基于APM32实现矩阵键盘的行列扫描
本帖最后由 a976209770 于 2024-12-9 11:57 编辑本帖最后由 a976209770 于 2024-12-9 11:57 编辑
## **前言**
矩阵键盘是一种常见的输入设备，通常用于多按键场景，例如电子控制面板和嵌入式设备。通过利用行列交叉方式连接键盘按键，可以显著减少I/O端口的使用。本文基于APM32微控制器实现矩阵键盘的行列扫描，详细介绍其配置与实现。
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## **1. 矩阵键盘的基本原理**
1. **矩阵连接**：按键以行列形式连接，例如4行×4列键盘共使用8个I/O引脚，可支持16个按键。
2. **行列扫描**：通过逐行设置电平并逐列读取，判断当前哪个按键被按下。
### **硬件连接**
* 行线连接到GPIO端口的输出。
* 列线连接到GPIO端口的输入。
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## **2. 软件设计**
### **2.1 硬件配置**
#### **GPIO初始化**
1. 将行设置为推挽输出。
2. 将列设置为上拉输入。
3. 使用GPIO库配置端口和引脚。
#### **GPIO配置代码**
```
#include "apm32f4xx_gpio.h"
#define ROW_PORT GPIOA
#define COL_PORT GPIOB
#define ROW_PINS (GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3)
#define COL_PINS (GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7)
void MatrixKeyboard_Init(void)
{
GPIO_Config_T gpioConfig;
// 配置行为输出
gpioConfig.pin = ROW_PINS;
gpioConfig.mode = GPIO_MODE_OUT;
gpioConfig.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
gpioConfig.otype = GPIO_OTYPE_PP;
gpioConfig.pupd = GPIO_PUPD_NOPULL;
GPIO_Config(ROW_PORT, &gpioConfig);
// 配置列为输入
gpioConfig.pin = COL_PINS;
gpioConfig.mode = GPIO_MODE_IN;
gpioConfig.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
gpioConfig.pupd = GPIO_PUPD_UP; // 上拉输入
GPIO_Config(COL_PORT, &gpioConfig);
}
```
### **2.2 行列扫描逻辑**
#### **按键检测原理**
1. 将某一行拉低，其他行拉高。
2. 读取列引脚状态。
3. 如果某列为低电平，说明对应行列按键被按下。
#### **扫描代码**
```
#include "apm32f4xx_gpio.h"
// 定义行列映射
uint8_t KeyMap = {
{ '1', '2', '3', 'A' },
{ '4', '5', '6', 'B' },
{ '7', '8', '9', 'C' },
{ '*', '0', '#', 'D' }
};
uint8_t MatrixKeyboard_Scan(void)
{
for (uint8_t row = 0; row < 4; row++)
{
// 设置当前行低电平，其他行高电平
GPIO_WriteOutputPort(ROW_PORT, ~(1 << row) & ROW_PINS);
// 延时，确保电平稳定
for (volatile int i = 0; i < 1000; i++);
// 读取列状态
uint16_t colState = GPIO_ReadInputPort(COL_PORT) & COL_PINS;
for (uint8_t col = 0; col < 4; col++)
{
// 检测列是否为低电平
if ((colState & (1 << (col + 4))) == 0)
{
// 返回按键值
return KeyMap;
}
}
}
// 未检测到按键
return 0;
}
```
### **2.3 处理多键与去抖**
#### **去抖逻辑**
在矩阵键盘中，按键可能因机械抖动产生多次触发，需要加入延时和状态确认机制。
```
uint8_t MatrixKeyboard_GetKey(void)
{
uint8_t key = 0;
static uint8_t lastKey = 0;
key = MatrixKeyboard_Scan();
if (key != 0 && key == lastKey)
{
// 延时去抖
for (volatile int i = 0; i < 10000; i++);
return key;
}
lastKey = key;
return 0;
}
```
## **3. 应用场景**
### **3.1 实现多功能按键**
* 每个按键可以对应不同的功能，通过检测返回值触发事件。
* 示例：'A' 控制启动，'B' 控制停止。
```
void ProcessKey(uint8_t key)
{
switch (key)
{
case 'A':
StartProcess();
break;
case 'B':
StopProcess();
break;
// 其他按键功能
default:
break;
}
}
```
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## **4. 优化与特点**
### **4.1 优化方向**
1. **支持中断检测：** 配置列引脚为中断输入，按键按下时触发中断，减少扫描资源占用。
2. **动态按键定义：** 使用外部配置文件动态定义键值映射，增强灵活性。
3. **支持多键检测：** 增加寄存状态，支持同时多键按下的情况。
### **4.2 特点**
1. **I/O占用少：** 使用8个引脚即可支持16个按键。
2. **逻辑简单：** 基于GPIO的行列扫描，易于移植。
3. **稳定可靠：** 加入去抖逻辑，保证按键检测的准确性。
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## **5. 总结**
本文详细介绍了基于APM32实现矩阵键盘的行列扫描方法，包括硬件配置、行列扫描逻辑、按键去抖处理等内容。该方案简单高效，适用于各类按键输入场景。通过进一步优化，可实现更多功能，如中断检测、多键支持等。
如果有相关问题或需要改进的建议，欢迎交流讨论！
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