第九十九节： “行列扫描式”矩阵按键的单个触发（原始版）。
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【99.1 “行列扫描式”矩阵按键。】
上图99.1.1 有源蜂鸣器电路
上图99.1.2 3*3矩阵按键的电路
上图是3*3的矩阵按键电路，其它4*4或者8*8的矩阵电路原理是一样的，编程思路也是一样的。相对独立按键，矩阵按键因为采用动态行列扫描的方式，能更加节省IO口，比如3*3的3行3列，1行占用1根IO口，1列占用1根IO口，因此3*3矩阵按键占用6个IO口（3+3=6），但是能识别9个按键（3*3=9）。同理，8*8矩阵按键占用16个IO口（8+8=16），但是能识别64个按键（8*8=64）。
矩阵按键的编程原理。如上图3*3矩阵按键的电路，行IO口（P2.2，P2.1，P2.0）定为输入，列IO口（P2.5，P2.4，P2.3）定为输出。同一时刻，列输出的3个IO口只能有1根是输出L（低电平），其它2根必须全是H（高电平），然后依次轮番切换输出状态，列输出每切换一次，就分别读取一次行输入的3个IO口，这样一次就能识别到3个按键的状态，如果列连续切换3次就可以读取全部9个按键的状态。列的3种输出状态分别是：（P2.5为L，P2.4为H，P2.3为H）,（P2.5为H，P2.4为L，P2.3为H）,（P2.5为H，P2.4为H，P2.3为L）。为什么列输出每切换一次就能识别到3个按键的状态？因为，首先要明白一个前提，在没有任何按键“被按下”的时候，行输入的3个IO口因为内部上拉电阻的作用，默认状态都是H电平。并且，H与H相互短接输出为H，H与L相互短接输出L，也就是，L（低电平）的优先级最大，任何H（高电平）碰到L（低电平）输出的结果都是L（低电平）。L（低电平）就像数学乘法运算里的数字0，任何数跟0相乘必然等于0。多说一句，这个“L最高优先级”法则是有前提的，就是H（高电平）的产生必须是纯粹靠上拉电阻拉高的H（高电平）才行，比如刚好本教程所用的51单片机内部IO口输出的H（高电平）是依靠内部的上拉电阻产生，如果是其它“非上拉电阻产生的高电平”与“低电平”短接就有“短路烧坏芯片”的风险，这时就需要额外增加“三极管开漏式输出”电路或者外挂“开漏式输出集成芯片”电路。继续回到正题，为什么列输出每切换一次就能识别到3个按键的状态？举个例子，比如当列输出状态处于（P2.5为L，P2.4为H，P2.3为H）下，我们读取行输入的P2.2口，行输入的P2.2与列输出P2.5，P2.4，P2.3的“交叉处”有3个按键S1，S2，S3，此时，如果P2.2口是L（低电平），那么必然是S1“被按下”，因为想让P2.2口是L，只有S1有这个能力，而如果S1没有“被按下”，另外两个S2，S3即使“被按下”，P2.2口也是H而绝对不会为L，因为S2，S3的列输出P2.4为H，P2.3为H，H与H相互短接输出的结果必然为H。
本节例程实现的功能：9个矩阵按键，每按下1个按键都触发一次蜂鸣器鸣叫。
#include "REG52.H"
#define KEY_VOICE_TIME 50
#define KEY_SHORT_TIME 20 //按键去抖动的“滤波”时间
void T0_time();
void SystemInitial(void) ;
void Delay(unsigned long u32DelayTime) ;
void PeripheralInitial(void) ;
void BeepOpen(void);
void BeepClose(void);
void VoiceScan(void);
void KeyScan(void);
void KeyTask(void);
sbit P3_4=P3^4; //蜂鸣器
sbit ROW_INPUT1=P2^2; //第1行输入口。
sbit ROW_INPUT2=P2^1; //第2行输入口。
sbit ROW_INPUT3=P2^0; //第3行输入口。
sbit COLUMN_OUTPUT1=P2^5; //第1列输出口。
sbit COLUMN_OUTPUT2=P2^4; //第2列输出口。
sbit COLUMN_OUTPUT3=P2^3; //第3列输出口。
volatile unsigned char vGu8BeepTimerFlag=0;
volatile unsigned int vGu16BeepTimerCnt=0;
volatile unsigned char vGu8KeySec=0; //按键的触发序号
void main()
{
SystemInitial();
Delay(10000);
PeripheralInitial();
while(1)
{
KeyTask(); //按键的任务函数
}
}
/* 注释一：
* 矩阵按键扫描的详细过程：
* 先输出某1列低电平，其它2列输出高电平，延时等待2ms后（等此3列输出同步稳定），
* 再分别判断3行的输入IO口， 如果发现哪一行是低电平，就说明对应的某个按键被触发。
* 依次循环切换输出的3种状态，并且分别判断输入的3行，就可以检测完9个按键。矩阵按键的
* 去抖动处理方法跟我前面讲的独立按键去抖动方法是一样的，不再重复多讲。
*/
void KeyScan(void) //此函数放在定时中断里每1ms扫描一次
{
static unsigned char Su8KeyLock=0;
static unsigned int Su16KeyCnt=0;
static unsigned char Su8KeyStep=1;
switch(Su8KeyStep)
{
case 1: //按键扫描输出第一列低电平
COLUMN_OUTPUT1=0;
COLUMN_OUTPUT2=1;
COLUMN_OUTPUT3=1;
Su16KeyCnt=0; //延时计数器清零
Su8KeyStep++; //切换到下一个运行步骤
break;
case 2: //延时等待2ms后（等此3列输出同步稳定）。不是按键的去抖动延时。
Su16KeyCnt++;
if(Su16KeyCnt>=2)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyStep++; //切换到下一个运行步骤
}
break;
case 3:
if(1==ROW_INPUT1&&1==ROW_INPUT2&&1==ROW_INPUT3)
{
Su8KeyStep++; //如果没有按键按下，切换到下一个运行步骤
Su8KeyLock=0; //按键自锁标志清零
Su16KeyCnt=0; //按键去抖动延时计数器清零，此行非常巧妙
}
else if(0==Su8KeyLock) //有按键按下，且是第一次触发
{
if(0==ROW_INPUT1&&1==ROW_INPUT2&&1==ROW_INPUT3)
{
Su16KeyCnt++; //去抖动延时计数器
if(Su16KeyCnt>=KEY_SHORT_TIME)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyLock=1;//自锁置1,避免一直触发,只有松开按键,此标志位才会被清零
vGu8KeySec=1; //触发1号键 对应S1键
}
}
else if(1==ROW_INPUT1&&0==ROW_INPUT2&&1==ROW_INPUT3)
{
Su16KeyCnt++; //去抖动延时计数器
if(Su16KeyCnt>=KEY_SHORT_TIME)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyLock=1;//自锁置1,避免一直触发,只有松开按键,此标志位才会被清零
vGu8KeySec=2; //触发2号键 对应S2键
}
}
else if(1==ROW_INPUT1&&1==ROW_INPUT2&&0==ROW_INPUT3)
{
Su16KeyCnt++; //去抖动延时计数器
if(Su16KeyCnt>=KEY_SHORT_TIME)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyLock=1;//自锁置1,避免一直触发,只有松开按键,此标志位才会被清零
vGu8KeySec=3; //触发3号键 对应S3键
}
}
}
break;
case 4: //按键扫描输出第二列低电平
COLUMN_OUTPUT1=1;
COLUMN_OUTPUT2=0;
COLUMN_OUTPUT3=1;
Su16KeyCnt=0; //延时计数器清零
Su8KeyStep++; //切换到下一个运行步骤
break;
case 5: //延时等待2ms后（等此3列输出同步稳定）。不是按键的去抖动延时。
Su16KeyCnt++;
if(Su16KeyCnt>=2)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyStep++; //切换到下一个运行步骤
}
break;
case 6:
if(1==ROW_INPUT1&&1==ROW_INPUT2&&1==ROW_INPUT3)
{
Su8KeyStep++; //如果没有按键按下，切换到下一个运行步骤
Su8KeyLock=0; //按键自锁标志清零
Su16KeyCnt=0; //按键去抖动延时计数器清零，此行非常巧妙
}
else if(0==Su8KeyLock) //有按键按下，且是第一次触发
{
if(0==ROW_INPUT1&&1==ROW_INPUT2&&1==ROW_INPUT3)
{
Su16KeyCnt++; //去抖动延时计数器
if(Su16KeyCnt>=KEY_SHORT_TIME)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyLock=1;//自锁置1,避免一直触发,只有松开按键,此标志位才会被清零
vGu8KeySec=4; //触发4号键 对应S4键
}
}
else if(1==ROW_INPUT1&&0==ROW_INPUT2&&1==ROW_INPUT3)
{
Su16KeyCnt++; //去抖动延时计数器
if(Su16KeyCnt>=KEY_SHORT_TIME)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyLock=1;//自锁置1,避免一直触发,只有松开按键,此标志位才会被清零
vGu8KeySec=5; //触发5号键 对应S5键
}
}
else if(1==ROW_INPUT1&&1==ROW_INPUT2&&0==ROW_INPUT3)
{
Su16KeyCnt++; //去抖动延时计数器
if(Su16KeyCnt>=KEY_SHORT_TIME)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyLock=1;//自锁置1,避免一直触发,只有松开按键,此标志位才会被清零
vGu8KeySec=6; //触发6号键 对应S6键
}
}
}
break;
case 7: //按键扫描输出第三列低电平
COLUMN_OUTPUT1=1;
COLUMN_OUTPUT2=1;
COLUMN_OUTPUT3=0;
Su16KeyCnt=0; //延时计数器清零
Su8KeyStep++; //切换到下一个运行步骤
break;
case 8: //延时等待2ms后（等此3列输出同步稳定）。不是按键的去抖动延时。
Su16KeyCnt++;
if(Su16KeyCnt>=2)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyStep++; //切换到下一个运行步骤
}
break;
case 9:
if(1==ROW_INPUT1&&1==ROW_INPUT2&&1==ROW_INPUT3)
{
Su8KeyStep=1; //如果没有按键按下，返回到第一步，重新开始扫描！！！！！！
Su8KeyLock=0; //按键自锁标志清零
Su16KeyCnt=0; //按键去抖动延时计数器清零，此行非常巧妙
}
else if(0==Su8KeyLock) //有按键按下，且是第一次触发
{
if(0==ROW_INPUT1&&1==ROW_INPUT2&&1==ROW_INPUT3)
{
Su16KeyCnt++; //去抖动延时计数器
if(Su16KeyCnt>=KEY_SHORT_TIME)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyLock=1;//自锁置1,避免一直触发,只有松开按键,此标志位才会被清零
vGu8KeySec=7; //触发7号键 对应S7键
}
}
else if(1==ROW_INPUT1&&0==ROW_INPUT2&&1==ROW_INPUT3)
{
Su16KeyCnt++; //去抖动延时计数器
if(Su16KeyCnt>=KEY_SHORT_TIME)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyLock=1;//自锁置1,避免一直触发,只有松开按键,此标志位才会被清零
vGu8KeySec=8; //触发8号键 对应S8键
}
}
else if(1==ROW_INPUT1&&1==ROW_INPUT2&&0==ROW_INPUT3)
{
Su16KeyCnt++; //去抖动延时计数器
if(Su16KeyCnt>=KEY_SHORT_TIME)
{
Su16KeyCnt=0;
Su8KeyLock=1;//自锁置1,避免一直触发,只有松开按键,此标志位才会被清零
vGu8KeySec=9; //触发9号键 对应S9键
}
}
}
break;
}
}
void KeyTask(void) //按键任务函数，放在主函数内
{
if(0==vGu8KeySec)
{
return; //按键的触发序号是0意味着无按键触发，直接退出当前函数，不执行此函数下面的代码
}
switch(vGu8KeySec) //根据不同的按键触发序号执行对应的代码
{
case 1: //S1触发的任务
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY_VOICE_TIME; //发出“嘀”一声
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //响应按键服务处理程序后，按键编号必须清零，避免一直触发
break;
case 2: //S2触发的任务
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY_VOICE_TIME; //发出“嘀”一声
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //响应按键服务处理程序后，按键编号必须清零，避免一直触发
break;
case 3: //S3触发的任务
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY_VOICE_TIME; //发出“嘀”一声
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //响应按键服务处理程序后，按键编号必须清零，避免一直触发
break;
case 4: //S4触发的任务
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY_VOICE_TIME; //发出“嘀”一声
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //响应按键服务处理程序后，按键编号必须清零，避免一直触发
break;
case 5: //S5触发的任务
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY_VOICE_TIME; //发出“嘀”一声
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //响应按键服务处理程序后，按键编号必须清零，避免一直触发
break;
case 6: //S6触发的任务
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY_VOICE_TIME; //发出“嘀”一声
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //响应按键服务处理程序后，按键编号必须清零，避免一直触发
break;
case 7: //S7触发的任务
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY_VOICE_TIME; //发出“嘀”一声
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //响应按键服务处理程序后，按键编号必须清零，避免一直触发
break;
case 8: //S8触发的任务
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY_VOICE_TIME; //发出“嘀”一声
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //响应按键服务处理程序后，按键编号必须清零，避免一直触发
break;
case 9: //S9触发的任务
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY_VOICE_TIME; //发出“嘀”一声
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //响应按键服务处理程序后，按键编号必须清零，避免一直触发
break;
}
}
void T0_time() interrupt 1
{
VoiceScan();
KeyScan(); //按键识别的驱动函数
TH0=0xfc;
TL0=0x66;
}
void SystemInitial(void)
{
TMOD=0x01;
TH0=0xfc;
TL0=0x66;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}
void Delay(unsigned long u32DelayTime)
{
for(;u32DelayTime>0;u32DelayTime--);
}
void PeripheralInitial(void)
{
}
void BeepOpen(void)
{
P3_4=0;
}
void BeepClose(void)
{
P3_4=1;
}
void VoiceScan(void)
{
static unsigned char Su8Lock=0;
if(1==vGu8BeepTimerFlag&&vGu16BeepTimerCnt>0)
{
if(0==Su8Lock)
{
Su8Lock=1;
BeepOpen();
}
else
{
vGu16BeepTimerCnt--;
if(0==vGu16BeepTimerCnt)
{
Su8Lock=0;
BeepClose();
}
}
}
}
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