATRIX_PORT!=0xfb);//等待按键松开/*判断第三列*/KEY_MATRIX_PORT=0xfd;if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfd){delay_10us(1000);switch(KEY_MATRIX_PORT){case 0x7d:key_value=3;break;case 0xbd:key_value=7;break;case 0xdd:key_value=11;break;case 0xed:key_value=15;break;}}while(KEY_MATRIX_PORT!=0xfd);//等待按键松开/*判断第四列*/KEY_MATRIX_PORT=0xfe;if(KEY_MATRIX_PORT!=0xfe){delay_10us(1000);switch(KEY_MATRIX_PORT){case 0x7e:key_value=4;break;case 0xbe:key_value=8;break;case 0xde:key_value=12;break;case 0xee:key_value=16;break;}}while(KEY_MATRIX_PORT!=0xfe);//等待按键松开return key_value;
}void main(void)	   //主函数
{				  u8 key=0;//定义一个变量来接收KEY_MATRIX_RANK_SCAN()函数的返回值	while(1)   //行列式扫描函数在无限循环中持续扫描{key=KEY_MATRIX_RANK_SCAN();//函数调用，并返回按下按键所对应的数if(key!=0)	 //有按键按下SMG_A_DP_PORT=~gysmg_code[key-1];//减1，是因为数组元素下标是从0开始的}
}

线翻转式

线翻转式扫描可以先确定行，后确定列，可以先确定列，再确定行，方法是一样的。难以理解的朋友可以脑中先确定一个按键按下（比如第2行，第3列的键值为7的按键）带入程序中理解，程序有详细的注释。

#include "reg52.h"typedef unsigned int u16;//使用关键字 typedef 对系统默认数据类型 unsigned int 重新命名
typedef unsigned char u8;#define KEY_MATRIX_PORT P1	 //使用宏定义矩阵按键控制口
#define SMG_A_DP_PORT P0	 //使用宏定义数码管段码口/*共阴极数码管显示0~F的段码数据*/
u8 gysmg_code[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};void delay_10us(u16 ten_us)//延时函数，ten_us=1 时，大约延时 10us
{while(ten_us--);
}u8 KEY_MATRIX_FLIP_SCAN(void)
{static u8 key_value=0; //定义一个返回主函数，代表第几个按键的值KEY_MATRIX_PORT=0x0f;  //给所有行赋值0，列全为1if(KEY_MATRIX_PORT!=0x0f) //判断按键是否按下，若按下，则KEY_MATRIX_PORT不等于0x0f{delay_10us(1000);	//消抖if(KEY_MATRIX_PORT!=0x0f)  //若KEY_MATRIX_PORT!=0x0f，则确定按键已按下，且消抖了，开始测试按键的行列{/*测试列*/KEY_MATRIX_PORT=0x0f;	  //再次设置所有行赋值0，列全为1switch(KEY_MATRIX_PORT)	  //通过匹配case的值，确定按下的按键在那一列{case 0x07:key_value=1;break;   //在第一列case 0x0b:key_value=2;break;   //在第二列case 0x0d:key_value=3;break;   //在第三列case 0x0e:key_value=4;break;   //在第四列}/*测试行*/KEY_MATRIX_PORT=0xf0;	   //设置所有行赋值1，列全为0switch(KEY_MATRIX_PORT)	   //匹配case的值，确定按下的按键在那一行{case 0x70:key_value=key_value;break;	  //在第一行，并返回行列所对应的键值（即16个按键中的第几个）case 0xb0:key_value=key_value+4;break;	  //在第二行，并返回行列所对应的键值case 0xd0:key_value=key_value+8;break;	  //在第三行，并返回行列所对应的键值case 0xe0:key_value=key_value+12;break;	  //在第四行，并返回行列所对应的键值}while(KEY_MATRIX_PORT!=0xf0);//等待按键松开,松开之前KEY_MATRIX_PORT不等于0xf0，会一直在while中循环}}else   //按键没有按下key_value=0;return key_value;
}void main(void)	   //主函数
{				  u8 key=0;//定义一个变量来接收KEY_MATRIX_RANK_SCAN()函数的返回值	while(1)   //行列式扫描函数在无限循环中持续扫描{key=KEY_MATRIX_FLIP_SCAN();//函数调用，并返回按下按键所对应的数if(key!=0)	 //判断是否有按键按下SMG_A_DP_PORT=~gysmg_code[key-1];//减1，是因为数组元素下标是从0开始的}
}