矩阵键盘 | 我的日常分享

矩阵键盘

发表于2021-03-23更新于2021-03-23字数统计3.2k阅读时长39分

51单片机-矩阵键盘

一、调试工具LCD1602

我们在学习C/C++时，可以通过printf或cout很方便的在控制台中查看到输出的内容。但是在单片机中就没有这么方便了，所以我们需要一个能够显示内容的元件，来供我们调试使用。数码管其实也可以但由于显示内容少，采用的是扫描方式，我们选用LCD1602来显示打印输出内容。

下面提供了可以直接使用的函数：

LCD1602.h

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#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

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#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');
	}
}

案例：显示hello world

代码：

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#include<regx52.h>
#include"lcd1602.h"
void main(){
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,2,"hello world");
	while(1){
	}
}

现象：

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二、矩阵键盘的介绍

  • 在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式
  • 采用逐行或逐列的“扫描”，就可以读出任何位置按键的状态
image-20210323180940439 image-20210323180920228

2.1 扫描的概念

  • 数码管扫描（输出扫描）

    原理：显示第一位—>显示第二位—>显示第三位—> ······，然后快速循环这个过程，最终实现所有数码管同时显示的效果

  • 矩阵键盘扫描（输入扫描）

    原理：读取第一行（列）—> 读取第二行（列）—> 读取第三行（列）—> ······，然后快速循环这个过程，最终实现所有按键同时检测的效果

  • 以上两种扫描方式的共性：节省I/O口

2.2 独立按键

image-20210323182607695

独立按键的检测方式：所有的一端接GND（低电平） ，当按键按下即可被检测到输入的低电平。

2.3 矩阵按键

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矩阵键盘可以看做一行行的独立按键。

就这样从第一行然后第二行最后第四行逐行检测，例如:

检测第一行可令P17 P16 P15 P14分别为0111,即第一行与独立按键接地等效;然后检测P13 P12 P11P1 0唧可得出哪个按键被按下。

第一行按键检测代码

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unsigned char oneRow(){
	unsigned char KeyNumber = 0;
	//令P17 P16 P15 P14分别为0111
	P1 = 0xff,P1_7 = 0;
	//如果S1被按下返回1
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 1;
	}
	//如果S2被按下返回2
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 2;
	}
	//如果S3被按下返回3
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 3;
	}
	//如果S4被按下返回4
	if(P1_0 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_0 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 4;
	}
	return KeyNumber;
}

然后再是第二行，可邻P17 P16 P15 P14分别为1011,即第二行与独立按键接地等效;然后同理检测P13 P12 P11 P1 0唧可得出哪个按键被按下。

第二行按键检测代码

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unsigned char twoRow(){
	unsigned char KeyNumber = 0;
	//令P17 P16 P15 P14分别为1011
	P1 = 0xff,P1_6 = 0;
	//如果S5被按下返回5
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 5;
	}
	//如果S6被按下返回6
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 6;
	}
	//如果S7被按下返回7
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 7;
	}
	//如果S8被按下返回8
	if(P1_0 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_0 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 8;
	}
	return KeyNumber;
}

第三行，可令P17 P16 P15 P14分别为1101,即第三行与独立按键接地等效:同理检测P13 P12 P11P1 0即可得出哪个按键被按下。

第三行按键检测代码

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unsigned char threeRow(){
	unsigned char KeyNumber = 0;
	//令P17 P16 P15 P14分别为1101
	P1 = 0xff,P1_5 = 0;
	//如果S9被按下返回9
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 9;
	}
	//如果S10被按下返回10
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 10;
	}
	//如果S11被按下返回11
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 11;
	}
	//如果S12被按下返回12
	if(P1_0 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_0 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 12;
	}
	return KeyNumber;
}

第四行，令P17 P16 P15 P14分别为1110,即第四行与独立按键接地等效;然后同理检测P13 P12P11 P1 0即可得出哪个按键被按下。

第四行按键检测代码

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unsigned char fourRow(){
	unsigned char KeyNumber = 0;
	//令P17 P16 P15 P14分别为1110
	P1 = 0xff,P1_4 = 0;
	//如果S13被按下返回13
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 13;
	}
	//如果S14被按下返回14
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 14;
	}
	//如果S15被按下返回15
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 15;
	}
	//如果S16被按下返回16
	if(P1_0 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_0 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 16;
	}
	return KeyNumber;
}

将上面代码合在MatrixKey的函数中：

MartriKey.c

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unsigned char MartinKey(){
	unsigned char KeyNumber = 0;
	//令P17 P16 P15 P14分别为0111
	P1 = 0xff,P1_7 = 0;
	//如果S1被按下返回1
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 1;
	}
	//如果S2被按下返回2
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 2;
	}
	//如果S3被按下返回3
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 3;
	}
	//如果S4被按下返回4
	if(P1_0 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_0 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 4;
	}


	//令P17 P16 P15 P14分别为1011
	P1 = 0xff,P1_6 = 0;
	//如果S5被按下返回5
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 5;
	}
	//如果S6被按下返回6
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 6;
	}
	//如果S7被按下返回7
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 7;
	}
	//如果S8被按下返回8
	if(P1_0 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_0 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 8;
	}


	//令P17 P16 P15 P14分别为1101
	P1 = 0xff,P1_5 = 0;
	//如果S9被按下返回9
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 9;
	}
	//如果S10被按下返回10
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 10;
	}
	//如果S11被按下返回11
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 11;
	}
	//如果S12被按下返回12
	if(P1_0 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_0 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 12;
	}


	//令P17 P16 P15 P14分别为1110
	P1 = 0xff,P1_4 = 0;
	//如果S13被按下返回13
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 13;
	}
	//如果S14被按下返回14
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 14;
	}
	//如果S15被按下返回15
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 15;
	}
	//如果S16被按下返回16
	if(P1_0 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_0 == 0){}
		Delaynms(20);
		KeyNumber = 16;
	}

	return KeyNumber;
}

2.4 实现在LCD1602中显示按下按键的序号

main.c

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void main(){		                     
	unsigned int ret = 0;
	LCD_Init();
	while(1){
		ret = MatrixKey();
		if(ret){//判断是否按下了按键 按下则更新屏幕
		   LCD_ShowNum(1,1,ret,2);
		}
	}
}

现象：

三、利用矩阵键盘实现密码锁

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#include<regx52.h>
#include<intrins.h>
#include"lcd1602.h"
#include <string.h>
char * MatrixKey();
void Delaynms(int nms);
void main(){		                     
	char pwd[12] = "\0";
	char ret[2] = "\0";
	int count = 0;
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"Password:");
	while(1){
		strcpy(ret,MatrixKey());
		if(strlen(ret) && count < 12 && strcmp(ret,"10") && strcmp(ret,"11")){
			strcat(pwd,ret);
			LCD_ShowString(2,1,pwd);
			LCD_ShowString(1,14,"   ");
			count++;
		}

		if(!strcmp(ret,"10")){
		   if(!strcmp(pwd,"666")){
				LCD_ShowString(1,14,"OK ");
				memset(pwd,0,12);
				LCD_ShowString(2,1,"            ");
				count = 0;
			}else{
				LCD_ShowString(1,14,"ERR");
				memset(pwd,0,12);
				LCD_ShowString(2,1,"            ");
				count = 0;
			}
		}

		if(!strcmp(ret,"11")){
			memset(pwd,0,12);
			LCD_ShowString(1,14,"   ");
			LCD_ShowString(2,1,"            ");
			count = 0;
		}
	}
}
char * MatrixKey(){
	char KeyNumber[] = "\0";
	//令P17 P16 P15 P14分别为0111
	P1 = 0xff,P1_7 = 0;
	//如果S1被按下返回1
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"1");
	}
	//如果S2被按下返回2
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"2");
	}
	//如果S3被按下返回3
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"3");
	}
	//如果S4被按下返回4
	if(P1_0 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_0 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"4");
	}


	//令P17 P16 P15 P14分别为1011
	P1 = 0xff,P1_6 = 0;
	//如果S5被按下返回5
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"5");
	}
	//如果S6被按下返回6
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"6");
	}
	//如果S7被按下返回7
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"7");
	}
	//如果S8被按下返回8
	if(P1_0 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_0 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"8");
	}


	//令P17 P16 P15 P14分别为1101
	P1 = 0xff,P1_5 = 0;
	//如果S9被按下返回9
	if(P1_3 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_3 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"9");
	}
	//如果S10被按下返回10
	if(P1_2 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_2 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"10");
	}
	//如果S11被按下返回11
	if(P1_1 == 0){
		Delaynms(20);
		while(P1_1 == 0){}
		Delaynms(20);
		strcpy(KeyNumber,"11");
	}
	
	return KeyNumber;
}
void Delaynms(int nms)		//@11.0592MHz
{
	unsigned char i, j;
	while(nms--){
		_nop_();
		i = 2;
		j = 199;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
	}
}

现象：