3.5　矩陣式鍵盤的識別

矩陣式鍵盤由多個鍵排列而成，鍵開關(guān)被排列成M（行）×N（列）的矩陣結(jié)構(gòu)，每個鍵開關(guān)位于行和列的交叉處。其連接示意圖如圖3-20所示。

課件　矩陣式鍵盤掃描與識別方法

視頻　矩陣式鍵盤掃描與識別方法

圖3-20所展示的是4×4矩陣式鍵盤，共有16個鍵位，只用了P1口的8根口線[一般來講M（行）×N（列）矩陣式鍵盤所需要的口線數(shù)為M+N條]。與獨(dú)立式鍵盤相比，更加節(jié)省系統(tǒng)的I/O口資源。無論是獨(dú)立式鍵盤還是矩陣式鍵盤，其檢測方法都是通過檢測對應(yīng)口線是否為低電平來判斷按鍵是否被按下。但是矩陣式鍵盤的檢測要比獨(dú)立式鍵盤復(fù)雜得多。

矩陣式鍵盤的檢測主要有兩種方法：一種是逐行掃描法；另一種是行列反轉(zhuǎn)法。

1.逐行掃描法

觀察圖3-20所示的4×4矩陣式鍵盤，可以看到，在接口電路中有4條行線和4條列線分別接到每個按鍵開關(guān)的左右兩端。其中，4條行線的連接口線工作在輸出方式，4條列線的連接口線工作在輸入方式。

逐行掃描法的工作流程如圖3-21所示。

首先CPU對4條行線置0，然后CPU從列線上讀入數(shù)據(jù)，若讀入的數(shù)據(jù)全為1，表示無鍵按下，則結(jié)束掃描。只要讀入的數(shù)據(jù)中有一個不為1，則表示有鍵被按下。

接著，CPU先使第0行為0，其余3行為1，讀入全部列，若全為1，表示按鍵不在此行；接著向下掃描，使第1行為0，其余各行為1，再讀入全部列，若全為1，表示按鍵不在此列；然后重復(fù)上述步驟。直至第N行為0時，第M列也為0，則表明該按鍵位于第N行第M列。

2.行列反轉(zhuǎn)法

使用逐行掃描法需要進(jìn)行整個鍵盤的多次掃描，判斷過程較為復(fù)雜。使用行列反轉(zhuǎn)法可以克服這些問題，并加快按鍵的檢測速度。

使用行列反轉(zhuǎn)法的步驟如下：

（1）使矩陣式鍵盤連接行線的口線工作在輸出方式，連接列線的口線工作在輸入方式。CPU先向全部行線上輸出0，然后讀取列線上的電平。若有按鍵被按下，必然有一個列線為低電平；否則，表示沒有按鍵被按下，不必再進(jìn)行檢測。

（2）若檢測到某個列線為低電平之后，重新設(shè)置鍵盤行線的連接口線工作于輸入方式，列線工作于輸出方式，并將剛剛得到的列線值再次從列線上輸出，此時檢測所有行線上的電平，必然得到一個行線為低電平的行線值。

（3）將得到的行線值與列線值組合在一起，即為該按鍵的編碼值。將得到的鍵值與事先準(zhǔn)備好的所有按鍵的鍵值編碼比較，就知道哪個按鍵被按下了。

比如第2行第3列的按鍵被按下，采用行列反轉(zhuǎn)法，其工作過程見表3-3。

【課堂練習(xí)】4×3矩陣式鍵盤的行列反轉(zhuǎn)法檢測。使用4×3矩陣式鍵盤與51單片機(jī)的P1口相連，按鍵后，在共陰極數(shù)碼管上會顯示所按鍵位代表的數(shù)字。電路連接如圖3-22所示。

【分析】這里使用的是自定義的4×3矩陣式鍵盤，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通的4×4矩陣式鍵盤基本一樣，只是少了一列。使用行列反轉(zhuǎn)法進(jìn)行鍵盤掃描，先畫出鍵盤連接的示意圖如圖3-22所示。下面仍以4×4矩陣式鍵盤為例進(jìn)行分析，只是在計算結(jié)果時要去掉最右側(cè)一列?，F(xiàn)在假設(shè)按下的鍵位是數(shù)字5這個鍵，先使P1口的值為0xf0（即低4位接行檢測線，高4位接列檢測線）。數(shù)字5鍵按下后，P1.1與P1.5連通，P1.1原為低電平，因此P1.5也變成了低電平，其他的不變。此時，獲取列檢測線上的值為1101B并保存起來。接著改變P1口的輸入/輸出狀態(tài)，將低4位變?yōu)檩敵?，?位變?yōu)檩斎?；然后將剛獲取的列檢測線值，輸入P1口的高4位，同樣因為P1.1與P1.5已經(jīng)相連，所以瞬間P1.1也由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?，其他各口線不改變，此時獲取行檢測線上的值為1101B。現(xiàn)在將獲取到的列檢測線值和行檢測線值組合在一起，形成1字節(jié)，即11011101B，轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制為0xdd，這就是數(shù)字5鍵對應(yīng)的鍵盤編碼值。按照上面的分析，寫出該鍵盤上各鍵的編碼值，見表3-4。在程序中只要將獲取到的編碼與表3-4進(jìn)行比較即可得到該次按鍵的鍵名所代表的數(shù)值。

要將按鍵對應(yīng)的鍵名數(shù)值在數(shù)碼管上顯示出來，還需要為數(shù)碼管設(shè)定一下段選碼表，將段選碼表與鍵盤的鍵名數(shù)字在位置上一一對應(yīng)起來，就可以實(shí)現(xiàn)按下某一鍵，立刻在數(shù)碼管上顯示出相應(yīng)的數(shù)字來。

參考程序如下：

程序中scanKey（?。┻@個函數(shù)就是行列反轉(zhuǎn)法的代碼實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)返回的數(shù)值就是當(dāng)前按鍵值在整個鍵盤編碼中的位置，結(jié)合數(shù)碼管模塊的動態(tài)顯示程序，能實(shí)現(xiàn)更多、更復(fù)雜信息的錄入顯示功能。