单片机矩阵式键盘的编程方法

　　单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。
　　1.矩阵式键盘的结构及原理
　　矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图所示。
由图可知，一个 4 × 4 的行、列结构可以构成一个含有 16 个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多 I/O 口。

　　矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到＋ 5V 上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。
　　2.矩阵式键盘按键的识别
　　识别按键的方法很多，其中，最常见的方法是扫描法。下面以图中 8 号键的识别为例来说明扫描法识别按键的过程。
　　 按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键按下时处在高电平。显然，如果让所有的列线也处在高电平，那么，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此，必须使所有列线处在低电平。只有这样，当有键按下时，该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。 CPU 根据行电平的变化，便能判定相应的行有键按下。 8 号键按下时，第 2 行一定为低电平。然而，第 2 行为低电平时，能否肯定是 8 号键按下呢？
　　 回答是否定的，因为 9 、 10 、 11 号键按下，同样会使第 2 行为低电平。为进一步确定具体键，不能使所有列线在同一时刻都处在低电平，可在某一时刻只让一条列线处于低电平，其余列线均处于高电平，另一时刻，让下一列处在低电平，依此循环，这种依次轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。采用键盘扫描后，再来观察 8 号键按下时的工作过程，当第 0 列处于低电平时，第 2 行处于低电平，而第 1 、 2 、 3 列处于低电平时，第 2 行却处在高电平，由此可判定按下的键应是第 2 行与第 0 列的交叉点，即 8 号键。
　　3.键盘的编码
　　对于独立式按键键盘，因按键数量少，可根据实际需要灵活编码。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号惟一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高 4 位是行号，低 4 位是列号。如图 7.5 中的 8 号键，它位于第 2 行，第 0 列，因此，其键盘编码应为 20H 。采用上述编码对于不同行的键离散性较大，不利于散转指令对按键进行处理。因此，可采用依次排列键号的方式对按排进行编码。以图 7.5 中的 4 × 4 键盘为例，可将键号编码为： 01H 、 02H 、 03H 、 … 、 0EH 、 0FH 、 10H 等 16 个键号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。
　　4.键盘的工作方式
　　对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中 CPU 的工作状况而定，其选取的原则是既要保证 CPU 能及时响应按键操作，又不要过多占用 CPU 的工作时间。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。
　　编程扫描方式
　　编程扫描方式是利用 CPU 完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时， CPU 不再响应键输入要求，直到 CPU 重新扫描键盘为止。
键盘扫描程序一般应包括以下内容：
　　(1) 判别有无键按下。
　　(2) 键盘扫描取得闭合键的行、列值。
　　(3) 用计算法或查表法得到键值。
　　(4) 判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。
　　(5) 将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。

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• 2016-12-07单片机矩阵式键盘的编程方法