矩陣鍵盤(pán)是單片機(jī)外部設(shè)備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤(pán)組。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤(pán)顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，列線通過(guò)電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。矩陣鍵盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約單片機(jī)IO口，例如普通鍵盤(pán)8個(gè)IO口只能用作8個(gè)按鍵，而矩陣鍵盤(pán)能作16個(gè)按鍵。

本文以51單片機(jī)為載體介紹一種4*4矩陣鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵操作的原理、電路和軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1、 矩陣鍵盤(pán)的一般電路

圖 1 矩陣鍵盤(pán)電路

如圖 1

矩陣鍵盤(pán)電路所示，4*4矩陣鍵盤(pán)有4行4列按鍵，單片機(jī)4個(gè)I/O口接矩陣鍵盤(pán)的行線，另外4個(gè)I/O口接矩陣鍵盤(pán)的列線，通過(guò)對(duì)行線列線的操作完成按鍵的識(shí)別和操作。

2、 矩陣鍵盤(pán)的原理

矩陣鍵盤(pán)按鍵識(shí)別的流程一般是這樣的：

(1)置第1行為低電平（0），其余行為高電平，讀取列線數(shù)據(jù)，列線有低電平表示此行有按鍵按下。

(2)置第2行為低電平（0），其余行為高電平，讀取列線數(shù)據(jù)，列線有低電平表示此行有按鍵按下。

......

(N-1)根據(jù)行線列線的電平不同可以識(shí)別是否有按鍵按下，哪一個(gè)按鍵按下，獲取按鍵號(hào)。

(N) 根據(jù)按鍵號(hào)跳轉(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)的按鍵處理程序。

3、 一個(gè)矩陣鍵盤(pán)程序的例子

圖

2為按鍵處理的主流程，思路是依次拉低按鍵的各個(gè)行，再讀取列線的數(shù)據(jù)，假如列線有低電平，則認(rèn)為此行有按鍵按下，標(biāo)記此行有按鍵按下并存入行值。

讀取列線數(shù)據(jù)的思路則是這樣，依次讀取第1-4列，假如讀取此列時(shí)為低電平，則標(biāo)記并存入列值。

下面是部分代碼：

//（1）按鍵識(shí)別程序

void key() //按鍵掃描

{

unsigned char key_value_temp; //臨時(shí)按鍵值，默認(rèn)1111 1111（二進(jìn)制）

key_value=0xff;

//鍵值

key_value_temp=0xff; //鍵值臨時(shí)變量

//矩陣鍵盤(pán)程序流程

//依次拉低第1234行，讀入列線數(shù)據(jù)

Pin_r_1=0; Pin_r_2=1;Pin_r_3=1;Pin_r_4=1; //拉低第1行。

//Pin_r_1第1行行線，Pin_r_2第2行行線，其余類似

key_value_temp=read_column();//讀列數(shù)據(jù)

if (key_value_temp != 0xff)

//表示第一行有按鍵按下

{key_value=key_value_temp & 0x1f;
//獲取按鍵號(hào)，例如0001

1101表示第1行第2列的按鍵按下

}

Pin_r_1=1; Pin_r_2=0;Pin_r_3=1;Pin_r_4=1; //拉低第2行

key_value_temp=read_column();//讀列數(shù)據(jù)

if (key_value_temp != 0xff)

//表示第2行有按鍵按下

{key_value=key_value_temp &
0x2f;

}

Pin_r_1=1; Pin_r_2=1;Pin_r_3=0;Pin_r_4=1; //拉低第3行

key_value_temp=read_column();//讀列數(shù)據(jù)

if (key_value_temp != 0xff)

//表示第3行有按鍵按下

{key_value=key_value_temp &
0x3f;

}

Pin_r_1=1; Pin_r_2=1;Pin_r_3=1;Pin_r_4=0; //拉低第4行

key_value_temp=read_column();//讀列數(shù)據(jù)

if (key_value_temp != 0xff)

//表示第4行有按鍵按下

{key_value=key_value_temp &
0x4f;

}

}

//（2）讀取列線數(shù)據(jù)

unsigned char read_column() //讀矩陣鍵盤(pán)的列

{unsigned char key_column;

key_column=0xff;

if(Pin_c_1==0 ) key_column=key_column & 0xfe;
//1110

表示第1列按鍵按下。 key_column的低4位表示按鍵號(hào)，高4位常為1111

if(Pin_c_2==0 ) key_column=key_column & 0xfd;
//1101

表示第2列按鍵按下。

if(Pin_c_3==0 ) key_column=key_column & 0xfb;
//1011

表示第3列按鍵按下。

if(Pin_c_4==0 ) key_column=key_column & 0xf7;
//0111

表示第4列按鍵按下。

return key_column;

}

以上程序?qū)?yīng)的鍵值表如下：

最后在程序中處理鍵值跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的操作即可。

有一個(gè)4*4矩陣鍵盤(pán)的proteus仿真例子實(shí)現(xiàn)了如下功能：

1、利用行掃描法讀取4x4矩陣鍵盤(pán)鍵值；

2、LCD1602上顯示按下的按鍵值。