江协科技51单片机学习- p16 矩阵键盘

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💬本系列哔哩哔哩江科大51单片机的视频为主以及自己的总结梳理📚

前言：

本文是根据哔哩哔哩网站上“江协科技51单片机”视频的学习笔记，在这里会记录下江协科技51单片机开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容。本文大量引用了江协科技51单片机教学视频和链接中的内容。

引用：

51单片机入门教程-2020版程序全程纯手打从零开始入门_哔哩哔哩_bilibili

c51语言变量语句意思,C51中循环语句-CSDN博客

矩阵键盘引用：

【51单片机】矩阵键盘_51单片机4×4矩阵键盘-CSDN博客

51单片机学习笔记 ——（二）矩阵键盘_51单片机矩阵键盘-CSDN博客

郭天祥:

（51单片机）第三章-数码管显示原理及应用实现-中断_51单片机数码管中断程序-CSDN博客

正文：

0. 🌿概述

在淘宝上购买了江协科技51单片机开发板套件（普中科技STC51单片机A2型号），就上在上一篇博文里说的自己计划学习下江协科技51单片机开发教程，通过STC51单片机这种MCU这种贴近于裸机的开发来增加对于系统硬件层面知识的了解和掌握。

1. 🚀矩阵键盘

在键盘中当按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵的形式。
采用逐行或逐列的“扫描”，就可以独处任何位置按键的状态。

矩阵键盘的目的是减少I/O口占用

矩阵键盘采用的是矩阵的连接方式，目的是为了减少IO口的使用。

如果每一个按键都像独立按键一样专门使用一个IO口来控制，那么我们需要的IO口数量就是行×列个。

但是如果采用矩阵的连接方式，我们需要的IO口数目就会变成行＋列个，矩阵的行列数越多，减小的程度就越明显。

但是按照矩阵形式排列也会出现一些不方便的结果，所以我们采用了类似之前数码管的解决方式——扫描。

但是与数码管的扫描略有不同，数码管是输出元件，所以数码管的扫描是输出扫描，我们不断循环输出不同的值，利用人眼的视觉暂留实现我们需要的操作。

而矩阵键盘是输入元件，所以我们矩阵键盘采用的扫描是输入扫描，以非常快的速度不断循环读取IO口的值，达到与正常按键相同的效果。这里还是利用了扫描速度远大于人操作的速度的原理。

那么如何实现上述操作呢？

与之前的独立按键进行比较，如果我们单独看矩阵键盘的一行或者一列，就会发现它们有着相同的结构，在此用列来进行比较（用行同理）

2. 🚀 单片机IO口（准双向口）

单片机的io口是一种弱上拉的模式~！又被称作是准双向口(input，output) 既可以输入又可以输出，这种就叫做是双向口。

但是这种双向口有点问题:这么样才可以达到输入或者是输出呢？像我们这种矩阵键盘的话是不是给上，一端是0，然后读取另一头。
但是另一头你怎么知道它是一种输入低电平)呢？它其实也是作为一种输出端(高电平)，它既是输出(高电平)也是输入(低电平)。
那么为什么单片机它的 io 口是默认为高电平呢？是因为它里面拥有一个上拉电阻把低电平变成高电平了！所以才导致单片机是高电平，
还有一个是当口输出为1的时候驱动能力很弱，允许外部装置将其拉低。当引脚的输出为低电平的时候，它的驱动能力很强，可以吸收相当大的电流。单片机中 P1、P2、P3 都是一种弱上拉的一种模式。

准双向口输出如下所示：

单片机的io口是一种弱上拉的模式~！又被称作是准双向口(input，output) 既可以输入又可以输出，这种就叫做是双向口。此种双向口是弱上拉，强下拉，当将IO的输出当为1的时候驱动能力很弱，允许外部装置将其拉。当引脚的输出为低电平的时候，它的驱动能力很强，可以吸收相当大的电流。

单片机中 P1、P2、P3 都是一种弱上拉的一种模式。

单片机中 P0 口是开漏输出模式。

一般按键检测都是接地，检测第电平。为什么不接Vcc，检测高电平哪，因为I/O口配置为低电平要将其拉高为高电平需要比较大的电流。

准双向口是一种弱上拉模式，可以用如下的示意图来解释：当IO口开关选择输出1 高电平时，通过电阻接Vcc进行弱上拉其上拉输出能力比较弱，此时I/O接口如果接地可以将其拉低为低电平。

3. 🚀矩阵键盘扫描

首先我们需要知道51单片机的引脚默认为高电平，所以我们需要对这8个引脚进行一个初始化，即P1 = 0xFF ;这样就和独立按键的操作基本一致了。

可以发现，如果我们此时只给P13低电平，第一列就和独立按键一样了。
接下来需要做的就是判断在P13为低电平时，P14、P15、P16、P17是否为低电平。如果是，则说明此时有按键按下，接通了电路，使原来是高电平的引脚变为了低电平。
第一列扫描完后，重新初始化P1 = 0xFF ;然后给P12低电平，继续检测P14、P15、P16、P17是否为低电平。
以此类推，不断循环读取按键是否按下，就达到了随时按下任意按键都可以检测出来的效果

本实验使用的普中科技C51单片机开发板矩阵键盘扫描时需要注意的点，因为开发板的引脚复用冲突，本实验使用按列扫描的方式。

我们这个开发板 P1_5 口可能会有问题，P1_5口可能一会读到高电平一会读到第电平，因为在此开发板是行 P1_5 连接到了 Beep ，会造成蜂鸣器鸣叫。

为了避免这个问题，此实验中使用逐列扫描的方式。

4. 🚀源码编写

本次实验使用逐列扫描矩阵键盘的方式，来检测有哪个按键被按下。

matrix.h

#ifndef __MATRIX_H__
#define __MATRIX_H__

unsigned char MatrixKey();

#endif

matrix.c

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "matrix.h"

/**
  * @brief  获取按下按键的键值
  * @param  无
  * @retval 按下按键的键值，没有按键按下时返回0
  *		    S1=1, S1=2, S3=3, S4=4, S5=5, S6=6, S7=7, S8=8
  *		    S9=9, S10=0, S3=3, S11=确认, S12=取消, S13=删除, S14=,
  */
unsigned char MatrixKey()
{
	unsigned char keyNumber = 0;
	
	
	//每次扫描键盘之前，先把P1全部初始化为高电平
	P1=0xFF;
	P1_3 = 0;
	//delay(20)延时进行按键按下消抖， while循环检测松手， delay(20) 按键松开消抖
	if(P1_7 == 0) {Delay(20); while(P1_7 == 0); Delay(20); keyNumber = 1;}	
	if(P1_6 == 0) {Delay(20); while(P1_6 == 0); Delay(20); keyNumber = 5;}
	if(P1_5 == 0) {Delay(20); while(P1_5 == 0); Delay(20); keyNumber = 9;}
	if(P1_4 == 0) {Delay(20); while(P1_4 == 0); Delay(20); keyNumber = 13;}
	
	
	P1=0xFF;
	P1_2 = 0;
	if(P1_7 == 0) {Delay(20); while(P1_7 == 0); Delay(20); keyNumber = 2;}
	if(P1_6 == 0) {Delay(20); while(P1_6 == 0); Delay(20); keyNumber = 6;}
	if(P1_5 == 0) {Delay(20); while(P1_5 == 0); Delay(20); keyNumber = 10;}
	if(P1_4 == 0) {Delay(20); while(P1_4 == 0); Delay(20); keyNumber = 14;}
	
	
	P1=0xFF;
	P1_1 = 0;
	if(P1_7 == 0) {Delay(20); while(P1_7 == 0); Delay(20); keyNumber = 3;}
	if(P1_6 == 0) {Delay(20); while(P1_6 == 0); Delay(20); keyNumber = 7;}
	if(P1_5 == 0) {Delay(20); while(P1_5 == 0); Delay(20); keyNumber = 11;}
	if(P1_4 == 0) {Delay(20); while(P1_4 == 0); Delay(20); keyNumber = 15;}
	
	
	P1=0xFF;
	P1_0 = 0;
	if(P1_7 == 0) {Delay(20); while(P1_7 == 0); Delay(20); keyNumber = 4;}
	if(P1_6 == 0) {Delay(20); while(P1_6 == 0); Delay(20); keyNumber = 8;}
	if(P1_5 == 0) {Delay(20); while(P1_5 == 0); Delay(20); keyNumber = 12;}
	if(P1_4 == 0) {Delay(20); while(P1_4 == 0); Delay(20); keyNumber = 16;}
	
	
	return keyNumber;
}

main.c

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H>
#include "delay.h"
#include "lcd1602.h"
#include "matrix.h"

void main()
{
	unsigned char keyNum = 0;
	
	LCD_Init();
	//LCD_ShowString(1, 1, "Matrix Key!");
	
	while(1)
	{
		keyNum = MatrixKey();
		if(keyNum)
		{
			LCD_ShowNum(1, 1, keyNum, 2);
		}
	}
}

5. 🚒总结

🍒通过本实验了解了STC51单片机的I/O口准双向口，I/O口的为弱上拉，单片机的I/O口即是输出同时也是输入。因为单片机I/O口是弱上拉，当I/O口输出为1时允许通过外部输入将其下拉为低电平。
🍒STC51单片机的 P1, P2, P3 口为准双向I/O口，弱上拉模式。
🍒STC51单片机的 P0 口默认为开漏输出模式。
🍒当按键较多时，使用矩阵键盘可以节省I/O口资源。
🍒矩阵键盘的检测方式是按照行逐行扫描，或者按照列逐列扫描。
🍒每次扫描之前需要先将所有的矩阵键盘行和列的I/O口置为1，然后给某一行或列低电平，然后按照行或列扫描，检测另一端的输入电平。