学习目标

  1. 了解矩阵键盘的原理和基本结构
  2. 学会矩阵键盘的按键扫描方法
  3. 学会矩阵键盘的编程实现

    学习内容

    矩阵按键

    矩阵键盘是一种常见的数字输入设备，由多行多列的按键组成。每个按键都有一个唯一的行列坐标，通过行列坐标可以确定按键的编号，从而实现对数字或字母的输入。

    原理图

    image.png
    矩阵键盘的基本结构包括按键、行引脚和列引脚。按键一般是机械按键或触摸按键，行引脚和列引脚分别与矩阵键盘的行和列相连，用于检测按键的输入状态。

    按键状态检测

    单个按键状态检测

    111.png
  • 输出端的电平
  • 输入端的状态
  • 按键抬起

通过按键抬起时的状态，我们分析输入端的电平信号，来确定抬起时输入端的默认电平状态。
112.png
通过按键按下时的状态，我们分析输入端的电平信号，来确定按下时输入端的默认电平状态。
通过分析确认，默认输出端和输入端都是高电平；

  • 当输出端输出低电平时，输入端为高电平，则开关为抬起状态；
  • 当输出端输出低电平时，输入端为低电平，则开关为按下状态；

单行按键状态检测

113.png
通过逐一检测输入端的状态，来判断按键是否按下。

多行按键状态检测

114.png
首先，将第一行输出低电平，其余行设置为高电平。目的是为了只测试第一行的按键状态。
115.png
然后，将第二行输出低电平，其余行设置为高电平。目的是为了只测试第二行的按键状态。
116.png
接着，将第三行输出低电平，其余行设置为高电平。目的是为了只测试第三行的按键状态。
117.png
最后，将第四行输出低电平，其余行设置为高电平。目的是为了只测试第四行的按键状态。

状态记录

通过自定义状态来记录按键状态

  1. // 记录16个按键状态，0为按下，1为抬起
  2. u16 key_state = 0xFFFF;
  4. ......
  6. void scan() {
  7. // 初始都是 高电平
  8.     ROW_COL_RESET();
  9.     NOP1();
  11.         // ROW1
  12.     // 给 row1 低电平，读取COL1的值
  13.     ROW1 = 0;
  14.     NOP1();
  15.     // 当前是UP，当之前是DOWN，则为UP
  16.     // 当前是DOWN，当之前是UP，则为DOWN    
  17.     if(COL1 != (key_state & 0x01) >> 0) {
  18.         if(COL1) {
  19.             // 修改当前状态为UP
  20.             key_state |= 0x01;
  21.             printf("K1 Up\r\n");
  22.         } else {
  23.             // 修改当前状态为DOWN
  24.             key_state &= ~0x01;
  25.             printf("K1 Down\r\n");
  26.         }
  27.     }
  28.     ......
  29. }

状态优化

通过define优化一些数值的操作，方便在后续看代码时方便理解，提高代码的阅读性。

  1. // 记录16个按键状态，0为按下，1为抬起
  2. u16 key_state = 0xFFFF;
  4. #define KEY_UP        1
  5. #define KEY_DOWN    0
  6. // 第n个按键的状态
  7. #define KEY_STATE(n)        ((key_state & (1 << n)) >> n)
  8. #define SET_KEY_UP(n)        (key_state |= (1 << n))
  9. #define SET_KEY_DOWN(n)    (key_state &= ~(1 << n))
  11. #define ROW_COL_RESET() {ROW1=1,ROW2=1,ROW3=1,ROW4=1;COL1=1,COL2=1,COL3=1,COL4=1;}
  13. ......
  15. void scan() {
  16.     // 初始都是 高电平
  17.     ROW_COL_RESET();
  18.     NOP1();
  20.         // ROW1
  21.     // 给 row1 低电平，读取COL1的值
  22.     ROW1 = 0;
  23.     NOP1();
  24.     // 当前是UP，当之前是DOWN，则为UP
  25.     // 当前是DOWN，当之前是UP，则为DOWN
  26.     if(COL1 != KEY_STATE(0)) {
  27.         if(COL1) {
  28.             // 修改当前状态为UP
  29.             SET_KEY_UP(0);
  30.             printf("K1 Up\r\n");
  31.         } else {
  32.             // 修改当前状态为DOWN
  33.             SET_KEY_DOWN(0);
  34.             printf("K1 Down\r\n");
  35.         }
  36.     }
  37.     ......
  38. }

循环优化

操作的按键众多，通过循环的方式来操控每一个按键，减少代码量，方便维护。

  1. #define ROW 4
  2. #define COL 4
  4. // 记录16个按键状态，0为按下，1为抬起
  5. u16 key_state = 0xFFFF;
  7. #define KEY_UP        1
  8. #define KEY_DOWN    0
  9. // 第n个按键的状态
  10. #define KEY_STATE(r, c)            ((key_state & (1 << (r * ROW + c))) >> (r * ROW + c))
  11. #define SET_KEY_UP(r, c)        (key_state |= (1 << (r * ROW + c)))
  12. #define SET_KEY_DOWN(r, c)    (key_state &= ~(1 << (r * ROW + c)))
  14. #define ROW_COL_RESET() {ROW1=1,ROW2=1,ROW3=1,ROW4=1;COL1=1,COL2=1,COL3=1,COL4=1;}
  16. void scan() {
  17.     u8 i, j;
  18.     for(i = 0; i < ROW; i++) {
  19.         // 初始都是 高电平
  20.         ROW_COL_RESET();
  21.         NOP1();
  23.                 ROW_ON(i);
  24.         for(j = 0; j < COL; j++) {
  25.             // 当前是UP，当之前是DOWN，则为UP
  26.             // 当前是DOWN，当之前是UP，则为DOWN
  27.             if(COL_STATE(j) != KEY_STATE(i, j)) {
  28.                 if(COL_STATE(j)) {
  29.                     // 修改当前状态为UP
  30.                     SET_KEY_UP(i, j);
  31.                     printf("(%d, %d) Up\r\n", (int)i, (int)j);
  32.                 } else {
  33.                     // 修改当前状态为DOWN
  34.                     SET_KEY_DOWN(i, j);
  35.                     printf("(%d, %d) Down\r\n", (int)i, (int)j);
  36.                 }
  37.             }
  38.         }
  39.     }
  40. }

练习题

  1. 按键扫描检测
  2. 优化按键状态扫描
  3. 驱动封装